厦门大学：《普通生物学实验》课程教学资源（讲义）实验六 鱼腥藻异形胞的观察与诱导实验

鱼腥藻异形胞的观察及诱导实验厦门大学生命科学学院

鱼腥藻异形胞的观察及诱导实验 厦门大学生命科学学院

实验目的了解固氮蓝藻鱼腥藻7120的形态特征，掌握其培养方法和实验操作技术，利用光学显微镜观察鱼腥藻营养细胞和异形胞的差异并设计实验诱导异形胞的形成

实验目的  了解固氮蓝藻鱼腥藻7120的形态特征，掌握其 培养方法和实验操作技术。  利用光学显微镜观察鱼腥藻营养细胞和异形胞 的差异并设计实验诱导异形胞的形成

蓝藻异形胞异形胞：丝状蓝藻产生的一种与繁殖有关的特别类型的细胞，由营养细胞特化而成的。圆形色淡，成熟的异形胞是透明的，其细胞壁在与相邻细胞相接处有钮状增厚部（极节球）。具有异形胞的蓝藻能固氮，当水中氮缺乏时，异形胞的数目显著增加。蓝藻通过异形胞固定的氮，除供给藻细胞本身的生长发育外，还会通过含氮化合物的分泌和藻细胞的分解，释放出大量的氨态氮，大大增加了水体和王壤的肥力，在农业生产中具有重要的应用价值

蓝藻异形胞  异形胞：丝状蓝藻产生的一种与繁殖有关的特别类型的细胞，由营养细胞特 化而成的。圆形色淡，成熟的异形胞是透明的，其细胞壁在与相邻细胞相接 处有钮状增厚部(极节球)。具有异形胞的蓝藻能固氮，当水中氮缺乏时，异 形胞的数目显著增加。  蓝藻通过异形胞固定的氮，除供给藻细胞本身的生长发育外，还会通过含氮 化合物的分泌和藻细胞的分解，释放出大量的氨态氮，大大增加了水体和土 壤的肥力，在农业生产中具有重要的应用价值

异形胞和普通的营养细胞特征比较体积稍大胞壁外有明显增厚而形成包被细胞质中的颗粒状物质溶解消失异形胞内不含藻胆素，但仍含叶绿素a类囊体破碎，至细胞两端形成极球核质分布均一仅具光系统I（PSI），而不具能放氧的光系统II(PSII)呼吸速率较高，不能固定碳，内含有固氮酶异形胞一经形成就不再分裂，异形胞常将藻丝分隔为藻殖段

异形胞和普通的营养细胞特征比较  体积稍大  胞壁外有明显增厚而形成包被  细胞质中的颗粒状物质溶解消失  异形胞内不含藻胆素, 但仍含叶绿素a  类囊体破碎，至细胞两端形成极球  核质分布均一  仅具光系统I（PSI）, 而不具能放氧的 光系统II(PSII)  呼吸速率较高，不能固定碳，内含有固 氮酶  异形胞一经形成就不再分裂，异形胞常 将藻丝分隔为藻殖段

异形胞分化的机制细胞应激基因调控鱼腥藻7120是一种丝状体固氮蓝藻，在氮源缺之的情况下，大约每隔10个营养细胞形成1个异形胞。异形胞的形成与氮源和光源等外界因素密切相关，进而由基因调控异形胞的形成。本实验将观察鱼藻异形胞的形成和探索影响其发育的环境因子。图1固氮蓝藻鱼腥藻分化形成异型胞。图2当HetR第152位氨基酸突变后，鱼握藻无法形成异型胞

图1 固氮蓝藻鱼腥藻分化形成异型胞。图2 当HetR第152位氨基酸突变后，鱼 腥藻无法形成异型胞。 异形胞分化的机制——细胞应激基因调控  鱼腥藻7120是一种丝状体固氮蓝藻，在氮源缺乏的情况下，大约每隔 10个营养细胞形成1个异形胞。异形胞的形成与氮源和光源等外界因素 密切相关，进而由基因调控异形胞的形成。 本实验将观察鱼腥藻异形胞的形成和探索影响其发育的环境因子

实验材料口蓝藻：鱼腥藻Anabaenasp.PCC7120实验设备，仪器口普通光学显微镜，光照摇床实验耗材口50ml三角瓶，纱布，载玻片，盖玻片

 实验材料  蓝藻：鱼腥藻Anabaena sp. PCC 7120.  实验设备，仪器  普通光学显微镜，光照摇床  实验耗材  50ml三角瓶，纱布，载玻片，盖玻片

