不同激光辐照对盐生杜氏藻生长及β-胡萝卜素累积的影响研究

用YAG、LD和Ar 三种不同激光辐照处理盐生杜氏藻(Dunaliella salina)细胞,通过对辐照前后盐生杜氏藻的生长速率和色素含量进行测定比较,研究不同激光处理对盐生杜氏藻的生理刺激效果。实验结果表明:当YAG激光辐照剂量超过1min时,对盐生杜氏藻细胞的增殖有明显的抑制作用,并抑制其胡萝卜素的合成;LD激光在辐照剂量为3min~5min能促进细胞增殖,其中5min剂量的处理组,生长速率较对照组提高190%,叶绿素和类胡萝卜素的含量,分别提高27.2%和24.4%;Ar 激光在辐照剂量为5min~30min范围内能促进类胡萝卜素的积累,与对照组相比,分别提高18.5%~130.9%,但在这剂量范围内,Ar 激光抑制其生长,同时对不同激光辐照对盐生杜氏藻所产生的生物学效应机理进行了初步探讨。     

绿色杜氏藻不同β-胡萝卜素羟化酶基因家族胁迫应答模式研究

β-胡萝卜素羟化酶(β-carotenoid hydroxylase, CHYB)是植物类胡萝卜素生物合成途径中的一个重要限速酶。本研究对绿色杜氏藻转录组测序数据进行分析,获得2条β-胡萝卜素羟化酶家族基因chyb1和chyb2。采用染色体步移法分别克隆并获得了绿色杜氏藻chyb1和chyb2基因的启动子序列,全长分别为1080 bp(GenBank登录号：KY012338)和1155 bp (GenBank登录号：KY012339)。利用Plantcare软件分析两个启动子的顺式作用元件,结果表明绿色杜氏藻chyb1基因启动子含有与甲基茉莉酸、花生四烯酸、水杨酸等非生物胁迫相关的顺式作用元件,而绿色杜氏藻chyb2基因启动子含有与光照相关的顺式作用元件。通过qRT-PCR分析了绿色杜氏藻CHYB基因家族在不同胁迫下的基因表达水平,结果表明该基因家族的基因表达水平与启动子调控相关,且不同的家族基因应答不同的胁迫。     

盐藻与β—胡萝卜素

微藻生物技术是近年来新兴的生物技术之一,至今有三种微藻已大规模生产,包括小球藻、螺旋藻与盐生杜氏藻(简称盐藻)。由于盐藻能生产出干重高达10％的β-胡萝卜素,现已成为微藻中占有最大市场的种类。关于盐藻养殖生物学、盐藻β-胡萝卜素的生产及应用,已成为各国科学家研究的焦点。1983年召开的第十一届国际海藻会议将盐藻及β-胡萝卜素列入大会的专题讨论,1990年世界营养学会的主题是β-胡萝卜素,1991年美联社将β-胡萝卜素的作用选为世界十大科技新成就之一。     

盐生杜氏藻生长及β-胡萝卜素累积的动力学过程

国内外学者多注重研究环境因子对盐生杜氏藻生长和β-胡萝卜素累积的影响,为此,作者从温度和盐浓度对盐生杜氏藻生长的动力学及盐度与β-胡萝卜素累积的关系作了初步探讨。       

培养方式对盐藻生长和积累β-胡萝卜素的影响

盐藻细胞生长和积累β-胡萝卜素的最佳条件存在差异,通过正交实验获得盐藻生长最适浓度C、N、P的分别为15、2．0、0．2mmol／L,累积β-胡萝卜素最适浓度分别为15、1．0,0．1mmol／L。比较了一次添加型、分次添加型、不完全更换型和完全更换型4种培养方法对生长和累积β-胡萝卜素的影响,发现完全更换型培养方式有利于β-胡萝卜素的积累。中途补给10mmol／L NaHCO3也有利于藻细胞积累β-胡萝卜素。在实验最佳条件下藻液中的β-胡萝卜素含量是对照的1．43倍。可采用先快速培养盐藻细胞、后更换培养基、添加NaHCO3分段培养方式以促进细胞大量合成β-胡萝卜素。     

