光和溫度對(duì)兩種綠潮藻光合途徑及抗氧化功能的影響

馬茜，王玉玨，孫西艷，劉東艷*

( 1. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241；2. 中國(guó)科學(xué)院牟平海岸帶環(huán)境綜合試驗(yàn)站，山東 煙臺(tái)264003)

1 引言

綠潮是指潮間帶大型綠藻在特定環(huán)境條件下大量增殖，形成的高生物量生態(tài)災(zāi)害[1-2]。該現(xiàn)象多發(fā)生在富營(yíng)養(yǎng)化的潮間帶區(qū)域，以石莼屬（Ulva）物種為主，如：以腸滸苔（Ulva intestinalis）為原因種的綠潮在世界多個(gè)海域的潮間帶都有過報(bào)道[1-5]。個(gè)別綠潮物種能夠脫離固著基，進(jìn)入海域漂浮生長(zhǎng)，并形成大規(guī)模高生物量災(zāi)害，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，如：我國(guó)黃海滸苔（Ulva prolifera）綠潮的暴發(fā)[6-7]。綠潮的暴發(fā)不僅受到溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽等多個(gè)環(huán)境因素的誘導(dǎo)，而且與自身的繁殖能力、生理生化功能密切相關(guān)，其中，高效的光合速率與營(yíng)養(yǎng)鹽吸收能力往往是物種在短時(shí)間內(nèi)大量增殖的重要生物學(xué)基礎(chǔ)[8-9]。

多數(shù)藻類植物的光合作用以卡爾文循環(huán)（C3）為主[10-11]，利用CO2合成有機(jī)碳。然而，Hatch-Slack 光合途徑（C4）或者類似C4途徑參與的藻類光合作用在20 世紀(jì)70 年代已有報(bào)道，例如，硅藻門中的三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）和威氏海鏈藻（Thalassiosira weissflogii），以及褐藻門中的四疊團(tuán)扇藻（Padina tetrastromatica），均可以利用，將其固定在C4雙羧酸中，經(jīng)過一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)化成CO2進(jìn)入C3途徑，形成固碳效應(yīng)[12-14]。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，在有些綠潮物種的光合固碳中，可能也存在C4或者類似C4途徑的參與過程，并成為提高其光合效率、快速增殖的重要生理生化機(jī)制[15]，如：黃海滸苔中就存在與C4途徑相關(guān)的基因以及光合產(chǎn)物[15-16]。一般來說，C4植物的光合效率能高于C3植物的50%[17]，其最大的日生長(zhǎng)率是C3植物的2～8 倍[18-20]。因此，有必要對(duì)綠潮物種是否存在C4途徑以及在固碳中的重要性做進(jìn)一步探討，這對(duì)于理解其生態(tài)災(zāi)害暴發(fā)的生物學(xué)機(jī)制具有重要意義。

C3和C4植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力不同，C3植物最適生長(zhǎng)溫度一般為20～25℃，其飽和光強(qiáng)為全日照的一半，而C4植物最適生長(zhǎng)溫度為30～35℃，其凈光合作用隨著光強(qiáng)的增加而增加，沒有飽和光強(qiáng)[21-22]。因此，高光強(qiáng)與溫度通常是誘導(dǎo)植物啟動(dòng)C4循環(huán)機(jī)制的關(guān)鍵環(huán)境因子。藻類光合作用過程中產(chǎn)生大量的氧氣，在強(qiáng)光下發(fā)生光抑制時(shí)，碳同化能力的下降會(huì)改變細(xì)胞內(nèi)的氧化還原環(huán)境，產(chǎn)生對(duì)細(xì)胞有害的活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）[23]。若此反應(yīng)過程與清除ROS 的酶系相偶聯(lián)，如：超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, SOD）、過氧化物酶（Peroxidase,POD）、過氧化氫酶（Catalase, CAT）和抗壞血酸（Ascorbic Acid）等，則能清除細(xì)胞內(nèi)多余的ROS[23]。這些酶相互之間起到協(xié)同作用，其中SOD 是抗氧化系統(tǒng)中最重要的酶類，因其催化超氧自由基形成過氧化氫（H2O2），由此啟動(dòng)下游反應(yīng)，H2O2又繼續(xù)被POD 和CAT 清除。因此，C4植物相對(duì)于C3植物能更好地應(yīng)對(duì)氧化脅迫，具體表現(xiàn)在抗氧化酶（SOD、CAT 等）活性增加以及非酶抗氧化劑（抗壞血酸）的增加[24]。

