雨生红球藻中虾青素的研究与应用

雨生红球藻是单细胞微藻,其中的虾青素具有抗氧化、抗肿瘤、预防心脑血管疾病等多种生物活性,在食品、医药、保健品、化妆品及养殖业有诸多用途。概述了雨生红球藻虾青素含量影响因素,雨生红球藻培养方法、虾青素的提取方法及其应用领域等最新研究成果,为虾青素的开发利用提供帮助。     

氮、磷营养对雨生血球藻绿色细胞生长的影响

采用BBM培养基,以雨生血球藻(Haematococcus pluvialis CG-11)为研究材料,通过测定细胞生长速率、叶绿素和类胡萝卜素含量、生物量和虾青素含量,探讨氮、磷营养对雨生血球藻营养细胞生长的影响.结果显示:H.pluvialis CG-11生长的适宜氮源形式是NaNO₃和NH₄NO₃;适宜H.pluvialis CG-11生长的氮浓度为41.2mg·L^-1,磷浓度为5.3～53.3mg·L^-1.     

外源2,6-二叔丁基对甲酚对非生物胁迫条件下雨生红球藻虾青素积累的影响

【背景】雨生红球藻是天然虾青素的最佳来源,广泛应用于虾青素的工业化生产。【目的】探究外源添加不同浓度的2,6-二叔丁基对甲酚(Butylated hydroxytoluene,BHT)对雨生红球藻虾青素积累的影响,以期建立BHT提高雨生红球藻虾青素产量的技术体系。【方法】选用不含硝态氮的BBM培养基,辅以强光照,培养雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)LUGU,测试不同浓度BHT对雨生红球藻生物量、虾青素含量、活性氧、抗氧化系统和虾青素合成相关酶基因的影响。【结果】在0-3 mg/L BHT范围内,2 mg/L BHT对雨生红球藻虾青素积累的促进效果最佳,达到31.66 mg/g。2 mg/L BHT有效降低了雨生红球藻内的活性氧水平,增加了细胞内NO水平,提高了藻细胞内过氧化氢酶(Catalase,CAT)、过氧化物酶(Peroxidase,POD)和超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase,SOD)活性以及谷胱甘肽(Glutathione,GSH)的含量,诱导了虾青素合成关键酶基因chy和lcy的高效表达。【结论】非生物胁迫条件下,外源添加适量的BHT能促进雨生红球藻中虾青素的积累,且与藻细胞内的信号分子活性氧(Reactive oxygen species,ROS)、NO水平及虾青素合成相关基因的表达调控相关。     

超临界CO2萃取雨生红球藻中虾青素工艺的研究

本工艺以雨生红球藻粉为原料,采用超临界CO2萃取技术,萃取雨生红球藻浸膏,可有效地将雨生红球藻颗粒中的虾青素萃取出来,使萃余物(残渣)中总虾青素含量的平均值为0.224%;提取物得率(以油浸膏的总量计)可达28.5%;虾青素的提取率可达66.69%;雨生红球藻油浸膏中虾青素含量为5.710%.     

天然虾青素产业的发展趋势分析

随着雨生红球藻生产虾青素产业规模的扩大,其保藏方法的研究趋热,富集新功能性成分的雨生红球藻保健食品及饮料将是最新研究热点之一。斜生栅藻可能是下一个天然虾青素产业化的热点藻类。斜生栅藻、螺旋藻和雨生红球藻共培养的新化感效应研究正在进行。高产虾青素的农作物新品种的培育将是产业化和商业化的发展新趋势。海生细菌副球菌N-81106有较大的产业化新潜力。     

活性氧对雨生红球藻生长及虾青素含量的影响

在雨生红球藻培养液中分别添加活性氧1O2、H2O2和·OH的诱生剂,通过测定细胞密度、叶绿素a含量、虾青素含量,研究了这三种活性氧诱生处理对雨生红球藻生长和虾青素含量的影响,初步探索了利用活性氧诱生剂提高雨生红球藻虾青素含量的可行性。实验结果表明,适当浓度的MB能够促进虾青素含量增加,当MB浓度为10-7mol·L-1时,虾青素含量达到5.27μg·mL-1,比对照显著提高。活性氧诱生剂对雨生红球藻生长有抑制作用,但MB的抑制作用小于H2O2和·OH诱生剂。     

超临界C02萃取雨生红球藻中虾青素工艺的研究

本工艺以雨生红球藻粉为原料,采用超临界COz萃取技术,萃取雨生红球藻浸膏,可有效地将雨生红球藻颗粒中的虾青素萃取出来,使萃余物（残渣）中总虾青素含量的平均值为0．224％;提取物得率（以油浸膏的总量计）可达28．5％;虾青素的提取率可达66．69％;雨生红球藻油浸膏中虾青素含量为5．710％。     