培养液NaCl浓度对杜氏盐藻3-磷酸甘油脱氢酶同工酶的影响

目的：探讨在不同NaCl浓度下,杜氏盐藻（Dunaliella salina）的3-磷酸甘油脱氢酶（Glycerol 3-phosphate dehydrogen-ase,GPDH）同工酶的活性与其渗透调节相关性。方法：采用聚丙烯酰胺凝胶电泳（polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE）技术对在不同NaCl浓度生长的杜氏盐藻的GPDH进行同工酶电泳检测。结果：在0.5mol/LNaCl低盐的条件下,杜氏盐藻具有4种NAD＋-GPDH同工酶,分别为GPDH1、GPDH2、GPDH3、GPDH4。当NaCl逐渐分别增高为2.0、3.0、4.0、5.0mol/L时,只有1种NAD＋-GPDH同工酶即GPDH1。结论：GPDH1具有较高活性,这与高盐胁迫时细胞大量合成甘油进行渗透调节密切相关。     

外源MeJA胁迫对盐生杜氏藻生理生化特性的影响

研究外源茉莉酸甲酯(MeJA)对盐生杜氏藻细胞β-胡萝卜素含量、叶绿素含量、过氧化物酶(POD)活性和超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响。结果表明,当外源MeJA浓度为0～100μmol/L时,随着MeJA浓度的升高,β-胡萝卜素和叶绿素含量呈上升趋势,当MeJA浓度为100μmol/L时,盐生杜氏藻β-胡萝卜素和叶绿素含量最高,当MeJA处理浓度大于100μmol/L时,盐生杜氏藻β-胡萝卜素和叶绿素含量逐渐降低。生理生化结果分析表明,外源MeJA处理可提高盐生杜氏藻POD酶和SOD酶活性,随着MeJA浓度的增加,SOD酶活性呈逐渐上升的趋势,POD酶活性呈先上升后下降的趋势,与β-胡萝卜素含量、叶绿素含量的变化趋势基本一致,说明外源MeJA处理可诱导盐生杜氏藻β-胡萝卜素积累可能与叶绿素含量、过氧化物酶(POD)活性和超氧化物歧化酶(SOD)活性有关。     

江苏省灌西盐场盐藻及其β—胡萝卜素资源调查

为了开发利用富含β-胡萝卜素的江苏沿海盐田盐藻(Dunaliellasalina)资源,我们采用常规调查方法,对江苏省灌西盐场的天然盐藻进行调查,并推算出约有259公斤左右的β-胡萝卜素年产量。而且,藻数量和β-胡萝卜素含量都受到光照、温度、雨水等气候因素影响。本调查为灌西盐场盐藻资源开发提供了一个可靠的依据,为其它盐场估计本场资源量提供了一个参考。     

盐生杜氏藻对盐度改变的生理响应

以盐生杜氏藻为实验材料,采用f/2培养基,设置了8个盐度(15、20、25、30、50、70、90、110)处理,分盐度改变前(A)和盐度改变后(B)两个实验阶段,研究了盐生杜氏藻在不同盐度处理下的生长情况,测定了藻液的OD值、叶绿素a、β-胡萝卜素、可溶性蛋白质和可溶性糖含量等指标。结果表明,A阶段,几个较低盐度(15、20、25和30)处理生长状况较好,其中又以盐度20的处理最好;余下的处理,盐度越高,其生长所受的影响越大。B阶段,盐生杜氏藻的生长进入平台期后,50、70、90、110几个盐度较高处理的细胞密度、叶绿素a、β-胡萝卜素含量均显著超过了作为对照的盐度20的处理。且B阶段末期,先前盐度15的处理蛋白质、糖的积累量,与A阶段末期相比都有了不同程度的增加,而其余盐度处理组的蛋白质、糖含量则分别产生了不同程度的下降。     

不同培养基对杜氏藻（DunaliellaSalina）生长和无机离子含量的影响

培养在Ｊｏｈｎｓｏｎ培养液、Ｊｏｈｎｓｏｎ＋０．３％ＮａＣｌ培养液、海水和卤水中的杜氏藻,其生长速度有区别,在Ｊｏｈｎｓｏｎ＋０．３％ＮａＣｌ培养液中生长较好,Ｊｏｈｎｓｏｎ培养液和卤水次之,海水中生长较差。杜氏藻生沃的盐度范围为０～１２％,当培养基中ＮａＣｌ浓度超过１２％时,细胞数几乎不增加,甚至略有降低。在不同培养基中藻细胞Ｈ￣＋含量较稳定,而积累ｃａ￣（２＋）,在Ｊｏｈｎｓｏｎ＋０．３％ＮａＣｌ培养液中,杜氏藻细胞Ｎａ￣＋含量增加;而在含高浓度Ｎａ￣＋的海水和卤水中杜氏藻细胞中Ｎａ￣＋的含量低于培养液。     