基于上述研究基礎(chǔ)，本研究選取煙臺(tái)潮間帶的兩個(gè)綠潮原因物種腸滸苔和Ulva expansa作為研究對(duì)象。其中，U. expansa的夏季綠潮在美國(guó)加利福尼亞州的蒙特利（Monterey）海灣多次被報(bào)道[5,25]，在我國(guó)煙臺(tái)牟平海域連續(xù)5 年暴發(fā)小規(guī)模綠潮，對(duì)當(dāng)?shù)睾Ｓ颦h(huán)境造成一定的影響，具有研究的必要性。本研究利用夏季高溫、高光強(qiáng)條件，通過室外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)比較了腸滸苔和U. expansa的C3關(guān)鍵酶（二磷酸核酮糖羧化酶，Ribulose Bisphosphate Carboxylase Oxygenase, Rubsico）和C4關(guān)鍵酶（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，Phosphoenolpyruvate Carboxylase, PEPCase；磷酸烯醇丙酮酸羧激酶，Phosphoenolpyruvate Carboxykinase, PEPCKase）的活性變化特征，分析了它們與光強(qiáng)、溫度的響應(yīng)關(guān)系，同時(shí)測(cè)定了主要的抗氧化酶（SOD、POD）及其 產(chǎn) 物 丙 二 醛（ Malondialdehyde, MDA） 的 變 化，MDA 是生物體自由基發(fā)生過氧化反應(yīng)的終產(chǎn)物，可以作為脂膜過氧化程度以及植物的抗逆性的指標(biāo)，進(jìn)一步解答兩種綠藻的抗氧化能力。實(shí)驗(yàn)還分析了藻體對(duì)應(yīng)光合產(chǎn)物δ13C 的變化，探討了C4途徑在兩個(gè)物種光合固碳中發(fā)生作用的可能性。

2 材料與方法

2.1 樣品采集與預(yù)處理

于2018 年7 月在山東省煙臺(tái)市牟平區(qū)潮間帶（37.46°N, 121.71°E）采集腸滸苔和U. expansa樣品，裝于冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室。挑選出健康藻體，用消毒海水清洗，除去泥沙和其他雜物后，將樣品置于40 L 透明塑料箱內(nèi)，加入經(jīng)GF/F 膜過濾的自然海水。將培養(yǎng)箱置于室外通風(fēng)處，每隔1 天換1 次過濾海水，預(yù)培養(yǎng)1 周。

2.2 室外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

室外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)于2018 年7 月26-29 日期間，在中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所牟平野外臺(tái)站開展。兩種綠藻分別培養(yǎng)，各用3 個(gè)培養(yǎng)箱作為平行樣，每個(gè)培養(yǎng)箱放入40 g（濕重）綠藻樣品，加入40 L 過濾海水，再將培養(yǎng)箱放置于室外海水池（60 m×100 m）中（圖 1）。培養(yǎng)海水的初始溶解無機(jī)氮和磷酸鹽濃度分別為34.6 μmol/L 和0.67 μmol/L。培養(yǎng) 時(shí)間從8 時(shí)開始 到18 時(shí)結(jié)束，每隔2 h 進(jìn)行一次取樣，每個(gè)培養(yǎng)箱每次取樣1.2 g（濕重）。樣品保存到?80℃超低溫冰箱，用于測(cè)定酶活和組織δ13C?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定日光照強(qiáng)度（TES-1339R, TES）、培養(yǎng)海水溫度（PT3003, Anymeter）以及培養(yǎng)海水鹽度（S3-Standard kit, Mettler-Toledo）的變化情況。

圖 1 室外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景Fig. 1 The outdoor culture experiment

2.3 酶活的測(cè)定

每種酶活測(cè)定需0.1 g（濕重）冷凍藻體，稱取好的樣品在液氮中研磨后進(jìn)行測(cè)定。其中，Rubsico、PEPCase 活性測(cè)定分別采用Solarbio 公司的二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（Rubisco）試劑盒、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）試劑盒；PEPCKase 的活性測(cè)定采用南京建成生物工程研究所的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶試劑盒。3 種酶的活力單位均定義為在25℃條件下，每克新鮮組織每分鐘消耗1 nmol 還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide Adenine Dinucleotide, NADH）所需的酶量（單位：nmol/（min·g））。

