植物激素对黄海大规模绿潮形成的作用及其机理研究

Since 2008, large-scale green tides dominated by Ulva prolifera consecutively bloomed in the Yellow Sea for 8 years and caused huge economy loses. At present, studies mainly focused on the ecology fields, including the source of the initial floating U. prolifera patches and the formation process of the green tides. However, the biological essences of the rapid growth of U. prolifera were few involved. The growth and development of the algae were mediate by the phytohormones in the thalli, which might be one of the most important factors to make the rapid growth of the algae. Thus, this study will explain the physiological effect and regulatory mechanism of the phytohormones to the rapid growth of U. prolifera thalli. The topics of this study are: (1) Research the effects of phytohormones on the growth and development of U. prolifera, especially in the rapid growth process of the thalli. (2) Analyze the dynamic changes of the major phytohormones’ contents in U. prolifera thalli during the formation process of the green tide. (3) Ascertain the expression patterns of the major phytohormones-related genes. This study could expound the phytohormonal action and its mechanism in the formation of the Yellow Sea large-scale green tides from the above three aspects. This research will make up the gaps in the related studies of algae phytohormones in our country, and explain the occurrences of the Yellow Sea large-scale green tides from a new angle. At the same time, it also has important guide effects in the aspects of finding safe and effective way to inhibit the formation of the green tides by artificial control, and the reasonably using or killing the U. prolifera thalli.

2008年以来，黄海已连续8年爆发大规模浒苔绿潮灾害并造成了巨大的经济损失。目前，我国对于绿潮的研究多集中在漂浮浒苔的来源以及绿潮形成过程等生态学领域，而关于浒苔快速生长的生物学本质却很少涉及。海藻的生长发育由藻体中的植物激素调控，这可能是导致其快速生长的关键因素之一。因此本项目将研究植物激素对浒苔快速生长的生理作用与调控机理。主要研究内容包括：（1）研究植物激素对浒苔生长发育的影响及其在浒苔快速生长中的作用；（2）分析绿潮形成过程中浒苔主效植物激素含量的动态变化；（3）探明绿潮形成过程中主效植物激素相关基因的表达模式三个方面，来阐明植物激素对黄海大规模绿潮形成的作用及其机理。本项目的开展，将填补我国在海藻植物激素研究领域的不足，并从一个新的角度对黄海大规模绿潮的形成进行解释。同时对今后找到安全有效的方式，通过人工调控抑制绿潮的形成以及浒苔的合理利用与杀灭方面也具有重要的指导意义。

自2008年以来，黄海已连续多年爆发大规模浒苔（Ulva prolifera）绿潮灾害并造成了巨大的经济损失。目前，我国对于绿潮的研究多集中在漂浮浒苔的来源以及绿潮形成过程等生态学领域，而关于浒苔快速生长的生物学本质却很少涉及。目前，诸多研究表明植物激素可能是调控各种海藻生长发育的关键因子之一，对海藻的快速生长起到重要的作用。本项目首先通过测定不同培养温度下浒苔中各种植物激素的含量明确了生长素（IAA）是影响浒苔生长的主效植物激素。随后，进一步验证了不同浓度外源生长素对浒苔生长率的影响。另外，本项目分别对黄海大规模绿潮发生过程中不同时期的浒苔藻体进行了取样并测定了其生长素浓度。结果表明，在绿潮发生过程中，浒苔中的生长素浓度呈现明显的差异。为探明黄海大规模绿潮形成过程中生长素相关基因的表达模式，我们选取不同温度培养以及黄海大规模绿潮不同时期的浒苔藻体样品进行浒苔转录组测序。分析结果表明未发现与相关植物激素基因表达差异性的存在。其主要原因可能是由于浒苔合成植物激素的途径与高等植物不同，促进浒苔生长的主效植物激素IAA可能是由浒苔内生真菌参与合成。另外，自2015年开始，在我国河北省秦皇岛市也发生了严重的绿潮灾害，绿潮藻主要由浒苔组成。为明确秦皇岛绿潮与黄海大规模绿潮的关系，分别对2018年度黄海大规模绿潮以及秦皇岛绿潮中的浒苔藻体进行了取样，并对其进行了简化基因组分析。结果表明，黄海大规模绿潮中的漂浮浒苔与苏北浅滩紫菜养殖筏架上的定生浒苔的亲缘关系明显近于秦皇岛绿潮中的悬浮浒苔。这也进一步表明黄海大规模绿潮起源于苏北浅滩紫菜养殖筏架上的定生浒苔，而秦皇岛绿潮为本地发源型的绿潮灾害。