1、DOI:10.12131/20220140文章编号：2095 0780（2023）02 0078 11Asterarcys sp.海水藻株对 UV-B 辐射的响应及生理机制研究吕金亭1,2，裴海伟1,2，卫华宁1,2，吴华莲1,3,4，李 涛1,3,4，吴后波1,3,4，向文洲1,3,41.中国科学院南海海洋研究所/中国科学院热带海洋生物资源与生态重点实验室/广东省海洋药物重点实验室，广东 广州5103012.中国科学院大学，北京 1000493.南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)，广东 广州 5114584.中国科学院南海生态环境工程创新研究院，广东 广州 510301摘要：为探究微藻对
2、UV-B辐射的响应及生理机制，进一步提高微藻的潜在应用价值，以Asterarcys sp.SCSIO-44020海水藻株为研究对象，设置5个UV-B辐射处理组(0、10、30、50和70 min)，各组对应的辐射剂量分别为0、150、460、770和1 050 mJcm2，从接种第一天开始，每隔48 h辐射处理1次，直至培养末期，开展UV-B辐射对该藻株的生理生化影响研究。结果表明，该藻株经20 d培养后，与对照组相比，1050 min处理组的UV-B辐射对藻株生长无显著影响(P0.05)，70 min处理组对其生长则有显著抑制(P0.05)。类菌胞素氨基酸(Mycosporine-like
3、amino acids,MAAs)和总类胡萝卜素含量随UV-B处理时间的延长而增加，70 min处理组MAAs含量达到最高，为对照组的1.75倍；而50 min处理组的总糖和MAAs产量达到最高，比对照组分别提高了12.40%和57.61%。综上所述，Asterarcys sp.海水藻株具有极强的抗UV-B辐射能力，MAAs增加是其适应紫外辐射的关键，间歇式的50 min UV-B辐射处理可作为该藻株生产MAAs等微藻产物的有效调控手段。关键词：Asterarcys sp.；UV-B 辐射；代谢产物；类菌胞素氨基酸；生理响应中图分类号：S 968.4文献标志码：A 开放科学（资源服务）标识码（
4、OSID）：Response to UV-B radiation and physiological mechanism of marinemicroalga Asterarcys sp.LYU Jinting1,2,PEI Haiwei1,2,WEI Huaning1,2,WU Hualian1,3,4,LI Tao1,3,4,WU Houbo1,3,4,XIANG Wenzhou1,3,41.South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences/Key Laboratory of Tropical Marin
5、e Bio-resources andEcology/Guangdong Key Laboratory of Marine Materia Medica,Guangzhou 510301,China2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China3.Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Guangzhou),Guangzhou 511458,China4.Institution of South China Sea Ecology
6、and Environmental Engineering,Guangzhou 510301,ChinaAbstract:In order to investigate the response of microalgae to UV-B radiation and their physiological mechanism,and to im-prove their potential value,we selected Asterarcys sp.SCSIO-44020 as material,and exposed them to UV-B radiation under dif-fer
7、ent radiation conditions(0,10,30,50 and 70 min each time,corresponding to radiation doses of 0,150,460,770 and 1 050mJcm2)every 48 h until the end of the culture.The results show that,after a 20-day cultivation,UV-B radiation of 1050 mintreatment group had no significant effect on the growth of alga
8、e compared with the control group(P0.05),but the 70 min第 19 卷第 2 期南 方 水 产 科 学Vol.19，No.22023 年 4 月South China Fisheries ScienceApr.，2023收稿日期：2022-05-15；修回日期：2022-08-21基金项目：广东省重点领域研发计划项目(2020B1111030004)；南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项(GML2019ZD0406)作者简介：吕金亭(1996)，女，硕士研究生，研究方向为微藻生物技术。E-mail:lv_通信作者：向文洲
