潘 雪 茅云翔 王俊皓 曹 敏 畢桂萁 杜國英

UV-B紫外輻射對條斑紫菜生理生化的影響*

潘 雪 茅云翔 王俊皓 曹 敏 畢桂萁 杜國英①

(中國海洋大學(xué)海洋生物遺傳學(xué)與育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗室 青島 266003)

條斑紫菜()作為一種生長在潮間帶的經(jīng)濟(jì)海藻，在適應(yīng)干露失水時的高紫外輻射上有其獨(dú)特的特性。本研究以無UV-B輻射為對照組，0.5 W/m2(低)和2 W/m2(高)UV-B輻射為實(shí)驗組，檢測條斑紫菜對UV-B紫外輻射響應(yīng)的葉綠素?zé)晒夤夂蠀?shù)、多光譜熒光參數(shù)以及酪氨酸酶活性的變化。結(jié)果顯示，受到UV-B輻射的條斑紫菜的葉綠素?zé)晒夤夂蠀?shù)(QY_max、NPQ_Lss、qP_Lss和Rfd_Lss)隨輻照時間呈不同程度的下降趨勢，并且高輻射強(qiáng)度下的各光合參數(shù)值低于低輻射強(qiáng)度，表明條斑紫菜光合作用受到輻射的負(fù)面影響；極早期脅迫參數(shù)F440/F690和F440/F740的差異表明，2 W/m2UV-B輻射組條斑紫菜比0.5 W/m2輻照組更早(1 h)進(jìn)入脅迫狀態(tài)，且UV-B輻射下條斑紫菜酚醛類物質(zhì)減少；與葉綠素濃度呈負(fù)相關(guān)的參數(shù)F690/F740變化表明，0.5 W/m2輻照組葉綠素濃度高于對照組，而在輻照3 h內(nèi)低于2 W/m2輻照組，2 W/m2輻照組葉綠素濃度則先上升，并在輻照4 h下降，至6 h呈顯著降低，說明藻體可耐受較低UV-B輻射，而高UV-B長時間輻照對藻體造成明顯的傷害；對酪氨酸酶的活性檢測結(jié)果表明，受到UV-B輻照的條斑紫菜酪氨酸酶活性顯著高于對照組，且高輻照組的酶活性高于低輻照組的酶活性。

條斑紫菜；UV-B；光合作用；葉綠素?zé)晒?；酪氨酸?/p>

近年來，由于大氣層中臭氧層的破壞加劇，導(dǎo)致到達(dá)地球表面的太陽紫外輻射UV-B增強(qiáng)。有研究表明，臭氧濃度每減少1%，到達(dá)地表的UV-B輻射量會增加2%。研究日漸增強(qiáng)的UV-B對營光合作用生長的生物影響一直以來備受關(guān)注(李梅, 2013; 郭秀林等, 2001)。

UV-B輻射對海洋藻類的生理生化影響首先體現(xiàn)在對其光合作用的影響上：一是破壞反應(yīng)系統(tǒng)，光合作用的原初光化學(xué)反應(yīng)在反應(yīng)中心進(jìn)行，光能被捕光天線色素吸收后，經(jīng)過色素間的能量傳遞最后到達(dá)反應(yīng)中心。類囊體膜上存在2種光系統(tǒng)：光系統(tǒng)Ⅰ (PSⅠ)和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)。雖然UV-B輻射對PS有影響，但UV-B輻射對植物的主要作用部位是PSⅡ，已有很多實(shí)驗證據(jù)支持這一結(jié)論(師生波等, 2011)。UV-B輻射會引起電子傳遞效率下降，導(dǎo)致光合作用被抑制，使葉綠體的放氧活性下降。其原因是：(1) 增強(qiáng)的UV-B輻射導(dǎo)致葉綠素(包括葉綠素和葉綠素)和類胡蘿卜素含量下降。(2) PSⅡ的蛋白被破壞，電子傳遞受阻，葉綠素吸收光而激發(fā)的高能電子傳不出去，積累的能量導(dǎo)致葉綠素的卟啉環(huán)發(fā)生氧化—開環(huán)，光系統(tǒng)反應(yīng)中心失活，Hill反應(yīng)活力下降，PSⅡ的電子傳遞效率降低。二是使光合作用的關(guān)鍵酶含量和酶活性下降，導(dǎo)致CO2羧化效率降低。三是引起參與卡爾文循環(huán)的酶的活性發(fā)生變化。在種子植物中，UV-B能夠引發(fā)2個獨(dú)立的效應(yīng)：一種是針對損傷的應(yīng)答反應(yīng)；另一種是通過磷酸化的UV-B感光受體，來引發(fā)光形態(tài)建成(高淑清等, 2004; Frohnmeyer, 2003; Ulm, 2005)。引發(fā)的反應(yīng)與受到UV-B的波長、通量和持續(xù)時間有關(guān)。本研究中應(yīng)用的葉綠素?zé)晒鈾z測技術(shù)是一種簡便、快捷、可靠、無損傷的光合作用研究方法，在植物的光合作用、脅迫生理學(xué)、水生生物學(xué)等方面都得到了廣泛的應(yīng)用(簡敏菲等, 2016)。

