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。     

雨生红球藻培养过程中色素动态变化与光合生理特性研究

以雨生红球藻Haematococcus pluvialis CG-06为实验材料,分析测定在正常培养周期内藻细胞主要色素的变化动态、光合生理特性,以及培养基中硝态氮的含量。结果表明,雨生红球藻在绿色细胞阶段的主要色素包括:叶绿素、叶黄素、β-胡萝卜素,培养至红色细胞阶段增加了角黄素、海胆酮、虾青素单酯及双酯等次生类胡萝卜素。硝态氮浓度在培养初期下降迅速,第3 d降至4.875 mg/L,下降了85.3%,至第7 d下降为0.169 mg/L。雨生红球藻培养至第7 d时,细胞中开始检测出虾青素,含量为0.159 mg/g,此时虾青素合成速度较快,至第11 d虾青素含量上升为1.68 mg/g,在虾青素合成初期β-胡萝卜素的含量下降。藻细胞的光合速率、呼吸速率和NPQ在培养前期比较稳定,第7 d细胞光合速率开始下降,而呼吸速率和NPQ则上升,在整个培养周期中,藻细胞的Fv/Fm变化不明显。     

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。       

雨生红球藻抗氧化系统对活性氧的清除机制

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是一种淡水单细胞绿藻,隶属绿藻门、团藻目、红球藻科、红球藻属。它受强光、氮饥饿、高盐等胁迫时积累大量的虾青素,含量可高达细胞干重的6.0%以上[1]。相关研究也显示来虾青素具有极强的抗氧化活性[2—4],它的抗氧化活性较α-生育酚强千倍[5],比维生素E高近百倍[6]。雨生红球藻产生     

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。     

CO_2浓度对雨生红球藻生理生化指标的影响

为了探讨雨生红球藻对不同CO_2浓度的响应,利用生理生化测定方法比较了两种CO_2浓度对雨生红球藻生长、色素含量、叶绿素荧光参数和两种碳代谢相关酶的影响。结果显示在雨生红球藻的绿色营养阶段,4倍空气CO_2浓度下培养的藻细胞密度是空气CO_2浓度下的3.08倍(第10天),与空气CO_2相比,较高CO_2培养藻的叶绿素和类胡萝卜素含量、胞外碳酸酐酶(CA)活性降低,非光化学淬灭(NPQ)显著升高,最大光能转化效率(Fv/Fm)、实际光化学量子效率(ФPSII)多显著升高,而光化学淬灭(q P)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性无显著差异。在雨生红球藻的红色孢子阶段,4倍空气CO_2培养下的藻细胞密度显著降低,但虾青素含量提高了20.23%(第8天)。以上研究表明可以通过适当提高CO_2浓度来促进雨生红球藻的生长和虾青素的积累。     

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。     

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。     

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。     

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.     

不同理化因子对雨生红球藻CG-11碳酸酐酶活性的影响

以雨生红球藻CG-11为实验藻株,探讨在不同CO2、HCO3-、Zn2＋浓度以及pH和氮磷比例条件下,藻细胞的碳酸酐酶活性对这些理化因子的响应。结果表明,通入空气实验组的碳酸酐酶活性最高,为（75.20±1.53）U·mg-1（Chla）,通入5%CO2条件下的碳酸酐酶活性为（9.96±1.43）U·mg-1（Chla）;高浓度HCO3-对碳酸酐酶活性亦具有明显抑制作用,培养液中可溶性无机碳的浓度与碳酸酐酶活性呈负相关;在实验设置的pH范围内,pH9.0时碳酸酐酶活性最高,为（62.32±3.25）U·mg-1（Chla）;适当的氮磷比与Zn2＋浓度显著提高了雨生红球藻CG-11的生长速率,碳酸酐酶的活性亦有明显提高。     

Fe^3＋对雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）生长及荧光特性的影响

为探求适宜雨生红球藻CG-06株生长的Fe^3＋浓度和Fe^3＋对藻细胞荧光特性的影响,以BBM为基础培养基,选用EDTA—FeNa（Ⅲ）为Fe^3＋源,设置0、1．79、8．95、17．9、35．8、71．6μmol·L^-1 6种Fe^3＋浓度梯度,实验测定藻的生长并分析不同Fe^3＋对藻细胞叶绿素荧光和77K低温荧光等的影响。结果表明：适合雨生红球藻CG-06株生长的Fe^3＋浓度为8．95μmol·L^-1,Fe^3＋浓度较高时,雨生红球藻的生长受到抑制,Fe^3＋浓度低于1．79μmol·L^-1将产生低铁限制。Walz—PAM测定数据显示,在铁不足或高铁抑制条件下,雨生红球藻光系统Ⅱ活性明显下降,开放态的反应中心数目减少,光合作用受到抑制。77K低温荧光光谱显示,在铁不足或高铁抑制条件下,710nm荧光峰降低,684nm和694nm荧光峰相对增强,说明能量在两个光系统分配上发生变化,能量更多的分配给光系统Ⅱ,限制了光系统Ⅰ的活性。在高铁抑制条件下,CP47蛋白荧光峰降低,CP43蛋白荧光峰增强,推测存在D1蛋白降解。     

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.     

