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目 录

1绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究进展 1

1.2.1 UV-B辐照和臭氧 1

1.2.2紫球藻的相关研究 2

1.3创新之处 3

2实验材料与方法 3

2.1 药品及仪器 3

2.1.1 紫球藻的培养 3

2.2实验方法 4

2.2.1 紫球藻的定量 4

2.2.2叶绿素a的测定 5

2.2.3 藻红蛋白的测定 5

2.2.4多糖的测定 5

2.2.5多不饱和脂肪酸的测定 5

2.2.6 UV-B联合臭氧对紫球藻的胁迫方法 5

3数据分析及结果 6

3.1 UV-B联合臭氧对紫球藻生长及生理特性的影响 6

3.1.1 联合作用对叶绿素a的影响 6

3.1.2 联合作用对藻红蛋白的影响 8

3.1.3联合作用对多糖的影响 9

3.1.4 联合作用对多不饱和脂肪酸的影响 10

4总结 11

5展望 12

参考文献 14

致谢 16

UV-B联合臭氧胁迫对紫球藻生长及生物活性物质的影响

黄呈

, China

Abstract: The effects of UV-B and O₃ on the growth of purple globular algae and bioactive substances were analyzed, Experimental results showed that: UV-B irradiation combined with ozone stress has a significant negative effect on the growth, development and metabolism of the algae, UV-B irradiation and ozone stress showed synergistic effects on the determination of chlorophyll a, algal protein (PE), polysaccharide and polyunsaturated fatty acid. It is found that the effect of ozone stress on the growth of purple globular algae and bioactive materials are more closely related to the performance of the combination, The reasoning may be that ozone stress predominates in the combination, and these two environmental stress factors do not work the same way.

Key words: UV-B；Ozone；Algal chlorophyll-a；Algal protein (PE)；Polysaccharide；Polyunsaturated fatty acids

1绪论

1.1研究背景及意义

地球大气中气体的化学组成正在被人类的活动迅速的改变着，大气中气体的变化正在对地球的臭氧层、气候产生全球性的影响^[1]。目前引起全球变暖的最主要原因之一：二氧化碳气体。

臭氧层存在于地面以上10到50公里之间的平流层的顶部。组成臭氧层的臭氧分于由3个氧原子组成，臭氧层能保护我们免于来自太阳的波长在290和320 nm之问的紫外线即UV-B的侵害^[2]。根据生物效应的不同，将紫外线按照波长划分为四个部分波段(UV-A)，称为黑斑效应紫外线，波长范围为400 ~ 320 nm；B波段(UV-B)，称为红斑效应紫外线，波长范围为320一275 nm；C波段(UV-C)，称为灭菌紫外线，波长范围为275-200 nm；D波段(UV-D)，称为真空紫外线，波长范围为200-10 nm。

而臭氧对人类的作用也是国内外学者一直在研究的课题。臭氧层号称地球的生命保护层，其能阻止紫外线直接辐射地球，有效地保护地球生命安全^[3]。但是紫外线又是地球生物生存必不可少的物质，因此研究其对地球生存生长的具体影响机理，具有非常重要的意义。由于我国是农业大国，所以国内在此方面的主要研究方向在于UV-B对农业和陆地生态的影响，实验集中于UV-B辐照对农作物生长影响和对农田生态系统的影响，如大豆，小麦，水稻等作物^[4]。国内外对于紫外线影响植物生长的研究还是相对较多^[5]，但是研究紫外线-臭氧联合对植物生长影响的课题倒是相对较少。本课题就是以研究UV-B联合臭氧胁迫对紫球藻生长及生物活性物质的影响，希望能为更多学者深入了解紫外线-臭氧联合对植物生长的影响机理，提供点借鉴意义。

1.2国内外研究进展

1.2.1 UV-B辐照和臭氧

(1)UV-B辐照和臭氧的定义和概念

UV-B英文全称（ultraviolet radiation b），它是是紫外辐射（UVR）中的其中一种。同时根据生物效应的不同，将紫外线波长划分出来的一个波段，UV-B是户外紫外线，人们在室外活动时直接射入皮肤^[6]。它的波长介于275~320纳米，又称为中波红斑效应紫外线。而由于近些年的人类活动，臭氧层遭到破坏，出现臭氧空洞后，UV-B大量穿过臭氧层，直接照射到地表。

但是尽管到达地球表面的UVB相对于UVA只占很小的比例，研究表明，UV-A对地面生物大多是没有害处的，甚至在某些条件下还可以促进植物的生长^[7]。而波长更短的UV-B对地表大部分生物甚至有机物却是有害的，甚至会对生物产生严重的影响。

