（渔业资源专业论文）龙须菜琼胶合成相关基因的克隆及其表达调控的研究.pdf

龙须菜琼胶合成相关基因的克隆 及其表达调控的研究 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 2 q 】q 生垒旦 瑟芝】! ： 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：认砷锣 签字日期：加年f 月3 口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 学位论文作者签名：弧7 f 勿 签字日期：f o 年皇月3 0 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签字：弧砂 移 签字日期：z ，f 年月日 电话： 邮编： 龙须菜琼胶合成相关基因的克隆及其表达调控的研究 摘要 龙须菜( g r a c i l a r i a g r a c i l a r i o p s i sl e m a n e i f o r m i s ) 是一种大型海洋红藻。 隶属于红藻门( r h o d o p h y t a ) 、红藻纲( r h o d o p h y 7 e e a e ) 、杉藻目( g i g a r t i n a l e s ) 、 江蓠科( g r a c i l a r i a c e a e ) 。龙须菜最重要的经济意义在于其产生琼胶。琼胶是藻 类的一种特殊碳储存物质。作为主要的经济型产琼胶海藻，开展龙须菜琼胶合成 相关基因的研究，具有重要的理论意义和经济价值。 u d p 葡萄糖焦磷酸化酶( u g p a s e ) 基因g l u g p 是红藻琼胶代谢过程中的一个 重要酶。我们采用r t - p c r 方法获得g l u g pc d n a 的部分序列，r a c e 方法获得其 c d n a 的3 端和5 端序列，本文从基因组d n a 和e d n a 的水平分析了该基因的特 征。g l u g pe d n a 序列全长为2 2 0 0b p ，其中包含一个1 4 8 5b p - 可翻译成4 9 4 个氨基 酸残基的完整开放阅读框一( o r f ) 。该基因的氨基酸序列与其它物种的u g p a s e 氨基酸序列相似性较高。r p s b l a s t 分析表明在1 0 5 至4 0 0 个氨基酸之间存在酶活 性位点和底物结合位点，其中包含5 个保守的赖氨酸残基。获得的5 u t r 部分包 含3 3 0 - 个碱基，5 侧翼序列的翻译初始位点序列为g c t a t g ，与多数红藻的 r c y a t g 的翻译起始特征一致。3 u t r 部分包含3 8 5 个碱基，在终止密码子u a g 之后2 6 1 个碱基处存在一个3 末端多聚a 前的加尾信号：a 朝a t t 。对g l u g p 基因 序列分析发现，该基因不含有内含子，它的d n a 与e d n a 序列一致。通过s o u t h e m 杂交结果显示该基因是单拷贝的。 本实验研究了不同琼胶含量的藻株g l u g p 基因的表达情况。将同株的龙须 菜从基部分为2 份分别培养在正常和低盐诱导条件下，2 周后分别提取样品琼胶和 r n a 。将r n a 反转录为c d n a ，然后利用荧光实时定量p c r 的方法检测基因的表 达水平，采用2 咄蝴法分析基因的相对表达量。结果表明这两组样品的琼胶含 量差异不显著，且z 卸基因的表达量间也不存在显著差异。同一海区中，龙须 菜不同藻株的琼胶含量存在差异。选取了2 组琼胶含量差异显著的野生藻株，分 别提取每组中藻株样品的r n a 并反转录为c d n a , 利用荧光实时定量p c r 的方法 对g u g p 基因的表达情况进行分析。结果表明，g l u g p 基因的表达与琼胶含量存在 显著相关性，该基因在高琼胶组藻株中的表达量显著高于低琼胶组藻株。说明 g l u g p 是琼胶合成途径中的一种重要酶。g l u g p 基因的表达量对琼胶含量高低具有 指示作用，有作为龙须菜琼胶含量的指标而应用于产业化的潜能。 对龙须菜不同培养条件和环境因子影响下的琼胶含量及生化性状进行了研 究，从而筛选出诱导琼胶高产的培养条件，为筛选琼胶合成相关基因奠定基础。 对野生型龙须菜的雌配子体和四分孢子体的琼胶含量进行测定。结果表明，雌配 子体的琼胶含量高于四分孢子体的琼胶含量。曾有研究报道过，江蓠属和石花菜 属的产琼胶红藻在低盐度、氮限制和磷限制的培养条件下，琼胶含量增加。实验 设置了低盐、氮限制、磷限制和正常这四种培养条件，提取各培养条件下藻体的 琼胶并对各培养条件下藻体的藻红素含量和叶绿素a 含量进行测定和分析，从而 确定野生型龙须菜在这些不同培养条件下的琼胶含量变化和生化性状。实验结果 表明，培养一周后，各条件下藻体琼胶含量差异不大，磷限制条件下藻体琼胶含 量较低。