藻類(lèi)響應(yīng)缺鐵脅迫的光合機(jī)制研究進(jìn)展

徐明昱，白天宇，王佳悅，田立榮,2

（1河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院分子細(xì)胞生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050024；2河北省細(xì)胞信號(hào)與環(huán)境適應(yīng)協(xié)同創(chuàng)新中心，石家莊 050024）

0 引言

鐵(Fe)是地殼中含量第四豐富的元素[1]，是地球上大多數(shù)生物的基本必需元素。盡管地殼中鐵元素含量豐富，然而缺鐵卻是動(dòng)植物界普遍存在的現(xiàn)象。生物可利用的鐵主要是Fe2+，在開(kāi)放的含氧環(huán)境中，F(xiàn)e2+很快被氧化成Fe3+。在生理pH值下，F(xiàn)e3+只形成不溶性或難溶性的氫氧化物或羥-水絡(luò)合物[2]，嚴(yán)重降低了鐵在生物體內(nèi)的利用效率。在開(kāi)闊的海洋區(qū)域，特別是高氮和磷營(yíng)養(yǎng)、低葉綠素(High Nutrient Low Chlorophyll,HNLC)的海洋區(qū)域，藻類(lèi)等浮游植物的生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用主要受Fe2+含量的限制[3]。已有研究表明，低鐵條件([Fe2+]≈1 nmol/L)在現(xiàn)代淡水和海洋環(huán)境中普遍存在，開(kāi)放海域的鐵濃度甚至可以降低到0.05 nmol/L以下[4]，鐵缺乏已成為現(xiàn)代淡水和海洋生態(tài)系統(tǒng)中藻類(lèi)生長(zhǎng)的主要限制因素。藻類(lèi)在生物圈處于食物鏈較低底層，最終會(huì)通過(guò)食物鏈影響人類(lèi)健康。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，全世界有30%的人口因缺鐵導(dǎo)致貧血[5]。因此，開(kāi)展藻類(lèi)應(yīng)對(duì)鐵缺乏的作用機(jī)制研究，對(duì)于提高海洋初級(jí)生產(chǎn)力和改善人類(lèi)鐵營(yíng)養(yǎng)狀況等具有重要意義。

鐵是植物體內(nèi)超過(guò)300種酶的輔助因子，在植物的光合作用、呼吸作用、葉綠素生物合成等重要的生理過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用[6-10]。鐵作為輔因子主要以血紅素、非血紅素和鐵硫簇3種形式存在，使蛋白質(zhì)能夠執(zhí)行催化、電子轉(zhuǎn)運(yùn)和清除活性氧等功能，對(duì)呼吸作用和光合作用的能量轉(zhuǎn)移至關(guān)重要[11]。……