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海洋小球藻Chlorella sp.甘油脂及脂肪酸、光合色素特征的研究

冯福应  
【摘要】:海洋微藻是海洋生态系统中最主要的初级生产者,也是海洋生物资源的重要 来源。许多海洋微藻富含对人体具有重要的生理作用与保健功能的长链多不饱和 脂肪酸,因此,筛选富含EPA、DHA等长链多不饱和脂肪酸的微藻和利用人工培 养方法提高这些脂肪酸的产量是当前海洋生物学研究领域的热点之一。在本研究 中,我们对被中科院海洋所定名为“Chlorella sp”(编号为1061) 的一种海洋微藻 的化学分类、甘油脂及其脂肪酸组成和外源葡萄糖和抗氧化剂(硫代硫酸钠)对 这种微藻的脂肪酸含量的影响进行了研究,取得了以下主要结果。 海洋微藻足我因海水养殖中广泛使用的优良饵料藻。脂类物质是微藻最重要 的营养指标之一,在本研究中,我们首先分析了被中科院海洋所定名为“Chlorella sp”的海洋微藻中的甘油脂及其脂肪酸种类和组成特点。结果表明,Chlorella sp. 中的非极性脂主要为三脂酰甘油,极性甘油脂有10种。其中,一般培养条件下(温 度23℃;光照,周期L/D14:10,强度60μmol·m-2·S-1) 三脂酰甘油约占总脂的31 mol %,极性甘油脂约占总脂的69 mol%。10种极性甘油脂是单半乳糖甘油二脂 (monogalactosyldiacylglycerol, MGDG)、 双半乳糖甘油二脂 (diagalactosyldiacylglycerol,DGDG)、硫代异鼠李糖甘油二脂 (sulfoquinovosyldiacylglycerol,SQDG)、磷脂酰甘油(phosphatatidylglycerol, PG)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine,PE)、磷脂酰胆碱 (phosphatidylcholine,PC)、磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol,PI)、磷脂酰丝氨 酸(phosphatidylserine,PS)、1,2-二酰基甘油-O-4'-(N,N,N-三甲基)高丝氨酸 (diacylglyceryltrimethylhomoserine,DGTS)以及一种未能完全肯定,但可能是一 种氯硫脂(chlorosulfolipid,CSL)。其中MGDG、DGDG、SQDG和PG是构成光 合膜的主要成分,也是Chlorella sp中的主要极性脂。甜菜碱脂DGTS和磷脂PC 是构成非光合膜的主要组分。Chlorella sp.中的主要脂肪酸为C16:0、 C16:1和C20:5 (EPA),后者主要存在于MGDG、DGDG和DGTS中,而三脂酰甘油也含有接 近7%的EPA。 海洋微藻Chlorella sp.1061虽然被归属到绿藻纲绿藻目小球藻属,但是我们 的研究表明,其色素、极性脂及其脂肪酸组成与其它小球藻属藻类存在这很大差 异。Chl 6是绿藻纲藻类中最主要的光合色素之一,16:4(n-3) 和18:3(n-3) 是绿藻 纲微藻的主要脂肪酸,然而所有这些绿藻的特征化合物均未在Chlorella sp.1061 中检测到。DGTS和20:5(n-3)存在于很多的海洋微藻中,我们从Chlorella sP.1061 中分离到占总极性甘油脂8 mol%的DGTS,并从MGDG、DGDG和DGTS等极 性甘油脂中检测到大量的20:5(n一3)。但是一般认为,小球藻属藻类中不含这两种 化合物。根据Chlorella sP.了0耐的以上特点,这种藻不应该被归到小球藻属中。 另外,由于ChlorellasP.了口亩在色素、膜脂和脂肪酸组成特征方面大眼藻纲 (Eusti脚 atophyeeae)中的微绿球藻(Naxmoe址orovsis)非常相似,因此,我们 认为Chlorella sP.I口脚可能是Nann口chlo代少515中的一个种。但是未得到更进一步 的证明和权威的认可之前,本文中我们仍然沿用Chtorella sP.这一名称。 许多藻类中DGTS和PC一般不会同时存在,或者说一个存在时另外的一个 的含量非常低。由此有人认为DGTS和PC之间存在着相互替代的关系。然而本 研究中发现正常培养条件下Chlorella sP.中的DGTS和PC含量均较高(约1。%)。 磷处理实验结果表明,磷缺乏时Chlorella sP.中DGTS含量大幅升高,而同时PC 含量相应下降许多;但高浓度的磷并不能提高PC含量和降低DGTS含量,说明 Chtorella sP.中DGTS仍可起替代PC的作用,然而PC可能并不能替代DGTS。 Chlorella sP.中MGDG和DGTs脂肪酸组成及其位置分布结果显示,它们的组成 和分布相似;在老化培养过程中MGDG和DGTS表现出周期性的相反的含量升 高、降低的趋势,这进一步说明MGDG和DGTS之间存在着特殊的关系,MGDG 可能合成自DGTS。 海洋微藻富含有利于人体健康的长链不饱和脂肪酸,如何提高微藻脂肪酸特 别是多不饱和脂肪酸产量是目前研究的热点之一。本文首次报道了同时加入葡萄 糖和硫代硫酸钠对Chtorella sP.的生长、脂类组成和脂肪酸总产量的影响,结果显 示葡萄糖和硫代硫酸钠存在明显而且强烈的互作,二者在培养液中的同时存在显 著刺激了脂肪酸总产量的积累,在培养液中分别加入2.5 mM的葡萄糖和smM的 硫代硫酸钠,脂肪酸的产量可以比对照提高78%。而低浓度的葡萄糖和硫代硫酸 钠对chlorella sP.脂肪酸组成影响变化不明显,甚至在硫代硫酸钠存在下令人感兴 趣的EPA含量还略有升高。显然,在Chtorella sP.培养中同时加入低浓度的葡萄 搪和硫代硫酸钠是极具潜力的提高脂产量的方法,也可作为提高培养微藻其它活 性物质产量借鉴的方法。在不久的将来,这种培养方法很可能发展成为生产实践 中提高ChlorellasP,乃至其它微藻脂肪酸、EPA和其它活性物质产量的经济有效 的新途径。 介


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