培养3 周后，低盐诱导对龙须菜琼胶含量的影响显著，低盐培养的藻体 琼胶含量高于正常培养条件，且低盐培养时藻体藻红素含量正常。氮限制培养条 件下藻体琼胶平均含量较高，但与正常对照之间的差异不显著，藻红蛋白和叶绿 素a 的含量均较低。磷限制条件对藻体琼胶含量的影响并不明显，且藻红蛋白和 叶绿素a 的含量与对照组相似。这些结果表明，低盐培养条件可诱导龙须菜琼胶 含量增加，低盐诱导条件下差异表达的基因可能包含有琼胶合成过程的重要基 因。这为构建抑制消减文库，筛选与琼胶合成相关的基因奠定了基础。 关键词：龙须菜；u d p 葡萄糖焦磷酸化酶； 基因；琼胶；环境因子 cio nin go fg e n e sin v oiv e dina g ars y n t h e sisa n dt h e a n aiy siso fit se x p r e s sio n sa n dr e g uia tio n sin g r a cil a ri al e m a n eif o r m i s7 r h o d o p h y t a f i r a ci aiaie m a n o s k r h o d o p n y t a ) 、 a b s tr a c t g r a c i l a r i al e m a n e i f o r m i si sar e dm a c r o a l g aw h i c hb e l o n g st or h o d o p h y t a , r h o d o p h y c e a e ，g i g a r t i n a l e s ，g r a c i l a r i a c e a e t h em o s te c o n o m i c a ls i g n i f i c a n c eo fg 1 e m a n e i f o r l n i si st h ea g a r t h em e t a b o l i s mo fa g a ri s am a j o rf e a t u r eo fr e d a l g a l p h y s i o l o g y a sam a i na g a r o p h y t e ，t h er e s e a r c ho nt h ea g a rc o r r e l a t i o ng e n e so fg 1 e m a n e i f o r m i si sv e r yi m p o r t a n tt ot h et h e o r e t i cs t u d ya n de c o n o m i cv a l u e s u d p g l u c o s ep y r o p h o s p h o r y l a s e ( u g p a s e ) i sak e ye n z y m ei na g a rm e t o b i o l i s m i nr e da l g a e r e v e r s et r a n s c r i p t i o na n dp e ra m p l i f i c a t i o nw e r ee m p l o y e dt oo b t a i nt h e p a r ts e q u e n c eo fu g p a s eg e n e ( g u g p ) o fg 1 e i m a n e i f o 册括p e ra m p l i f i c a t i o no f t h e 3 a n d5 e n dw e r ep e r f o r m e du s i n gr a c e p u t a t i v eg u g pg e n ew a sc h a r a c t e r i z e da t t h eg e n o m i cd n aa n de d n al e v e l s t h eg e n eh a s2 2 0 0b po fe d n a ，c o d i n gf o r4 9 4 a m i n oa c i d so fo r f ，i n v o l v i n g14 8 5b p t h ed e d u c e da m i n oa c i ds e q u e n c es h o w e d s i g n i f i c a n ts i m i l a r i t yt ot h eu g p a s es e q u e n c e so fo t h e rs p e c i e s r p s b l a s ta n a l y s i s i n d i c a t e dt h a tu g p a s eh a st h ec o n s e r v e da c t i v es i t e sb