SOD、POD 活性和MDA 含量的測(cè)定分別采用南京建成超氧化物歧化酶（SOD）測(cè)試盒、過氧化物酶（POD）測(cè)試盒以及植物丙二醛（MDA）測(cè)試盒。SOD的活力單位定義為37℃條件下，在本反應(yīng)體系中SOD 抑制率達(dá)50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的酶量（單位：U/g）；POD 的活力單位定義37℃條件下，每毫克組織蛋白每分鐘轉(zhuǎn)化1 μg 底物所需的酶量（單位：U/mg（Protein））。

2.4 藻體組織δ13C 的測(cè)定

用0.1 mol/L 鹽酸沖洗藻體后，再用Milli-Q 水將酸清洗干凈。清洗后的樣品冷凍干燥48 h，進(jìn)行研磨。取0.5～1 mg 研磨樣品用4 mm×6 mm 錫箔包樣后，以美國(guó)南卡羅來納的石灰?guī)r制品（PDB）的同位素比值為標(biāo)準(zhǔn)，在中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所的穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀（MAT 253, Thermo Scientific）上測(cè)定藻體δ13C 值。實(shí)驗(yàn)室重復(fù)測(cè)定的分析誤差小于0.2‰。

利用端元模型計(jì)算了藻體對(duì)CO2和的相對(duì)利用率[26]。若藻類單獨(dú)利用CO2，所得的藻體組織δ13C 最大值為?30‰，若藻類單獨(dú)利用，所得的藻體組織δ13C 最小值為?10‰[27]；因此，在公式中純利用CO2的端元值設(shè)定為?30‰，純利用的端元值設(shè)定為?10‰，藻類利用合成光合產(chǎn)物的貢獻(xiàn)率（ fHCO?3）表達(dá)式為

2.5 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用SPSS 22 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）、t檢驗(yàn)（t-test）以及Pearson 相關(guān)性分析，顯著性水平設(shè)為p＜0.05。數(shù)據(jù)先采用Shapiro-Wilktest 進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，再用Levene 檢驗(yàn)進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)；若存在方差不齊的情況，采用Welch 檢驗(yàn)。所得數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

圖 2 兩種綠藻C3 關(guān)鍵酶（Rubisco）與C4 關(guān)鍵酶（PEPCase、PEPCKase）活性的日變化特征比較Fig. 2 The comparison of diurnal variations of C3 key enzyme(Rubisco) and C4 key enzyme (PEPCase and PEPCKase) activities between U. intestinalis and U. expansa

3 結(jié)果

3.1 C3 與C4 關(guān)鍵酶的日變化特征

實(shí)驗(yàn)過程中，海水溫度變化范圍為27.4～32.6℃，光照強(qiáng)度的變化范圍為57.5～1 857.6 μmol/（m2·s），最高值均出現(xiàn)在12:00（圖 2）。海水鹽度的變化范圍較?。?1.2～32.1），受水分蒸發(fā)的影響，最高值出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)。

C3關(guān)鍵酶Rubisco 活性的日變化在腸滸苔與U.expansa中存在顯著差異（圖 2A）：腸滸苔的Rubisco 活性在10:00 和16:00 分別出現(xiàn)了高峰值（27.7 nmol/（min·g）和25.4 nmol/（min·g）），活性峰值（10:00）相比初始時(shí)間（8:00）增加53.0%，但在中午（12:00-14:00）顯著下降（圖 2A）。U. expansa的Rubisco 活性高峰值出在12:00（61.5 nmol/（min·g）），高光、高溫條件（12:00）并沒有抑制U. expansa的Rubisco 活性（圖 2A）；根據(jù)相關(guān)性分析，U. expansa的Rubisco 活性與環(huán)境因素（溫度、光強(qiáng)）呈正相關(guān)關(guān)系，與溫度的相關(guān)性極顯著（p＜0.01），而腸滸苔沒有表現(xiàn)出顯著相關(guān)（表 1）。C4關(guān)鍵酶PEPCase 和PEPCKase 活性在腸滸苔中的顯著峰值出現(xiàn)在12:00，分別為68.4 nmol/（min·g）和334.9 nmol/（min·g），比初始時(shí)間（8:00）分別增加了82.8%和199.9%，與光強(qiáng)變化一致（圖 2B，圖 2C）；根據(jù)相關(guān)性分析，PEPCKase 活性與溫度、光強(qiáng)呈顯著正相關(guān)關(guān)系（p＜0.05）（表 1）。比較而言，C4關(guān)鍵酶PEPCase 和PEPCKase 活性在U. expansa中的變化不顯著（圖 2B，圖 2C），而且PEPCKase 活性與溫度、光強(qiáng)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（p＜0.05）（表 1），說明高光、高溫（12:00）沒有能夠誘導(dǎo)U. expansaC4光合作用途徑的高表達(dá)。

