几种胁迫方式对雨生红球藻积累虾青素.doc

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1、黄水英等：几种胁迫方式对雨生红球藻积累虾素影响的初步研究几种胁迫方式对雨生红球藻积累虾青素影响的初步研究黄水英，齐安翔，李哲，李晓梦，王蕴，蔡明刚（厦门大学海洋与环境学院，厦门361005）虾青素（astaxanthin）是一种近年来进入国际研发领域的红色类胡萝卜素，广泛存在于自然界，尤其是海洋生物体内，其抗氧化能力比其他类胡萝卜素强10倍，比维生素E强550倍，被誉为“超级维生素E”。虾青素的着色能力显著，并具有抗癌症、抗衰老、增强免疫力等一系列重要的生理功能，鉴于此，它被广泛应用于保健品、医药、水产养殖等领域，具有广阔的发展前景。在虾青素的生物来

2、源中，雨生红球藻（Haematococcuspluvialis）中虾青素可占其干重的1%~3%，且体内虾青素及其酯类的结构配比与养殖对象所需一致，因此被公认为自然界中虾青素的最佳来源（蔡明刚等，2003）。雨生红球藻是一种淡水单细胞绿藻，生活史呈现多样性：在适宜环境下，以游动的绿色营养细胞形态存在；在不利环境下，以不动的厚壁孢子形态存在，并因大量积累虾青素而呈现红色。相应地，当前国内外利用雨生红球藻培养法生产虾青素通常分两阶段进行：即首先实现微藻营养细胞的高密度生长，随后多通过设置高光照等人为胁迫手段，促使营养细胞转变为厚壁孢子，并积累虾青素（Har

3、keretal.，1996；Saradaetal.，2002）。因此，胁迫条件是雨生红球藻积累虾青素的关键环节，并在很大程度上决定了虾青素的产量和质量。目前，尽管对光强、温度等传统胁迫因子的条件参数已基本确定（Boussibaetal.，1992；Hagenetal.，2001），但高光等胁迫方式不仅导致细胞大量死亡，同时由于形成厚壁孢子，降低了生物的直接利用效率，并使虾青素的提取成本和难度大为增加。近年来，营养盐（N、P等）缺乏、盐胁迫以及不同波段光照等一些新的胁迫手段逐渐被人们所重视，并为解决目前研究和生产中存在的关键问题提供了一些有益的思路（F

4、abregasetal.，1998；Tanetal.，1995），但上述胁迫方式对雨生红球藻的生长和虾青素积累的影响研究仍不够深入细致，且缺乏系统性。作者为此开展了氮缺乏、盐胁迫及不同波段单色光胁迫等3种不同胁迫方式对雨生红球藻生长及虾青素积累影响的初步研究，以期为其后续的研究与应用开发提供参考。一、材料与方法1.材料及培养条件雨生红球藻藻种由中科院水生生物研究所藻种库提供。采用BBM培养基配方，置光照培养箱中静置培养，培养温度设为23±1℃，营养细胞培养阶段的光强设为1300~1600lux，连续侧光照。于适宜条件下连续培养7d后转至高光强条件下胁

5、迫，光照强度约为10000lux。每天手摇培养物3~4次，防止粘壁。2.实验方法1）氮缺乏胁迫实验7黄水英等：几种胁迫方式对雨生红球藻积累虾素影响的初步研究在无氮的BBM培养基中添加不同浓度的NaNO3，分别为0g/L、0.0125g/L、0.025g/L、0.05g/L、0.125g/L、0.25g/L等6个浓度梯度，每个实验组设置3个重复。2）盐胁迫实验在BBM培养基中添加不同浓度NaCl，分别为0g/L、2.5g/L、5g/L、10g/L、20g/L等5个浓度梯度，每个实验组设置3个重复。3）不同波段单色光的胁迫实验（1）分别采用红光、蓝光、绿

6、光等3种单色光源及白色连续光源（以下简称白光）培养红球藻后，转入白光胁迫；（2）采用白光培养并分别用白光及上述3种单色光源进行胁迫实验。每个实验组设置3个重复。3.分析方法采用HPLC法测定虾青素含量（齐安翔等，2005），藻细胞密度、藻粉干重等其他相关参数的测定见文献（张英等，2004）。二、结果与讨论1.氮（NaNO3）胁迫不同NaNO3对雨生红球藻的生长曲线影响如图1所示。总体而言，氮盐对雨生红球藻的生长起到促进作用，其程度随NaNO3浓度的升高而显著。缺氮条件下（≤0.012g/L），各生长曲线趋于平缓，微藻生长缓慢，但未受到抑制；当NaNO

7、3浓度较高（≥0.025g/L）时，各生长曲线比较接近，对微藻生长的促进作用明显。　　　　图1不同NaNO3浓度对雨生红球藻生长影响比较研究发现，经胁迫后，藻粉产量随初始NaNO3浓度的降低而降低，但虾青素产率随之升高。当NaNO3浓度低于0.12g/L时，虾青素开始积累。其中，NaNO3浓度为0.012g/L和0g/L时，虾青素积累较为显著，产率明显提高，分别达到9.71mg/L和11.03mg/L，比高氮浓度下高约一个数量级（表1）。Orosa等（2005）研究表明，缺氮条件下尽管雨生红球藻细胞生长十分缓慢，但虾青素含量为24.5pg/cell，

8、是高氮浓度下（0.25g/L）的数十倍，本文作者研究结果与之相吻。可见缺氮条件下能够显著促进雨生红球藻细胞内