氮元素對三角褐指藻巖藻黃素和油脂合成關(guān)鍵酶基因表達(dá)與代謝合成的影響

陳若瑩 徐潤潔 龔一富 劉 芳 付 旭 章 麗王何瑜 石 慧

(1寧波大學(xué)海洋學(xué)院,浙江 寧波 315832；2寧波大學(xué)食品與藥學(xué)學(xué)院,浙江 寧波 315832；3 寧波大學(xué)法學(xué)院,浙江 寧波 315211)

巖藻黃素(fucoxanthin)是一種脂溶性類胡蘿卜素,因其具有抗炎、抗高血壓、抗腫瘤等功效,被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、美容等領(lǐng)域[1-3]。 目前已有關(guān)于巖藻黃素的研究報(bào)道,如Heo 等[4]和Zeng 等[5]研究發(fā)現(xiàn),巖藻黃素可有效降低因波長280 ～320 nm 的紫外B(UV-B)誘導(dǎo)造成的動物細(xì)胞損傷和凋亡。 Lin 等[6]研究發(fā)現(xiàn)巖藻黃素可防止淀粉樣蛋白寡聚體誘導(dǎo)(amyliod β-protein oligomer-induced)神經(jīng)元氧化及損失,表明巖藻黃素對阿爾茨海默癥可能有一定的療效。Terasaki 等[7]研究發(fā)現(xiàn),巖藻黃素能降低結(jié)腸病變的發(fā)生率,且對細(xì)胞癌變有一定的預(yù)防作用。 由此可見,巖藻黃素在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等領(lǐng)域發(fā)展前景良好,但由于巖藻黃素在微藻中含量較低,且提取效率較低,導(dǎo)致其價(jià)格十分昂貴[8],因此提高巖藻黃素在微藻中的含量具有重要意義。

三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)為硅藻門單細(xì)胞微藻,具有生長周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、光合效率較高、細(xì)胞內(nèi)能合成多種生物活性成分(巖藻黃素、脂類物質(zhì)和多糖等)等特性,在藥物開發(fā)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。 三角褐指藻的高光合效率主要依賴于其富含色素及其蛋白復(fù)合物巖藻黃素-葉綠素蛋白復(fù)合體(fucoxanthin chlorophyll proteins,FCP)。 FCPb 是FCP中的一個(gè)大亞基,為寡聚體多肽和色素的復(fù)合物,參與組成三角褐指藻光反應(yīng)系統(tǒng)中重要的捕光天線蛋白,發(fā)揮光捕捉和光保護(hù)的作用,且具有上調(diào)光合作用的功能[9]。 此外,研究表明三角褐指藻通過光合作用可使其細(xì)胞內(nèi)積累的油脂(lipid)含量達(dá)30%,生物柴油含量遠(yuǎn)高于油料作物(8 ～24 倍),因此三角褐指藻是制備生物柴油的優(yōu)質(zhì)原料,可作為未來能源的替代品[10-11]。 而在合成脂質(zhì)途徑中,脂肪酸去飽和酶(fatty acid desaturase,FADS)是一種將脂肪酸鏈上的C-C 單鍵催化去飽和為C=C 雙鍵的關(guān)鍵酶。 微藻中富含的脂肪酸去飽和酶多為?；??；d體蛋白去飽和酶(acyl-ACP desaturase,FAB2),其所在支路就是催化硬脂酰-ACP 脫飽和形成油酰-ACP[12],最后合成十六碳六烯酸。 作為一種極具開發(fā)潛力的優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)硅藻資源,三角褐指藻的基因組已于2008年測序完成[13],目前大多數(shù)研究只單方面關(guān)注變量條件下三角褐指藻巖藻黃素或者油脂的變化以解決資源短缺的現(xiàn)狀,未嘗試結(jié)合巖藻黃素與油脂含量作出直接的解釋。

大量研究表明,氮元素對調(diào)控微藻植物生長、代謝合成具有關(guān)鍵作用[12-14]。 如Yang 等[15]研究發(fā)現(xiàn),缺氮4 h 處理后,萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中脂質(zhì)積累量明顯增加,且在葉綠體周圍富集。 鄭彩云等[16]研究表明,隨著NaNO3添加濃度(0.4 ～1.2 g·L-1)的增加,紫球藻(Porphyridium cruentum)的葉綠素a 與藻膽蛋白的積累量均相對較高。 但目前關(guān)于氮元素對三角褐指藻巖藻黃素、油脂的積累量影響的研究尚未見報(bào)道。