另一方面，在紫外輻射誘導(dǎo)下，生物體內(nèi)會有相應(yīng)的生化代謝產(chǎn)物響應(yīng)。在植物中，響應(yīng)紫外誘導(dǎo)的方式主要體現(xiàn)為次生代謝物的變化(陳夢, 2018)；在動物中，UV-B輻射可影響其鞘脂類代謝、核酸代謝、亞油酸代謝、氨基酸代謝等通路(王恩鵬等, 2016)；在微生物中，紫外誘變改變了菌株次級代謝產(chǎn)物的種類(韋云, 2016)。不同種植物的葉綠素對UV-B紫外線輻射的敏感度不同，同種植物的葉綠素含量對不同UV-B輻射強(qiáng)度的敏感度也不同(蔣鶴鳴等, 2012; 王龍飛, 2013; 耿予歡等, 2006)。本研究使用的多光譜熒光成像技術(shù)不僅可以作為植物生物和非生物脅迫的診斷指標(biāo)，其熒光參數(shù)F440/F690和F440/F740還可以表示植物次級代謝產(chǎn)物酚醛類化合物的變化；F690/F740與葉綠素濃度負(fù)相關(guān)，可以表示葉綠素濃度的變化，在植物和藻類中得到了廣泛應(yīng)用(Granum, 2015)。

酪氨酸酶能夠結(jié)合銅離子來催化初始的單酚類物質(zhì)(如酪氨酸)羥基化反應(yīng)，并進(jìn)一步氧化二元酚物質(zhì)(如DOPA與DHI)來產(chǎn)生醌類物質(zhì)，是植物黑色素合成過程中的關(guān)鍵酶(Zhang, 2006)。正常的黑色素合成和沉著具有保護(hù)表層細(xì)胞、防御紫外線輻射和防止內(nèi)部組織過熱等作用。已有研究表明，UV-B輻射條件下的酪氨酸酶活性與黑色素含量有明顯提高 (吳姍姍等, 2016)，酪氨酸酶的活性高低將直接影響黑色素的合成(宋康康, 2007)。

藻類受UV-B輻射的影響，除以上在光合作用及次級代謝物的影響外，還包括植物酶系統(tǒng)、蛋白含量的變化、金屬元素含量的變化等方面(蔡恒江等, 2006; 繆錦來等, 2004)。在對紅藻抗紫外輻射的研究中，多聚焦在類菌孢素氨基酸(MAA)物質(zhì)合成和抗輻射機(jī)制上(Brawley, 2017)。本實(shí)驗室在條斑紫菜()的基因組研究中，除了發(fā)現(xiàn)MAA合成機(jī)制外，還發(fā)現(xiàn)酪氨酸酶基因在紫菜中呈顯著擴(kuò)張，預(yù)示著紫菜可能通過該家族基因擴(kuò)張在應(yīng)對紫外輻射產(chǎn)生了適應(yīng)性(畢桂萁, 2018)。

條斑紫菜作為一種生長在淺海潮間帶的大型海藻，在退潮期間，藻體完全暴露在空氣中接受太陽照射，因此，隨著全球范圍紫外輻射的逐漸增強(qiáng)，條斑紫菜藻體會比被海水覆蓋的海藻受到更強(qiáng)烈、更直接的UV-B輻射(姜紅霞, 2007)；而其作為我國主要的養(yǎng)殖海藻，具有極高的經(jīng)濟(jì)價值(高淑清等, 2004)，研究UV-B輻射對條斑紫菜影響極為必要。

本研究擬應(yīng)用葉綠素?zé)晒獬上窦岸喙庾V熒光成像技術(shù)，檢測條斑紫菜在不同強(qiáng)度UV-B輻照下的光合作用及生理生化特征的變化，并同時檢測酪氨酸酶活性的變化，以深入解析條斑紫菜對紫外輻射的響應(yīng)及防御機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗材料