e t w e e n10 5a n d4 0 0a m i n oa c i d ， a n di th a sf i v ei d e n t i f i e dc o n s e r v e dl y s i n er e s i d u e s ，t h a ta r ea t , o rc l o s et o ，t h es u b t r a t e b i n d i n gs i t e t h eg e n eh a v ea5 f l a n k i n gr e g i o no f3 3 0b pa n da3 f l a n k i n gr e g i o no f 3 8 5b p t h e5 f l a n k i n gs e q u e n c e ( g c t a t g ) c o n f o r m st ot h ec a n o n i c a ls e q u e n c e ， r c y a t g ，a tt r a n s l a t i o ni n i t i a t i o ns i t e si nr e da l g a lg e n e ss of a rc h a r a c t e r i z e d t h e g e n eh a si t so w ns p e c i a lp o l y as i g n a l ，a na n ，f o u n d 2 61b pd o w n s t r e a mo ft h e s t o pc o d o ns i t e t h eg u g pd e v o i do fi n t r o n sa n ds o u t h e mb l o t t i n gi n d i c a t e dt h a t i th a s o n l yo n ec o p y i ng 1 e m a n e i f o r m t sg e n o m e t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ng e n ee x p r e s s i o nl e v e lo fg u g pa n dt h ea g a rc o n t e n ti n g 1 e i m a n e i f o ，咒括w e r ei n v e s t i g a t e d t h es a m ea l g a es t r a i n sw h i c hd i v i d e di n t ot w o p a r t s f r o mt h eh o l d f a s tw e r ec u l t u r e di nn o r m a la n dl o ws a l i n i t yc o n d i t i o n s r e s p e c t i v e l y r n ao fe a c hs a m p l ew a se x t r a c t e da n dr e v e r e - t r a n s c r i b e di m oe d n a r e a lt i m eq u a n t i t a t i v ep c rt e c h n i q u ew a su s e dt od e t e c tt h eg e n ee x p r e s s i o no fe a c h s a m p l e 2 - a & c td a t ad e n o t e df o rt h ec o m p a r a t i v ee x p r e s s i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h e r ew e r en os t a t i s t i c a l l ys i g n i f i c a n td i f f e r e n c e si nt h ea g a rc o n t e n to ft h et w op a r t s o fa l g a ls a m p l e s ，a n dg u g pg e n ee x p r e s s i o n so ft h et w op a r t sh a v en os i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e st w o t h e r ea r ed i s t i n c t n e s s e si na g a rc o n t e n to f w i l dt y p ea l g a ls t r a i n si ng 1 e m a n e i f o r m i sa tt h es a m es e aa r e a t h ed i f