杜氏藻应用现状与展望

2009年第44卷第12期生物学通报1

杜氏藻(Dunaliella)是一种无细胞壁的双鞭毛单细胞真核绿藻，在分类学上隶属绿藻门、绿藻纲、团藻目、杜氏藻科，最早于1838年由Michel Felix Dunal在法国南部盐蒸发塘中被发现。1905年，Teodoresco为了纪念Dunal的发现而将其命名为Dunaliella。Dunal最初发现的是Dunaliella sali-na，现称之为盐生杜氏藻或杜氏盐藻。该藻富含类胡萝卜素、甘油、脂类、维生素、矿物质和蛋白质，是一种重要的海洋经济藻类，在食品、医药、保健、化工和养殖业中具有独特的商业价值。此外，杜氏藻属于真核生物，具有转录和翻译后加工功能，作为一种新型的生物反应器在生产药用蛋白或口服疫苗等方面具有独特的优点和广阔的应用前景。根据应用领域的不同，对杜氏藻应用的现状及前景进行了信息汇集，以期为更好地开发杜氏藻提供比较全面的资料。

1生产天然类胡萝卜素

杜氏藻营光合自养，β-胡萝卜素(β-carotene)累积量可达干重的0.4％~2%。高产品系在特定条件下累积β-胡萝卜素的量最高可达细胞干重的10%以上，远远高于其他植物(0.1~10mg/100g干重)，因此第1个被用来商业化生产β-胡萝卜素。澳大利亚、美国和中国等国家已利用杜氏盐藻大规模生产天然β-胡萝卜素。

β-胡萝卜素具有很强的抗氧化能力，并且是合成维生素A的前体。维生素A具有抗癌和提高免疫力等功效，为维持视觉与上皮组织功能所必需。毒理研究发现，杜氏盐藻来源的β-胡萝卜素没有任何毒副作用。β-胡萝卜素制品可以预防和抑制多种肿瘤的发生，控制胆固醇水平，减少心血管疾病的发生，而且能促进细胞因子释放，具有细胞免疫刺激作用。β-胡萝卜素能增强反复呼吸道感染(RRI)患儿的细胞免疫功能，以及提高化疗后机体的免疫力。因此杜氏盐藻来源的β-胡萝卜素制品被广泛用于临床。

β-胡萝卜素有9-顺式和全反式2种构型，9-顺式的抗氧化能力更强。杜氏盐藻中的β-胡萝卜素以9-顺式结构为主，仅含少量全反式异构体。最近研究指出，全反式β-胡萝卜素不仅不能降低癌症的发生，还可能促进癌症的发生，因此化学合成的、仅含全反式结构的β-胡萝卜素制品逐渐被人们所摈弃，而来源于杜氏盐藻的天然β-胡萝卜素制品将倍受消费者青睐。

除β-胡萝卜素外，杜氏盐藻还含有其他类胡萝卜素，如八氢番茄红素(phytoene)、番茄红素(ly-copene)、叶黄素(lutein)、玉米黄质(zeaxanthin)等。这些类胡萝卜素已广泛应用于食品、化妆品及医药领域。

用除草剂哒草伏处理杜氏盐藻，可抑制八氢番茄红素的进一步代谢而被累积在细胞中。Leon 等［1］对八氢番茄红素生产流程进行了优化，产量可高达47g/L，满足了商业生产要求。

南开大学最近提出了利用基因敲除技术培育高番茄红素杜氏盐藻新品系策略，即通过杜氏盐藻大量生产番茄红素(/ GB/8505501.html)，目前该研究进展良好，番茄红

杜氏藻应用现状与展望*

侯召丽刘鑫郝晓华陈喜文陈德富

（南开大学生命科学学院分子遗传学研究室天津300071）

摘要杜氏藻(Dunaliella)是一种无细胞壁的双鞭毛单细胞真核绿藻。综述了利用各种杜氏藻生产类胡萝卜素、高营养藻粉、多糖、甘油和生物制品，以及在提高植物耐盐性、废水处理、环境指示和石油地质方面的应用现状和前景，以期为更好地开发杜氏藻资源提供全面、系统的资料。

关键词杜氏藻绿藻类胡萝卜素应用现状应用展望

中国图书分类号：Q173文献标识码：A

*项目：海洋公益性行业科研专项（200805044）

2生物学通报2009年第44卷第12期

素的含量是番茄的1500倍，是微生物发酵菌体的100倍，将大大降低天然番茄红素的生产成本。

最近有人获得了超表达玉米黄质的杜氏盐藻株系，玉米黄质产量提高了15倍，高达6mg/g DW，是大肠杆菌工程株的3倍多，为商业生产玉米黄质奠定了技术基础。

2生产高营养藻粉

杜氏盐藻干粉富含优质蛋白质、脂肪酸，以及丰富的类胡萝卜素，无难消化的细胞壁，因而是优质的家禽和水产养殖饲料。杜氏盐藻干粉含40%左右的蛋白质，且蛋白质的氨基酸组成与大豆相似——