3.2 兩種綠藻光合產(chǎn)物的δ13C 變化特征

已有文獻(xiàn)資料表明，C3和C4植物的δ13C 數(shù)值范圍分別為?35‰～?22‰與?17‰～?11‰之間[28]，這是因?yàn)镽ubisco 同化CO2，而PEPCase 同化，即兩種途徑優(yōu)先利用的碳源不同，故導(dǎo)致光合產(chǎn)物δ13C 值存在差異[29-30]。培養(yǎng)期間，腸滸苔的組織δ13C 變化范圍為?17.1‰～?15.7‰， fHCO?3的變化范圍為64.5%～71.3%（圖 3），這表明其同化的比例較高。此外，腸滸苔組織δ13C 在14:00 出現(xiàn)明顯偏正的現(xiàn)象，盡管略滯后于C4關(guān)鍵酶PEPCase 和PEPCKase 活性的最高值（圖 2B，圖 2C），但基本能夠指示酶活與產(chǎn)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系，說明存在C3與C4途徑混合的特征。比較而 言，U. expansa的δ13C 范 圍 為?23.5‰～?21.9‰，的變化范圍為32.4%～40.3%（圖 3），表明該物種以C3途徑為主，這與酶活測(cè)定的結(jié)果相對(duì)應(yīng)（圖 2B，圖 2C）。

圖 3 兩種綠藻組織δ13C 和 fHCO?3的日變化特征Fig. 3 The diurnal variations of δ13C and fHCO?3 in the tissue of U. intestinalis and U. expansa

3.3 兩種綠藻抗氧化能力的比較

實(shí)驗(yàn)過程中，腸滸苔表現(xiàn)出了較強(qiáng)的抗氧化能力，SOD 活性一直保持一個(gè)較高的水平，18:00 活性下降（圖 4A）；POD 活性的峰值出現(xiàn)在早上8:00?10:00（圖 4B）；MDA 含量的峰值出現(xiàn)在12:00（圖 4C）。相關(guān)性分析表明，腸滸苔的SOD 活性和MDA 含量與溫度、光強(qiáng)呈顯著正相關(guān)（p＜0.05），POD 活性與溫度、光強(qiáng)的相關(guān)性則不顯著（p＞0.05）（表 2）。U. expansa的SOD 與POD 活性峰值出現(xiàn)在12:00?14:00；MDA含量的峰值出現(xiàn)在12:00（圖 4）；相關(guān)性分析表明，U.expansa的SOD、POD 活性以及MDA 含量與溫度、光強(qiáng)的相關(guān)性不顯著（p＞0.05）（表 2）。

比較而言，腸滸苔SOD 的活性在低光、低溫（18:00）條件下比高光、高溫（12:00）條件下降了33.3%；而U.expansa的SOD 的活性在低光、低溫（18:00）條件下比高光、高溫（12:00）條件下降了27.6%。腸滸苔MDA的含量在低光、低溫（18:00）條件下比高光、高溫（12:00）條件下降了36.9%；而U. expansa的MDA 的含量在低光、低溫（18:00）條件下比高光、高溫（12:00）條件下降了10.6%。

