雨生红球藻和虾青素研究述评

虾青系作为食品和饲料色素添加剂有着广阔的应用前景,单细胞绿藻雨生红球藻在特定条件下可双大量积累虾青素,有可能成为该色素的良好天然资源,受到微藻学界的重视。但目前雨生红球藻培养还处于实验室阶段,大规模生产尚存在许多问题有待解决,我国这方面的研究处于起步阶段。为此通过微机查阅１９８１￣１９９７年的国内外发表的有关文献,结合我们的实验结果,从该藻的基础生物学特性、虾青素累积的机制、养殖现状进行了综述,并     

雨生红球藻虾青素积累机制的研究进展

虾青素(astaxanthin)是一种具有极强抗氧化活性的类胡萝卜素,超强的抗氧化活性赋予了虾青素突出的生理功能,如提高动物免疫力、抑制肿瘤、清除自由基和活性氧等。虾青素具有广泛的应用价值,不仅可以用作水产养殖的饵料添加剂、人的食品添加剂,在药品、化妆品和高级营养保健品等     

不同碳氮浓度对雨生红球藻生长及虾青素累积的影响

研究了不同二氧化碳浓度和硝酸钾浓度对雨生红球藻生长及虾青素累积的影响。结果表明,较高浓度的CO2(600×10-6)能够显著促进雨生红球藻的生长、光合作用的进行和虾青素的累积。红球藻单个细胞内的虾青素含量随着培养液中硝酸钾浓度的降低而增加,绿色游动藻种和绿色不动藻种培养12 d后获得的最大虾青素值分别为10.93 pg/个和12.64 pg/个。连续通气是促进雨生红球藻生长及虾青素累积的一种有效碳源提供方式。     

温度对雨生红球藻叶绿素荧光特性及虾青素含量的影响

研究了不同温度(5～35℃)对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)叶绿素荧光特性及虾青素含量的影响.测定的主要参数有:PSII的最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)、PSII的实际光能转化效率(ΦPSⅡ)、光合电子传递效率(ETR)、细胞密度、叶绿素相对含量以及虾青素含量.单因子方差分析结果表明:在整个培养周期中,温度对雨生红球藻各叶绿素荧光参数、叶绿素相对含量、细胞密度以及虾青素含量均有显著影响(P<0.05).多重比较结果表明,在本实验条件下,雨生红球藻的最适生长温度是20℃,其单位体积虾青素含量以20℃处理组为最高,而单个细胞中的虾青素含量则以5℃和30℃为最高.相关性分析结果表明:培养天数为3～10天时,叶绿素相对含量与细胞密度均成显著正相关关系.本文还初步探讨了叶绿素荧光技术在筛选耐高温或耐低温微藻品系中的应用.     

雨生红球藻光合和呼吸速率研究

于１９９４年在青岛以单细胞雨生红球藻为实验材料,利用ＭＣＭ改良配方制作培养洲,采用测溶解氧的方法,进行了光合和呼吸速率测定。结果表明,雨生红球藻光合速率、呼吸速率不仅与温度、光照强度有密切关系,同时还与其生活史中不同发育阶段有关。１７℃、２５℃、３３℃时,雨生红球藻游动细胞光饱和点光强度分别为２６０μＥ／（ｍ＾２．ｓ）、３２０μＥ／（ｍ＾２．ｓ）、３２０μＥ／（ｍ＾２．ｓ）左右,光补偿点光强分别为     

藻际可培养细菌对雨生红球藻生长和虾青素积累的影响

为探究雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)藻际可培养细菌多样性及可培养细菌对雨生红球藻生长和虾青素积累的影响,本实验采用培养分离法,在乙酸钠兼养条件下,共分离到8株雨生红球藻藻际细菌,通过16S rDNA测序鉴定,并在NCBI网站比较序列发现,编号为DBQ、HS、BTH、DBB、XBL、HB、FH、JH的菌株分别与Pseudomonas sp.、Methylobacterium sp.、Chryseobacterium sp.、Bacillus sp.、Paracoccus sp.、Planctopirus hydrillae、Rhodobacter vinaykumarii、Brevundimonas vesicularis的16S rDNA序列具有最高的相似性。分别将8株细菌与通过抗生素处理获得的纯种雨生红球藻共培养,测定了8株藻际细菌对雨生红球藻细胞密度、藻液pH、叶绿素及虾青素含量的影响。实验发现,HS处理组在绿色阶段培养第9天获得最高细胞密度,为3.65×10~5cells/mL,且显著高于对照组;DBB处理组虽然能够促进藻细胞密度增加,但与对照组并无显著差异;DBQ处理组藻细胞密度显著低于对照组及其他处理组。第1～7天,藻液叶绿素浓度的变化与藻细胞密度变化趋势有一定相似性,绿色阶段后期,叶绿素浓度呈现下降趋势,也说明藻细胞内部叶绿素向其他色素转变,同时标志着绿色阶段的结束。绿色阶段培养过程中,藻液pH变化幅度较大,由初始值7.0左右上升到9.30左右,但是培养后期处理组与对照组藻液pH并无显著差异。在测定藻液虾青素含量时,仅HS处理组虾青素含量略高于对照组,但并无显著差异;通过计算单个藻细胞虾青素含量发现DBQ处理组单个藻细胞虾青素含量显著高于对照组。     