采用本實(shí)驗室條斑紫菜純系RZ品系葉狀體為實(shí)驗材料，于光照為35~45 μmol/m2·s、光周期為12 L : 12 D、10℃通氣條件下培養(yǎng)。挑選生長一致、長度約為5 cm且狀態(tài)良好的藻體進(jìn)行輻照實(shí)驗。

1.2 實(shí)驗內(nèi)容及方法

1.2.1 UV-B系統(tǒng)設(shè)置 如圖1所示，UV-B輻射系統(tǒng)空間分為左右2個部分，左側(cè)為對照組系統(tǒng)，右側(cè)為實(shí)驗組系統(tǒng)，各組中間使用不透光黑布隔開，防止紫外線穿過。輻射體系采用德國飛利浦生產(chǎn)的UV-B紫外燈，紫外燈外用上海生化試劑公司生產(chǎn)的0.12 mm乙酸纖維素薄膜包裹，目的是除去280 nm短波長紫外線。同時，為了防止乙酸纖維素薄膜的老化，所用薄膜每周更新一次。整個UV-B輻射系統(tǒng)在正式實(shí)驗前連續(xù)照射72 h以上，以減少光源的不穩(wěn)定性。實(shí)驗組和對照組上方分別懸掛可見光源，使用光照計測量可見光光強(qiáng)，調(diào)整光源距離，確保實(shí)驗組系統(tǒng)的可見光強(qiáng)始終為35~45 μmol/m2·s。在UV-B系統(tǒng)實(shí)驗組的上方加掛UV-B光源，并使用山東師范大學(xué)生產(chǎn)的UV-B型紫外輻射強(qiáng)度儀測定輻照強(qiáng)度，調(diào)整UV-B光源距離，確保實(shí)驗A組的UV-B光強(qiáng)恒定為0.5 W/m2，實(shí)驗B組的UV-B光強(qiáng)始終為2 W/m2。每個實(shí)驗組光源下放置5個直徑為15 cm的玻璃平皿，每個平皿中加入適量海水，海水中均勻分散放置10片完整條斑紫菜葉片(即5個平行)，使每片藻體互不遮擋。設(shè)置時間梯度為0、1、2、3、4、5和6 h，每隔1 h從對照組、實(shí)驗A組和實(shí)驗B組的培養(yǎng)皿中各采集一次藻體樣本。

圖1 實(shí)驗裝置示意

1.2.2 生理生化指標(biāo)測定 葉綠素?zé)晒鈪?shù)和多光譜參數(shù)測定：每次隨機(jī)收取5片葉狀體，按照對照組、實(shí)驗A組、實(shí)驗B組的順序分別放入提前準(zhǔn)備好的無菌小平皿中，用無菌鑷子使其排列整齊，并展平。同時，為使藻體表面能夠保持濕潤狀態(tài)，在展平過程中要時刻注意藻體的狀態(tài)，并用無菌刷子補(bǔ)充水分。放入葉綠素?zé)晒獬上駜xFluor Cam系統(tǒng)(Fluor Cam 800MF，北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司)、多光譜熒光成像儀(Multi-color Fluor Cam，北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司)。15 min暗適應(yīng)后，進(jìn)行多種熒光參數(shù)的測定。葉綠素?zé)晒獬上駜xFluor Cam系統(tǒng)設(shè)定快門shutter=1，敏感度Sensitivity=45，光化光光強(qiáng)Act1=21，飽和光光強(qiáng)Super=45，測定參數(shù)包括最大光量子效率(QY_max，評估PSⅡ最大光合效率)、非光化學(xué)淬滅(NPQ_Lss，評估藻體光保護(hù)能力)、光化學(xué)淬滅(qP_Lss，PSⅡ中處于開放狀態(tài)的反應(yīng)中心的比例)和穩(wěn)態(tài)熒光衰減率(Rfd_Lss，評估藻體活力)。多光譜熒光成像系統(tǒng)設(shè)定快門shutter=5，敏感度Sensitivity=6.2，紫外光UV=100。測定參數(shù)包括極早期脅迫參數(shù)F440/F690、F440/F740和葉綠素負(fù)相關(guān)參數(shù)F690/F740。

酪氨酸酶活性測定：使用北京索萊寶科技有限公司的酪氨酸酶活性檢測試劑盒(微量法)進(jìn)行測定。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 圖片繪制使用R語言的ggplot2包和ggpubr包，組間差異顯著性比較使用R語言的Wilcoxon秩和檢驗，使用默認(rèn)雙側(cè)檢驗。

