影响盐藻生长和物质积累条件的研究进展

盐藻(Dunaliella salina)是绿藻门团藻目盐藻科盐藻属的一种单细胞经济绿藻，其体内β-胡萝卜素含量高达13%，并含有50%的甘油和约40%的蛋白质，在食品、水产养殖、医药和化工等领域用途广泛。关于β-胡萝卜素在盐藻中积累的条件和动力学过程以及如何通过养殖盐藻来生产β-胡萝卜素，国内外已有广泛研究。在盐藻培养过程中，很多条件都会影响盐藻的生长和物质积累。本文对影响盐藻细胞生长和β-胡萝卜素、甘油、蛋白质等物质积累的多种物理因子和化学因子进行了详细阐述，旨在为盐藻的科学养殖和开发利用提供新思路。

1 、光照对盐藻生长和物质积累的影响

范丰梅等研究了紫外辐射对盐藻空间诱变株系(SZ-05)胞外多糖及β-胡萝卜素积累的影响。发现紫外辐射后盐藻SZ-05的细胞密度明显降低，β-胡萝卜素的产量明显提高，胞外多糖的产量也略有增加。研究表明，氧化胁迫能提高盐藻SZ-05的胞外多糖和β-胡萝卜素的含量。同时，他们还研究了不同浓度的过氧化氢对不同光质(白、红、黄、蓝)下杜氏盐藻SZ-05生长与代谢产物积累的影响。结果表明，在过氧化氢浓度为1×10-6mol/L时，不同光质培养条件下盐藻的单个细胞内β-胡萝卜素的含量达到最大值，其中红光单个细胞内β-胡萝卜素的含量最大。当过氧化氢浓度继续增加时，单个细胞内β-胡萝卜素的含量降低，生长受到抑制。

2、 营养方式对盐藻生长和物质积累的影响

郭金耀等研究了1次型、添加型和更换型3种营养方式对盐藻细胞生长和物质积累的影响。结果表明，添加型营养方式是盐藻培养中较为理想的营养供给方式。添加型与1次型、更换型相比，细胞密度高4.10%和9.08%，叶绿素含量高27.63%和14.06%，β-胡萝卜素含量高10.60%和5.07%，蛋白质含量高12.04%和7.61%。王克明采用微生物工程中的流加培养技术对海洋微藻杜氏藻进行了分批培养法、恒速流加培养法和变速流加培养法的比较试验，并建立了流加教学模型加以控制。结果表明，采用恒速流加培养技术和变速流加培养技术均可显著提高杜氏盐藻的生物量(P<0.05)。

3、 营养盐及维生素对盐藻生长和物质积累的影响

3.1 氯化钠(NaCl)

郭金耀等分析了在不同浓度的NaCl处理下，培养盐藻的过氧化物酶(POD)活性与细胞密度、β-胡萝卜素积累和蛋白质积累的关系。结果表明，盐藻过氧化物酶活性与盐藻细胞密度及物质积累关系密切。盐藻过氧化物酶活性很低时，盐藻细胞密度大，同时β-胡萝卜素和蛋白质积累也多；随着盐藻过氧化物酶活性升高，盐藻细胞密度、β-胡萝卜素和蛋白质积累均逐渐降低。

3.2 硝酸盐

郭金耀等还研究了不同浓度的硝酸盐对盐藻细胞生长与物质积累的调控作用。结果表明，增加氮的供给可促进盐藻的物质合成及生长发育。培养液中不供给氮时，虽然单个盐藻细胞内的蛋白质与β-胡萝卜素含量较高，但盐藻细胞生长受到抑制，使藻液中细胞密度降低，蛋白质及β-胡萝卜素的合成减少，不利于盐藻蛋白质和β-胡萝卜素的积累与利用。极度缺氮时，单个盐藻细胞内的蛋白质及β-胡 萝卜素含量较高，这可能是盐藻对逆境的一种适应。

3.3 磷酸盐

郭金耀等对不同浓度的磷酸盐影响盐藻细胞生长与物质积累的调控作用也进行了研究。结果表明，培养液中供给磷过多或过少都不利于盐藻细胞的生长和物质积累，以培养基中30mg /L的磷浓度对盐藻细胞生长、蛋白质合成及β-胡萝卜素积累的促进作用最大。提高培养液中磷的浓度会使盐藻细胞生长及物质积累受到抑制。

3.4 维生素

符方尧等通过单因子试验和正交试验方法研究了维生素B1、维生素B12对盐藻生长繁殖的影响。结果表明，维生素B1和维生素B12对盐藻生长繁殖的影响显著(P<0.05)，盐藻最适的维生素B1质量浓度为10mg/L，维生素B12质量浓度为0.005mg/L。汪本凡等研究表明，维生素B1维生素B6维生素B12和维生素H均是盐藻的生长促进因子，而且它们对盐藻的增殖能力存在很大差异，其顺序为维生素B12>维生素B1>维生素B6>维生素H。

