生物学教学年第卷第期
小球藻的应用研究进展
陈晓清福建省璋州师范学院生物科学与技术系苏育才福建省安溪县俊民中学,,
摘要小球藻含有丰富的蛋白质、多糖、脂质、叶绿素、维生素、微量元素和一些生物活性代谢产物,具有很高的经济价值。本文
概述了小球藻的生物活性和药理作用以及应用研究进展。
关键词小球藻应用生物活性
小球藻是一种普生性单细胞绿藻,属于绿藻门绿藻纲卵囊藻科,是第一种被人工培养的微藻。目前世界上已知的小球藻有十几种,变种多达数百个。小球藻富含多种有效成分,不仅是生物学研究中优良的实验材料,也是很有应用价值的开发对象。小球藻细胞中有价值的化合物生长在良好环境中的小球藻藻粉蛋白质含量可达,种氨基酸总量为,其中种必需氨基酸含量为,接近优质鱼粉、啤酒酵母,高于绝大多数植物性蛋白,是优良的单细胞蛋白源川。小球藻碳水化合物含量为一,一般不少于,脂类含量为一,不饱和脂肪酸含量明显高于许多植物,且含有二十二碳六烯酸。小球藻的叶绿素含量为吸一,是自然界中最高的,高于已商业化的脱水紫首楷叶绿素含量〕。采用优化的培养基诱导培养小球藻,小球藻的虾青素含量可高达·一,具有用来大规模生产虾青素的潜力,是继雨生红球藻、红发夫酵母之后又一备受关注的天然虾青素资源藻类口〕。小球藻富含绿藻特有的活性物质—绿藻生长因子,被称为“类荷尔蒙”。小球藻细胞还含有丰富的维生素、、、、和叶酸,各自的含量与培养时间及环境因子密切相关。小球藻在农业上的应用小球藻提取物稀释一倍,喷施于蔬菜、果树叶面,具有增强植物光合作用和促进根部生长、提高根部养分吸收能力和抗菌力的效果。用不同浓度小球藻提取物处理大白莱、芥菜和萝卜的种子可提高发芽率、发芽势和发芽指数,还可促进种子萌发过程中胚根生长,缩短种子萌发的周期。小球藻的提取物没有毒性〔,因此在农业及相关领域方面具有应用价值。小球藻在工业上的应用食品与饲料生产世纪年代,小球藻主要作为单细胞蛋白资源而加以开发利用,以后又在此基础上转向开发生产价值更高的保健品、美容食品和食品添加剂。我国台湾地区和日本成功地建立了小球藻产业,培养获得的藻细胞制成的小球藻片、小球藻提取物和保健品,被联合国粮食及农业组织列为世纪人类的绿色营养源健康食品。小球藻作为食品添
加剂,可用于陈大米、酿酒、发酵大豆制品、豆腐、面食、
发酵乳制品和鱼罐头等食品的品质改良和调味。小球
藻可用于轮虫、挠足类、枝角类和盐水丰年虫的培养,
还可作为鱼、虾、蟹、海参和贝类的配合饵料的添加剂,
有很好的投喂效果。
油脂和燃料生产微藻在特定的条件下可大量积
累具有与一般植物油脂类似的脂肪酸结构的油脂。目
前用于发酵生产油脂的藻类主要有舰。
“和,诚卯瓜等。通过热解异养小球藻获
得的生物油产率高达,所获得的热解生物油含氧
量较低,并具有较高的热值、密度和豁度,燃油的品质与
化石燃油相当。小球藻还可以吸收和利用工业生产排
放出的大量二氧化碳和氮化物,有利于改善环境。
污水净化藻类具有吸收、消耗水体环境中的
、等营养元素以及吸附重金属的功能,对水体环境
有一定的净化作用,是很好的治污生物困。小球藻具
有去除多种重金属离子和降解苯酚及某些直接染料的
能力,对“`、的富集率可达藻体干重的和
。以小球藻处理污泥提取液,化学需氧量
去除率最高可达,总氮的最高去除率可达
〕。这为污水处理厂污泥的资源化处理提供了一
条新的高效而经济的途径。
脯氛酸的生产有些小球藻能积累大量的脯氨
酸,具有很高的渗透压耐受性,从而适应高盐生长条
件。美国乙基公司利用这一特征研究利用小球藻生产
脯氨酸的工艺,并陆续发表了有关专利川。
小球藻在基因工程方面的应用
小球藻光合效率高,是光合作用机理、跨膜转运机
理、基因工程等研究领域良好的实验材料。目前,已经
对一株适应南极低温环境的小球藻一的脂肪酸去
饱和酶基因进行了研究,克隆得到了内质网型脂肪
酸去饱和酶基因的全长序列,并获知了该序列的
部分信息,从而为改良微藻的遗传特性,提高藻细胞对
低温的适应性,培育高产、优质的微藻新品种提供了依
据川。从株蛋白核小球藻一和中成功获得了
两株小球藻的,一二磷酸核酮糖按化酶功口氧酶小亚
基全序列,为后续基因的结构、功能、
2012年第卷第期
表达研究及,一二磷酸核酮糖竣化酶功口氧酶