2 結(jié)果

2.1 葉綠素?zé)晒夤夂蠀?shù)

對照組、0.5 W/m2實(shí)驗A組、2 W/m2實(shí)驗B組中的葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)數(shù)據(jù)分析結(jié)果見圖2。與對照組相比(圖2a)，在0.5 W/m2和2 W/m2輻射條件下，QY_max在1~6 h逐漸下降，0.5 W/m2條件下，QY_max從0.59下降至0.218 (<0.05)；2 W/m2條件下QY_max從0.59下降至0.072 (<0.05)。與各時間段的對照組相比(圖2b)，0.5 W/m2和2 W/m2UV-B輻射條件下的NPQ_Lss值均呈下降趨勢，0.5 W/m2輻射條件下，NPQ_Lss值從0 h的0.15下降到了6 h的0.05 (<0.05)，但在2 h數(shù)值有小幅度回升(>0.1)，3~6 h持續(xù)下降。2 W/m2輻射條件下，NPQ_Lss值從0 h的0.15下降到了6 h的0.03 (<0.05)，但在3 h數(shù)值有小幅度回升(>0.1)，從2 h開始趨于平穩(wěn)；0.5 W/m2條件下，qP_Lss值在0~1 h的均值圖(圖2c)中無顯著變化(>0.1)，與此時對照組的數(shù)值大體一致；在1 h后qP_Lss值開始下降(<0.01)，但幅度相較于2 W/m2輻射條件下緩和；qP_Lss在2 W/m2輻射條件下1 h處的值與0.5 W/m2條件下的6 h處的值相似(>0.05)；不同強(qiáng)度紫外線都會降低條斑紫菜葉狀體的Rfd_Lss值(圖2d)，0.5 W/m2Rfd_Lss緩慢勻速下降；2 W/m2照射條件下在0~1 h中，Rfd_Lss值受到的影響顯著(<0.01)，1~6 h時間段內(nèi)Rfd_Lss值緩慢降低。

圖2 不同處理條件下條斑紫菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化

2.2 多光譜熒光參數(shù)

在F440/F690(圖3a)和F440/F740(圖3b)圖中，0.5 W/m2輻射條件下0~2 h均略高于對照組，在3 h的時間點(diǎn)上，均值下降但并不顯著(>0.05)，3~6 h不再下降，趨于穩(wěn)定。2 W/m2紫外輻射條件下，F(xiàn)440/F690和F440/F740的均值在2 h處便與對照組有顯著差異(<0.05)，開始有明顯的下降趨勢。這相比于0.5 W/m2條件下提前1 h左右。在圖3c中，0.5 W/m2紫外輻射條件下的6 h內(nèi)，F(xiàn)690/F740值在總體水平上降低，但并不顯著(>0.05)，而在2 W/m2的輻射條件下，F(xiàn)690/F740值在0~3 h下降，于4 h后迅速上升，于5 h開始高于對照組(<0.05)。

2.3 酪氨酸酶活性

未照射UV-B的對照組顯示，條斑紫菜在0~6 h時間內(nèi)的酶活力較為穩(wěn)定，數(shù)值在35 U/g上下波動；與對照組相比，經(jīng)UV-B處理的2個實(shí)驗組在1 h后酪氨酸酶的活性明顯升高(<0.01)，0.5 W/m2實(shí)驗組的酪氨酸酶活性上升至67.38 U/g，2 W/m2實(shí)驗組的酪氨酸酶活性上升至77.55 U/g，2個實(shí)驗組的酪氨酸酶活在隨后的時間內(nèi)分別在64.90~70.78和65.54~77.55 U/g范圍內(nèi)波動(圖4a)。

圖3 不同處理條件下條斑紫菜多光譜參數(shù)變化

對照組的酪氨酸酶活在0~6 h時間段中一直處于較低水平(中位數(shù)<40)，而實(shí)驗組酪氨酸酶活均處于較高水平(中位數(shù)>60)，并且0.5 W/m2條件下的酶活性相較與2 W/m2條件下穩(wěn)定，但酶活性中位數(shù)略低于后者(<0.05)(圖4b)。

圖4 UV-B照射條件下0~6 h酪氨酸酶活力的變化

3 討論

隨著臭氧空洞的不斷擴(kuò)大，能夠到達(dá)地表的UV-B輻射也逐漸增強(qiáng)。條斑紫菜作為一種生長在潮間帶的大型經(jīng)濟(jì)海藻，紫外輻射的變化直接影響到其生長和發(fā)育。