培养基培养基为含氮或无氮的 BG11(BG11.)培养基BG-11培养基配方如下[g/L]:NaNO31.5Na2CO3 0.02②MgSO4:7H20 0.075③CaCl2·2H,0 0.036④柠檬酸0.006柠檬酸铁胺0.006EDTA·2Na0.001K2HPO4:3H2O 0.04③1000倍微量元素母液：2.861.81H,BO3MnCl2: 4H200.222Na2Mo04: 2H20 0.3ZnSO4: 7H200.079Co(NO3)2: 6H2O0.0494CuSO04: 5H,0BG11无氮培养基(BG11.)组成是把培养基中的NaNO3替换为NaCI

培养基  培养基为含氮或无氮的 BG11(BG110 )培养基 BG-11培养基配方如下[g/L]： ①NaNO3 1.5 Na2CO3 0.02 ②MgSO4 •7H2O 0.075 ③CaCl2 •2H2O 0.036 ④柠檬酸 0.006 柠檬酸铁胺 0.006 EDTA•2Na 0.001 ⑤K2HPO4 • 3H2O 0.04 ⑥1000倍微量元素母液： H3BO3 2.86 MnCl2 • 4H2O 1.81 ZnSO4 • 7H2O 0.222 Na2MoO4 • 2H2O 0.3 CuSO4 • 5H2O 0.079 Co(NO3)2 • 6H2O 0.0494 BG11无氮培养基(BG110 )组成是把培养基中的NaNO3替换为NaCl

实验步骤1.显微镜观察提前准备好的在含有NaNO的BG11和以NaCI取代NaNO3的BG11培养基中培养的鱼腥藻7120（Anabaenasp.PCC7120)，观察异形胞有无并计算异形胞频率。2.根据以下不同培养条件设计，然后将经过BG11.洗涤过3次的鱼腥藻（事先用BG11培养）4ml接种到该培养基（16ml），置于摇床上光照培养.温度28~30℃，光强为100mmol/（m2×s），转速为130r/min1）氮源浓度的影响：在BG11无氮培养基(BG11。)中添加不同浓度的NaNO2）氮源种类的影响以NH4CI或尿素取代BG11中的NaNO33）光强和光质的影响在含有BG11.培养基的三角瓶以双层塑料薄膜包裹起来，使光强为正常条件下的一半，考察光强对鱼腥藻异形胞发育的影响：还可以考虑用红色薄膜包裹以考察红光的影响3.计算异形胞频率将不同培养条件下培养2天后取出的样品置于光学显微镜下观察，分别计数营养细胞和异形胞的数目，并计算异形胞占细胞总数的百分比。为了减小误差，每个样品统计1000个以上细胞，并重复3次取平均值

实验步骤 1.显微镜观察提前准备好的在含有NaNO3的BG11和以NaCl取代NaNO3 的BG110 培养基中培养的鱼腥藻7120 (Anabaena sp. PCC 7120)，观察异形胞有无并 计算异形胞频率。 2.根据以下不同培养条件设计，然后将经过BG110洗涤过3次的鱼腥藻（事先用 BG11培养）4ml接种到该培养基(16ml)，置于摇床上光照培养. 温度28~30℃， 光强为100mmol/(m2×s)，转速为130 r/min. 1）氮源浓度的影响:在BG11无氮培养基(BG110 )中添加不同浓度的NaNO3 2）氮源种类的影响 以NH4Cl或尿素取代BG11中的NaNO3 3）光强和光质的影响 在含有BG110培养基的三角瓶以双层塑料薄膜包裹起来，使光强为正常条件 下的一半，考察光强对鱼腥藻异形胞发育的影响；还可以考虑用红色薄膜包 裹以考察红光的影响。 3.计算异形胞频率 将不同培养条件下培养2天后取出的样品置于光学显微镜下观察，分别计数营 养细胞和异形胞的数目，并计算异形胞占细胞总数的百分比。为了减小误差， 每个样品统计1000个以上细胞，并重复3次取平均值

作业：1.绘制鱼腥藻一段藻丝体，包含营养细胞和异形胞。2.计算不同条件下异形胞发生的频率，列表比较。思考：影响鱼喔藻异形胞形成的因素有哪些？分别有何影响？

 作业： 1.绘制鱼腥藻一段藻丝体，包含营养细胞和异形胞。 2.计算不同条件下异形胞发生的频率，列表比较。  思考：  影响鱼腥藻异形胞形成的因素有哪些？分别有何影响？