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生物学家发现强迫磷饥饿后藻类如何吸收磷

RUDN大学的生物学家研究了缺磷一段时间后微藻如何吸收磷,细胞分裂的速度以及以多磷酸盐颗粒形式存在的磷的“内部储备”的产量如何变化。研究结果有助于发展磷肥废水的生物技术方法。该研究发表在《藻类研究》杂志上。

生物学家发现强迫磷饥饿后藻类如何吸收磷

许多可以存储磷的微藻可以用作肥料,它们能够从肥料和污水中提取营养,并将其重新引入循环中。因此,它们被认为是目前主要使用细菌的生物污染处理系统的有希望的试剂。然而,迄今为止,藻类中磷同化的过程尚未得到很好的研究。

RUDN大学农业生物技术系实验室负责人Alexei Solovchenko调查了三种藻类细胞中的磷积累:小球藻(小球藻CCALA 256和IPPAS C-1)和副球藻kessleri(菌株CCALA 251)。 。

在实验的第一阶段,生物学家研究了藻类如何受到磷饥饿的影响。他们在无磷的环境中培养了藻类。饥饿的主要标志是细胞分裂的终止。此外,研究人员使用NMR光谱监测了细胞中磷化合物和多磷酸盐颗粒的储量的减少。

在第二阶段,生物学家将无机磷(Pi)添加到“饥饿”的培养物中,并固定了其吸收速率。测量表明吸收有两个阶段:快速(一到两个小时)和缓慢(两到四个小时)。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%。将磷引入培养基后,聚磷酸盐颗粒的含量立即开始增长,并在六小时后达到峰值。

在快速阶段结束时,细胞分裂恢复,但磷吸收速率降低了约10倍。在此阶段,多磷酸盐颗粒的含量保持在同一水平,但是当细胞分裂变慢并达到平稳阶段时即开始增长,也就是说,细胞分裂的速度变得大致恒定。因此,当细胞建立其储备时,在“饥饿”停止后发生密集的颗粒形成,并且当磷用于“构建” 时,当细胞分裂恢复时几乎停止。

生物学家使用X射线光谱和NMR分析了颗粒的结构。事实证明,它类似于多股绞合电缆,即多磷酸多股绞合在一起的模块,彼此堆叠在一起。

以前,已知VTC蛋白负责酵母中多磷酸盐颗粒的“铺设”。阿列克谢·索洛夫琴科(Alexei Solovchenko)和他的同事研究了微藻基因的表达,发现在藻类细胞中大量合成多磷酸盐颗粒时,可以观察到一种类似于VTC蛋白基因的基因表达的增加。这意味着VTC类似蛋白也参与绿色微藻的颗粒生物合成。

研究人员关于磷吸收的数据将有助于创建生物工程藻类菌株,该菌株可用于处理磷污染产生的废水或生产肥料。

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