4 討論

大多數(shù)海洋藻類植物的光合作用途徑以C3循環(huán)為主，Rubisco 是C3途徑中的重要羧化酶，固定CO2并形成碳水化合物[21]。然而，Rubisco 只能利用CO2形式的無機(jī)碳，但海水中溶解態(tài)CO2濃度較低，不能完全滿足其合成需求，因此，藻類植物在進(jìn)化中形成了二氧化碳濃縮機(jī)制（CO2Concentrating Mechanisms,CCMs），促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)CO2濃度的積累。CCMs 能夠在Rubisco 周圍催化脫羥基釋放CO2，完成相應(yīng)的濃縮反應(yīng)[31-32]。C4循環(huán)則可以直接利用，通過PEPCase、PEPCKase 等酶的催化作用，在細(xì)胞內(nèi)完成對(duì)CO2的收集、濃縮和轉(zhuǎn)運(yùn)等系列過程[14,33-35]。海洋藻類C4循環(huán)功能的機(jī)制與重要性目前仍存在科學(xué)爭(zhēng)議，例如，有研究認(rèn)為C4循環(huán)途徑在藻類植物的固碳中扮演重要角色[35]，但也有研究表明C4循環(huán)的主要功能是參與能量代謝，驅(qū)散細(xì)胞內(nèi)多余的光能，對(duì)固碳作用的貢獻(xiàn)不大[36]。本研究中發(fā)現(xiàn)腸滸苔與U. expansa的光合途徑存在顯著差異，前者的光合固碳可能由C3和C4途徑共同參與，而后者則主要通過C3途徑進(jìn)行。藻類植物的光合途徑變化受到多種環(huán)境因子的誘導(dǎo)，如溫度、光強(qiáng)、CO2濃度、營(yíng)養(yǎng)鹽、鹽度等[12,15,37-38]。多數(shù)研究表明，C4循環(huán)過程中需要合成相應(yīng)的酶蛋白，是一個(gè)高耗能過程，因此，充足的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、溫度與光強(qiáng)是誘發(fā)C4途徑活躍的重要環(huán)境條件[12,39]，本研究的藻類培養(yǎng)液中設(shè)置了較高的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，充分保證了C4途徑的物質(zhì)合成需求。由于C4途徑?jīng)]有飽和光強(qiáng)限制，故其凈光合作用隨著光強(qiáng)的增加而增加，在白天最高光強(qiáng)時(shí)的光合潛力最大。研究表明，90%的碳同化率的變動(dòng)是由光強(qiáng)變化導(dǎo)致的[40-42]，晴天中午的高光條件往往是激發(fā)酶活力變化的主導(dǎo)因素。在本研究中，C4關(guān)鍵酶PEPCase 和PEPCKase 活性在腸滸苔中的峰值出現(xiàn)在中午（圖 2B，圖 2C），對(duì)應(yīng)了最高光強(qiáng)，且同時(shí)形成了偏正的δ13C 值（?17.1‰～?15.7‰）與高的 fHCO?值（64.5%～71.3%），指示了C4循環(huán)極可能參與了該物種的光合固碳。相比之下，C3光合作用途徑的重要羧化酶Rubisco 的活性容易受到強(qiáng)光照（1 200～1 500 μmol/（m2·s））的抑制作用[43-44]，在培養(yǎng)過程中，腸滸苔的Rubisco 活性在中午（12:00?14:00）強(qiáng)光照條件下（大于1 600 μmol/（m2·s））明顯受到抑制。因此，推測(cè)C4循環(huán)參與補(bǔ)充了該物種的光合固碳能力。

圖 4 兩種綠藻抗氧化物酶（SOD、POD）活性和MDA 含量的日變化特征比較Fig. 4 The comparison of antioxidant enzymes (SOD, POD)actirities and MDA content between U. intestinalis and U. expansa, corresponding to diurnal variations

表 2 兩種綠藻的抗氧化酶（SOD，POD）活性以及MDA 含量與溫度、光強(qiáng)的相關(guān)性Table 2 Correlation between antioxidase activities, MDA content of U. intestinalis and U. expansa vs. temperature and light intensity