已有研究表明，UV(主要是UV-B)會對藻類光合系統(tǒng)造成巨大損傷，這在Herrmann等(1996)與Prasad等(2004)分析UV對杜氏鹽藻()、棕鞭藻()與藍(lán)藻()的影響時即有發(fā)現(xiàn)。

本研究發(fā)現(xiàn)，UV-B會直接影響條斑紫菜的最大光量子效率(QY_max)，且在強(qiáng)度高的紫外輻射下，最大光量子效率比低強(qiáng)度紫外輻射提前下降至平穩(wěn)期，說明藻體PSⅡ最大光合效率降低；不同強(qiáng)度的紫外線都會對條斑紫菜葉狀體的非光化學(xué)淬滅(NPQ_Lss)造成負(fù)面影響，且紫外強(qiáng)度越高，NPQ_Lss值整體越低，說明藻體以熱能的形式散失多余能量的能力越弱，光保護(hù)能力降低；藻體的光化學(xué)淬滅(qP_Lss)變化結(jié)果說明，PSⅡ中處于開放狀態(tài)的反應(yīng)中心同樣受UV-B的影響趨于關(guān)閉狀態(tài)；藻體光合活性(Rfd_Lss)受UV-B輻射影響會明顯降低，光合器官受到損傷，但藻體自身會通過自保機(jī)制維持自身在一段時間內(nèi)的活性，隨著照射時間的增長，自保機(jī)制不足以抵御UV-B輻射的傷害，藻體的活性會繼續(xù)下降。

Frohnmeyer等(2003)、Ulm等(2005)和Jenkins (2009)研究發(fā)現(xiàn)，自然條件下，由于它們擁有有效的修復(fù)和保護(hù)機(jī)制，植物在UV-B輻射下都可以很好地避免損傷。利用多光譜熒光技術(shù)對條斑紫菜葉狀體在受脅迫初期進(jìn)行檢測，采用極早期脅迫參數(shù)F440/F690、F440/F740和葉綠素濃度負(fù)相關(guān)參數(shù)F690/F740，分析條斑紫菜的生理生化響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，極早期脅迫參數(shù)值在低輻照強(qiáng)度下的0~2 h變化并不顯著，而在高輻照強(qiáng)度下的1 h便開始變化，并在2 h處有顯著性差異，說明紫外線強(qiáng)度不同會影響藻體進(jìn)入受脅迫階段的時間，且強(qiáng)度越大，進(jìn)入受脅迫階段的時間越早；同時，在UV-B輻照下，隨輻照時間增加，F(xiàn)440/F690和F440/F740值在高、低輻射強(qiáng)度下均呈下降趨勢，說明酚醛類物質(zhì)隨輻照時間延長濃度會降低；藻體中的葉綠素濃度(F690/F740)受紫外線強(qiáng)度和照射時間長短的影響，葉綠素濃度在UV-B脅迫初期略微上升，但當(dāng)2 W/m2UV-B輻射強(qiáng)度超過4 h后，葉綠素濃度會迅速下降。0.5 W/m2UV-B輻射強(qiáng)度在6 h內(nèi)對葉綠素濃度影響不大，甚至可以提高葉綠素濃度。這與UV-B在綠藻中的研究一致(王明輝, 2008)。

在紫菜抵抗紫外輻射機(jī)制的研究中，認(rèn)為紫菜能夠合成一類特殊的氨基酸—類菌胞素氨基酸(Mycosporine-like amino acid, MAA)(張英蓮, 2007)。MAA能夠有效吸收紫外光線，根據(jù)同源基因預(yù)測，也發(fā)現(xiàn)了紫菜能夠合成MAA的基因(Brawley, 2017)?；诒緦?shí)驗室對條斑紫菜與壇紫菜高質(zhì)量基因組的分析，發(fā)現(xiàn)除MAA合成機(jī)制外，紫菜中還含有酪氨酸酶基因家族(畢桂萁, 2018)。酪氨酸酶是黑色素合成的關(guān)鍵酶(宋康康, 2007)，在抵抗紫外輻射中起著重要作用(朱靜等, 2013; 宋緣, 2017)。本研究通過檢測不同UV-B照射條件下的酪氨酸酶活性，發(fā)現(xiàn)條斑紫菜的酪氨酸酶活性水平在1 h內(nèi)即顯著提高，并且在隨后的紫外輻射期間，始終維持高活性水平，推測條斑紫菜可能會通過酪氨酸酶途徑以酚類物質(zhì)為前體合成黑色素，以抵御紫外輻射。