臭氧(O ₃)是一种主要的光化学氧化剂，臭氧（O₃）在常温下，它是一种有特殊臭味的淡蓝色气体，它的主要分布在10~50km高度的平流层大气中，极大值在20~30km高度之间。在常温常压下，稳定性较差，可自行分解为氧气^[8]。臭氧吸入少量对人体有益，吸入过量对人体健康有一定危害。臭氧拥有不可燃的特点，它是一种纯净物，研究表明氧气通过电击可变为臭氧。

臭氧是大气中自然产生的一种具有特殊臭味的微量无色气体，人们通常所说的臭氧层是指绝大部分臭氧存在于离地面25公里左右处的大气平流层中^[9]。臭氧量往往随纬度、季节和天气等因素的变化而不同。天空中的臭氧层能够吸收99%以上的太阳紫外线，为地球上的生物提供了天然的保护屏障，可是当臭氧存在于土壤中时却是一种严重的污染^[10]。研究结果表明，光照越强的地方，土壤中臭氧造成的损失尤其对于农作物造成的损失越大。

（2）紫外线和臭氧的分布及危害

UV-B辐射的增强会引发植物生物膜系统的伤害并使植株形态变低矮，生物总量和产量降低^[11]。植物的光合作用以及色素的生理特性也会受到抑制。UV-B辐射对植物的生理特性影响及生长抑制作用很可能因为DNA损伤和光合作用细胞器受到损害。植物的DNA修复能力、UV吸收性细胞内含物及抗氧化能力也和UV-B对植物的损伤有关^[12]。

有研究显示，UV-B辐射增强抑制了多数植物的生长状况。外观上UV-B会使植株高度变矮、外形整体变小并使叶片面积缩小^[13]。穗和茎质量增高，叶片质量降低和灌浆能力削弱，使花粉发育成功率降低。Zheng^[14]等实验显示，大田环境下，UV-B辐照剂量分别增加5.8%和11.4%时，冬小麦生物量各降低11.4%和24%。Barnes等研究显示，单子叶植物对U-VB更为敏感，推测U-VB可能影响了植物激素的代谢能力。

目前国内侧重于UV-B辐照增强对农业的影响，主要研究对象是小麦、水稻等农作物。例如王传海^[15]等人研究表明，南京地区UV-B的辐射已对小麦的生长能力造成较大影响。

臭氧(O₃)能造成植物叶面损伤、茎缩短甚至植株矮化，诱发植物细胞脂质过氧化，损伤叶绿体，破坏光合色素，诱导植物叶片气孔关闭，抑制碳的同化，减弱植物的净光合作用，加速植物老化，最终引起植物生长的下降，种子和作物的减产^[16]。

臭氧通过减少碳同化来影响组织的碳水化合物分配。因此，慢性臭氧胁迫能引起的枝和根之间的碳分配变化^[17]。许多研究发现,臭氧胁迫使植物根系的生物量、相对根系生长速率(RGR)、根系长度、根与枝的生物量比率和根系呼吸作用减少10%—60%, 还能引起染色体畸变和根尖新陈代谢的变化

1.2.2紫球藻的相关研究

(1)紫球藻概况

紫球藻是一种具有研究价值的真核单细胞红藻，细胞形态呈圆形或卵形，外侧不具有纤维成分的细胞壁，但细胞中常分泌出水溶性黏多糖包围在细胞外侧形成黏脂鞘^[18]。由于细胞间黏脂鞘的相互黏连，在固体培养时，紫球藻会在培养基表面形成一层薄层，而液体培养时，会出现附壁现象或聚集成^[19.20]。与其他藻类相同，紫球藻培养时受温度、光照强度、光暗周期以及酸碱度的影响。一般情况下，低温促进长链脂肪酸的合成，弱光促进藻红蛋白的合成，强光则促进藻多糖的合成^[21]。其中，紫球藻的长链脂肪酸具有很高的营养和药用价值。丰富的藻红蛋白可与藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白和叶绿素a在叶绿体类囊体薄膜上按一定次序排布形成藻胆体，用于光合作用中光能的吸收、传递和转化^[22.23]。紫球藻多糖可用于抗肿瘤、抗病毒、抗辐射以及降血脂等各个方面，是科研领域中的研究热点。目前，紫球藻作为第一个完成基因组测序的单细胞红藻，对其基因的分析研究将有助于更全面的了解单细胞红藻的特性，为藻类的功能研究提供了进一步的理论基础。

(2)紫球藻的研究进展

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