《South African Journal of Botany》：Synergistic effects of temperature and ultraviolet radiation on physiology and synthesis of potent antioxidative defense molecules in habitat-specific cyanobacteria
编辑推荐：
•温度和紫外线辐射在两种特定生境的蓝细菌中的协同效应。•与稻田蓝细菌Anabaena sp. strain VKB01相比，温泉蓝细菌Nostoc sp. strain VKB02表现出更强的适应性。•抗氧化酶水平的升高和MAAs的积累提高了耐热菌株VKB02的耐受性。•光谱分析
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温度和紫外线辐射在两种特定生境的蓝细菌中的协同效应。
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与稻田蓝细菌Anabaena sp. strain VKB01相比，温泉蓝细菌Nostoc sp. strain VKB02表现出更强的适应性。
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抗氧化酶水平的升高和MAAs的积累提高了耐热菌株VKB02的耐受性。
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光谱分析（包括HPLC、ESI-MS、FTIR和NMR）证实shinorine和palythine是关键的光保护代谢物。
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研究结果表明，MAAs具有潜在的天然紫外线防护作用，可用于生物技术。
引言
蓝细菌是地球上古老、分布广泛且数量最多的生命形式（Sonam和Dadheech，2024年）。它们具有长期的光自养生活方式，这使它们能够在各种环境条件下生存。此外，与其他物种相比，蓝细菌在极端环境下（如紫外线辐射、干燥和高二氧化碳浓度）对食物的依赖性更低，因此更具适应性（Mazur和?lesak，2025年）。蓝细菌在维持生态系统中的碳氮比方面起着关键作用。就全球数量而言，蓝细菌是目前进化程度最高的生物类群之一（Pade和Hagemann，2014年）。根据Rantam?ki等人的研究（2016年），蓝细菌的出现和发展是它们向需氧生命形式过渡的重要因素。全球蓝细菌的生物量估计达到数千万吨。在光合作用过程中，这些生物提供了大气中30%到40%的氧气（Cepoi，2019年）。一些固氮蓝细菌能够将大气中的游离氮转化为生物肥料。它们是少数能够克服环境氧气与固氮酶（nitrogenase）不相容性的物种之一（Stal，2012年）。然而，某些人类活动（包括向大气中排放多种形式的氯氟碳化合物和活性氮物种）导致臭氧层耗竭，从而增加地球表面的紫外线辐射和温度。蓝细菌具有耐受极端辐射的能力（Maier和Neilson，2015年）。
此外，温度作为微生物生存策略的主要压力因素之一的重要性也得到了关注（Burford等人，2020年）。因此，海洋生物暴露于UV-B辐射和高温的风险也随之增加（Babele等人，2012年）。为了应对这些双重压力，这些生物进化出了有效的防御机制以确保生存。此外，光合微生物对多重压力因素的响应复杂性也得到了体现，例如在海洋硅藻Skeletonema pseudocostatum中观察到的高二氧化碳浓度和UV-B辐射的相互作用效应。这些效应包括活性氧（ROS）和生长的协同增加，以及类胡萝卜素的拮抗性减少（Xie等人，2025年）。从古代到现在，蓝细菌不断调整其代谢方式，以在极端温度和辐射条件下维持生存、生长和繁殖（Chakraborty和Tiwari，2024年）。它们通过灵活性和发育可塑性适应短期环境变化，以支持在各种生态条件下的细胞功能（Gabriel，2005年）。相反，长期变化通常会驱动适应性进化，从而导致基因组成的自然选择（Galhardo等人，2007年；Guyet等人，2020年）。Palanivel等人（2026年）的最新研究表明，嗜热蓝细菌在热稳定酶、色素生产和光系统方面表现出适应性，并且在结合热和紫外线压力下具有协同的抗氧化防御机制。此外，光照和盐度的协同作用还能促进Synechocystis PCC 6803的生物量和类胡萝卜素生成（Faraloni等人，2026年）。在本研究中，我们探讨了温度和紫外线辐射（PAR或P）单独及联合作用对蓝细菌生理和生化特征的影响。这项研究有助于深入了解蓝细菌在联合非生物压力下的防御机制。此外，我们还探索了具有潜在光保护和抗氧化作用的生物分子，以用于抗衰老和防晒产品。
章节片段
实验微生物
蓝细菌Anabaena sp. strain VKB01（登录编号：MW726115）（图1a）是从印度瓦拉纳西班纳拉斯印度教大学附近的农业稻田中分离得到的。该稻田环境具有中性pH值（8.0–8.4）和最佳温度（28–35 °C）（Amin等人，2024a）。而嗜热蓝细菌Nostoc sp. strain VKB02（登录编号MZ366522）（图1b）则来自印度西孟加拉邦的巴克雷斯瓦尔温泉，其pH值也是中性的
存活率、叶绿素含量和蛋白质分析
评估了Nostoc sp. strain VKB02和Anabaena sp. strain VKB01在0、12、24、36、48、60和72小时暴露于HT-P、HT-PA和HT-PAB辐射后的存活概率。在RF条件下，Anabaena sp. strain VKB01的存活率没有显著变化，而在HT-P（50%）、HT-PA（68%）和HT-PAB（94%）处理后，72小时时的存活率显著下降（图2a）。有趣的是，在Nostoc
讨论
高温和紫外线辐射下固氮蓝细菌的优势引起了科学家们的极大兴趣。研究人员开始研究广泛的热梯度如何影响农田和粮食生产，以应对地球表面气候变化的增加。农业科学家、研究人员和农民转向使用生物肥料，以提高农业系统的持续产量和长期可行性。
结论
本研究表明，温度和紫外线辐射的协同效应对蓝细菌Anabaena sp. strain VKB01（稻田）和Nostoc sp. strain VKB02（温泉）的生存、色素组成、光合作用效率和超微结构变化产生了深远影响。这两种蓝细菌菌株在HT-PAB处理下表现出最严重的负面影响。长时间的温度和光照暴露显著降低了蓝细菌的活力。
资金支持
本研究未获得公共、商业或非营利部门的任何具体资助。
数据可用性
作者在本研究期间收集和分析的所有数据均包含在本文中。
CRediT作者贡献声明
Nasreen Amin：撰写初稿、可视化、方法论设计、实验实施、数据整理、概念构思。Ram Lal：撰写初稿、正式分析、概念构思。Vinod K. Kannaujiya：撰写修订稿、验证、监督、资源管理、项目统筹、概念构思。
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文所述的工作。
致谢
Nasreen Amin感谢UGC和BHU提供的奖学金。Nasreen Amin感谢印度瓦拉纳西BHU科学研究所植物学系的中央仪器实验室，以及BHU地质系提供的扫描电子显微镜（SEM）设施。同时，她也感谢全印度医学科学研究所（AIIMS）提供的透射电子显微镜（TEM）支持。
Nasreen Amin|Ram Lal|Vinod K. Kannaujiya