雨生红球藻对环境胁迫的分子防御机制

虾青素是一种具有极强的生物抗氧化性的类胡萝卜素,在医药,食品等方面均有广阔的应用.雨生红球藻在逆境下能够大量积累虾青素,已成为目前研究的热点.从雨生红球藻生存的角度来看,虾青素的积累是细胞对逆境防御的方法之一.除此之外,雨生红球藻还通过调整相关酶的表达类来使细胞度过难关.主要综述了雨生红球藻对环境胁迫防御的两种分子机制,即早期机制和长期机制.     

缺氮胁迫下雨生红球藻虾青素积累过程中的基因组MSAP分析

虾青素具有多种生物学活性,雨生红球藻为天然虾青素的最佳来源,缺氮胁迫会导致雨生红球藻积累虾青素。为了解缺氮条件下雨生红球藻虾青素积累的分子机制,该研究通过对雨生红球藻进行缺氮胁迫,结合MSAP法,研究了雨生红球藻在缺氮胁迫下虾青素积累过程中基因组甲基化水平的变化,结果表明:缺氮胁迫0~72 h期间,雨生红球藻生长速度减慢,而虾青素积累主要发生在缺氮处理12~24 h期间,随后积累速度减慢。同时,对缺氮胁迫0、24、72 h的雨生红球藻基因组DNA进行甲基化敏感扩增多态性分析,共得到了291个甲基化多态性位点,其中发生甲基化变化的位点在0~24 h和24~72 h分别占总位点的29.90%和53.95%。在缺氮胁迫24 h处DNA半甲基化率最大(为12.71%),全甲基化率最低(为26.80%);缺氮胁迫72 h处DNA全甲基化率最高(为28.52%),半甲基化率最低(为1.72%)。这表明DNA甲基化调节方式的改变是虾青素积累过程中的一种重要调控模式。     

氮源对雨生红球藻绿色生长期细胞生长的影响

【背景】雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)细胞能合成积累具有超强抗氧化活性的虾青素,是生产高值天然虾青素的优异藻种。【目的】解析不同氮源对雨生红球藻生长的效应,以期建立优化氮素营养提高雨生红球藻生物量和虾青素产量的技术体系。【方法】选用Na NO3和NH_4Cl为氮源、辅以pH缓冲液Hepes,培养雨生红球藻藻株797,测试2种不同氮源对雨生红球藻藻液pH、营养生长期(绿色生长期)藻细胞生长、叶绿素含量和生物量等的影响。【结果】以Na NO3为氮源培养的雨生红球藻细胞的比生长速率、生物量、叶绿素a和叶绿素b含量均高于以NH_4Cl为氮源培养的藻细胞。不同氮源对雨生红球藻培养液的pH值有显著影响,NH_4Cl氮源导致培养液pH值降低,然而Na NO3氮源则导致培养液pH值上升。添加pH缓冲液Hepes能有效稳定培养液的pH值,并促进雨生红球藻的生长,尤以NH_4Cl为氮源添加Hepes的效果更显著。不同氮源导致雨生红球藻营养生长阶段细胞的生长和生物量等差异主要源于不同氮源引起藻液pH的变化。【结论】添加pH缓冲液Hepes可有效控制藻液pH,进而显著促进以Na NO3和NH_4Cl为氮源的雨生红球藻营养生长阶段细胞的生长和生物量积累。     

Comparative analysis of astaxanthin and its esters in the mutant E1 of Haematococcus pluvialis and other green algae by HPLC with a C30 column

A gradient reversed-phase high-performance liquid chromatography (HPLC) method using a C30 col-umn was developed for the simultaneous determination of astaxanthin, astaxanthin monoesters and astaxanthin diesters in the green algae Chlorococcum sp., Chlorella zofingiensis, Haematococcus plu-vialis and the mutant E1, which was obtained from the mutagenesis of H. pluvialis by exposure to UV-irradiation and ethyl methanesulphonate (EMS) with subsequent screening using nicotine. The re-sults showed that the contents of total astaxanthins including free astaxanthin and astaxanthin esters ranged from 1.4 to 30.9 mg/g dry biomass in these green algae. The lower total astaxanthin levels (< 2 mg/g dry biomass) were detected in the green algae Chlorococcum sp. and C. zofingiensis. The higher total astaxanthin levels (>16 mg/g dry biomass) were found in the green alga H. pluvialis and its mutant E1. It is notable that the mutant E1 is found to have considerably higher amounts of total astaxanthin (30.9 mg/g) as compared to the wild strain of H. pluvialis (16.1 mg/g). This indicates that UV-irradiation and EMS compound mutagenesis with subsequent screening using nicotine is an effective method for breeding of a high-producing astaxanthin strain of H. pluvialis. In addition, the green alga C. zofingien-sis had a remarkably higher percentage of astaxanthin diesters (76.3% of total astaxanthins) and a re-markably lower percentage of astaxanthin monoesters (18.0% of total astaxanthins) in comparison with H. pluvialis (35.5% for diesters and 60.9% for monoesters), the mutant E1 (49.1% and 48.1%) and Chlorococcum sp. (18.0% and 58.6%).     