綜上所述，當(dāng)輻射強(qiáng)度較低時，條斑紫菜葉綠素對UV-B輻射的敏感度較低，當(dāng)輻射強(qiáng)度較高時，條斑紫菜葉綠素對UV-B輻射的敏感度較高；隨著UV-B輻射時間和強(qiáng)度的增加，光合反應(yīng)中心的開放程度以及光合效率會降低，酚醛類等物質(zhì)會減少，酪氨酸酶活性升高。本研究可為后續(xù)分析條斑紫菜抗紫外線輻射機(jī)制提供研究基礎(chǔ)，保障我國紫菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

Bi GQ. Genome ofandreveals key functional and evolutionary innovations at environmental adaptation at environmental adaptation. Doctoral Dissertation of Ocean University of China, 2018 [畢桂萁. 紫菜基因組及其環(huán)境適應(yīng)性研究. 中國海洋大學(xué)博士研究生學(xué)位論文, 2018]

Brawley SH, Blouin NA, Ficko-Blean E,. Insights into the red algae and eukaryotic evolution from the genome of(Bangiophyceae, Rhodophyta). Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017, 114(31): 6361–6370

Cai HJ, Tang XX, Zhang PY,. Response of activity of antioxidant enzymes to UV-B radiation enhancement in three species of red-tide microalgae. Periodical of Ocean University of China (Natural Science), 2006, 36(1): 81–84 [蔡恒江, 唐學(xué)璽, 張培玉, 等. 3種海洋赤潮微藻抗氧化酶活性對UV-B輻射增強(qiáng)的響應(yīng). 中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2006, 36(1): 81–84]

Chen M. Study of regulation mechanism for secondary metabolites disturbance inDC. under UVB irradiation & cloning and expression analysis of CtPPQ in coumarin biosynthesis. Master′s Thesis of Zhejiang University, 2018, 1–115 [陳夢. 紫外誘導(dǎo)圓錐鐵線蓮次生代謝擾動的調(diào)控機(jī)制研究及香豆素合成酶PPO的克隆與表達(dá). 浙江大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文, 2018, 1–115]

Granum E, Pérez-Bueno ML, Calderón CE,. Metabolic responses of avocado plants to stress induced byanalysed by fluorescence and thermal imaging. European Journal of Plant Pathology, 2015, 142(3): 625–632

Frohnmeyer H, Staiger D. Ultraviolet-B radiation-mediated responses in plants: Balancing damage and protection. Plant Physiology, 2003, 133(4): 1420–1428

Gao SQ, Shan BN. Advances in biological functions of. Modern Journal of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine, 2004, 13(12): 1661–1662 [高淑清, 單保恩. 條斑紫菜生物學(xué)作用的研究進(jìn)展. 現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志, 2004, 13(12): 1661–1662]

Geng YH, Li L, Wei D,. Physiological adaptability ofunder ultraviolet radiation. Food Science, 2006, 27(3): 40–43 [耿予歡, 李琳, 魏東, 等. 極地雪藻對紫外輻射的生理適應(yīng)性研究. 食品科學(xué), 2006, 27(3): 40–43]

Guo XL, Wang RW. Influence of enhanced ultraviolet radiation on growth and physiological metabolism in plants. Journal of Biology, 2001, 18(1): 12–14 [郭秀林, 王睿文. 紫外輻射增加對植物生長及某些生理代謝的影響. 生物學(xué)雜志, 2001, 18(1): 12–14]

Herrmann H, H?der DP, K?fferlein M,. Effects of UV radiation on photosynthesis of phytoplankton exposed to solar simulator light. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 1996, 34(1): 21–28

Jenkins GI. Signal transduction in responses to UV-B radiation. Annual Review of Plant Biology, 2009, 60(1): 407–431

Jian MF, Wang SC, YU HP,. Influence of Cd2+or Cu2+stress on the growth and photosynthetic fluorescence characteristics of. Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(6): 1719–1727 [簡敏菲, 汪斯琛, 余厚平, 等. Cd2+、Cu2+脅迫對黑藻()的生長及光合熒光特性的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2016, 36(6): 1719–1727]

Jiang HM, Jiang H, Zhou GM,. Spectral reflectance response of plant leaf to simulated UVB stress. Spectroscopyand Spectral Analysis, 2012, 32(2): 453–458 [蔣鶴鳴, 江洪,周國模, 等. 利用高光譜遙感監(jiān)測紫外輻射對亞熱帶樹木的影響. 光譜學(xué)與光譜分析, 2012, 32(2): 453–458]

