螺旋藻研究现状及展望_王依涛

王依涛,孟春晓.螺旋藻研究现状及展望[J].江苏农业科学,2010(5):343-345.

螺旋藻研究现状及展望

王依涛,孟春晓

(山东理工大学生命科学学院,山东淄博255049)

摘要:从分类、地理分布、藻种选育、食品加工与医药、环境保护等方面综述了螺旋藻的研究进展,并对其应用前

景进行了展望,以利于人们更好地认识、了解和高效开发利用螺旋藻。 关键词:螺旋藻;食品;药品;环境保护

中图分类号:S968.4 文献标志码:A 文章编号:1002-1302(2010)05-0343-02

收稿日期:2010-01-25

基金项目:国家自然科学基金(编号:40706050);国家科技支撑项目(编号:11200602);中央级公益性研究所专项(编号:2060402/2)。作者简介:王依涛(1989)),男,生物工程专业。T e:l (0533)8378236;E -m ai :l m engchunx i ao @126.co m 。

螺旋藻(Spiru lina )是一种主要分布于热带、亚热带地区淡水或盐碱性湖泊中的多细胞丝状蓝藻,属蓝藻门、颤藻目、顺藻科、螺旋藻属,共有36种,其中32种为淡水种,4种为海水种。它是最古老的多细胞低等水生植物,细胞内没有真正的细胞核,在显微镜下可见其形态为螺旋丝状,故而得名。螺旋藻喜高温(25~36e )、碱性(p H 值8~12)环境,营光合自养,但也能利用环境中的一些有机物作兼养生长,无性繁殖。现在应用于国内外大规模生产的通常是钝顶螺旋藻(S.pl a t -ensis)、极大螺旋藻(S.m axi m a )和盐泽螺旋藻(S .subsa lsa )。自然环境中螺旋藻主要分布于中非乍得湖、墨西哥特西科科湖和我国云南永胜程海湖,适于高温碱性环境[1]

。

1 藻种选育

目前,对螺旋藻新藻种的筛选方法主要有物理或化学诱变育种和基因工程育种。新藻种的筛选主要通过驯化与自然分离、物理或化学诱变以及基因工程等手段获得[2]。Vonshak 提出了选择螺旋藻优良藻种的标准:抗高光抑制、较广温度适

应范围、耐高渗透压、较强光合作用、忍受高氧浓度[3]

。1.1 物理诱变育种

常用的物理诱变剂主要有60

Co-C 射线、H e-Ne 激光、

YAG 激光、半导体激光等,其中60

C o-C 射线是最常用的诱变辐射源,L

D 、YAG 可以促进极大螺旋藻生长,

60

Co-C 可诱导

产生高产多糖钝顶螺旋藻[4]

。1.2 化学诱变育种

常用的化学诱变剂主要有亚硝基胍(NTG )、甲基磺酸乙酯(E M S)等。Riccard i 等用1-甲基-3-硝基-1-亚硝基胍(MNNG)对藻丝体进行诱变处理,获得了抗氨基酸类似物

的突变体[5]

。Cohen 等用除草剂S AN -9785作为生长抑制剂,从钝顶螺旋藻和紫球藻中筛选获得突变株,其生长速度及糖脂含量均高于出发株,且钝顶螺旋藻突变株富含C -亚麻酸[6]

。S i ngh 等用NTG 处理钝顶螺旋藻,分离出的突变细胞耐甲硝基羟乙唑和3,4-二氯苯-1,1-二甲脲的能力为野

生型细胞的3倍[7]

。崔海瑞等用不同浓度的甲基磺酸乙酯对

钝顶螺旋藻的藻丝体进行处理,得到多种形态的藻丝体[8]

。张学成等用甲基磺酸乙酯诱变处理钝顶螺旋藻,筛选得到2株耐低温的藻种[9]。

1.3 基因工程育种

基因工程育种因具有较强的目的性,具有较广阔前景。螺旋藻转基因系统的建立需要以下条件:(1)将外源基因导入螺旋藻;(2)避免螺旋藻核酸酶的降解;(3)外源DNA 的稳定存在(有独立的ori T 或整合到受体的基因组);(4)选择标记的表达[10]

。章军等通过基因工程技术构建获得了转Ta 1基因螺旋藻,再通过饲喂鳗鱼苗试验表明能有效提高鳗鱼苗体内的胸腺素含量,增强鳗鱼苗的免疫力[11]

。谭维娜首次尝试了以螺旋藻作为转基因受体表达乙肝表面抗原,初步探索了研制转基因螺旋藻口服乙肝疫苗的可行性[12]。2 螺旋藻应用途径

2.1 食品加工

螺旋藻营养丰富,其干粉中的蛋白质含量高达60%~72%,相当于大豆的1.7倍、小麦的6倍、玉米的9.3倍、鸡肉的3.1倍、牛肉的3.5倍、鱼肉的3.7倍、猪肉的7倍、蛋类的4.6倍、全脂奶粉的2.9倍,富含18种氨基酸、12种矿物质、8种维生素和多种生物活性物质,藻体消化率高达84%,远高于