的修饰和改造工作提供了基础性资料。
小球藻在医学方面的应用
自从年日本学者娜报道小球藻对胃
淡疡有治疗作用以来,人们对小球藻的生物活性和药
理作用进行了广泛的研究,如何从小球藻中筛选并提
纯有药理作用的有效成分,已成为小球藻应用研究的
热点之一。
杭肿瘤普通小球藻藻株的糖蛋白提取
物对小鼠实验和自发肿瘤转移有显著的抑制作用〔'“
小球藻的一种蛋白提取物能有效减轻抗癌药一氟尿
嗜陡诱导机体产生骨髓抑制的程度和提高患者的自身
免疫力仁川自养小球藻多糖对肝癌细胞
增殖有显著抑制作用,且能通过下调抗凋亡蛋白
及上调凋亡执行蛋白的表达来诱导其发生
凋亡〔'〕。这些研究成果为抗肿瘤药物的筛选和肿瘤
的治疗奠定了理论基础。
抗病原微生物研究发现,普通小球藻的提取物
具有抗巨细胞病毒感染的作用从从蛋白核小球藻中
提取的脂溶性化合物对种植物病原菌均有一定的抗
菌活性'〕海水小球藻多糖提取物和纯化的蛋白质对
多种细菌和真菌有抑制作用〔'。以上研究结果为小
球藻抗病原微生物的研究开发提供了新思路。
杭氧化和增强免疫力给小鼠口服普通小球藻
热水抽提物,可增强鼠对腹腔注射李斯特菌单细胞基
因感染的抵抗力以锌胁迫诱导海洋小球藻产生了锌
结合类金属硫蛋白一一对三种自由基均有
较强的清除作用,表明小球藻锌结合类金属硫蛋白具
有显著的抗氧化活性能力〔'〕蛋白核小球藻能增强健
康小鼠细胞免疫系统的功能,而小球藻提取物对四抓
化碳所致大鼠急性肝损伤具有明显的防治作用〔`〕。
其他生物活性研究表明,普通小球藻具有抗脂
质血症与抗动脉粥样硬化活性一定剂量的小球藻可治
疗缺铁性贫血小球藻热水提取物具有放射保护作用,
且小球藻富含的维生素,可抑制新双香豆素的抗凝作
用川服用小球藻和小球藻提取物能显著减轻疼痛,缓
解心理压力,促进机体保持自身动态平衡和健康〔'〕海
水小球藻凝集素对动物红细胞、细菌、真菌和微藻均有
凝集作用`〕,显示出小球藻生物活性的多样性。
展望
目前世界上年销售小球藻干粉指“破壁小球藻
粉”约为左右。有人预测,今后几年内,小球藻
干粉国际市场总需求量有望上升至以一《刀。我
国也有多家研究机构对小球藻的生理生化、基因遗传、
藻种筛选、培养条件和工艺、大规模培养以及反应器等
许多方面进行研究。小球藻相关研究和产业开发化将
会蓬勃发展。
主要参考文献
〕司,二,
叮州玩人如陀如例口口。记山一叭
铭玩之功户加记,一
【〕陈峰,姜悦全卯徽藻生物技术北京中国轻工业出版社,
石
【〕彭娟,王艳,向文洲,等不同培养基对小球藻扭。
二扭二。生长和虾青素产量的影响热带海洋学报,
一
【〕李羡,姜梦柔,何林乾小球藻提取物对几种十字花科蔬
菜种子萌发的影响江苏农业科学,印一
〕,,以为枷衍禅。
”阮,司此口山闭如明内卿自猫拓
司,一
【」彻,拓枷哪仪甲
公习卿脚叼峪
鸣,一
〔」司建伟,何少华,周雪飞小球藻处理污泥提取液的试脸研
究山东化工,一
【迟晓元,路延笃,王明清为小球藻脂肪酸去饱和醉基因
的克隆与序列分析海洋科学,一
〔〕李春燕,孙雪,杨锐两株蛋白核小球蕊犯全
序列的克隆和分析中国水产科学,幻
,“肠,,砂印功
。伙石,口山陀如侧匆“山廿公叭侧的目加·
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山钾甲,肠一
〔〕徐韬钧,张翠丽,张瑜自养小球燕多特对人肝庙细胞
凋亡的诱导天然产物研究与开发,一
训」,,,卯
颐二成田旧山一目减仙口山陀如叭或即治
山五口面山叮吃即。山以二口
山外口,一
【〕江红霞,郑怡,雷红娟种徽藻提取物抗植物病原菌
活性的研究河南农业科学,一
【巧陈晓清,郑怡,林雄平海水小球藻抗菌蛋白的分离纯
化及性质研究热带亚热带植物学报,材一材
【〕李连平黄志勇,王志聪以为小球藻锌结合金属硫蛋白
一石的杭氧化活性研究中国食品学报,一
【〕封会茹,李燕俊,李业鹅以沁蛋白核小球藻对小鼠细胞免疫
系统的影响中国卫生检验杂志,一
,二,以均州司
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优外户川曰旧,一
【〕郑怡,陈晓清,林雄平以犯两种徽藻凝集素对几种不同类
型细胞的凝集作用海洋科学,今