海洋浮游硅藻碳酸酐酶的环境调控机制研究

碳酸酐酶（CA）主要催化CO2和HCO3-相互转化的可逆反应，在海洋浮游硅藻光合固碳中起重要作用。本项目以常见海洋浮游硅藻作为实验材料，研究了不同海洋硅藻无机碳利用与碳酸酐酶的关系；克隆了中肋骨条藻碳酸酐酶基因；探讨了不同硅藻碳酸酐酶对环境因子（包括硅、铁、氮、磷等）的响应机制。结果表明，N、P浓度的变化明显影响中肋骨条藻无机碳的利用，同时高N、P浓度下藻细胞质膜氧化还原活性增加有利于碳酸酐酶活性的激活。低N、P浓度下CA活性明显降低；盐度升高对小新月菱形藻生长和光合作用具有明显抑制作用，但小新月菱形藻可以通过调整胞外碳酸酐酶活性、对无机碳的亲和力和光系统II的能量流动与能量利用效率以应对高盐度的胁迫。中肋股条藻胞外碳酸酐酶活性和对无机碳的亲和力在硅浓度高于1μmol•L-1时明显升高，pH补偿点、质膜氧化还原活性则随着硅浓度的升高略有上升。在铁浓度为0.1-100nmol•L-1范围内，随着培养液中铁浓度的升高，pH补偿点、质膜氧化还原活性升高，当铁浓度高于50nmol•L-1时，中肋骨条藻的比生长速率、光饱和光合速率和胞内外碳酸酐酶活性明显升高，而对无机碳的亲和力略有下降。中肋骨条藻通过调整光合速率、无机碳利用和碳酸酐酶活性适应海水中铁和硅浓度的变化。N或P限制培养的三角褐指藻的胞外CA活性和质膜氧化还原活性均随着CO2浓度的增加明显增加。高CO2浓度培养三角褐指藻的pH补偿点有所下降。在N或P限制条件下，藻细胞可以通过调节无机碳利用方式和碳酸酐酶活性适应高CO2浓度环境。在N或P限制环境中，高光强导致生长的促进作用被减弱，用于光合作用的能量有所减少，能量的利用效率降低，同时藻细胞提高碳酸酐酶的活性以适应高光强环境。