生物学家发现藻类在被迫缺磷后是如何吸收磷的

2019年11月26日,由RUDN大学发布

RUDN大学的生物学家们研究了微藻在缺磷一段时间后是如何吸收磷的,细胞分裂的速率以及以聚磷酸盐颗粒形式存在的磷的“内部储备”的产生是如何变化的。研究结果有助于开发生物技术处理磷肥废水的方法。这项研究发表在《藻类研究》杂志上。

许多可以储存磷的微藻可以用作肥料——它们可以从肥料和污水中提取营养,将它们重新引入循环。因此,它们被认为是一种很有前途的生物污染处理系统的药剂,目前主要用于细菌。然而,藻类中磷的同化过程至今研究较少。

RUDN大学农业生物技术系实验室主任Alexei Solovchenko研究了三种藻类:小球藻(藻株CCALA 256和IPPAS C-1)和凯氏拟小球藻(藻株CCALA 251)细胞中磷的积累情况。

在实验的第一阶段,生物学家研究了藻类受磷缺乏的影响。他们在不含磷的环境中培养藻类。饥饿的主要标志是细胞分裂的终止。此外,利用核磁共振波谱,研究人员监测了细胞中磷化合物和聚磷酸盐颗粒的减少。

在第二阶段,生物学家将无机磷(Pi)添加到“饥饿”培养基中,并固定其吸收速率。测量表明,有两个阶段的吸收:快(1到2小时)和慢(2到4小时)。在第一阶段,细胞分裂尚未恢复,但磷含量已增加到细胞生物量的5%。当磷被引入培养基后,多聚磷酸盐颗粒的含量立即开始增长,并在6小时后达到峰值。

在快速阶段结束时,细胞继续分裂,但磷的吸收速率降低了约10倍。多聚磷酸盐颗粒在这一阶段的含量保持不变,但当细胞分裂减慢并达到稳定期时开始增长,即细胞分裂率近似稳定。因此,密集的颗粒形成发生在“饥饿”停止后,当细胞创造了它们的储备,当细胞分裂重新开始时几乎停止,因为磷被用于“建设”。

生物学家利用x射线光谱和核磁共振分析了这些颗粒的结构。结果证明,它就像一根由聚磷酸盐组成的钢缆,一层一层地堆叠在一起。

以前,人们知道VTC蛋白负责在酵母中“产”聚磷酸盐颗粒。Alexei Solovchenko和他的同事研究了微藻基因的表达,发现其中一个基因的表达增加,与VTC蛋白的基因类似,是在藻类细胞中密集合成聚磷酸盐颗粒时观察到的。这意味着类似VTC的蛋白质也参与了绿藻颗粒的生物合成。

研究人员关于磷吸收的数据将有助于创造生物工程藻类藻株,用于处理磷污染废水或生产化肥。

本文转自:藻类生态链

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