UV-B辐射对雨生红球藻光合特性和虾青素含量的影响及其响应

实验研究了不同强度的UV-B(280-320 nm)辐射对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)的光合活性、生物量、色素含量、活性氧(ROS)含量和抗氧化酶活性等的影响, 以探讨利用UV-B辐射诱导虾青素生物合成增强的可能性。结果发现, 经UV-B辐射处理后,雨生红球藻的光合活性降低、生物量增长被抑制。UV-B辐射对叶绿素影响不大, 但会改变细胞的类胡萝卜素和虾青素含量:0.1和0.3 W/m2强度的UV-B辐射使细胞中的这两种色素含量升高, 0.5 W/m2组的色素含量短暂升高后恢复到对照水平。中低强度的UV-B可以促进雨生红球藻单细胞虾青素含量的增加, 但由于其对细胞生长的抑制作用, 并不能使虾青素大量积累。随辐射时间延长, 细胞内ROS含量未明显增加,但抗氧化酶(过氧化氢酶和超氧化物歧化酶)活性下降, 雨生红球藻可能主要依靠虾青素来淬灭ROS。以上结果表明, UV-B辐射对雨生红球藻的主要生理生化过程有抑制作用, UV-B辐射既可以诱导虾青素的合成又会消耗一部分虾青素, 对虾青素含量的影响与其强度有关, 而利用虾青素来清除细胞内的ROS可能是雨生红球藻抵御这种不利环境条件的最重要的途径。       

雨生红球藻虾青素酰基转移酶的鉴定与功能研究

为研究雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)的甘油二酯酰基转移酶(Diacylglycerol acyltransferase, DGAT)是否具有催化虾青素酰基化的功能, 首先通过雨生红球藻的cDNA库克隆得到了一个II型DGAT编码区全长序列(DGTT2)。在甘油三酯(Triacylglycerol, TAG)合成缺陷型酵母Saccharomyces cerevisiae H1246中过表达DGTT2基因发现HpDGTT2不能回补H1246的表型, 即不具有典型的DGAT功能。利用分离得到的雨生红球藻的内质网成功地建立了一个体外的虾青素酰基转移酶酶活测定体系, 添加含有重组HpDGTT2的酵母细胞的微粒体后虾青素酯的含量显著高于对照, 初步表明HpDGTT2具有催化雨生红球藻中虾青素酰基化功能。以上结果为进一步探索雨生红球藻中DGTT2的功能及深入理解虾青素合成在代谢水平的调控奠定了基础。     

城市生活污水用于培养雨生红球藻的研究

虾青素是自然界广泛存在的一种橘红色类胡萝卜素,广泛应用于食品、药品和化妆品行业。在虾青素的制备中,雨生红球藻是生产虾青素的最有效来源,目前提高虾青素产量的方式主要为提高生物量和产物合成率。目前已有大量研究针对生物量的优化,但依然存在改善空间。为此,尝试用城市生活污水作为培养基对雨生红球藻进行培养。结果表明,生活污水能促进雨生红球藻的生长,其产量是现有BG11培养基的2倍;虾青素的合成时期显著提前（P<0.05）,且体内重金属含量未明显富集,处在安全浓度范围。此外,养藻后的城市生活污水中氮、磷含量显著降低（P<0.05）,高氮、磷富余的情形得到有效改善。证实利用污水培养雨生红球藻的双重效应,一方面有利于积累藻类生物量,另一方面有助于净化水质,在经济效益和生态效益上具有极好的发展潜力。     

雨生红球藻虾青素合成研究进展

虾青素是一种重要的次级类胡萝卜素,具有高活性的抗氧化功能,广泛应用于食品保健、医药、水产养殖等领域。雨生红球藻是一种在胁迫条件下能够大量积累虾青素的微藻。文中回顾了雨生红球藻虾青素的生物合成研究的进展,包括虾青素生物合成的诱导与调控、虾青素合成与光合作用及脂类代谢的关系等研究现状。     