f e r e n ta l g a ls t r a i n sw i t ht h eb i g g e s t d i s c r e p a n c yo na g a rc o n t e n tw e r ed i v i d e di n t ot w og r o u p s r n ao fe a c hs a m p l ew a s e x t r a c t e da n dr e v e r e - t r a n s c r i b e di n t oe d n a r e a lt i m eq u a n t i t a t i v ep c r t e c h n i q u e w a su s e dt od e t e c tt h eg u g pe x p r e s s i o no fa l g a ls t r a i n s 、析md i f f e r e n ta g a rc o n t e n t s 2 。c td a t ad e n o t e df o rt h ec o m p a r a t i v ee x p r e s s i o n t h er e s u l tr e v e a l e dah i g h l y c o r r e l a t i o nb e t w e e ng l u g pe x p r e s s i o na n da g a rc o n t e n t s t h ee x p r e s s i o nl e v e lo f g l u g p i nh i g ha g a rc o n t e n ts t r a i n si ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h o s ei nl o w , w h i c hm a yb e a p p l i c a b l ei ni n d i c a t i o no fa g a rc o n t e n ta n df u r t h e ra l g a lc u l t i v a t i o n t h ee f f e c to fs o m ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r sa n dc u l t u r ec o n d i t i o n so n a g a rc o n t e n t a n db i o c h e m i c a lp r o p e r t i e so fg 1 e i m a n e i f o r m i sw e r es t u d i e di nt h el a b o r a t o r y t h e s e l e c t i o no ft h eh i g ha g a r y i e l d i n gc u l t u r ec o n d i t i o ni st h ef o u n d a t i o nt os c r e e n d i f f e r e n t i a l l ye x p r e s s e dg e n e si n v o l v e di na g a rs y n t h e s i s t h ea g a rc o n t e n to ff e m a l e g a m e t o p h y t ea n dt e t r a s p o r o p h y t eo fg 1 e m a n e i f o r m i sw e r em e a s u r e d t h er e s u l t s h o w st h a tt h e a g a rc o n t e n to fa l g a ei sh i g e ri nt e t r a s p o r o p h y t et h a ni nf e m a l e g a m e t o p h y t e a g a rc o n t e n ti ng r a c i l a r i aa n dg e l i d i u mh a sb e e ns h o w nt oi n c r e a s ei n n i t r o g e n - l i m i t e dc u l t u r e s ，p h o s p h a t e - l i m i t e dc u l t u r e sa n dl o ws a l i n i t yc u l t u r e s t o s t u d yt h ed i f f e r e n c e si na g a rc o n t e n t , t h es a m es t r a i no fg 1 e i m a n e i f o