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。     

以秀丽线虫为模式生物评价蓖麻碱毒性的研究

以秀丽线虫作为评价蓖麻碱毒性的模式生物,通过测定不同浓度的蓖麻碱提取物对线虫的半致死浓度、生殖能力和体内酶活性的影响,对蓖麻碱的毒性进行初步评价。结果表明,蓖麻碱提取物的48h的LD50为0.977mg/mL,72h的LD50为0.821mg/mL;随着蓖麻碱提取物浓度从0.5mg/mL增加到2.0mg/mL,虫体的SOD活性由(80.669±3.2)U/mg降低至(1.532±0.2)U/mg;CAT活性由(70.947±2.7)U/mg降低至(0.234±2.1)U/mg。说明蓖麻碱提取物浓度越大,毒性越强,线虫体内酶活越低,蓖麻碱提取物可使秀丽线虫生殖能力降低或丧失。     

Fe3+对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生长及荧光特性的影响

为探求适宜雨生红球藻CG-06株生长的Fe³⁺浓度和Fe³⁺对藻细胞荧光特性的影响,以BBM为基础培养基,选用EDTA-FeNa(Ⅲ)为Fe³⁺源,设置0、1.79、8.95、17.9、35.8、71.6μmol·L^-16种Fe³⁺浓度梯度,实验测定藻的生长并分析不同Fe³⁺对藻细胞叶绿素荧光和77 K低温荧光等的影响。结果表明:适合雨生红球藻CG-06株生长的Fe³⁺浓度为8.95μmol·L^-1,Fe³⁺浓度较高时,雨生红球藻的生长受到抑制,Fe³⁺浓度低于1·79μmol.L^-1将产生低铁限制。W alz-PAM测定数据显示,在铁不足或高铁抑制条件下,雨生红球藻光系统Ⅱ活性明显下降,开放态的反应中心数目减少,光合作用受到抑制。77 K低温荧光光谱显示,在铁不足或高铁抑制条件下,710 nm荧光峰降低,684 nm和694 nm荧光峰相对增强,说明能量在两个光系统分配上发生变化,能量更多的分配给光系统Ⅱ,限制了光系统Ⅰ的活性。在高铁抑制条件下,CP₄₇蛋白荧光峰降低,CP₄₃蛋白荧光峰增强,推测存在D₁蛋白降解。     

防御活性氧保护系统在黑豆抗旱生理中的响应

以黑豆幼苗为材料,研究了水分胁迫下其非酶促保护物质和保护酶系对活性氧的清除作用。结果显示:黑豆皮红色素(17.36%)对DPPH.的清除率高达93.6%,可溶性糖(7.227%)对O2-与.OH的清除率分别为47.71%与68.16%,谷胱甘肽(0.8033mg/g)对O2-与.OH有较明显的清除作用,三种非酶促保护物质随着浓度的升高其清除能力呈逐渐增强的趋势;在水分胁迫下,黑豆幼苗超氧化物歧化酶(33~14 U.mg-1.min-1.2~6d-1),过氧化氢酶(2.87~2.01 mg.mg-1.min-1.3~6d-1)与过氧化物酶(31~14 mg.mg-1.min-1.3~6d-1)三种保护酶活性呈现先升高后降低的变化趋势。研究表明:黑豆体内清除活性氧防御系统作用十分明显,且具有较强的抗氧化、抗衰老、抗逆能力。     

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。     

Carotenoid distribution in living cells of Haematococcus pluvialis (Chlorophyceae)

Haematococcus pluvialis is a freshwater unicellular green microalga belonging to the class Chlorophyceae and is of commercial interest for its ability to accumulate massive amounts of the red ketocarotenoid astaxanthin (3,3'-dihydroxy-β,β-carotene-4,4'-dione). Using confocal Raman microscopy and multivariate analysis, we demonstrate the ability to spectrally resolve resonance-enhanced Raman signatures associated with astaxanthin and β-carotene along with chlorophyll fluorescence. By mathematically isolating these spectral signatures, in turn, it is possible to locate these species independent of each other in living cells of H. pluvialis in various stages of the life cycle. Chlorophyll emission was found only in the chloroplast whereas astaxanthin was identified within globular and punctate regions of the cytoplasmic space. Moreover, we found evidence for β-carotene to be co-located with both the chloroplast and astaxanthin in the cytosol. These observations imply that β-carotene is a precursor for astaxanthin and the synthesis of astaxanthin occurs outside the chloroplast. Our work demonstrates the broad utility of confocal Raman microscopy to resolve spectral signatures of highly similar chromophores in living cells.