9、(1967)，男，研究员，博士，研究方向为微藻生物技术。E-mail:treatment group inhibited the growth significantly(P0.05).The total carotenoid and mycosporine-like amino acids(MAAs)contents increased with the increase of UV-Btreatment time,and reached the maximum values in 70 min treatment group,1.75 times that of the control g
10、roup.However,compared with the control group,the total carbohydrates and MAAs yields in 50 min treatment group increased 12.40%and57.61%,respectively,reaching the maximum values.In conclusion,Asterarcys sp.has a strong ability to resist UV-B radiation,and the increase of MAAs is the key to its adapt
11、ing to UV radiation.Moreover,intermittent treatment of 50 min UV-B radiationis an effective approach to regulate the production of MAAs and other products in microalga.Keywords:Asterarcys sp.;UV-B radiation;Metabolites;MAAs;Physiological response微藻富含多样性极为丰富的生物活性物质，易于大规模培养，具有广阔的开发前景，是目前海洋生物新资源物种挖掘开发的
12、国际热点方向。波长介于 280320 nm 范围的 B 波段紫外线(Ultraviolet radiation B,UV-B)，是影响室外规模化养殖微藻生长、代谢的主要环境因子之一1。UV-B可以诱导藻细胞内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的形成，通过 ROS 的氧化作用进而破坏DNA、蛋白质、脂类等重要分子的化学结构，最终导致藻细胞生长、膜通透性、光合作用、CO2同化、酶代谢、氮固定等生理过程的损伤2-3。不同种类的微藻对 UV-B 辐射的响应不尽相同4。南极冰藻(Chlorophyceae L-4)对 UV-B 辐射的增强有积极的响应，在 UV-B 辐射下总
13、蛋白含量减少，但总脂、总糖及脂肪酸含量显著增加5；而布朗葡萄藻(Botryococcus braunii Kutz.)暴露于 5 Wm2 UV-B辐射时，其生长及总糖、总蛋白、总脂等代谢产物含量急剧降低，但在 1 Wm2 UV-B 辐射下仅受到轻微抑制6。虽然 UV-B 辐射通常会对微藻产生有害影响4，但一些微藻经适当的 UV-B 辐射，可诱导藻细胞内的光保护机制，合成并积累具有紫外吸收能力的化合物，如类菌胞素氨基酸(Mycosporine-like aminoacids,MAAs)、类胡萝卜素(Carotenoids,Car)和伪枝藻素等7。这些紫外吸收物质同时还具有显著的抗氧化活性，通过紫
14、外吸收和抗氧化保护的双重作用，可显著降低紫外辐射对藻细胞的损伤，维持藻细胞正常生长及生理功能。微藻的紫外吸收物质具有重要的商业开发价值，然而，在常规培养环境中，对 UV-B 辐射具有抗性的微藻，其紫外吸收物质含量通常较低，这限制了其产业化开发8。利用UV-B 辐射诱导手段可改善这一问题。因此，筛选生长速度快、紫外适应能力强、综合利用价值高的微藻，采用 UV-B 辐射策略提高其紫外吸收物质的含量，深入探究藻细胞对 UV-B 的响应规律和生理机制，对微藻紫外吸收物质的产业开发具有重要研究意义。在前期研究中，笔者筛选获得了 1 株隶属于绿藻门、栅藻科、Asterarcys 属的单细胞淡水微藻。该属藻
15、类具有生长迅速、耐强光、耐高温、耐烟气以及富含多种高价值生物活性物质等特点，适于室外大规模生产及商业应用9-12。经海水驯化，该藻株可在盐度 30 的海水中良好生长，其生物量、蛋白质、油脂均高于淡水原株，且更易采收，具有良好的开发潜力13。近期笔者还发现该藻株可以高效积累 MAAs，具有商业开发 MAAs 的潜力，目前尚未见有关 Asterarcys 属藻株产 MAAs 特性的报道。本研究选取 Asterarcys sp.SCSIO-44020 海水藻株为研究对象，探讨了该藻株生长及代谢产物对不同人工外源 UV-B 辐射时间的响应规律，揭示该藻株抗 UV-B 辐射的生理机制，以期为该藻株紫外吸
16、收物质的开发及其生物质资源的综合利用提供理论依据。1 材料与方法 1.1 材料本实验采用的藻种为 Asterarcys sp.SCSIO-44020 海水藻株，由中国科学院南海海洋研究所筛选并经海水驯化获得，现保存于广东省经济微藻种质库。1.2 方法1.2.1培养方法Asterarcys sp.SCSIO-44020 海水藻株的保藏、扩种与紫外处理培养实验均采用海水改良 1-ZSNT培养基12。紫外处理实验中，接种密度 OD750 nm为 0.500.03；紫外处理实验的培养系统为光径6 cm、长度 60 cm、有效培养体积 1 L 的柱式光生物反应器；培养液中持续通入体积分数为 1%的二第 2 期吕金亭等:Asterarcys sp.海水藻株对 UV-B 辐射的响应及生理机制研究79氧化碳(CO2)气体；培养温度为(261)，培养光强为 14 000 lx，培养光周期为 24 L0 D。UV-B 光源采用功率为 8 W、光谱发射范围为280320 nm、峰值为 308 nm 的 UV-B 潜水灯(北京中仪博腾科技有限公司)，其内置的 UV-B 灯管通过加装石英玻璃管外套进行密封防水处