r m i sw a st r e a t e d i nf o u rc o n d i t i o n s ，i n c l u d i n gn i t r o g e n - l i m i t e d ，p h o s p h a t e l i m i t e d , l o ws a l i n i t ya n d n o r m a lc u l t u r e s t h en o r m a lc u l t u r ec o n d i t i o ni sr i c hi nn u t r i e n t s t h ec o n t e n t so f c h l o r o p h y l laa n dp h y c o e r y t h r i ni na l g a ew i 廿1d i f f e r e n tc u l t u r ec o n d i t i o n sw e r ea l s o d e t e c t e d t h e r ew e r en od i s s i m i l a r i t yi na g a rc o n t e n ta f t e ro n ew e e ko fe x p e r i m e n t s f r o mn i t r o g e n - l i m i t e d , l o w s a l i n i t ya n dn o r m a lc u l t u r ec o n d i t i o n s ，b u tl o w e ri n p h o s p h a t e l i m i t e dc u l t u r ec o n d i t i o n s i n c r e a s e da g a rp r o d u c t i v i t yw a so b s e r v e di nl o w s a l i n i t yt r e a t m e n ta f t e rt h r e ew e e k se x p e r i m e n t s i tw a sf o u n dt h a tt h em o s ta l g a e f r o mt h en i t r o g e nl i m i t e dc o n d i t i o nc o n t a i n e dh i g h e rl e v e l so fa g a r ，b u ti tn o t s i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n tf r o mt h en o r m a lc u l t u r ec o n d i t i o n s t h ec o n t e n t so fc h l o r o p h y l l aa n dp h y c o e r y t h r i nw e r el o wn i t r o g e nl i m i t e dc o n d i t i o n a g a ry i e l d e dw a sl e s s d e p e n d e n to i lt h ep h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o na f t e rt h r e ew e e k s ，n os t a t i s t i c a ld i f f e r e n c e s i nt h ec o n t e n to fc h l o r o p h y l laa n dp h y c o e r y t h r i nw e r eo b s e r v e db e t w e e n p h o s p h a t e l i m i t e dc o n d i t i o na n dt h en o r m a l t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tl o ws a l i n i t yl e a d t oa ni n c r e a s ei na g a rc o n t e n t t h ed i f f e r e n t i a l l ye x p r e s s e dg e n e sw h i c hi n d u c e db y l o ws a l i n i t ym a yb et h ek e yg e n e si n v o l v e di nt h ea g a rs y n t h e s i s t h el o ws a l i n i t y c o n d i t i o ns h o u l db ei n v e s t i g a t e da saf a v o