不同有机溶剂对雨生红球藻中虾青素提取成分的影响

研究了有机溶剂提取雨生红球藻中虾青素过程中,不同液料比对提取效率的影响,并以分光光度法及高效液相色谱法(HPLC),检测了不同有机溶剂对提取组分及主要组分(叶绿素和虾青素)含量的影响.结果显示,提取率随着液料比的增加而上升,当液料比大于20:1时,其升高变缓,趋于平衡;不同有机溶剂提取物的化学组分无明显差异,但各组分含量的比例差异较大,如二氯甲烷提取物在480nm下吸光度为30.64±0.54,高于丙酮、乙酸乙酯及甲醇(分别为27.68±5.54、25.32±8.43及24.31±0.79),而645和663 nm下吸光度为2.54±0.46和5.33±0.19,较丙酮、三氯甲烷、无水乙醇及甲醇(分别为5.70±0.71、12.87±0.14、7.60±0.23及6.44±0.28)低,说明该种溶剂对于虾青素有较高的提取效率,但其挥发性强且毒性大,而无水乙醇的提取率略低于二氯甲烷,具有安全、低毒的优势,因此无水乙醇是较为合适的虾青素提取溶剂.     

稀土元素Ce对雨生红球藻生长及虾青素积累影响的研究

采用反相高效液相色谱分析法（RP-HPLC）研究了稀土元素铈（Ce^3＋）对雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）生长及虾青素积累的影响。结果表明,低质量浓度的Ce^3＋对微藻生长和虾青素积累均具有明显的促进作用,当Ce^3＋的质量浓度为0．1mgm时,对藻生长的促进效果最佳,细胞密度较对照组提高34％;当Ce^3＋的质量浓度为1mg/L时,虾青素质量分数可达到细胞干质量的3．2％,较对照组提高167％。此外,高质量浓度Ce^3＋的对雨生红球藻有抑制作用,当Ce^3＋的质量浓度高于40mgm时,红球藻的生长完全被抑制,虾青素质量分数也明显降低。     

LED灯的光照对雨生红球藻细胞生长及虾青素积累的影响

为提高雨生红球藻的生物量以及细胞内虾青素的积累量,通过不同光源、不同光照强度照射培养藻细胞。研究表明,在总光强为2500lx,红光与白光的强度比例为2:1时,雨生红球藻干重可以达到0.98g/L,比单独使用白光和红光照射下分别提高了36.11%和15.91%。在雨生红球藻转化产虾青素阶段,对比蓝光LED、目光灯以及两者的组合光源照射转化的结果,发现在总光强为7000lx,蓝光与白光的强度比例为3:1时,雨生红球藻中虾青素的积累量为39.79mg/L,明显高于单独使用白光与蓝光转化下的产量。     

IPP异构酶基因遗传转化对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)虾青素含量的影响

采用RT-PCR技术, 从雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)中克隆出IPP异构酶基因(ipiHp1), 构建双元载体pCAMBIA3300-egfp-ipiHp1和基因枪转化载体pBlueScript SKⅡ-bar-egfp-ipiHp1, 利用根癌农杆菌侵染法和基因枪转化法, 将目的基因导入雨生红球藻中, 经过含50?g/mL草丁膦BBM培养基筛选得到阳性转化子。通过荧光观察报告基因egfp和PCR扩增分析, 证明ipiHp1基因整合到转化子的基因组中。生物量测定结果表明大部分转化子的生物量与野生型相似。虾青素含量测定发现, 农杆菌侵染法转化的转化子A3虾青素含量与野生型相比有显著变化, 平均值达到16.49mg/g, 与野生型相比提高了5.16%, 而基因枪转化法转化的转化子虾青素含量与野生型无显著性差异。     

亚硝基肌(NTG)对雨生红球藻的诱变效应

用浓度分别为0，0．5，1，1．5，2，2．5，3，3．5g／L的亚硝基胍(NTG)处理雨生红球藻(Haematococcus Pluvialis)，处理后的藻细胞分别置于100mL三角烧瓶培养，3d后用细胞计数测定抑制率。结果表明，NTG浓度为2．5g／L时生长K值最大，为0．389；藻液的细胞干质量最大．为0．711g／L；虾青素含量也最多，为1．86975 mg／L，之后随着浓度的增加反而下降。     