Jiang HX. Ecophysiological responses of(Rhodophyta) to solar ultraviolet radiation. Doctoral Dissertation of Shantou University, 2007, 1–166 [姜紅霞. 壇紫菜對陽光紫外輻射的生理生態(tài)學(xué)響應(yīng). 汕頭大學(xué)博士研究生學(xué)位論文, 2007, 1–166]

Li M. Effects of excess UV-B irradiation on physiological and biochemical responses in three species ofon eastern of Qinghai-Tibetan Plateau. Master′s Thesis of Northwest Normal University, 2013, 1–66 [李梅. 青藏高原東緣三種風(fēng)毛菊屬植物對增補(bǔ)UV-B輻射的生理響應(yīng). 西北師范大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文, 2013, 1–66]

Miao JL, Kan GF, JiangYH,Responses of bio-chemical compositions of four Antarctic ice microalgae to UV-B irradiation enhancement. Marine Sciences, 2004(9): 26–31 [繆錦來, 闞光鋒, 姜英輝, 等. 4種南極冰藻的生化組成對UV-B輻射增強(qiáng)的響應(yīng). 海洋科學(xué), 2004(9): 26–31]

Prasad SM, Zeeshan M. Effect of UV-B and monocrotophos, singly and in combination, on photosynthetic activity and growth of non-heterocystous cyanobacterium. Environmental and Experimental Botany, 2004, 52(2): 175-184

Shi SB, Shang YX, Zhu PJ,. Effects of solar UV-B radiation on the efficiency of PSⅡ photochemistry in the alpine plantunder different weather conditions in the Qinghai-Tibet Plateau of China. Chinese Journal of Plant Ecology, 2011, 35(7): 741–750 [師生波, 尚艷霞, 朱鵬錦, 等. 不同天氣類型下UV-B輻射對高山植物美麗風(fēng)毛菊葉片PSⅡ光化學(xué)效率的影響分析. 植物生態(tài)學(xué)報, 2011, 35(7): 741–750]

Song KK. Effects of inhibitors on tyrosinase and their regulation on melanogenesis. Doctoral Dissertation of Xiamen University, 2007, 1–166 [宋康康. 抑制劑對酪氨酸酶的效應(yīng)及其對黑色素生成調(diào)控的研究. 廈門大學(xué)博士研究生學(xué)位論文, 2007, 1–166]

Song Y. Studies on the radioprotection effect of melanin from spores of. Master′s Thesis of Lanzhou University, 2017, 1–62 [宋緣. 黑曲霉黑色素輻射防護(hù)作用的研究. 蘭州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文, 2017, 1–62]

Ulm R, Nagy F. Signalling and gene regulation in response to ultraviolet light. Current Opinion in Plant Biology, 2005, 8(5): 477–482

Wang LF. The interactive effects of drought and enhanced UV-B radiation on photosynthesis and anthocyanin in three species in. Master′s Thesis of Northwest A&F University, 2003, 1–78 [王龍飛. UV-B輻射及干旱脅迫對三種胡枝子葉片光合特性及花青素含量的影響. 西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文, 2013, 1–78]

Wang MH. Influence of ultraviolet radiation on growth, reproduction and chlorophyll content of green algae. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2008, 36(23): 9863–9864 [王明輝. 紫外線照射對綠藻生長繁殖和葉綠素含量的影響. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 36(23): 9863–9864]

Wang NP, Sun Y, Yue H,. Urinary metabonomic investigation into acute photo damage of rats induced by ultraviolet B irradiation using rapid resolution liquid chromatography-mass spectrometry. Chinese Journal of Analytical Chemistry, 2016, 44(9): 1410–1418 [王恩鵬, 孫巖, 越皓, 等. 基于快速高分辨液相色譜–質(zhì)譜的中波紫外線輻射誘導(dǎo)大鼠急性光損傷的代謝組學(xué)研究. 分析化學(xué), 2016, 44(9): 1410–1418]

Wei Y. Study on the biological characteristics of twoUV-induced mutants. Master′s Thesis of South China Agricultural University, 2016, 1–48 [韋云. 兩株綠僵菌紫外線誘變株的生物學(xué)特性研究. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文, 2016, 1–48]