r a b l ec o n d i t i o nt oc o n s t r u c ts u p p r e s s i v e s u b t r a c t i v eh y b r i d i z a t i o nl i b r a r ya n do b t a i nt h e r e l a t e dg e n e si na g a rs y n t h e s i s k e yw o r d s ：g r a c i l a r i o p s i sl e m a n e i f o r m i s ；u d p g i u c o s ep y r o p h o s p h o r y i a s e ： g e n e ：a g a r ：e n vir o n m e n t a if a c t o r s 目录 第一章文献综述和立项依据1 第一节龙须菜的研究概述1 1 龙须菜的生物学特征1 2 龙须菜的经济价值和理论研究3 第二节红藻碳代谢的研究概述5 1 红藻淀粉6 2 琼胶8 3 红藻糖苷j 9 第三节环境因子与琼胶质量之间关系的研究概述1 0 1 氮磷营养盐对藻体含胶量和琼胶性质的影响1 1 2 温度和盐度对红藻琼胶质量的影响1 3 3 光密度对藻体含胶量和琼胶性质的影响1 5 4 季节对藻体含胶量和琼胶性质的影响1 5 第四节本研究的目的和意义1 6 第二章不同因素对龙须菜琼胶含量及生化性状的影响1 8 1 前言1 8日u 舌j 毯 2 材料与方法1 8 2 1 海藻的培养和处理1 8 2 2 试剂、药品和实验仪器1 9 2 3 琼胶的提取1 9 2 4 藻红素含量和叶绿素a 含量的测定2 0 2 5 统计方法2 0 3 结果和讨论2 l 3 1 藻体琼胶含量的测定结果与分析2 1 3 2 藻红素和叶绿素a 的测定结果与分析2 4 第三章龙须菜u d p - 葡萄糖焦磷酸化酶基因( g l u g p ) 的克隆与分析 2 6 第一节龙须菜“u g p 基因的克隆与序列分析2 6 1 j l 1 日u 舌2 6 2 材料与方法2 6 2 1 材料、试剂和仪器。2 6 2 2 核酸的提取2 7 2 3g l u g p 基因序列的获得2 9 2 4p e r 产物的回收、克隆和检测3 2 2 5e d n a 及氨基酸序列的分析3 4 3 结果与讨论3 4 3 1 核酸的提取3 4 3 2 鲥u g p 基因的e d n a 序列和基因组d n a 序列3 6 3 3 u g p 基因序列分析和讨论3 9 第二节龙须菜“u g p 基因拷贝数的确定4 7 j l 1 刖舌4 7 2 材料与方法4 7 2 1 材料4 7 2 2 试剂、药品和实验仪器4 7 2 3 基因组d n a 的制备和酶切4 9 2 4s o u t h e r n 杂交鉴定u g p 基因拷贝数5 0 3 结果和讨论5 1 3 1 基因组d n a 酶切结果5 1 3 2s o u t h e r n 杂交结果和分析5 2 第四章龙须菜g u g p 基因的表达与琼胶产量的关系5 4 1 前言5 4l 刖舌5 4 2 材料和方法5 4 2 1 材料5 4 2 2 试剂、药品和实验仪器：5 5 2 3r n a 的提取和c d n a 的制备5 5 2 4 琼胶的提取方法5 6 2 5 实时荧光定量p c r 的原理和数据分析方法5 6 3 结果和讨论6 0 3 1r n a 的提取结果6 0 3 2 参照基因和目的基因的扩增效率检测6 0 3 3 野生藻株u g p 基因的表达与琼胶产量的相关性分析6 2 3 4 低盐诱导条件下耵u g p 基因的表达与琼胶产量的相关性分析6 5 3 5 讨论? 6 7 总结及对后续研究的影响6 9 参考文献7 1 龙须菜琼胶合成相关綦l 大1 的克降及】e 表达调控的研究 第一章文献综述和立项依据 第一节龙须菜的研究概述 1 龙须菜的生物学特征 龙须菜( g r a c i l a r i a g r a c i l a r i o p s i sl e m a n e i f o r m i s ) 是一种大型海洋藻类，隶 属于红藻门( r h o d o p h y t a ) 、红藻纲( r h o d o p h y c e a e ) 、真红藻亚纲( f l o r i d e a e ) 、 杉藻目( g i g a r t i n a l e s ) 、江蓠科( g r a c i l a r i a c e a e ) 。龙须菜在世界范围内分布较广， 其分类地位仍存在争议。