本研究以三角褐指藻為試驗(yàn)材料,研究不同氮濃度處理對三角褐指藻中油脂、巖藻黃素代謝合成的影響,以期為探究三角褐指藻次生代謝產(chǎn)物的積累特性提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

三角褐指藻由寧波大學(xué)海洋學(xué)院微藻室提供。 天然海水過濾高壓滅菌后,采用改良f/2 培養(yǎng)基[17]；培養(yǎng)條件為光照強(qiáng)度60 μmol·m-2·s-1,培養(yǎng)溫度20℃,光周期12 h 光照/12 h 黑暗。 氮濃度分別為896、448、112、28 和0 μmol·L-1,以氮濃度為896 μmol·L-1為對照(CK),每處理均設(shè)3 次生物學(xué)重復(fù)。

1.2 方法

1.2.1 三角褐指藻生長曲線測定 取生長至對數(shù)期的三角褐指藻5 mL,倍數(shù)比稀釋后用UV-5200 型紫外分光光度計(jì)(上海元析儀器有限公司)測定三角褐指藻在680 nm 波長處的吸光值(A680),同時(shí)用血球計(jì)數(shù)法[18]計(jì)算各組中三角褐指藻的細(xì)胞密度。 氮限制培養(yǎng)三角褐指藻后,每隔24 h 進(jìn)行生長曲線的測定。每次分別取1 mL 在氮限制下培養(yǎng)的藻液,用UV-5200 型紫外分光光度計(jì)測定其在680 nm 波長處的吸光值(A680),并計(jì)算藻體密度,建立氮限制處理下的三角褐指藻的生長曲線。

1.2.2 三角褐指藻巖藻黃素的提取及含量測定 采用有機(jī)溶劑提取法[19],在三角褐指藻生長進(jìn)入平臺期后進(jìn)行巖藻黃素的提取及含量測定,每組設(shè)3 次生物學(xué)重復(fù)。 準(zhǔn)確量取80 mL 三角褐指藻,5 000 r·min-1、4℃條件下離心10 min,棄上清,冷凍干燥2 d,稱重,研磨成粉約0.1 g。 加入無水乙醇,藻粉∶無水乙醇=1 ∶40(g·mL-1),60℃避光浸提2 次,每次1 h。 浸提后5 000 r·min-1離心10 min,取上清液,利用紫外分光光度計(jì)在445 nm 波長(OD445)處測定吸光度。 按照公式計(jì)算巖藻黃素含量：

式中,A445為巖藻黃素提取液在445 nm 處的吸光度值；N 為稀釋倍數(shù)；Ⅴ為粗提取液體積,mL；為巖藻黃素濃度為1 g·L-1時(shí),光徑為1 cm 時(shí)的光吸收值,即1 600；M 為樣品質(zhì)量,g。

1.2.3 三角褐指藻油脂含量測定 在三角褐指藻生長進(jìn)入平臺期后進(jìn)行油脂含量測定,設(shè)3 次生物學(xué)重復(fù)。 采用尼羅紅染色法[20]：取2.5 mL 藻液,加入26 μL 二甲基亞砜,微波處理40 s,加入78 μL 尼羅紅(50 μg·mL-1),在40℃下水浴5 min,利用spectra max 190酶標(biāo)儀(上海美谷分子儀器有限公司)測定其熒光強(qiáng)度,其中激發(fā)波長為480 nm,發(fā)射波長為500 ～750 nm,根據(jù)在570 nm 下的熒光強(qiáng)度(尼羅紅的自發(fā)熒光強(qiáng)度)確定油脂的相對含量。 三角褐指藻油脂含量用其油脂相對含量表示。

1.2.4 三角褐指藻葉綠素a 含量測定 取10 mL 混合均勻的藻液,在4℃、4 000 r·min-1條件下離心10 min,棄上清,用雙蒸水沖洗沉淀2 次,加入10 mL 無水乙醇,黑暗處理24 h,利用紫外分光光度計(jì)測定提取液在A665、A750、A652處的吸光值。 按照公式計(jì)算提取液中的葉綠素a 含量：