比較而言，U. expansa在培養(yǎng)過程中表現(xiàn)出的光合作用特征與腸滸苔存在顯著差異。該物種遵循了大多數(shù)海洋藻類的光合特征，其δ13C 范圍（?23.5‰～?20.9‰）與的比例（32.4%～40.3%）均表明該物種是以C3途徑為主要固碳方式（圖 3）。C4關(guān)鍵酶PEPCase 和PEPCKase 活性的變化在培養(yǎng)過程中不顯著，且Rubisco 活性高峰值出在中午最高光強(qiáng)，沒有出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，可能由于上午U. expansa的Rubisco 活性較高，光合能力較強(qiáng)，釋放出大量的O2，使得中午的藻體處于高O2分壓低CO2的狀態(tài)，則促進(jìn)Rubisco的加氧反應(yīng)，即光呼吸過程[45]。這些特征也表現(xiàn)在兩個(gè)物種的抗氧化能力上。光合作用的不同導(dǎo)致放氧量不同，細(xì)胞內(nèi)部積累大量的ROS，使得抗氧化和氧化的平衡狀態(tài)被破壞，而SOD、POD 等多種抗氧化酶不僅能清除多余的ROS 來維持胞內(nèi)的代謝平衡，還能維持一定的光合電子流，來減緩多余光能對(duì)光合系統(tǒng)造成的損害[23,46]。本研究的結(jié)果表明，在相同條件下，腸滸苔SOD 的活性明顯高于U. expansa，活性變化沒有U. expansa劇烈，所以受到的脅迫損傷也相應(yīng)較??；作為脂膜過氧化程度的指示物，U. expansa的MDA 含量均高于腸滸苔。由此推測(cè)，高溫、高光強(qiáng)對(duì)U. expansa的影響高于腸滸苔，部分原因是抗氧化能力不如腸滸苔。實(shí)驗(yàn)后期U. expansa的POD 活性略高于腸滸苔，可能是其本身反應(yīng)相對(duì)滯后或者與其他抗氧化酶起協(xié)同作用。有研究表明，C4光合作用酶（特別是PEPCase）的基因高表達(dá)能誘導(dǎo)SOD 和POD 的活性增強(qiáng)，并且隨著光抑制（強(qiáng)光）的加劇，SOD 和POD 的活性也逐步增強(qiáng)，ROS 產(chǎn)生速率較低，MDA 積累較少，維持較穩(wěn)定的光合能力，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐光抑制能力[47-49]。由此推測(cè)，腸滸苔較強(qiáng)的抗氧化能力可能與PEPCase 的高表達(dá)有關(guān)。

此外，有研究發(fā)現(xiàn)較高的溫度有助于誘導(dǎo)植物形成類似C4循環(huán)的光合途徑，處于高溫環(huán)境下的時(shí)間越長(zhǎng)，C4途徑的PEPCase 的活性越大[50-51]。例如，C3途徑在15～30℃范圍內(nèi)，凈光合速率與溫度正相關(guān)；而C4途徑在30～40℃范圍內(nèi)的凈光合速率與溫度正相關(guān)，且大于C3途徑的凈光合速率[52-53]。這些研究結(jié)果有助于解釋綠潮物種的季節(jié)演替現(xiàn)象，例如，1997 年夏季美國(guó)加利福尼亞州的紐波特河口暴發(fā)的綠潮主要組成物種是腸滸苔和U. expansa，到了秋季，隨著溫度降低，逐漸演變成U. expansa和Ceramiumsp.[5]；煙臺(tái)牟平海域U. expansa通常是在7 月暴發(fā)，7 月底至8 月初，隨著海水溫度升高而迅速消亡。U.expansa的演替與消亡現(xiàn)象，表明該物種暴發(fā)的溫度上限低于腸滸苔，與本研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。

5 結(jié)論

通過對(duì)腸滸苔和U. expansa的光合作用酶及其藻體光合產(chǎn)物的關(guān)聯(lián)性分析，發(fā)現(xiàn)腸滸苔與U. expansa的光合途徑存在顯著種間差異性。在高溫、高光條件下，C4關(guān)鍵酶活性在腸滸苔中表達(dá)活躍，與光合產(chǎn)物形成對(duì)應(yīng)關(guān)系指示了其光合作用可能由C3與C4途徑共同參與；而U. expansa的C4關(guān)鍵酶活性表達(dá)不活躍，與光合產(chǎn)物形成對(duì)應(yīng)關(guān)系指示了其光合作用主要依靠C3途徑進(jìn)行。然而，C4循環(huán)在藻類植物中的功能表達(dá)存在不確定性，未來還需要探索進(jìn)一步其他環(huán)境因素的誘導(dǎo)作用以及藻類的基因表達(dá)特征。

致謝：感謝華東師范大學(xué)孫賽賽、周鵬、周豪對(duì)樣品采集和培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的幫助，以及煙臺(tái)海岸帶研究所譚揚(yáng)對(duì)碳同位素測(cè)定的幫助。