雨生红球藻中IPP异构酶基因表达调控机制的初步研究

单细胞淡水绿藻-雨生红球藻能够在一定条件积累一种次生类胡萝卜素-虾青素,因而在生长后期藻体变为深红色。其中,IPP异构酶在雨生红球藻中的虾青素合成过程中发挥了重要作用。在本研究中,我们首次通过基因组上游步移克隆到了雨生红球藻中IPP异构酶基因的两个不同5’上游侧翼序列,大小分别是1．8kb和2．5kb。利用生物信息学方法分别对这两个不同5’上游侧翼序列进行了序列分析,结果发现,二者具有某些相同的顺式作用元件,如可能的脱落酸反应元件（ABRE）、干燥或低温反应元件（DRE／C-repeat）、几种光反应元件（G-box,GAG-motif,I-boxand ATC-motif）、热激反应元件（HSE）、机械伤害反应元件（WUN-motif）、水杨酸反应元件（TCA-element）、生长素反应元件（TGA-element）、茉莉酸甲酯反应元件（TGACG-element）、缺氧特异反应中的增强子类似元件（GC-motif）和反式作用因子MYB蛋白的结合位点（MBS and MRE）,但是二者并不具有典型的TATA框和CCAAT框。上述研究预示了雨生红球藻虾青素合成中IPP异构酶基因转录调控方式的多样化。     

雨生红球藻cDNA表达文库的构建与初步分析

为了筛选雨生红球藻虾青素合成过程中的关键酶基因的反式调节因子基因,以雨生红球藻的绿细胞为材料,提取了高质量的总RNA,并分离纯化了mRNA,经过反转录后的得到cDNA,构建了以λ-ZAPExpress为载体的表达型cDNA文库。经检测,所构建的文库的滴度为5.1×105,重组率为100%。用PCR方法对文库的质量进行了鉴定,文库的平均插入片断的大小为1.7kb。雨生红球藻cDNA表达文库的构建为研究虾青素的代谢工程奠定了基础。     

几种胁迫方式对雨生红球藻积累虾青素 影响的初步研究

Induction of astaxanthin accumulation in Haematococcus pluvialis by three stress conditions was studied, which including nitrogen deficiencies, salt stress and illumination with different wavelengths. Nitrogen deficiencies (NaNO3≤0.012 g/L) are not favorable to the growth of the H. pluvialis, but they can promote the astaxanthin accumulation in the planospore and reduce the ratio of aplanospore to no more than 15%. High salinity could induce the production of astaxanthin in H. pluvialis in a short time, with the highest levels of astaxanthin under the NaCl concentration of 2.5 g/L. However, such increases in salinity were accompanied by high rates of cell mortality. The illumination with different wavelengths have quite different effects on the growth and astaxanthin accumulation of H. pluvialis: red light is favorable to the growth of the alga, while blue light enhances the astaxanthin production. The effects of the illumination with different wavelengths enhance in the following order: blue light, red light, green light and white light.     

雨生红球藻脂肪酸组成和含量的气相色谱分析

以正十九碳酸(C19：0)为内标,用HCI-CH3OH溶液提酯化雨生红球藻后进行毛细管气相色谱分析。通过正交实验确定抽提和酯化雨生红球藻脂肪酸的最佳酯化酸度、超声破碎时间和水浴时间。该法对雨生红球藻游动细胞脂肪酸含量测定的相对偏差为0．4％～9．5％;对雨生红球藻孢子为3．0％～11．8％。仪器的检测限为0．942μg。结果表明,雨生红球藻绿色游动细胞的饱和脂肪酸组分主要是C16：0,含量为2．22％;不饱和脂肪酸主要有C16：1,C18：2,C18：1和C18：3,含量在0.764％～3．28％。雨生红球藻孢子中的饱和脂肪酸主要有C16：0和C18：0,含量分别为4．34％和0．477％;不饱和脂肪酸主要为C16：1,C18：2,C18：1和C18：3;含量在0．901％～8．20％。     

雨生红球藻紫外诱变及抗铵品系筛选

经紫外诱变,筛选出在碳酸氢铵浓度为400 mg/L条件下可以生存的突变株。通过培养基中氮、磷、铁、温度、光照及pH值对雨生红球藻诱变株生长的影响进行比较,对以上3种营养盐及3种环境因子分别进行三因素三水平正交实验,以优化培养条件。进而对雨生红球藻野生型及诱变株的生长状况及色素含量进行比较。实验结果表明,雨生红球藻抗铵品系在培养基中NaNO30.1 g/L,KH2PO40.01 g/L,FeCl3.6H2O 1.0 mg/L,在pH值为8.0,光照强度100μmol.m-2.s-1,温度为18℃的培养条件下,雨生红球藻的生物量得到有效提高。