曾经学者们将龙须菜命名为g r a c i l a r i o p s i s l e m a n a e f o r m i s ( 1 9 6 4 ) ，而后演变为g r a c i l a r i al e m a n e i f o r m i s ( 1 9 8 3 ) ，近几年的一 些分子系统学研究更多的倾向于将g r a c i l r i o p s i s 独立于江蓠属g r a c i l a r i a 的 分支之外，将龙须菜归为g r a c i l r i o p s i s 属( c a r l o s ，2 0 0 3 ；h u ae ta 1 ，2 0 0 6 ； g a r g i u l o ，2 0 0 6 ) 。但在国内，目前仍将龙须菜归为江蓠属( g r a c i l a r i a ) ，命名为 g r a c i l a r i al e m a n e i f o 朋西。龙须菜所在的江蓠属，初建时只有4 个物种，目前约 有1 5 0 多种，分布于世界各地，在热带、亚热带和温带海域都有发现江蓠属海藻 存在( b i r d ，1 9 8 4 ；1 9 8 7 ) 。日本、美国和加拿大东海岸、南非等国家的纬度相近 的海岸，以及热带国家委内瑞拉都生长着江蓠属海藻。据x i a 和t s e n g 等( 2 0 0 4 ) 的报道，在我国，分布于沿海的江蓠属海藻有3 2 个种、2 个变种和2 个变形， 其中的有8 个种和1 个变种是我国特有的。 龙须菜原分布于我国黄海，产自山东省和辽宁省。在原产地的生长主要集中 在春季和秋季两个季节，由于夏季水温较高，冬季水温过低不适宜其生长，春秋 每季生长时间约为2 个月。而随后随着在我国南部海区的引种成功，它的生长时 间被大大地延长了，从每年的1 1 月至次年的5 月间都可以生长，在我国的分布范 围也变的更广。 龙须菜生于潮间带至低潮带岩石上或细沙中，其固着基固定在岩石或者沙砾 上，内湾的生长密度较大。龙须菜藻体呈红褐色( 图1 1 1 ) ，随着生长的深度 不同，营养状态的不同以及光照状况的不同，藻体颜色会有定的区别。多年生 藻体基部颜色浓重偏黑色，生长旺盛部分的颜色是明亮的紫红色，当年生长的埋 龙须菜琼胶合成相关基冈的克降及j e 表达调控的研究 藏于沙中的藻体基部颜色常为绿色。干燥的藻体为黑色。龙须菜是直立生长的， 藻体呈丝状，软骨质，藻丝横截面为圆型，通常单一且细长。龙须菜单生或者 丛生，分枝较多，在细长的藻枝上有很多小而短的育枝，藻体长度一般为3 0 5 0c n l ， 有些可以长至l m 以上，藻丝横截面的直径为0 5 2m i l l ，一般都保持在l m m 左右。 藻体在水温0o c 2 5 0 c 之间可以生长，在低温时生长缓慢或不生长，高温是藻体发 生糜烂现象，最适的生长温度为1 2o c 2 2o c 。龙须菜生长环境的水质较清澈，藻 体含水量较大，在7 5 8 0 之间，所需的光照时间较长，生长在海水表层，对强 光照和干燥的耐受力较低。 图l - l - l 龙须菜溧体 f i g 1 - 1 - 1t h eb o d yo fg r a c i l a r i al e m a n e i f o r m i s 在适宜的条件下，龙须菜可以在5 6 个月内完成生活史( 张学成，2 0 0 5 ) 。 龙须菜的生活史是由四分孢子体( t e t r a s p o r o p h y t e ) 和配子体( g a m e t o p h y t e ) 2 个世代 互相交替完成的。二倍的孢子体与单倍的配子体在外部形态上是相同的，而且在 它们可以在同一时期出现。由于孢子体和配子体相同的外部形态，所以一般很难 由此来区分，只有在性成熟后可以根据雌性配子体藻枝上的突出的果孢子体来加 以区别。配子体在性成熟后，雌性配子体会产生果孢( c a r p o g o n i a ) ，雄性配子体 表皮细胞形成的精子囊，大量精子会从中释放出来，游离到雌配子体上，在雌配 子体的藻体表面发育出凸起的囊果( 果孢子体) 。一个果孢子体能产生几百个果 2 龙须菜琼胶合成相关基冈的克降及其表达调控的研究 孢子( c a r p o s p o r e ) ，果孢子经生长发育形成孢子体。二倍的孢子体性成熟后由皮层 细胞形成许多呈十字分裂的四分孢子囊，每个孢子囊中有四个经减数分裂产生的 四分孢子( t e t r a s p o r e ) ，四分孢子从孢子囊中放散出来，经生长形成雌、雄配子体。 如此完成了四分孢子体和配子体这2 个世代的交替( 图1 1 2 ) 。 孕配子体( n ) 图1 - 1 2 龙须菜的生活史 f i g 1 - 1 2 t h el i f eh i s t o r yo fg r a c i l a r i al e m a n e i f o r m i s 2 龙须菜的经济价值和理论研究 龙须菜是一种重要的经济海藻，有着多种经济价值，目前广泛用于琼胶( a g a r ) 的生产，在食品、医药和生物工程等领域发挥着重要作用。红藻中的石花菜和江 蓠两个属的多种海藻都可以用于琼胶的提取，而龙须菜生长快、便于人工栽培和 采收，且琼胶质量是江蓠属中最好的，因此广泛应用于琼胶产业。