1.2.5 三角褐指藻總RNA 的提取 采用氮限制的f/2培養(yǎng)基培養(yǎng)處于對數(shù)期的三角褐指藻,培養(yǎng)24 h,取50 mL 藻液,在4℃、5 000 r·min-1條件下離心10 min 后收集沉淀,然后按照Plant RNA Kit 試劑盒(北京OMEGA 有限公司) 說明書提取三角褐指藻總RNA,-20℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.6 三角褐指藻代謝通路FCPb基因和FAB2 基因表達(dá)分析 三角褐指藻代謝通路采用Primer Premier 5.0軟件設(shè)計(jì)定量引物序列,FCPb-F( 5′-ATGAAGTTTACCGTGTTTGCCT-3′)、FCPb-R( 5′-TAACACCTGGGAGGATGTTGACTC-3′)、FAB2-F ( 5′-CATCAAGGAAGTCCGTGCCA-3′)、FAB2-R ( 5′-CGGGTTGAATCCGTTCGTAA-3′)、β-action-F( 5′-AGACCATTATGAAGTGAGAT-3′)、β-action-R( 5′-ACCCTCCAATCCAAACAG-3′)引物由上海生工生物工程有限公司合成；按照Takara Prime Script RT reagent Kit 試劑盒(TakaRa,日本)說明書對氮限制培養(yǎng)下的三角褐指藻RNA 進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄,并使用Takara Prime Ex TaqTMⅡ試劑盒(TakaRa,日本)對反轉(zhuǎn)錄得到的cDNA進(jìn)行熒光定量PCR。 PCR 反應(yīng)體系為20 μL,包括SYBR 10 μL、上游引物0.8 μL、下游引物0.8 μL、超純水6.4 μL、模板2 μL。 在Mastercycler ep realplex 實(shí)時(shí)熒光定量PCR 儀(Eppendorf,德國)進(jìn)行擴(kuò)增,反應(yīng)程序：94℃預(yù)變性3 min；94℃變性30 s,53℃退火40 s,72℃延伸20 s,共40 個(gè)循環(huán)；72℃延伸10 min。 以β-action作為內(nèi)參基因,采用2-△△CT法[21]計(jì)算基因相對表達(dá)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Mircosoft Excel 2007 對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并作圖,采用SPSS21.0 進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮元素對三角褐指藻細(xì)胞生長的影響

通過測定三角褐指藻在生長過程中藻細(xì)胞密度與吸光值之間關(guān)系,得出關(guān)系式：Y=127.21X-5.309,R2=0.991 2,(Y為細(xì)胞密度,單位為105cells·mL-1；X為對應(yīng)的吸光值)。 根據(jù)測定的吸光度值可得到相應(yīng)的細(xì)胞密度。 由圖1可知,第1 ～第7 天,隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長,三角褐指藻細(xì)胞密度逐漸增加,細(xì)胞生長處于上升期,第7 天時(shí),各處理的三角褐指藻細(xì)胞密度均達(dá)到最大值。

比較不同氮濃度處理下第7 天三角褐指藻的生物量,結(jié)果表明,隨著氮限制的增強(qiáng),三角褐指藻的細(xì)胞密度呈逐漸下降的趨勢,且各處理均極顯著低于CK；在氮濃度為0 μmol·L-1時(shí),三角褐指藻的生長受到嚴(yán)重抑制,與CK 相比藻細(xì)胞密度極顯著下降了47.9%(圖2)。 表明氮限制對三角褐指藻的生長具有抑制作用。

2.2 氮元素對三角褐指藻巖藻黃素含量的影響

圖1 不同氮濃度對三角褐指藻細(xì)胞生長的影響Fig.1 Effects of different nitrogen concentration on the cell growth of P.tricornutum

圖2 不同氮濃度對三角褐指藻細(xì)胞密度的影響(7 d)Fig.2 Effects of different nitrogen concentration on the cell density of P.tricornutum(7 d)

由圖3可知,隨著氮濃度的降低,各處理巖藻黃素含量呈先下降后上升的趨勢,且各處理的巖藻黃素含量與CK 相比均極顯著降低,氮濃度為112 μmol·L-1時(shí),三角褐指藻巖藻黃素含量最低,為 0.084 mg·g-1DW,較CK(0.731 mg·g-1DW)降低了88.5%；而在氮濃度為28、0 μmol·L-1時(shí),巖藻黃素含量有所上升,分別為0.139 和0.147 mg·g-1DW,但較CK 降低了81.0%和79.9%。 表明低氮濃度對巖藻黃素的合成有一定限制作用,且不同低氮濃度將導(dǎo)致巖藻黃素合成的限制出現(xiàn)波動變化。