雨生红球藻β-胡萝卜素羟化酶基因的克隆与序列分析

利用RT-PCR技术,从雨生红球藻(Haematococcus pluvialis 34-1n)总RNA中扩增出β-胡萝卜素羟化酶基因cDNA序列,将此序列亚克隆于pMD 18-T simple Vector上,经过序列测定,表明该基因的开放阅读框为879bp,编码292个氨基酸,与雨生红球藻(H. pluvialis Flotow NIES-144)β-胡萝卜素羟化酶基因氨基酸序列相比,其在编码氨基酸的第33位有一个氨基酸的缺失。在15、314、9和56位上的氨基酸也存在差异。多序列比对分析表明,雨生红球藻与莱茵衣藻的亲缘关系较近,与其他高等植物以及细菌的亲缘关系相对较远。     

渗透胁迫对杜氏盐藻胞内甘油含量及相关酶活性影响

杜氏盐藻（Dunaliella salina）是一种抗渗透能力强的单细胞绿藻,甘油在其渗透调节过程中发挥重要作用。本实验对5种不同NaCl浓度条件下,盐藻的生长、细胞内甘油含量及甘油代谢相关酶的活性变化进行了测定。结果表明,NaCl浓度过高或过低均影响盐藻的生长;高渗胁迫条件下甘油含量迅速增加,3-磷酸甘油磷酸酶的活性和二羟丙酮还原酶催化二羟丙酮转化为甘油的活性明显增加;而低渗胁迫条件下的甘油含量会迅速降低,3-磷酸甘油磷酸酶的活性丧失,二羟丙酮还原酶催化甘油转化为二羟丙酮的活性增加。基于此实验结果,我们对盐藻渗透胁迫条件下细胞内的甘油代谢过程与其抗渗透胁迫能力的相关性进行了探讨。     

渗透胁迫对杜氏盐藻胞内甘油含量及相关酶活性影响

杜氏盐藻(Dunaliella salina)是一种抗渗透能力强的单细胞绿藻, 甘油在其渗透调节过程中发挥重要作用。本实验对5种不同NaCl浓度条件下, 盐藻的生长、细胞内甘油含量及甘油代谢相关酶的活性变化进行了测定。结果表明, NaCl浓度过高或过低均影响盐藻的生长; 高渗胁迫条件下甘油含量迅速增加,3-磷酸甘油磷酸酶的活性和二羟丙酮还原酶催化二羟丙酮转化为甘油的活性明显增加; 而低渗胁迫条件下的甘油含量会迅速降低, 3-磷酸甘油磷酸酶的活性丧失, 二羟丙酮还原酶催化甘油转化为二羟丙酮的活性增加。基于此实验结果, 我们对盐藻渗透胁迫条件下细胞内的甘油代谢过程与其抗渗透胁迫能力的相关性进行了探讨。     

短小芽孢杆菌对盐藻SZ-05的生物量和β-胡萝卜素产量的影响

研究了短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)对盐藻空间诱变株系SZ-05(Dunaliella salina SZ-05)的生物量及β-胡萝卜素积累的影响。结果表明,短小芽孢杆菌显著提高了盐藻SZ-05的生物量和β-胡萝卜素的产量,明显降低了培养体系中的溶解氧和胞外多糖的含量。溶解氧的减少,使得藻细胞的光呼吸作用下降,光合作用速率提高,使藻细胞生物量增加。胞外多糖具有抗氧化作用,胞外多糖的减少可能进一步增加了β-胡萝卜素的合成,从而使β-胡萝卜素在胁迫条件下大幅度增加。     