4、 微量元素对盐藻生长和物质积累的影响

4.1 锰

有研究表明，培养液中锰浓度过高或过低都不利于盐藻细胞的生长和物质积累。培养基中锰的浓度为4.0mg/L时，盐藻细胞生长、蛋白质合成及β-胡萝卜素积累最多。当培养液中锰浓度较高(8.0mg/L)或较低(2.0mg/L)时，单个盐藻细胞中的蛋白质及β-胡萝卜素含量也较高，但此时因培养液中细胞密度较低，盐藻细胞积累的物质总量仍然很少。

4.2 硼

杨晓玲等研究了不同浓度的硼对盐藻细胞生长及物质积累的调控作用。结果表明，培养液中供给硼过多或过少都不利于盐藻细胞的生长与物质积累。培养基中4mg/L的硼对盐藻细胞生长、蛋白质合成及β-胡萝卜素积累的促进作用最大，硼的这一浓度可用于盐藻的生产性培养。当培养液中硼浓度较高(8mg/L)或较低(2mg/L)时，单个盐藻细胞中的蛋白质与β-胡萝卜素含量也较高，但此时因培养液中细胞密度较低，盐藻细胞积累的物质总量仍然较少。

4.3 钼

郭金耀等还研究了不同浓度的钼对盐藻细胞生长及物质积累的调控作用。结果表明，培养液中供给钼过多或过少都不利于盐藻细胞的生长和物质积累。培养基中含60μg/L的钼对盐藻细胞生长、蛋白质合成及β-胡萝卜素积累的促进作用最大。这一钼浓度可用于盐藻的生产性培养。当培养液中钼浓度较高(80μg/L)或较低(20μg/L)时，单个盐藻细胞中的蛋白质与β-胡萝卜素含量较高。

4.4 铜

杨晓玲等研究了不同浓度的铜对盐藻细胞生长及物质积累的调控作用。结果表明，培养液中供给铜过多或过少都不利于盐藻细胞的生长与物质积累。培养基中125μg/L的铜对盐藻细胞生长、蛋白质合 成及β-胡萝卜素积累的促进作用最大。这一铜浓度可用于盐藻的生产性培养，从而由盐藻细胞获得更多的β-胡萝卜素和蛋白质产品，当培养液中铜浓度较高(175μ g/L)或较低(25μg/L)时，单个盐藻细胞中的蛋白质与β-胡萝卜素含量较高，但这可能仅是在缺铜或铜过多的逆境条件下盐藻细胞的适应性反应，此时培养液中细胞密度、盐藻蛋白质含量和β-胡萝卜素含量均很低。

4.5 锌

杨晓玲等还研究了不同浓度的锌对盐藻细胞生长及物质积累的调控作用。结果表明，培养液中供给锌过多或过少都不利于盐藻细胞的生长与物质积累。培养基中6mg/L的锌对盐藻细胞生长、蛋白质合成及β-胡萝卜素积累的促进作用最大。锌的这一浓度可用于盐藻的生产性培养。当培养液中锌浓度较高(8mg/L)或较低(2mg/L)时，单个盐藻细胞中的蛋白质与β-胡萝卜素含量较高。但此时因培养液中细胞密度较低，盐藻细胞积累的物质总量仍然较少。

4.6 铁

杨晓玲等还研究了不同浓度的铁对盐藻细胞生长及物质积累的调控作用。结果表明，培养液中供给铁过多或过少都不利于盐藻细胞的生长与物质积累。培养基中30mg/L的铁对盐藻细胞生长、蛋白质合成及β-胡萝卜素积累的促进作用最大。

4.7 铬

张学颖等测定了不同铬浓度下盐藻的生物量(细胞密度)、蛋白质、β-胡萝卜素和可溶性糖的含量。结果表明，中低量添加Cr3+对盐藻的生长有一定的促进作用，盐藻蛋白质含量比对照分别提高了3.06%和6.55%。Cr3+浓度在200g/L时，盐藻的β-胡萝卜素和可溶性糖含量比对照组分别提高了3.93%和2.38%。适当添加Cr3+可以提高盐藻蛋白质、β-胡萝卜素和可溶性糖的含量，有效改善盐藻的营养品质。

4.8 镁

刘建坤研究了镁离子浓度对杜氏盐藻生长及甘油、蛋白质积累的影响。在28℃、pH值为8、光强为5000～6000lx并定时振荡的条件下，获得最适宜盐藻生长的镁离子浓度为7mmol/L。当镁离子浓度为3mmol/L时，盐藻细胞内甘油含量最高；当镁离子浓度为7mmoL/L时，盐藻细胞可溶性蛋白含量最高。