被誉为/宇宙食品0的小球藻的73.6%[13]

。目前,利用螺旋藻开发的食品种类多样,均以螺旋藻为原料添加到其他常规食物或饮料中,从而得到富有特色的螺旋藻食品,如在面粉中添加螺旋藻干粉制成营养均衡和具有保健功能的螺旋藻面条。2.2 医药功能

螺旋藻中脂肪酸含量较低,其中对人体十分有益的不饱和脂肪酸占很大比例。螺旋藻含铁量高,高达580~646m g/kg 。螺旋藻富含其他生物活性成分,如B -胡萝卜素、藻胆蛋白、C -亚麻酸、内源性酶等,对人体健康非常有帮助。具体功能如下:(1)抗肿瘤。1988年,哈佛医学院的Schw artz 等报道了藻蓝蛋白对口腔癌有抑制作用[14]

。日本和美国申请了关于藻胆蛋白具有抗肿瘤活性的专利(J P5*******;USP 1150726-A82679)。L i u 等用半固体琼脂培养法及MTT 法证明坛紫菜中的藻蓝蛋白能够显著抑制HL -60细胞的生长,且存在浓度效应和时间效应。螺旋藻藻蓝蛋白(C-PC)对K562(白血病)细胞的抑制效果良好[15]

。关燕清等采用光固定法固定藻蓝蛋白到组织培养聚苯乙烯(PSt)基板上,制备生物材料,发现这种新材料对体外肝癌细

)

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胞7402有抑制作用。在固定高浓度蛋白质(0.5mg/well)的情况下,光固定化藻蓝蛋白对癌细胞抑制率高于非固定化的藻蓝蛋白[16]。(2)抗病毒。螺旋藻藻胆蛋白也具有一定的抗病毒活性。刘兆乾等申请了关于含藻蓝蛋白的蛋白多糖提取物抗流感病毒的专利[17]。Sh i h等证实从钝顶螺旋藻中提取的APC存在抗肠道病毒71的活性[18]。(3)抗辐射。螺旋藻多糖与银杏叶有效成分复合应用于抗辐射,能产生协同增效作用,抗辐射作用的强弱与螺旋藻多糖和银杏叶有效成分复合的比例有一定关系,其中螺旋藻多糖与银杏叶有效成分为1B1时抗辐射作用最好[19]。(4)调节血糖。螺旋藻中存在多糖、镁、铬等多种降糖物质,可通过多种途径(如促进胰岛素分泌、减缓糖吸收、促进物质代谢、抗氧化等)调节血糖代谢[20]。(5)纠正缺铁性贫血。由于螺旋藻含铁量高,且是与藻体中的蛋白质和色素材料结合形成的有机蛋白色素铁,这种铁不受铁吸收抑制因素的影响,将以卟啉铁的形式直接被肠黏膜上皮细胞吸收,故吸收率高[21]。(6)抗血栓。螺旋藻激酶(SPK)可以延缓血液凝固,且随着剂量的增加甚至阻止血液凝固,SPK静脉给药可减缓下腔静脉血栓形成[22]。(7)保护肝脏。富硒螺旋藻(Se-SP)可拮抗肝纤维化,其作用机制可能主要通过提高抗氧化硒酶GS H-Px和TR活性,从而促进肝细胞增殖和功能恢复。另外也涉及提高肝功能贮备和抑制胶原合成等生理生化机理[23]。(8)减缓重金属危害。杨占军等研究表明,旋藻对铅神经毒性起拮抗作用[24]。(9)抗疲劳、抗衰老。螺旋藻多糖能降低小鼠体内丙二醛含量,促进细胞、肝、脑等组织器官中SOD的活性,增强机体抗氧化及抗自由基损伤的能力[25]。

3环境保护利用

利用各种废水培养螺旋藻都表明,螺旋藻具有吸收和消耗水体环境中的氮、磷等营养元素以及降解水中有机物的作用。利用废水养殖螺旋藻,一方面使水体得以净化,减轻了水体的富营养化,另一方面,可以得到高附加值的螺旋藻产品。因而将螺旋藻用于废水处理是一项很好的生物治污措施,国内外都有利用养殖螺旋藻等微藻净化废水的报道[26]。马来西亚西米(sago)淀粉厂用螺旋藻净化废水取得了成功[27]。陈慈美等利用生活污水培养螺旋藻,结果表明,当螺旋藻在生活污水中培养10d,对污水中CODc去除率可达91%,NH+4-N、NO-3-N 和PO43--P去除率分别为97%、97%和57%[28]。此外,韩国科学家用甲基磺酸乙酯培育出编号为M2OC J K3的螺旋藻菌,它对二氧化碳的固定率可稳定在21.8g/(d#m2),比广为人知的C J590型螺旋藻高13%[29]。

4展望

作为地球上最古老的光合生物之一,螺旋藻已在地球上生存了近35亿年之久,但其被人类发现和培养的历史却仅有100多年。实现工业化规模培养的螺旋藻主要有2种,即钝顶螺旋藻(Sp iruli na platensis Geilter)和极大螺旋藻(Spiru lina m axi m a Geilter)。在过去的几十年里,人们在螺旋藻种的驯化、选育和工业化培养方面开展了大量工作,并积累了相当的经验,它的生理生化以及分子遗传研究也受到了广泛的关注,但在应用方面还有很大潜力可挖。