—富含赖氨酸，仅含少量的半胱氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸和色氨酸。与其他单细胞来源(如酵母和细菌)的蛋白粉相比，杜氏盐藻干粉中的核酸(DNA和RNA)含量很低。由于核酸有毒副作用，因此这也是杜氏盐藻干粉受市场欢迎的一个重要原因。

研究发现，杜氏盐藻干粉中含有约0.2%的叶黄质(主要是叶黄素)，因此已广泛用于改善蛋黄和水生动物(如对虾、观赏鱼)的肉质和外壳的色泽，使其更迎合市场要求。杜氏盐藻干粉中富含ω3-多不饱和脂肪酸和非皂化脂类抗氧化物，因此已广泛用于食品添加剂以改善人体状况或改进某些特殊机能。

3生产特殊化合物

3.1多糖杜氏藻细胞中的多糖是一种分子量不均一的天然硫酸酯化多糖，由岩藻糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖等4种单糖组成。尹鸿萍等［2］实验证明,杜氏盐藻多糖具有一定的抗金黄色葡萄球菌和消除小鼠耳廓炎性肿胀的作用;朱红红等［3］通过体内外抗病毒实验发现，杜氏盐藻多糖具有良好的抗副流感病毒的作用。这些研究表明，杜氏盐藻多糖是一种新型抗生素，具有重要商业开发前景。

3.2甘油及生物燃料甘油是一种重要的商业有机化合物和渗透调节物，被广泛应用于化妆品、医药和食品等领域。目前甘油的主要来源是石油，随着石油资源的日益减少，开发新的甘油来源具有重要的战略意义。杜氏盐藻富含甘油，在特定养殖条件下，其含量可达干重的50%，因此是甘油生产的潜在资源。

除甘油外，杜氏藻还是大规模生产其他重要化合物[如(R)1,2-丙二醇]的潜在物种，在生物燃料生产方面亦具有重要开发前景，如Park等证明杜氏盐藻1650的碳固定能力与生产液体燃料的Botryococcus braunii相近，Takagi等发现在特殊生长条件下杜氏盐藻的油脂含量可达细胞总重的70%。

3.3生物制品由于杜氏藻易培养、不易污染、外源蛋白的表达与纯化方便，使得生产外源蛋白的成本明显低于其他系统(如大肠杆菌、酵母和哺乳动物细胞等)，作为一种新型生物反应器，已呈现出巨大的应用前景。如利用特氏杜氏藻（D.tertiolecta）已商业生产治疗心血管疾病、阻抑多滑膜炎、抗水肿的药物；利用普氏杜氏藻（D.primolecta）已商业生产抑制金黄葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)、枯草芽孢杆菌（Bacillus substilis）、产气肠杆菌（Enterobacter acrogenes）的抗生素；利用杜氏盐藻已商业生产可影响细胞内氧化压力及胶原蛋白I合成的、用于治疗和保养皮肤的物质。此外，杜氏盐藻在生产其他基因工程药物或其他天然产物如禽流感疫苗、EPA 以及DHA等方面亦具有广阔的应用前景。

4提高植物耐盐性

杜氏藻是已知真核生物中最耐盐的生物，能在35%饱和盐溶液中生存。其耐盐机制被认为是通过调节自身细胞内甘油浓度来实现的。当杜氏藻在高盐环境中生长时，细胞内的甘油含量将超过50%，以此补偿细胞内外的渗透压差，同时为酶提供“合适的溶质”以防止酶失活或受到抑制。但杜氏藻的耐盐机制十分复杂，到目前为止远未完全清楚，有待进一步研究。杜氏藻耐盐机制的阐明及耐盐基因的克隆，将对提高高等植物的耐盐性、扩大和提高农作物的种植范围和产量、缓解世界粮食危机，具有不可估量的意义。

5废水处理

废水处理包括3个层次：初级处理、二级处理和三级处理。其中二级处理是利用微生物对各种有机物进行生物降解。在此阶段，杜氏藻与其他微生物共生，可促进微生物的生长——

—杜氏藻消耗微生物分解产生的氮、磷和CO2等无机物，提供微生物需要的O2。

有些杜氏藻能去除和吸收废水中的NH4+和PO43-，吸收铜和砷等重金属，降解脂肪族化合物、