海洋硅藻高效固碳的酶促协同机制研究

Marine planktonic diatom is an important part of marine primary productivity, and which capacity of efficient carbon fixation are closely related to the enzymetic catalysis of carbonic anhydrase (CA) and ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco). In this project, Phaeodactylum tricornutum with C3 pathway and Thalassiosira weissflogii with C4 pathway are selected as experimental materials to investigate the relationship between the efficiency of carbon fixation and the synergy of Rubisco and CA activity. The co-localization between Rubisco and carbonic anhydrase is also studied by immunofluorescence technique. The environmental synergy bewteen Rubisco and CA is also investigated by the regulation of light and CO2. At the same time, the differences bewteen the synergies of CA and Rubisco in diatoms with the different pathway of carbon fixation are compared. The above study will state the synergistic mechanisms bewteen CA and Rubisco in the photosynthetic carbon fixation, and reveal the role of CA and Rubisco in the carbon metabolism of marine planktonic diatom.

海洋浮游硅藻是海洋初级生产力的重要组成部分，其高效的固碳能力与核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）和碳酸酐酶的酶促作用密切相关。本项目选择具有不同固碳途经的海洋浮游硅藻三角褐指藻（C3途径）和威氏海链藻（C4途径）作为实验材料，通过Rubisco和碳酸酐酶活性抑制实验，探讨两者活性变化的协同性与光合固碳效率的关系；利用免疫荧光技术研究Rubisco与碳酸酐酶的共定位（Co-localization）关系及其与光合固碳效率的相关性；通过环境因子（光和CO2等）的调控作用研究Rubisco和碳酸酐酶的环境协调性，同时比较不同固碳途径硅藻类群Rubisco与碳酸酐酶协同性的差异。通过以上研究阐明在海洋硅藻光合固碳过程中Rubisco和碳酸酐酶的协同机制，揭示Rubisco和碳酸酐酶的协同作用在海洋浮游硅藻碳代谢中的重要意义。

海洋浮游硅藻是海洋初级生产力的重要组成部分，其高效的固碳能力与核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）和碳酸酐酶的酶促作用密切相关。本项目选择海洋浮游硅藻常见种类中肋骨条藻、三角褐指藻和威氏海链藻作为实验材料，进行了以下研究：.1、通过碳酸酐酶抑制剂AZ和EZ对胞内外碳酸酐酶的抑制作用调控细胞内的无机碳浓度，进而探讨Rubisco 和碳酸酐酶的协同性；同时比较了不同固碳途径硅藻类群三角褐指藻和威氏海链藻中Rubisco 与碳酸酐酶协同性的差异。.2、研究了不同环境因子（光、氮、磷、铁和硅）对三种硅藻生长、光合速率、胞内外碳酸酐酶和Rubisco活性的影响，分析了碳酸酐酶和Rubisco在光合作用过程中环境的协同性。.3、探讨了短期培养过程中三角褐指藻光合作用、Rubisco和碳酸酐酶活性对碳酸盐体系变化的响应。.4、光强和温度、CO2浓度变化两种环境因子的耦合作用对三角褐指藻和威氏海链藻光合特性及其碳酸酐酶和Rubisco活性的影响。. 结果显示，不同硅藻对单个环境因子或两个环境因子的耦合效应的生理学响应（光合作用）不同程度地依懒细胞从外界对无机碳的获取和细胞内无机碳形态的调控，这些过程分别涉及胞内外碳酸酐酶的作用和细胞内Rubisco的相互协调，同时也与藻细胞不同无机碳利用机制密切相关，但不同硅藻对环境因子的响应过程中碳酸酐酶和Rubisco的相互协调能力也存在较大的差异。以上研究揭示了海洋硅藻光合固碳过程中Rubisco和碳酸酐酶的协同机制，有利于正确认识Rubisco和碳酸酐酶的协同作用在海洋浮游硅藻碳代谢中的重要意义。