营养盐对藻类产毒的影响

藻类在生长过程中离不开营养盐的供应,营养盐不仅对藻类的生长具有重要意义,在产毒过程中也扮演了重要角色。大量研究表明,有毒甲藻毒素含量和组成受到单一环境因子诸如光照、温度、海水盐度、无机营养盐(主要是氮和磷)的变化影响。其中营养盐的影响非常显著(Etheridge and Roesler, 2005)。

毒素的产生需要碳、氮、磷以及其他元素。

首先碳是细胞生长、毒素合成所必需的基本元素,对于有毒甲藻来说,大多数是光合自养生物,甲藻通过光合作用吸收空气中的CO2来利用碳,碳元素进入藻内首先参与和生长有关的初级代谢,然后再参与和毒素合成有关的次级代谢。

如果碳元素供应不足,产毒就会减少。Boyer et al.(1987)和Anderson et al.(1990b)都发现往Alexandriun tamarense培养液里添加碳酸氢盐可以增加生长,而Wang et al.(2002a)发现往A. tamarense培养液中充气(CO2)可以增加细胞生物量和毒素产量。

氮元素在毒素组成中占有重要地位,麻痹性贝毒本身就是氮丰富的化合物,氮在麻痹性贝毒分子中占到17-35%的重量,而在A. tamarense(MacIntyre et al., 1997)、A. minutum(Flynn et al., 1994)、以及Gymnodinium catenatum(Flynn et al., 1996b)中,麻痹性贝毒中的氮占到整个细胞总氮的5-10%。氮缺乏会造成甲藻细胞毒素含量下降(Anderson et al., 1990a; Flynn et al., 1994; MacIntyre et al.,1997; John et al., 2000; Wang et al., 2002b, 2005b)。

尽管麻痹性贝毒分子中并不含有磷元素,但培养液中的磷却显著影响毒素的合成,磷限制下毒素的含量会显著增加已经被很好的阐述(Boyer et al., 1987;Anderson et al., 1990b; Flynn et al., 1994; Bechemin et al., 1999; John et al.,2000; Wang et al., 2002b, 2005b; Matsuda, et al.,2006)。

考虑到细胞分裂过程中富磷的DNA的情况,Anderson et al.(1990b)提出:磷限制造成胞内精氨酸的增加,因为减少了细胞分裂过程中磷依赖途径,而这些途径是竞争利用精氨酸的,而精氨酸被认为是麻痹性贝毒合成的前体(Shimizu, 1996)。Flynn et al.(1996)指出在A. minutum中毒素合成是和胞内氨基酸,特别是精氨酸的浓度成比例。磷限制抑制了细胞分裂,但能使细胞继续合成毒素或者将胞内其他组分转化为毒素。有关微量金属在毒素合成中的作用现在还知之甚少,一个研究是将A. tamarense培养在铁限制条件下,细胞毒素含量在稳定期比对照组含量有稍微的增高(Boyer et al., 1985),影响可能是非直接的,而是通过光合作用过程中的某些中间体,如铁蛋白,铁氧化还原蛋白,细胞色素等来作用的。微量金属对毒素产生的影响还需进一步的研究去证实。

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