共生对爪哇伪枝藻抵御荒漠胁迫能力的影响机理

Biological soil crusts (BSCs) have important ecological functions, such as avoiding soil erosion and fertilizing soil, and these functions will be gradually improved with succession. Symbiosis is one of the important factors that accelerate BSCs succession. Free-living filamentous Scytonema javanitum not only colonizes the early stage as the pioneer species, but also dominates the later stage as the photoboint of lichens. Two different living forms, free-living and symbiotic S. javanicum, will be studied in this project. Under the indoor simulated conditions, the effects of desert stresses on photosynthetic system structures and their activities, the efficiency of antioxidant system and the accumulation of secondary metabolites will be well studied, using multiple technologies, such as in vivo chlorophyll fluorescence, 77K low temperature detection and HPLC technology, aiming at comparing the abilities in resisting desiccation, high visible radiance and UV radiance between free-living and symbiotic S. javanicum. These results will not only reveal the effect mechanism of symbiosis on the adaption ability of S. javanicum to desert stresses, uncoving the successional mechanism of BSCs from the perspective of cyanobacterial environment adaption, but also provide important theory foundation for the usage of BSCs in desertification control.

生物结皮具有防治土壤侵蚀、沃土增肥等重要功能，并且这些功能会随着结皮发育演替逐步增强。共生关系是推动结皮发育演替的一个重要因素。爪哇伪枝藻不仅是生物结皮演替早期的先锋种类之一，它也可以同真菌共生形成地衣而在演替后期占据优势地位。本项目拟以共生态、非共生态爪哇伪枝藻为研究对象，通过模拟野外荒漠胁迫条件，利用活体叶绿素荧光技术、低温荧光检测技术以及HPLC等技术，对比研究荒漠胁迫条件对共生态、非共生态爪哇伪枝藻光合系统结构及功能活性、抗氧化系统效率及次生代谢产物积累的影响，从而揭示二者在抗干旱、抗高光强以及抗UV胁迫能力方面的差别，并探究其内在机制。研究结果不仅能够揭示共生关系对藻类抗荒漠胁迫能力的影响机理，从结皮藻类环境适应性角度揭示生物结皮发育演替机理，也将为生物结皮在荒漠化治理中的应用提供重要理论基础。

生物结皮具有防治土壤侵蚀、沃土增肥等重要功能，并且这些功能会随着结皮发育演替逐步增强。共生关系是推动结皮发育演替的一个重要因素。爪哇伪枝藻不仅是生物结皮演替早期的先锋种类之一，它也可以同真菌共生形成地衣而在演替后期占据优势地位。本项目以共生态（ss）、非共生态爪哇伪枝藻(fs)为研究对象，研究了二者对干旱、高光强（可见光及UV辐射）及高温胁迫条件的响应模式及机理。结果发现，在短暂失水和长期干旱时，细胞失水会对藻体的PSⅡ反应中心会造成严重的损伤。共生使得ss在失水时，PSⅡ反应中心活性的降低速率和受抑制程度明显低于fs。在面对长期干旱时，藻体的生物量会明显下降，膜结构也会受到破坏。与fs相比，ss胞内可溶性蛋白分泌速率及抗氧化系统的响应速率均更高。当光环境变化时，fs显示出更强的适应性且对高光强的耐受能力要明显高于ss；然而，低光环境下，ss对光能的利用率要明显高于ss。在UV-B辐射下， ss所受到的损伤明显低于fs；ss的光合活性和叶绿素a下降速率明显低于fs，胞外多糖的合成要明显高于fs。在高温胁迫下，ss光合活性的降低速率明显慢于fs；且处理24h后，ss保存的叶绿素a及类胡萝卜素含量明显高于fs；同时ss的MDA含量和其增长速率明显低于fs；暴露于高温胁迫时，ss能够更快的分泌出胞外多糖和可溶性蛋白质，保护自身细胞免受更严重的损伤。地衣粗提物的添加对S. javanicum的chl-a、类胡萝卜素、抗氧化能力均无明显影响；而能够促进伪枝藻素及胞内可溶性糖的分泌。研究结果显示，共生关系的发生，能够明显提高藻类的抗逆境胁迫能力。研究结果从藻类环境适应性角度揭示了生物结皮发育演替机理。