2.3 氮元素對三角褐指藻油脂含量的影響

由圖4可知,隨著氮濃度的下降,三角褐指藻的油脂相對含量呈先上升后下降的趨勢,且各處理的油脂相對含量均極顯著高于CK,氮濃度為112 μmol·L-1時(shí),三角褐指藻相對油脂含量最高,為2.76,較CK(1.17)提高了1.36 倍,表明低氮濃度能極顯著促進(jìn)脂類物質(zhì)的合成。

圖3 不同氮濃度對三角褐指藻巖藻黃素含量的影響Fig.3 Effects of different nitrogen concentration on the fucoxanthin content in P.tricornutum

圖4 不同氮濃度對三角褐指藻油脂相對含量的影響Fig.4 Effects of different nitrogen concentration on the relative content of lipid in P.tricornutum

2.4 氮限制條件下三角褐指藻巖藻黃素與油脂含量的相關(guān)性分析

由圖5可知,三角褐指藻巖藻黃素含量與油脂相對含量顯著相關(guān)(P＜0.05)(R2=0.998 8),當(dāng)巖藻黃素的積累量因氮濃度不同出現(xiàn)下降(0.147、0.139、0.084 mg·g-1DW)時(shí),油脂的積累量呈曲線上升,與巖藻黃素積累量對應(yīng)的相對含量分別為1.583、1.613、2.759；而當(dāng)巖藻黃素的積累量(0.365、 0.731 mg·g-1DW)上升時(shí),油脂相對含量呈下降趨勢。

2.5 氮元素對三角褐指藻葉綠素a 含量的影響

由圖6可知,氮限制對三角褐指藻葉綠素a 含量合成有抑制作用。 氮限制處理組葉綠素a 含量均極顯著低于CK,且隨著氮限制的增強(qiáng),葉綠素a 含量呈先下降后上升的趨勢,與巖藻黃素含量的變化趨勢一致,表明氮限制影響光合作用。

圖5 巖藻黃素含量與油脂相對含量的相關(guān)性分析Fig.5 Correlation analysis of content of fucoxanthin and relative content of lipid

圖6 不同氮濃度對三角褐指藻葉綠素a含量的影響Fig.6 Effects of different nitrogen concentration on content of chlorophyll a in P.tricornutum

2.6 氮元素對三角褐指藻巖藻黃素和油脂合成相關(guān)基因表達(dá)的影響

采用熒光定量PCR 技術(shù)研究氮限制下三角褐指藻巖藻黃素生物合成途徑相關(guān)基因(FCPb)和油脂生物合成途徑相關(guān)基因(FAB2)的表達(dá)水平,結(jié)果表明,氮限制處理的三角褐指藻中FCPb的表達(dá)量均極顯著低于CK(圖7-A),表明氮限制極顯著下調(diào)了三角褐指藻巖藻黃素生物合成途徑相關(guān)基因FCPb,其中氮濃度為28 μmol·L-1時(shí)三角褐指藻中FCPb的表達(dá)量最低,為CK 的0.22 倍；而氮限制處理組的三角褐指藻中FAB2 的表達(dá)量均明顯高于CK(圖7-B),表明氮限制上調(diào)了三角褐指藻油脂生物合成途徑相關(guān)基因FAB2的表達(dá),且氮濃度為448、28 μmol·L-1時(shí)的FAB2 表達(dá)量均極顯著高于CK,其中氮濃度為448 μmol·L-1時(shí),FAB2 的表達(dá)量最高,為CK 的13.2 倍。

圖7 不同氮濃度對三角褐指藻FCPb(A)基因和FAB2(B)基因表達(dá)的影響Fig.7 Effects of different nitrogen concentration on the relative expression of genes of FCPb(A)and FAB2(B)in P.tricornutum

3 討論

氮是植物生長必需的大量元素,其供應(yīng)量影響細(xì)胞的生理作用,決定藻細(xì)胞的生長速度和各種生物成分如脂類、色素、萜類、糖類等物質(zhì)的含量和組成[17]。如李濤等[22]發(fā)現(xiàn)在氮濃度為3.5 mmol·L-1時(shí),產(chǎn)油綠球藻的分裂生長受到抑制；Lundgren 等[23]研究發(fā)現(xiàn),氮缺乏時(shí),小定鞭金藻死亡率提高。 本研究也發(fā)現(xiàn),在氮限制的條件下,低氮濃度對三角褐指藻的生長具有一定的抑制作用,完全缺氮條件下的藻細(xì)胞密度明顯低于正常條件,比正常條件(氮濃度為896 μmol·L-1)降低了49.7%,其原因可能是,細(xì)胞缺少主要的營養(yǎng)來源,導(dǎo)致細(xì)胞的生長率、代謝率降低,即表現(xiàn)為細(xì)胞數(shù)降低和細(xì)胞周期變長。