Wu SS, Xu HH, Zhu DD,. Effect of UVB radiation on melanocytes and melanin synthesis-related gene expression. Journal of Xinjiang Medical University, 2016, 39(4): 422– 425, 429 [吳姍姍, 許歡歡, 朱丹丹, 等. UVB輻射對黑色素細(xì)胞黑素合成及其相關(guān)基因表達(dá)的影響. 新疆醫(yī)科大學(xué)學(xué)報, 2016, 39(4): 422–425, 429]

Zhang C, Xie LP, Huang J,. A novel putative tyrosinase involved in periostracum formation from the pearl oyster (). Biochemical and Biophysical Research Communications, 2006, 342(2): 632–639

Zhang YL. UV-B induced changes of growth and MAAs in HAB causative algae from South China Sea. Master′s Thesis of South China Normal University, 2007, 1–53 [張英蓮. UV-B輻射對華南沿海常見赤潮藻類生長和類菌孢素氨基酸(MAAs)含量的影響. 華南師范大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文, 2007, 1–53]

Zhu J, Gu MY, Wang W,. Study on identification of a radiation-resistant black yeast-like fungus and isolation of melanin. Xinjiang Agricultural Sciences, 2013, 50(10): 1858–1864 [朱靜, 顧美英, 王瑋, 等. 一株耐輻射真菌的鑒定及黑色素分離提取. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 50(10): 1858–1864]

Effects of UV-B Ultraviolet Radiation on the Physiology and Biochemistry of

PAN Xue, MAO Yunxiang, WANG Junhao, CAO Min, BI Guiqi, DU Guoying①

(Key Laboratory of Marine Genetics and Breeding, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266003)

As an economically important alga growing in the intertidal zone,has the unique characteristics of adapting to high ultraviolet radiation in the open air and to desiccation conditions. In this experiment, light without UV-B radiation was used as a control, and low UV-B radiation of 0.5 W/m2and high UV-B radiation of 2 W/m2were used to detect changes in chlorophyll fluorescence photosynthetic parameters, multi-spectral fluorescence parameters, and tyrosinase activity in response to UV-B ultraviolet radiation in the gametophytes of. The results showed that the chlorophyll fluorescence photosynthetic parameters (QY_max, NPQ_Lss, qP_Lss, Rfd_Lss) ofunder UV-B radiation displayed a gradient decline with irradiation time, and the values of photosynthetic parameters were lower at high radiation intensity (2 W/m2) than at low radiation intensity (0.5 W/m2). The early stress parameters of F440/F690 and F440/F740, which are positively related to secondary metabolites such as phenol or aldehyde concentration, showed that the group under conditions of 2 W/m2entered a forced state earlier than the group under 0.5 W/m2.Secondary metabolites such as phenol or aldehyde showed concentration declines. F690/F740, which is negatively correlated with chlorophyll concentration, indicated that the chlorophyll concentration under 0.5 W/m2irradiation was higher than that under no UV-B irradiation, but was lower than the maximum value in the rising period of 2 W/m2irradiation. The chlorophyll concentration increased initially and then decreased rapidly after 4 h under 2 W/m2, indicating that the chlorophyll concentration is less sensitive to UV-B radiation under low radiation intensity, whereas it is more sensitive under high radiation intensity. The results showed that the tyrosinase activity was significantly higher ingametophytes irradiated with UV-B than in the control group and that the enzyme activity under 2 W/m2UV-B was higher than that under 0.5 W/m2UV-B.

; UV-B; Photosynthesis; Chlorophyll fluorescence; Tyrosinase

DU Guoying, E-mail: duguo923@ouc.edu.cn

10.19663/j.issn2095-9869.20190513001

http://www.yykxjz.cn/

* 山東省支持青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗室重大科技專項(2018SDKJ0302-5)資助[This work was supported by the Marine S&T Fund of Shandong Province for Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology(Qingdao) (2018SDKJ0302-5)]. 潘 雪，E-mail: 545166507@qq.com

杜國英，副教授，E-mail: duguo923@ouc.edu.cn

2019-05-13,

2019-05-31

潘雪, 茅云翔, 王俊皓, 曹敏, 畢桂萁, 杜國英. UV-B紫外輻射對條斑紫菜生理生化的影響. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2020, 41(3): 125–132

Pan X, Mao YX, Wang JH, Cao M, Bi GQ, Du GY. Effects of UV-B ultraviolet radiation on the physiology and biochemistry of. Progress in Fishery Sciences, 2020, 41(3): 125–132

S917.3

A

2095-9869(2020)03-0125-08

(編輯 陳 輝)