虾青素
虾青素( astaxanthin,ASTA)是一种脂溶性类胡萝卜素,是迄今为止在自然界有机体中发现的抗氧化能力最强的物质 ,因其具有清除自由基、提高机体免疫力的作用,目前被用作保健品辅料和食品添加剂来使用。
前提条件和实验方法
自然条件下雨生红球藻合成虾青素的效率和对底物、能源的利用率都很低,无法支撑虾青素的工业化生产,因此调节环境因子进行人工诱导成为提高雨生红球藻产虾青素能力的常用方法。
光照是微藻生命活动不可缺少的环境因子,合理调制光照条件可以促进雨生红球藻积累虾青素,同时不产生额外污染,是生产藻源虾青素经济有效的手段。研究表明,不同光照对雨生红球藻的诱导效果不同 ,红光利于雨生红球藻生长,而蓝光有助于雨生红球藻积累虾青素,此外连续光照较光暗交替更利于虾青素积累。Ma等使用 150umol/ ( m2.s )的白光发光二极管( light-emitting diode,LED )和70μmol/ ( m2.s )的蓝光LED对雨生红球藻进行照射,发现两种光照条件下微藻细胞内的虾青素和总脂肪酸含量显著上升,与色素合成及脂质积累相关的多种基因表达量也明显上调。目前的研究多集中于单一光照对雨生红球藻积累虾青素的影响,混合光照的作用鲜见报道。
本研究探索了蓝光混合白光条件下,雨生红球藻光系统I ( photosystemI , PSII )光化学活性和积累色素含量的变化,以期为优化光照组合提高藻源虾青素产量提供一定的数据支持。
准备KOH、甲醇、乙醇、丙酮作为对照实剂,使用培养皿对生长期的雨生红球藻进行试验,各试验组的初始细胞密度均设置为5x105个/m L。混合光照处理组为54μmol/ ( m2.s )白光基础上增加蓝光(主波长为4558 nm ,峰值波长为450.3 nm) ,蓝光的光照强度设置为18、36、 54、 72μmol/ ( m2.s) , 对照组为54umol/ ( m2.s )白光,各试验组设置3次平行。天摇晃培养瓶6次,防止藻细胞出现沉积。
试验周期为27d ,每3d取样测定雨生红球藻细胞密度、叶绿素含量、PSII光化学活性参数以及虾青素含量。
实验结果和分析
混合光照对雨生红球藻密度的影响、混合光照对雨生红球藻最大光能转化效率的影响、混合光照对雨生红球藻有效光能转化效率的影响、混合光照对雨生红球藻积累虾青素的影响、混合光照对虾青素和叶绿素比值的影响中,我们得出以下实验结果:
图1 混合蓝光对雨生红球藻细胞密度的影响
图2 雨生红球藻的最大光能转化效率变化
图3 雨生红球藻的实际光能转化效率变化
图4 雨生红球藻的表 观光合电子传递效率变化
图5 混合不同光照 强度蓝光对虾青素含量的影响
图6 混合不同光照 强度蓝光对虾青素/叶绿素的影响
从结果中我们知道,光是环境中重要的信号因子,对微藻的生长发育具有重要的调控作用,光不仅提供光合作用所需要的能量,自身也蕴含光质、光强和光周期等信息。微藻通过光受体分子感知光照信号,并通过信号转导系统调控多种生理过程,包括形态建成、生物节律、趋光性以及次级代谢产物合成与积累等。
实验发现了不同类型藻类对光线需求喜好不同。而对于红球藻而言,白光抑制了雨生红球藻生长,尤其是试验后期微藻细胞密度显著降低,混合蓝光后抑制效果更加明显。而红光有利于雨生红球藻生长,蓝光有助于雨生红球藻积累虾青素,本研究的结果印证了这一结论。
此外,光周期也会影响雨生红球藻积累虾青素的过程,有研究说明连续光照较光暗交替更利于虾青素积累学者发现微藻细胞内的虾青素含量随光照强度上升而提高,在270μmol/ ( m2-s )条件下连续照射10d微藻细胞内的虾青素水平和抗氧化能力最高。
雨生红球藻的生活受到环境影响很大,条件适宜时表现为富含叶绿素的营养细胞,环境恶劣时,表现为累积虾青素的休眠孢子。可以看到微藻细胞内的虾青素/叶绿素大体呈上升趋势,这与雨生红球藻应对和适应恶劣环境直接相关。
文献出处:
[1]张娟,李翔宇,窦勇等.混合光照对雨生红球藻PSII光化学活性与色素积累的影响[J].食品研究与开发,2023,44(20):39-46.
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