Influence of environmental and nutritional factors in the production of astaxanthin from Haematococcus pluvialis

Astaxanthin extracted from green algae is desirable in the food and pharmaceutical industries due to its antioxidant properties. The green unicellular clear water microalga Haematococcus pluvialis has a high production rate of astaxanthin; indeed, it contains more than 80% astaxanthin content in its cells. This remarkable astaxanthin production is commonly obtained under stress conditions such as nutrient deficiency (N or P), high NaCl concentrations, variations of temperature, and other factors. In this vein, a great research effort has been oriented to determine optimal conditions for astaxanthin production by H. pluvialis.The objective of the present study was the analysis of environmental factors, such as light intensity, aeration and nutrients on the growth and astaxanthin production of H. pluvialis. Maximum growth of H. pluvialis obtained was 3.5x10(5) cells/ml in BBM medium at 28 degrees C under continuous illumination (177 micromol photon m(-2)s(-1)) of white fluorescent light, with continuous aeration (1.5 v.v.m.). Meanwhile, maximal astaxanthin production was 98 mg/g biomass in BAR medium with continuous illumination (345 micromol photon m(-2)s(-1)), with 1 g/l of sodium acetate and without aeration.     

Metabolic flux analysis of the two astaxanthin-producing microorganisms Haematococcus pluvialis and Phaffia rhodozyma in the pure and mixed cultures

The two major astaxanthin-producing microorganisms Phaffia rhodozyma and Haematococcus pluvialis exhibited elevated astaxanthin yields under the mixed culture regime, and the changes in flux distribution were investigated by means of metabolic flux analysis (MFA). In the mixed culture of the two strains, the carbon flux towards astaxanthin formation in P. rhodozyma increased by 20%, which may be due to the enriched oxygen evolved through the photosynthesis of H. pluvialis. On the other hand, the uptake of pyruvate and CO(2) excreted by P. rhodozyma also facilitated astaxanthin synthesis in H. pluvialis, which reduced 33% of the carbon flux exported from Calvin cycle to the catabolic pathway, and in turn raised the carbon flux to glyceraldehyde-3-phosphate by 25%. As a result, the carbon flux diverted to astaxanthin synthesis increased 2.8-fold in comparison with that in the pure culture.     

氮胁迫对雨生红球藻色素积累与抗氧化系统的影响

选用雨生红球藻CG-06为试验藻株,以BBM为基础培养基,分别设置了0、13.7、27.5、41.2mg·L-1四个硝态氮浓度梯度,分析并探讨在不同硝态氮浓度条件下雨生红球藻生长、生理特性、细胞内主要色素含量的变化以及抗氧化酶活性。结果表明：细胞中色素的积累量和积累速率与初始硝态氮浓度成反比,与抗氧化酶活性呈负相关。缺氮时,培养到第3天的藻细胞中虾青素含量达到4.95μg·mg-1,而对照组在培养到第9天的细胞中才开始产生虾青素,而且在整个培养周期内细胞中的虾青素最大含量仅为4.17μg·mg-1。酶活测定结果显示,虾青素含量较高的红色细胞中,超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性明显高于绿色细胞,且GSH-Px活性最高。研究表明,雨生红球藻可能有两种过氧化防御机制,绿色细胞阶段以抗氧化酶作用为主,在培养后期启动虾青素保护机制,两种机制具有协同作用。     

pH诱导絮凝-气浮收获雨生红球藻研究

为提高雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)收获效率,文章发现一种通过pH调控诱导雨生红球藻絮凝-气浮收获方法。通过与自然沉降对比发现,在不添加混凝药剂的情况下,调节藻液的pH可以诱导雨生红球藻细胞自发团聚形成絮体,显著提高其沉降或气浮收获效率。pH小于3或大于11.5时,气浮可在2min内实现95%左右的收获效率,而自然沉降则需要30min,才能达到80%—90%的收获效率。气浮收获后的生物质含固率要显著高于沉降收获,当初始浓度为3.2 g/L时, pH诱导絮凝-气浮收获后的雨生红球藻生物质含固率可达到17%,实现了53倍浓缩。另外,与化学混凝剂(硫酸铝)和生物混凝剂(壳聚糖)混凝-气浮对比发现, pH诱导絮凝-气浮不仅可以实现传统药剂混凝-气浮的高收获效率,还可以有效避免混凝剂对生物质的污染(如金属离子残留等),且不会对雨生红球藻中虾青素提取产生影响。因此, pH调控诱导絮凝-气浮可以实现雨生红球藻的快速、高效和无污染收获,为雨生红球藻的收获提供新的解决方案。