葡萄糖对杜氏盐藻3-磷酸甘油脱氢酶活性的影响

杜氏盐藻是一种抗渗透能力强的单细胞绿藻,甘油在其渗透调节过程中具有重要作用。葡萄糖对杜氏盐藻细胞数量的增加效果不明显,但对盐藻细胞内甘油积累有显著促进作用,在0～15g/L范围内葡萄糖的浓度与胞内甘油积累显著相关(R2=0.9604,P=0.01);葡萄糖浓度达到15g/L时,胞内甘油积累量达到最高值7.80pg/cell,是对照的1.88倍,胞内甘油积累量与葡萄糖的消耗量极显著相关(R2=0.9982,P=0.01)。葡萄糖对盐藻细胞内总蛋白、3-磷酸甘油脱氢酶(GPDH)酶活和比活都有显著影响,在15g/L葡萄糖时这3个值达到最大值,分别是对照的1.354、4.384、3.229倍。数据显示葡萄糖浓度在15g/L时细胞内蛋白质含量增加不多,但GPDH酶活和比活却大幅度增加;葡萄糖导致的渗透压的变化可能诱导新的同功酶的合成。     

植物β-胡萝卜素羟化酶研究进展

-β胡萝卜素羟化酶是植物类胡萝卜素合成代谢中的关键酶,它催化了植物中β-胡萝卜素经中间产物β-隐黄素合成玉米黄素的过程。β-胡萝卜素羟化酶广泛存在于植物、蓝藻和细菌等生物中,其基因在植物中成对出现,在原核生物中则处于基因簇内。该酶是一种非血红素双铁单加氧酶,分子中有富含组氨酸的模体。多种生物的β-羟化酶基因已被克隆并分别在细菌、蓝藻或植物中表达。玉米黄素能帮助植物抵御胁迫环境,β-隐黄素对癌症等人类疾病有抑制作用。采用基因工程手段改造β-羟化酶基因,将为培养高抗逆性作物和大规模生产β-隐黄素提供新途径。     

甘油对杜氏盐藻电击转化的影响

通过在HEPES电击缓冲液中添加不同浓度的甘油,讨论了甘油对电转前细胞存活率的影响;通过在盐藻培养基中添加不同浓度的甘油,讨论了甘油对盐藻细胞生长的影响;使用含有不同浓度甘油的HEPES缓冲液介导质粒载体转入盐藻细胞,比较了甘油对于转化率的影响。实验结果表明,在电击缓冲液中添加0.5mol/L甘油能有效提高细胞存活率,促进转化细胞恢复生长,从而获得最佳转化效果。因此,0.5mol/L甘油可作为杜氏盐藻电击转化过程中一种良好的稳渗剂。     

不同品系杜氏藻的多相特征研究

杜氏藻(Dunaliella)是一类独特的嗜盐单细胞真核微藻,为对该藻不同地理来源各品系间的特征进行总结及分类鉴定,挖掘特色品系,研究搜集国内外20株不同品系的杜氏藻,利用PCR扩增内部转录间隔区(ITS)和细胞色素C氧化酶(cox2-3)基因,生物信息学软件构建系统发育树对其进行分子鉴定;形态学方法对其显微结构进行观察,利用生理生化研究方法对杜氏藻盐胁迫下的4个代表性指标(最大光合效率、中性脂含量、β-胡萝卜素含量和3-磷酸甘油磷酸酶活性)进行了测定。结果表明, 20株供试藻均属杜氏藻属, ITS和cox2-3的系统发育结果相似,均聚为两大簇,各品系间亲缘关系较为接近;成熟期的D13细胞最大, D14细胞最小并呈长颈形,颜色以绿色或黄绿色为主,鞭毛和眼点各异; D6和D10生长周期短, D18耐盐性最强; D7最大光合效率最高, D6和D18中性脂干重最高, D11的β-胡萝卜含量最高, D7的3-磷酸甘油磷酸酶活性最强。研究结果可为国内外杜氏藻资源的分类鉴定、特色资源的保护、开发与利用奠定基础。     

基因crtI对重组酿酒酵母β-胡萝卜素产量的影响

本文研究了在一株表达红法夫酵母色素合成相关基因crtE、crtYB、crtI和酿酒酵母HMG1功能域的重组酿酒酵母菌株Sc-EYBIH中,再表达一个拷贝crtI基因,对重组酵母Sc-EYBIH中β-胡萝卜素产量的影响。结果表明再表达crtI基因后,重组酿酒酵母Sc-EYBIH+I中β-胡萝卜素产量达到1136.17μg/g,是出发菌株Sc-EYBIH产量(358.82μ/g)的3倍。且重组菌株Sc-EYBIH+I的死亡率明显要低于不产色素的对照菌株Sc-vector。。这些结果显示,本研究所构建的重组菌ScEYBIH+I有着较好的色素产量和优异的生长性能,无论是用来生成色素类物质还是生产其他生物制品都有着广泛的应用前景。