拟球状念珠藻（葛仙火）形态建成与发育及其生理学研究

本研究以拟球状念珠藻(Nostoc sphaeroides Ktitzing，俗称葛仙米)为材料，研究了念珠藻的形态建成、发育和生理学，其中着重研究了念珠藻的生活史、藻殖段分化和抗性生理学，并对不同发育时期的藻体的细胞化学和光合生理进行了比较。以藻殖段和丝状体为生活史的起点，观察了葛仙米的发育过程。在光合自养条件下，藻殖段和丝状体都经过失去伪空泡、形成胶鞘、分化出异形胞和细胞横裂形成非丝状体期群体等过程，最终形成具丝状体的群体。在异养条件下，藻殖段可发育至非丝状体期，但丝状体的发育却比较慢，甚至不能进行细胞分裂，发育最终仍停止在丝状体阶段。实验表明，异形胞的分化能够被氨态氮所抑制，而不能被硝态氮所阻止。若异形胞分化受阻，则最终导致葛仙米群体发育受阻。对细胞化学变化的定性研究发现，胞外蛋白质、负高电荷多糖、酸性多糖和硫化多糖的变化都与发育过程紧密相关。脂质和孢粉质只是胞外的少量成分。定量测定表明，藻体的总糖和还原性多糖的量均随发育过程而变化。藻体热水提取多糖中硫化多糖由于含量太低而无法定量测定，酸性多糖含量则在发育过程中出现一定的变化趋势。文中对多糖与发育的关系进行了讨论。从营养、光和信号转导三方面探讨了藻殖段分化与三者的关系。藻殖段分化与预培养时培养基的磷、钾元素和渗透效应并没有直接的关系，而分化与否则于藻体所处在的时期有关：对数生长期的藻体，无论其预培养的培养基如何，均有藻殖段的分化；而静止期的藻体，则不能诱导出藻殖段的产生。藻殖段的释放却与藻体的预培养有关，预培养时的不完全培养基则有利于藻殖段的释放。对藻殖段分化的光控制的研究发现，在白光、红光或绿光下，藻殖段分化率达到最大时的光强范围为 5-10 mmol.m~(-2).s~(-1)。白光对藻殖段的诱导作用最有效，达到100％；绿光次之，约有80％；红光效率最低，只有0-10％。黑暗条件下藻殖段不能分化，若有蔗糖和葡萄糖的存在，则藻殖段的分化率能够达到l00％。具有同等渗透势的NaCl则不能诱导藻殖段的分化，这说明藻殖段的分化是一个需能的过程，而非由外界的渗透势改变而引起。实验表明，红光与绿光在藻殖段分化过程中并非起到相反的作用的。另外藻殖段的分化亦有光合电子传递链氧化-还原态和蛋白质重新合成的参与。以钙调素抑制剂和钙离子螯合剂实验证明，葛仙米藻殖段的分化有钙调素和钙离子信号转导途径的参与。虽然NO可以大大降低藻殖段的分化率，但是NOS抑制剂NNA却可抑制藻殖段的分化；外源氧自由基的加入也抑制了藻殖段的分化，但清除了氧自由基也使得藻殖段分化完全受抑制。因此，作为某些高等动植物信号转导因子的NO和氧自由基，在葛仙米藻殖段分化中是否参与了信号转导，还有待进一步研究。从盐度、水分和温度几个方面研究了这些因子对葛仙米群体和(或)藻殖段的生理和生化方面的影响。葛仙米的叶绿素荧光、光系统活性和光合放氧均随盐度升高而降低，而呼吸作用的变化则不大。实验还表明，脯氨酸并非葛仙米的渗透调节剂。藻体的膜脂过氧化产物丙二醛则由于盐胁迫加重而上升，SOD的活性则呈现出lVr形变化。藻殖段对盐胁迫的忍耐力有限，在NaCl浓度高于0.4mol／L的BG-11_0培养基中，处理24h足可以是藻殖段的叶绿素荧光参数Fv／Fm降至为零。在失水过程中，群体和藻殖段以及藻殖段发育培养物的Fv／Fm变化趋势相似，都有一个下降－上升－下降的过程。干燥群体吸水后Fv／Fm的恢复对光和蛋白质的重新合成具有依赖性，且其恢复速率与贮藏时间有关。温度处理实验表明，低温有利于葛仙米的存活，较高温度下生长的继续可能是其逐渐失去生理活性的主要原因。通过测定光合放氧、叶绿素的室温和低温(77K)荧光以及直接测定PSI和PSII的活性发现，除了表观放氧速率外，群体的光合能力要高于藻殖段。这些差别的出现，一方面取决于两者的形态学差别，另一方面也因为营养丝体在分化为藻殖段的过程中，细胞的光合色素含量和比例发生了变化，同时，伪空泡的形成也影响了藻殖段的光合能力。群体和藻殖段在对不断上升的光强下PSII(Fv／Fm)活性的变化说明，藻殖段较强的耐受不良环境的能力，这是它作为繁殖单位所必须具备的特性之一。