4.9 其他

伊力哈木·乃扎木等的试验结果表明，P、Mg、N、Zn、Fe等元素对盐藻生物量的最适添加量分别为9.1mg/L、100mg/L、82 mg/L、28.8μg/L、1.12mg/L；对β-胡萝卜素的最适添加量分别为3.6mg/L、40mg/L、132mg/L、12μg/L、0.2lmg/L。

5、 陈化介质对盐藻生长和物质积累的影响

郭金耀等在培养基中添加不同组分的陈化介质进行对比试验。结果表明，陈化的原介质和煮介质不仅显著抑制盐藻细胞的生长增殖，而且显著抑制盐藻细胞叶绿素和6-胡萝卜素的形成(P<0.05)。

6 、除草剂对盐藻生长和物质积累的影响

陈传红等采用室内模拟培养方法研究了酰胺类除草剂丁草胺对杜氏盐藻生长和生理生化的影响。结果表明，低浓度的丁草胺对杜氏盐藻生长速率有促进作用，而高浓度的丁草胺对杜氏盐藻生长速率有明显的抑制作用，且随着浓度的加大杜氏盐藻生长速率逐渐降低。赵良侠等利用不同浓度的甲基磺酸乙酯(EMS)处理杜氏盐藻，结果表明甲基磺酸乙酯能抑制杜氏盐藻的生长。

7 、植物激素对盐藻生长和物质积累的影响

赵良侠等研究了6种激素对杜氏盐藻生长的影响。结果表明，3～吲哚丁酸(IBA)、2，4-氯化苯氧乙酸(2，4-D)、萘乙酸(NAA)、3-吲哚乙酸(IAA)、6-苄氨基嘌呤(6-BA)、赤霉素(GA)浓度分别为0.5，l.0，5.0，0.5，1.0，0.5μg/mL时，能明显促进杜氏盐藻的生长。赵艳霞等研究了脱落酸对盐藻SZ-05药理活性成分积累的影响，结果表明脱落酸明显促进了盐藻的生长，使盐藻SZ-05的生物量提高16.94%，B-胡萝卜素提高11.16%，多糖提高22.31%，因此认为脱落酸能显著提高盐藻SZ-05药理活性物质的积累并能显著降低盐藻细胞在胁迫条件下的脂质过氧化(P<0.05)，提高氧化酶的活性。曾正兵等在培养基中分别加入不同浓度的植物生长激素类物质萘乙酸培养盐藻，测定分析培养后的盐藻细胞密度、蛋白质和β-胡萝卜素的累积含量。结果表明，不同浓度的萘乙酸对盐藻生长与物质积累有不同影响。当萘乙酸浓度为0.02mg/L时，可明显促进盐藻的生长与物质积累；萘乙酸浓度大于0.02mg/L时，则可明显抑制盐藻的生长与物质积累。萘乙酸对盐藻细胞的作用效应规律与高等植物相同。最近的研究表明，一定浓度的植物生长调节剂920、2，4-D和乙烯利也能影响盐藻细胞的生长和物质积累。用0.05mg/L的植物生长调节剂920处理不仅能显著加快盐藻细胞的分裂速度，同时比对照组提高60%的生物量(P<0.05)，β-胡萝卜素的产量增加16.8%。0.1mg/L的2，4-D处理能显著加快盐藻细胞的分裂速度，比对照组提高22%的生物量，β-胡萝卜素的产量增加7.8%(p<0.05)。0.05mL/L的乙烯利处理能显著加快盐藻细胞的分裂速度，并且比对照组提高27.8%的生物量，β-胡萝卜素的产量增产21.2%(P<0.05)。

8 、结论

综上所述，有关盐藻的研究，国内外都取得了较大进展，但还有很多技术瓶颈有待改善。植物激素对高等植物的生长发育具有显著促进作用，凭借其成本低、效果好及安全性高而在农业生产上被广泛应用。与物理因子和化学因子相比，植物激素具有用量小、速度快、效益高、残留少等优势。添加一定浓度的植物激素可以有效促进盐藻细胞的生长，缩短培养周期，增加β-胡萝卜素等次生代谢物质的积累，一方面对提高工业化生产的经济效益具有重要意义，另一方面也为深入研究植物激素对其他经济微藻(如雨生红球藻)虾青素积累的影响机制打下基础。

作者单位：(1.山东理工大学 生命科学学院，山东 淄博 255049；2.中国水产科学院黄海水产研究所，山东青岛 266107)

文章采集：caisy

注明：国家自然科学基金项目(40706050，40706048，30700619);“十五”国家科技支撑计划项目(2006BADlAB，2008BAC49804);国家基础改良专项基金项目(2009ZX080109-019B)山东省自然科学基金项目(2009ZR02075)；青岛市科技计划项目(09-2-5-8-hy)