江蓠属所产的 琼胶占了琼胶总产量的6 0 以上，主要来自于龙须菜，它的藻体含胶量可以达到 2 0 一3 0 ，是产琼胶海藻中的优良品种。 3 龙须菜琼胶合成相关堆i 大】的克隆及j 表达调控的研究 除了其最重要的经济价值可以产生琼胶外，龙须菜还有很多其它作用。 新鲜的海藻可以加工为海洋蔬菜，营养丰富。范晓等( 1 9 9 5 ) 报道了多种经济海 藻的化学成分，其中采自山东青岛的龙须菜的总糖、海藻胶和粗纤维含量分别为 4 2 5 7 、2 6 7 2 和3 4 。余杰等( 2 0 0 6 ) 对我国南澳海域的龙须菜营养研究表 明，龙须菜中粗蛋白占1 9 1 4 ，粗脂肪占0 5 ，总糖占4 3 7 6 ，粗纤维占4 8 ， 含有八种人体必需氨基酸和f e 、z n 等微量元素，是一种高蛋白低脂肪的海藻，且 必需氨基酸所占比例较高。 龙须菜也具有药用价值。陈美珍等( 2 0 0 4 ，2 0 0 5 ) 的研究发现其藻胆蛋白有 清除自由基的作用，且藻胆蛋白粗提物具有提高小鼠免疫能力和抗氧化作用。邓 志峰( 1 9 9 5 ) 和牛荣丽等( 2 0 0 3 ) 分别报道了龙须菜多糖、甲醇提取物具有抗肿 瘤作用。 龙须菜在水产养殖中可以作为优质的饵料，同时也是一种很好的净化海水的 海藻材料。有报道江蓠可以用来喂养鲍鱼，养殖l 公斤鲍鱼需要2 0 公斤江蓠( c h e n a n dl e e ，1 9 9 9 ) 。龙须菜含有高蛋白，高膳食纤维及多种矿物质，可以作为优质 饵料添加剂。它能够大量吸收养殖海水中的氮磷并产生大量的氧气，降低海水的 富营养化( f e ie ta 1 2 0 0 4 ) 。在养殖海水中放入龙须菜2 3 天，可降低8 5 的氨氮 和6 5 的磷酸盐( y a n ge ta 1 ，2 0 0 6 ) ，可以用于海洋生态环境修复，减轻养殖区 海水的富营养化，有利于海水养殖业的循环利用和可持续发展。 此外，龙须菜也是很好的实验研究材料。海带等大型海藻的生活史的某个阶 段必须在大海中度过，而龙须菜却可以在实验室内培养并完成生活史，这样便给 实验研究带来了方便。在适当的培养条件下，还可能在任何时间得到四分孢子和 果孢子，容易经行杂交和子代分析。对龙须菜的细胞学研究包括细胞结构研究( 王 素娟，2 0 0 4 ) 和染色体数目的研究( z h a n ge ta 1 ，1 9 8 7 ) 等。龙须菜的皮层细胞 和髓部细胞是多核的，表皮细胞为单核，皮层细胞和大小为1 4 x 2 2l a m ，髓部类 囊体数量为5 6 个，染色体数目为2 9 3 0 条。g u f f 和c o l e m e n ( 1 9 9 0 ) 从龙须菜中 分离出分子量为3 5k b 和4 4k b 的2 种质粒，在细胞中以高拷贝存在，并推测对细 胞生理活动有重要作用。张学成和v a nd e rm e e r ( 19 8 7 ) 对龙须菜进行了诱变研 究，筛选出4 l 株突变体，包括色素突变体和形态突变体，色素突变体的颜色有黄、 绿、粉红、红色和紫色。对突变体的遗传规律、性决定机制和多倍体诱导机制等 4 龙须菜琼胶合成相关基因的克隆及其表达调控的研究 也有深入的研究报道。藻胆蛋白和藻胆体的光谱性质研究表明，野生型和突变体 的藻胆体分子量相同，吸收光谱性质相同，藻胆蛋白含量略有差异。对龙须菜藻 体的重要经济性状，如生长速度、藻胶含量和质量等的遗传基础和环境影响因子 的研究也很多，还展开了速生品系和高藻胶含量的优良品系的筛选等一系列深入 系统的基础和应用基础研究( 张学成等，2 0 0 5 ) 。 第二节红藻碳代谢的研究概述 红藻门的大型藻类中很多都是经济型海藻，它们的部分代谢产物具有食用 和药用价值。红藻内主要的光合作用储存物质有红藻糖苷、海藻胶( 琼胶、角 叉菜胶等) 、红藻淀粉等；储存的主要营养物质有多种海藻蛋白、红藻淀粉和 红藻糖。研究红藻中的淀粉、琼胶和红藻糖苷等碳代谢产物具有重要的经济意 义，同时藻体中碳代谢产物之间复杂的代谢途径和调控机制的研究有着重要的 理论研究价值。 对红藻碳储存物质的研究主要集中在红藻淀粉、红藻糖苷、琼胶和小分子 碳水化合物的代谢研究，这些碳储存物质在不同的外界环境影响下，通过途径 中的调节能够互相转换，碳以不同的形式存在和流动于碳库之间。藻红存在着 不同于高等植物的碳代谢途径，其特征之一是存在琼胶这一特殊的碳储物质。 在藻类中琼胶位于碳代谢路径的一个末端，伴随着藻类光合作用发生累积。琼 胶的主要作用不同于高等植物中的淀粉碳库，而是用来维持藻体必要的形态结 构，适应环境条件急剧变化和抵抗不良的外界环境。在红藻中，研究最多是红 藻淀粉的代谢过程。红藻淀粉以u d p 葡萄糖为底物来合成，与真核生物中糖原 的合成一致，并且发生在细胞质中，而非质粒中( p a t r o n ，2 0 0 5 ) 。红藻糖苷和 它的异构体在许多红藻中都是主要的可溶性碳水化合物，与高等植物中蔗糖的 作用相似，在液泡中合成后仅短暂储存，随着新陈代