分析小球藻的运用研究现状

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。

l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63.60%,18种氨基酸总量为55.95%,其中8种必需氨基酸含量为23.35%,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5.7%一38%,一般不少于20%,脂类含量为4.5%一86%,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(DHA)。小球藻的叶绿素含量为4吸一6%,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(0.2%)[2〕。采用优化的KMI培养基诱导培养小球藻,小球藻的虾青素含量可高达2.24mg?g一1,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(CGF),被称为“类荷尔蒙”。小球藻细胞还含有丰富的维生素A、B、K(vA、vB、vK)和叶酸,各自的含量与培养时间及环境因子密切相关。

2小球藻在农业上的应用

小球藻提取物稀释500一10(X)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〔4J,因此在农业及相关领域方面具有应用价值。3小球藻在工业上的应用

3.1食品与饲料生产

20世纪60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(FAO)列为21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。

3.2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C舰。rellaProtothe-coiJ“和CUoreUa,诚卯瓜等。通过热解异养小球藻获得的生物油产率高达57.9%,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。

3.3污水净化

藻类具有吸收、消耗水体环境中的N、P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Cu“‘、N的富集率可达藻体干重的60%和30%。以小球藻处理污泥提取液,化学需氧量(COD)去除率最高可达97.4%,总氮的最高去除率可达92.8%[7〕。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。

3.4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。

4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NJ一7的脂肪酸去饱和酶基因进行了研究,克隆得到了内质网型A12脂肪酸去饱和酶基因的全长cDNA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2株蛋白核小球藻F一9和820中成功获得了两株小球藻的1,5一二磷酸核酮糖按化酶功口氧酶小亚基(thcs)cDNA全序列,为后续thcs基因的结构、功能、表达研究及l,5一二磷酸核酮糖竣化酶功口氧酶(rubi-sc.))的修饰和改造工作提供了基础性资料{9:。

5小球藻在医学方面的应用

自从1962年日本学者Yam娜shi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。

5.1杭肿瘤

普通小球藻藻株CK22的糖蛋白提取物对小鼠实验和自发肿瘤转移有显着的抑制作用〔’“];小球藻的一种蛋白提取物能有效减轻抗癌药5一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SMMC27721增殖有显着抑制作用,且能通过下调抗凋亡蛋白BcUZ及上调凋亡执行蛋白CaPase23的表达来诱导其发生凋亡〔’2〕。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。

5.2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蛋白核小球藻中提取的脂溶性化合物对3种植物病原菌均有一定的抗菌活性[’4〕;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。

5.3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(Zn一MT一like)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着的抗氧化活性能力;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〔‘7〕。

5.4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K,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着减轻疼痛,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。

6展望

目前世界上年销售小球藻干粉(指“破壁小球藻粉”)约为2500t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8000t一10000t。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。