胁迫因子对杜氏藻（Dunaliella）生长及其β-胡萝卜素积累的影响研究

盐生杜氏藻(Dunaliellasalina)在人工控制和胁迫条件下,能大量积累β-胡萝卜素(占干重的10～14%),被公认为是生产β-胡萝卜素的理想天然资源。早在1966年,Massyuk就提出杜氏藻可作为产品化的β-胡萝卜素的来源。杜氏藻还含有约40%的蛋白质,其氨基酸组成与植物蛋白相似,可用作动物饲料蛋白源。杜氏藻在适宜的条件下具有很高的生物量产量,最高可达15-20g/(m~2·d),大规模生产的平均水平亦可达到10-15g/(m~2·d),高于大多数其它藻类的产量,因此,杜氏藻是一种很好的单细胞蛋白源。

甘油是重要的有机化工原料,目前主要从石油中提取,其售价在3～5美元/Kg,但随石油资源的耗尽,其价格不断上涨,利用杜氏藻生产甘油具有潜在的发展前景。大量积累甘油的杜氏藻种类,在适当的条件下,其甘油含量可达干重的50%。综合提取胡萝卜素和甘油,可使甘油生产成本降至0.752美元/Kg,低于石油生产甘油的成本(0.88美元/Kg,1980年价格)。

另外,杜氏藻有很宽的盐度适应范围,D.salina可在1%～35%的盐度范围内生长,是自然界最耐盐的真核生物之一,它是生物学工作者研究生物机体对高渗环境适应机制的模式生物。有鉴于此,美国、澳大利亚、以色列、日本、西班牙、加拿大等国较早就开展了杜氏藻的形态、生理、生态和医学研究并投入生产和工业化养殖。我国具有漫长的海岸线(18000Km)和星罗棋布的内陆盐湖(仅1Km~2以上的就有500多个),具有培养杜氏藻生产β-胡萝卜素得天独厚的自然条件。C、N、P、Fe源及pH值是影响杜氏藻生长的重要环境因子之一,明确杜氏藻对不同营养盐的吸收规律和杜氏藻生长的二阶段对营养盐种类和浓度的不同要求对优化杜氏藻培养基,提高生长速度,促进杜氏藻和β-胡萝卜素产业的发展有重要意义。

本文研究了乙酸、C、N、P比例、氮盐、铁盐、磷盐、盐度、碳盐对杜氏藻(Dunaliella)生长、色素积累和生化组成的影响,建立了杜氏藻对主要营养盐吸收利用的动力学方程,并研究了杜氏藻对氨((NH_4)_2CO_3)毒性的耐受性。

主要结果是:对D.salina,乙酸调节pH值可明显促进生长。细胞密度最大值120×10~4cell/mL(pH≤8.5),β-胡萝卜素最大值102mg/g(pH≤8.0),叶绿素a含量达到104mg/g(pH≤8.5),三者与对照组相比均有显著差异。

乙酸调节pH值还可以提高单不饱和脂肪酸18:1和多不饱和脂肪酸18:2ω6的含量。蛋白含量随pH升高而提高;对D.parva,乙酸调节pH值对生长无明显促进作用,也不能提高β-胡萝卜素含量,但明显提高叶绿素a含量,最大值达144mg/g(pH≤9.0),还可提高蛋白含量,达到33.5%(pH≤9.0)。D.salinaOUN04最大细胞密度114.2×10~4cell/mL、最大β-胡萝卜素含量100.4mg/g、最大叶绿素a含量144.6mg/g分别出现在C、N、P比例为12/1/0.05、12/2/0.1、12/1/0.05的处理组中,且均与对照组差异显著。

【关键词】：杜氏藻 乙酸 C、N、P比例 氮源 柠檬酸铁 盐度 碳源 生长 β-胡萝卜素 叶绿素a 脂肪酸 蛋白质含量 pH值 (NH_4)_2CO_3 耐受性