巖藻黃素屬于硅藻次生代謝產(chǎn)物中的萜類物質(zhì),是一種參與光合作用、輔助采光色素的類胡蘿卜素[24]。 楊瑩等[25]以不同濃度的蛋白胨作氮源培養(yǎng)蛹蟲草發(fā)現(xiàn),一定濃度范圍蛹蟲草體內(nèi)類胡蘿卜素含量隨著氮濃度增加而增加,蛋白胨濃度為1%時(shí)類胡蘿卜素含量最高,表明氮濃度影響類胡蘿卜素的合成。郭麗麗等[26]研究發(fā)現(xiàn)萜類物質(zhì)甲羥戊酸途徑中的第一個(gè)限速酶3-羥基-3-甲基戊二酰CoA 還原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl-Co A reductase,HMGR)基因的表達(dá)量隨著氮濃度的增加呈先升高后降低的趨勢,從而導(dǎo)致人參皂苷含量出現(xiàn)相同的變化,即在氮濃度為20.0 mg·L-1時(shí)表達(dá)量最高。 本研究中,巖藻黃素含量隨著氮限制增強(qiáng),整體極顯著下降,表明低氮濃度抑制次生代謝途徑中巖藻黃素的合成,這與前人研究一致。

研究表明,缺氮會加速多種蛋白的降解,有利于氨基酸的重新利用,提高脂肪酸合成途徑相關(guān)酶的表達(dá)[27]。 Breuer 等[28]研究發(fā)現(xiàn)氮饑餓對9 株微藻甘油三?；e累有促進(jìn)作用。 此外,還有研究表明,面臨氮利用率降低時(shí),微藻細(xì)胞可能會吞噬細(xì)胞周圍的胞外物質(zhì),如碎片或者細(xì)菌等其他生物體,以獲得額外的氮元素,從而增加脂質(zhì)含量的積累[29-30]。 本研究也發(fā)現(xiàn),氮限制條件下,油脂積累量增加,同時(shí)脂肪酸去飽和酶基因FAB2 表達(dá)上調(diào)。

Nomura 等[31]發(fā)現(xiàn)褐藻中的總脂肪酸含量隨溫度和光照變化波動較大,但在春冬季節(jié),總脂含量有所提高,且?guī)r藻黃素、 n-3 多不飽和脂肪酸( n-3 polyunsaturated fatty acids,n-3 PUFAs) 和巖藻甾醇(fucosterol)含量最高。 而吳瓊芳[32]研究表明,氮濃度為4.5 和3.6 mmol·L-1時(shí),衣藻的油脂在短時(shí)間內(nèi)迅速累積,最高可達(dá)0.093 1 g·L-1·d-1,而類胡蘿卜素、葉綠素a 以及葉綠素b 含量均呈快速上升后緩慢下降最終趨于平穩(wěn)的趨勢。 由此可見,氮脅迫下類胡蘿卜素含量與油脂積累量的變化趨勢在短時(shí)間內(nèi)一致,隨后趨勢相反。 Matsumoto 等[33]采用測試油乳化劑對小鼠進(jìn)行十二指腸灌注研究,發(fā)現(xiàn)巖藻黃素和巖藻黃質(zhì)醇(2 mg)在小鼠體內(nèi)抑制了脂肪酶活性,4 h 內(nèi)降低了腸道對近50%的甘油三酯的吸收量。 Tsukui 等[34]研究指出,巖藻黃素可使小鼠體內(nèi)的不飽和脂肪酸代謝途徑發(fā)生改變,使去飽和脂肪酸如二十二碳六烯酸、花生四烯酸等在體內(nèi)的含量增加。 表明巖藻黃素影響了動物體內(nèi)油脂的正常代謝,導(dǎo)致油脂物質(zhì)發(fā)生不同方向的轉(zhuǎn)化。 同時(shí),本研究也發(fā)現(xiàn)低氮脅迫使三角褐指藻中巖藻黃素含量下降到最低,極顯著低于對照,而油脂含量卻較對照提高了1.36 倍。 推測在微藻脂質(zhì)與巖藻黃素代謝合成途徑中,巖藻黃素與油脂之間可能存在一定的相互作用,但準(zhǔn)確的結(jié)論還有待進(jìn)一步研究。

