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微藻富集虾青素,藻蓝蛋白,副淀粉等产物的技术研究

朱江煜  
【摘要】:微藻,作为一类营养丰富,而且可以循环再生的新兴资源,有着非常广阔的开发和应用前景。其中,雨生红球藻,钝顶螺旋藻以及纤细裸藻,是三种常见的经济类藻株。在生长过程中,它们分别能够产生虾青素,藻蓝蛋白,副淀粉等营养代谢产物,对人体具有极高的营养保健作用。然而,在其自然生长过程中,因为生长条件如光照,pH,温度等因素的限制,这些代谢产物的天然产率较低。如何有效地促进微藻的生长,提高营养代谢产物的含量,是微藻研究领域的热点。本试验以雨生红球藻,钝顶螺旋藻以及纤细裸藻为试验材料,选取农业废弃物米麸提取的植酸和阿魏酸作为生长调节剂,研究了它们在三种微藻生长过程中对细胞生长,细胞形态,光合色素含量,特征代谢产物如虾青素,藻蓝蛋白,副淀粉含量,以及细胞内抗氧化酶活性的影响,并分析了不同藻株之间的差异,为大规模利用天然植物添加剂来提高微藻生物量及营养代谢产物的产率奠定了基础。具体结果如下:(1)植酸对雨生红球藻的影响:不同浓度的植酸对雨生红球藻细胞密度,生物量,细胞大小,细胞内叶绿素含量,虾青素含量及抗氧化酶活性影响显著。在0.001%(v/v)的植酸浓度的情况下,雨生红球藻的细胞密度和生物量分别提高了 16.5%和12.0%,但随着植酸浓度升高,生长逐渐受到抑制,在0.05%(v/v)浓度下,细胞密度及生物量分别下降47.37%和32.80%;此外,植酸还加速了细胞变大的过程和增加了细胞的最终大小;在0.001%(v/v)和0.01%(v/v)浓度的植酸处理下,细胞内叶绿素及虾青素的含量(占细胞干重的百分比)变化均不显著,在0.05%(v/v)浓度植酸处理下,叶绿素的含量比对照组中下降了 20.21%,但虾青素的含量增加了 33.83%;超氧化物歧化酶(SOD)的活性随着植酸浓度的升高先上升然后下降,在0.01%(v/v)浓度下达到最高165U/mg DW,过氧化氢酶(CAT)的活性不断下降,在0.05%(v/v)浓度时下降到31 U/g·DW。(2)阿魏酸对雨生红球藻的影响:阿魏酸的共溶剂二甲基亚砜(DMSO)对雨生红球藻的生长具有抑制作用,溶剂对照组中细胞密度及生物量分别下降16.67%和47.48%,细胞变大过程加速,细胞内叶绿素下降37.89%,虾青素含量变化并不显著;阿魏酸的加入缓解了 DMSO的生长抑制作用,相对于溶剂对照组,500 mg/L的阿魏酸处理组中细胞密度和生物量分别上升了45.45%和103.65%,最终细胞大小缩小了 16.35%,细胞内叶绿素含量上升了 72.11%,但虾青素含量下降32.47%。SOD活性在溶剂对照组中略有上升但并不显著,在500 mg/L的阿魏酸处理组中下降到88 U/mg·DW,CAT活性在DMSO作用下显著下降,但在500 mg/L阿魏酸组中恢复到空白对照组水平。(3)植酸对钝顶螺旋藻的影响:植酸对于钝顶螺旋藻生长,细胞形态,叶绿素和藻蓝蛋白含量,SOD及CAT活性的影响因浓度而异。当植酸浓度低于0.05%(v/v)时,钝顶螺旋藻的生物量,藻丝体长度,藻丝体宽度,藻螺旋数,细胞内叶绿素含量,藻蓝蛋白含量,SOD和CAT酶活性均未发生显著变化;当植酸浓度上升至0.05%(v/v)时,螺旋藻生物量相对于对照组下降24.35%,细胞缠绕成团状,形态发生显著变异,藻丝体长度变成对照组的3.93倍,藻丝体宽度并无显著差异,细胞螺旋数上升到对照组的3.63倍,细胞内藻蓝蛋白的含量变化并不显著,叶绿素的含量下降14.08%,SOD活性与CAT活性分别下降到8.3 U/mg·DW 和 6.3 U/g DW。(4)阿魏酸对钝顶螺旋藻的影响:本研究中各浓度的阿魏酸对钝顶螺旋藻的细胞干重,藻丝体长度,藻丝体宽度,藻螺旋数,细胞内叶绿素和藻蓝蛋白含量,SOD和CAT酶活性的影响均不显著。(5)植酸对纤细裸藻的影响:植酸对于纤细裸藻的生长具有显著的促进作用,且呈浓度依赖的关系,当植酸浓度为0.05%(v/v)时,纤细裸藻的细胞密度及生物量分别提高67.68%和52.94%,纤细裸藻细胞长度的中位值在光暗周期下也均得到延长,表示了更活跃的细胞状态,细胞内叶绿素a的含量提高了 76.88%,叶绿素b和类胡萝卜素含量变化并不显著,副淀粉含量变化也不具有显著性,但因为细胞密度的提升,最终得到的副淀粉的总产量相比对照组提高了 37.83%。植酸浓度继续升高到0.2%(v/v)时,生长促进作用略有下降,但相对于对照组,细胞密度及生物量仍分别增长了 48.17%和33.33%,细胞长度的中位值相对于0.05%(v/v)中有所下降,类胡萝卜素的含量相对于对照组增加了 60.59%。SOD活性随着植酸浓度而下降,在0.05%(v/v)浓度时降到41 U/mg·DW,但在0.2%(v/v)回升到51 U/mg.DW,CAT活性变化变化趋势与SOD活性类似,但并不显著。(6)阿魏酸对纤细裸藻的影响:阿魏酸不仅可以缓解共溶剂DMSO的生长抑制作用,且能显著促进纤细裸藻的生长。纤细裸藻的细胞密度及细胞干重在溶剂对照组中分别下降30.64%和12.90%,在光照和黑暗条件下细胞中值长度也均有所下降,细胞内叶绿素a的含量下降29.47%,副淀粉的含量上升77.37%;随着阿魏酸的加入生长抑制作用逐渐减弱,且纤细裸藻的生长有所促进。当阿魏酸浓度为500mg/L时,细胞密度及生物量相比空白对照组分别提高了 149.65%和116.13%,相比溶剂对照组分别提高了 259.93%和148.15%,细胞长度在光照和黑暗条件下均得到延长,光合色素含量,特别是叶绿素a含量也显著增加。细胞内的副淀粉含量变化并不显著,但因为细胞数量的增加,副淀粉的总产量增加了69.05%。SOD和CAT活性在溶剂对照组显著上升,但在500 mg/L阿魏酸的处理下两种抗氧化酶的活性均发生下降。米麸提取的植酸和阿魏酸对于微藻生长及高营养价值产物的影响因藻株的种类而异。在本研究中,我们首次发现,植酸及阿魏酸对于雨生红球藻和纤细裸藻的生长均有一定的促进作用,尤其是纤细裸藻,这是一种绿色而高效的促进微藻产率的方法,为大规模利用农业废弃物,促进微藻生长及高营养代谢产物的生产提供了理论基础,此外,在钝顶螺旋藻的研究中,我们还发现高浓度的植酸会导致螺旋藻细胞聚集成团,这项发现在钝顶螺旋藻的收获方面也具有应用潜力。


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