螺旋藻,营养成分丰富、全面而均衡,已成为世界性保健食品,且被医学界视为一种理想营养源和潜在的药源。因此其应用前景非常广阔。此外,咸水或海水养殖螺旋藻成本较低,质量较好,不与农业生产争地,可以在从温带到热带的地区以及碱性湖泊和海域推广。目前,亟须稳定和完善现有的螺旋藻生产基地,努力提高单位面积产量和产品质量,制定工厂化生产的规范,统一行业质量检测技术和标准,以利于螺旋藻的深加工与进一步研究。

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(下转第345页)

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孟春晓,高政权,王依涛,等.赤霉素对盐藻生物量与物质积累的影响[J].江苏农业科学,2010(5):345-347.

赤霉素对盐藻生物量与物质积累的影响

孟春晓1,高政权1,王依涛1,叶乃好2

(1.山东理工大学生命科学学院,山东淄博255049; 2.中国水产科学院黄海水产研究所,山东青岛266071)

摘要:通过向对数生长期的杜氏盐藻(Dunaliella salina)中分别添加浓度为0.01、0.05、0.1、0.5、1、5、10、25、50m g/L的植物生长调节剂赤霉素,对其进行诱导培养,周期性收集藻细胞,对各阶段藻细胞的细胞密度、B-胡萝卜素、叶绿素、总可溶性蛋白含量进行检测和比较。研究结果表明,1个月的诱导期内,0.05mg/L赤霉素处理不仅能显著加快藻细胞的分裂速度,生物量比对照提高60%,还能增加16.8%的B-胡萝卜素含量;但该处理的叶绿素含量、总可溶性蛋白含量与其他处理组及对照组都没有明显的区别。

关键词:杜氏盐藻;赤霉素;细胞密度;B-胡萝卜素;叶绿素;总可溶性蛋白

中图分类号:S968.41+9文献标志码:A文章编号:1002-1302(2010)05-0345-03

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盐藻(Dunaliell a salina)是绿藻门团藻目盐藻科盐藻属的一种单细胞经济绿藻,其体内B-胡萝卜素含量高达13%(干重),并含有45%甘油和40%左右的蛋白质(干重),在食品、水产养殖、医药和化工等领域用途广泛。其所积累的B-胡萝卜素不仅具有抗氧化作用,还是人体内维生素A的重要来源,可预防、延缓和治疗某些疾病,同时也能显著提高机体的免疫功能[1]。关于B-胡萝卜素在盐藻中积累的条件和动力学过程,以及如何养殖盐藻来生产B-胡萝卜素国内外已有广泛研究。在盐藻培养过程中,很多培养条件会影盐藻的生长和体内物质积累[2]。已有研究证明,不同氮源和磷、铁、铜、锌、硼、钼、维生素B等均对盐藻细胞生长和B-胡萝卜素

收稿日期:2010-01-19

基金项目:国家自然科学基金(编号:40706050,40706048, 30700619);国家科技支撑计划(编号:2006BAD01A13, 2008BAC49B04);国家基因改良专项基金(编号:2009ZX08009-019B);山东省自然科学基金(编号:2009ZRA02075);山东省青岛市科技计划(编号:09-2-5-8-hy)。

作者简介:孟春晓(1977)),女,博士,副教授,研究方向为藻类生物技术。E-m ai:l z hengqu angao@126.co m。

通信作者:叶乃好,男,博士,副研究员,主要从事藻类生物学研究。

E-m ai:l z q7723@163.co m。积累存在一定影响[2-6]。另外,还有研究陆续探讨了盐度[7]、激光[8]、陈化介质[9]、丁草胺[10]、脱落酸[11]、光照[12]和射线等因子对盐藻细胞生长和色素积累[13-15]的影响。本研究通过探讨植物生长调节剂赤霉素对盐藻生物量与物质积累的影响,为盐藻科学养殖和开发利用提供一种新思路。

1材料与方法

1.1藻种扩培

盐藻(Dunaliell a salina)由中国科学院海洋研究所提供,试验前经扩培至对数生长期备用。盐藻培养在光照培养箱中进行,培养温度为20e,光暗周期为12h-12h,光强约为3 500lx。待培养至对数生长期后备用。

1.2诱导培养

1.2.1赤霉素的添加盐藻培养采用MC M培养基,中间不添加营养盐,24h全日照,光强5000l x、25e下培养。按空白、0.01、0.05、0.1、0.5、1.0、5.0、10、25、50mg/L等10个浓度梯度添加赤霉素,每个浓度设置3次重复。诱导培养周期为1个月。

1.2.2盐藻细胞生长测定培养液中盐藻细胞密度采用血球计数板法统计。先作出吸光度与细胞密度的关系曲线,然后测定培养液在450n m处的吸光度,以此确定培养液中盐藻

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