李小梅等[35]研究發(fā)現(xiàn)氮、磷限制會導(dǎo)致三角褐指藻細(xì)胞中葉綠素a 含量明顯下降,但對葉綠素c 含量沒有明顯影響,本研究也發(fā)現(xiàn),在氮限制條件下,葉綠素a 含量出現(xiàn)不同程度的下降。 研究表明,在氮限制條件下,葉綠素a/b 的比例無明顯變化,同時(shí),總?cè)~綠素的合成速率降低,細(xì)胞葉綠素積累量大幅度下降,其主要原因是氮限制下細(xì)胞為保護(hù)結(jié)構(gòu)和功能,迫使葉綠素a 等合成下降,降低光捕獲[36]。 葉綠素a 含量與巖藻黃素的增減趨勢一致,當(dāng)植物受到超過最大光合效率的光強(qiáng)照射時(shí),植物細(xì)胞內(nèi)天線系統(tǒng)(類胡蘿卜素與葉綠素形成的聚光復(fù)合物)遭到淬滅,發(fā)生非化學(xué)損傷[37]。 Zhang 等[38]研究氮限制下的小球藻發(fā)現(xiàn),氮脅迫藻中光系統(tǒng)受到損傷,抑制光合作用的正常進(jìn)行；Longworth 等[39]利用iTRAQ 技術(shù)直接測得氮脅迫下三角褐指藻中葉綠體-巖藻黃素蛋白a/c(FCP)、ATP 合酶、PSI、PSII 和細(xì)胞色素c 等光合電子傳遞系統(tǒng)蛋白合成數(shù)量下降,同時(shí)采光蛋白光合及二磷酸核酮糖羧化酶的相對豐度均降低。 因此,結(jié)合本研究結(jié)果,可推測氮脅迫造成了三角褐指藻中光合途徑光系統(tǒng)損傷,這種損傷可能直接影響關(guān)鍵蛋白FCP 的合成,導(dǎo)致FCP 復(fù)合體合成下降,同時(shí)FCP 復(fù)合體主要組成成分——巖藻黃素與葉綠素a 含量也隨之發(fā)生同趨勢下降。

郭雪潔[12]研究發(fā)現(xiàn)在低溫和鹽脅迫下,隨著溫度的降低和鹽濃度的增加,衣藻中FAB2 的表達(dá)量有一定程度的升高；同時(shí)Tasseva 等[40]也證實(shí)甘藍(lán)油菜中FAB2 基因在低溫條件下表達(dá)上調(diào),導(dǎo)致FAB2 蛋白含量增加； Gundermann 等[41]發(fā)現(xiàn)高光照強(qiáng)度條件(140 μE·m-2·s-1)培養(yǎng)藻細(xì)胞,能提高藻的光合作用,同時(shí)三聚體FCPa 和寡聚體FCPb 中巖藻黃素的含量均有所增加,即光照有利于FCP 復(fù)合物中巖藻黃素的合成；徐才哲等[9]研究證實(shí)Fcpb基因的表達(dá)產(chǎn)物復(fù)合體中富含巖藻黃素,能調(diào)控微藻的光合功能。 上述研究表明溫度、鹽分等環(huán)境脅迫可提高FAB2 的表達(dá)調(diào)控,從而促進(jìn)脂類物質(zhì)在植物體內(nèi)的合成。 本研究發(fā)現(xiàn)在低氮濃度下脂類物質(zhì)和巖藻黃素合成從基因水平上受到氮脅迫調(diào)控,氮濃度可能介導(dǎo)了細(xì)胞膜或者細(xì)胞內(nèi)信息的傳遞,導(dǎo)致細(xì)胞核中基因表達(dá)發(fā)生改變,從而影響代謝通路物質(zhì)的變化以應(yīng)對外界環(huán)境的刺激。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,低氮濃度抑制了三角褐指藻的生長；在一定范圍的低氮濃度下,三角褐指藻的巖藻黃素含量極顯著下降,而油脂含量極顯著升高,巖藻黃素含量與油脂含量之間存在顯著的相關(guān)性,且?guī)r藻黃含量的降低與其復(fù)合體基因FCPb表達(dá)下調(diào)一致,油脂含量的升高與其關(guān)鍵酶基因FAB2 表達(dá)上調(diào)一致。 通過氮元素調(diào)控巖藻黃素合成基因與油脂合成基因的表達(dá),可選取適宜的氮濃度促進(jìn)巖藻黃素生產(chǎn)和油脂積累。 本研究結(jié)果為巖藻黃素和油脂合成的研究提供了一定的理論依據(jù)。