紫球藻

生命科学学院生物科学三班学号：201112110309学生姓名：姚同凤指导教师：王培磊2011年12月21日星期三生命科学学院生物科学专升本三班姚同凤 201112110309摘要：紫球藻多糖是一种磺酸化多糖，在抗病毒、抗肿瘤、降血脂、抗辐射、抗菌等方面均具有特殊的生物活性作用。

大量学者就紫球藻多糖的结构特性、生物合成及生物活性应用方面做了大量研究，并指出其研究的发展的大体趋势。

Abstract: The Porphyridium polysaccharide is a sulfated polysaccharide. Its various bioactivities include antiviral activity, anticancer activity reducing blood-fat, radio resistance, and antibacterial activity. A review was presented on the poly- saccharide including biosynthesis architectural characteristic, and bioactivities application. The tendency of Research for polysaccharides of Porphyridium was pointed out.关键词：紫球藻多糖结构特性生物合成生物活性利用现状（一）紫球藻简介紫球藻（Porphyridium）是一类重要的海洋微藻，是红藻门中唯一的单细胞类群，细胞呈球形，细胞外包围着一层黏质鞘（gelatinous sheaths），因黏质鞘的相互粘连而使多个细胞不规则地聚生成一团。

固体培养时形成一个薄层，液体培养时则出现附壁或呈团状沉淀现象。

黏质鞘就是细胞分泌出来的水溶性黏多糖—紫球多糖[1]。

紫球藻的繁殖方式是细胞二分或四分裂繁殖, 每个分裂周期约15min[2] 。

其生长与一般微藻相似, 受温度[3 ..4] 、光照[ 5、6]、p H 及其它化学因素, 如盐度[ 7] 、碳源[ 8] 、三十烷醇的影响.早在世纪六十年代就有大量科学家及工作者开始紫球藻多糖的开发进行了开发研究，主要集中在提取其胶状物质作为食品及其它工业原料。

直到近十年，当人们研究发现许多磺酸化海洋微藻多糖具有独特的生理活性之后，紫球藻多糖的研究才成为热点。

下面就紫球藻多糖在结构特性、生物合成、以及紫球藻的体外培养等其它应用的研究进展情况作简要综述。

（二）紫球藻多糖研究的概况2.1紫球藻多糖的结构特征性质1975，Darrell对紫球藻胞外多糖的结构特性已作了初步研究，发现该多糖的磺酸基取代度为7.4%，其中含有葡萄糖醛酸(9%)，木糖和L-半乳糖，及少量的葡萄糖和微量的麦芽糖和鼠李糖。

Euzabeth(1979)研究表明：紫球藻能很好的利用CO和SO2高效合成胞外的磺酸化多糖，含量可达到细胞干重的一倍以上，磺酸基取代度约为7%，葡萄糖醛酸基团约为10%，并共价链接有蛋白质，是典型的蛋白多糖。

由于紫球藻胞外多糖分子量巨大，带有大量负的电荷，易于凝聚，这使培养液具有高盐度、高粘度的特性。

2.2紫球藻多糖的生物合成紫球藻多糖在高尔基体中合成并分泌到细胞外行使作用，其产量很大程度上受外界培养条件的控制，其中含氮硝酸盐对于多糖合成的影响最大，当培养液中硝酸盐严重缺乏时，细胞停止合成蛋白质，碳化物大多转化为多糖并分泌到细胞之外。

SO2可促进多糖的合成，Mg2+能增加多糖的黏度但抑制多糖的合成[9]。

紫球藻经激光(波长1060ｎｍ)照射处理后，紫球藻胞外多糖含量有较大幅度的提升，可比对照增加50～150%[10]。

（三）不同形式的氮源对紫球藻生长的影响3.1：( NH4 ) 2SO4、NH4NO3 和脲对紫球藻细胞生长的后期, 易于诱导形成较多粘多糖, 使分裂的细胞不易分散, 聚集成团, 进而影响了生长; 而KNO3 和N aNO3 则有利于紫球藻细胞的分散性,使细胞生长良好,3.2 KNO3 和NaNO3 有利于紫球藻合成蛋白质, 因而促进了细胞的生长. 而铵盐则不利于蛋白质的合成. 培养液中KNO3 和NaNO3 缺乏时, 细胞停止合成蛋白质, 同化产物大多转化为多糖并排放到外部介质中[11] , 使细胞聚集而沉积.总结：大量实验表明, KNO3 和NaNO3 为紫球藻最适氮源, 尤以KNO3 最佳. 在对紫球藻蛋白质含量分析中, 这2 种硝酸盐有利于紫球藻合成大量蛋白质, 而硝酸盐缺乏时, 则合成大量多糖. 这对于工厂化生产颇具有意义，为了得到紫球藻的各种成分。

人们可以有目的地选择不同的硝酸盐或铵盐作为紫球藻的基本氮源., KNO3 和NaNO3 培养的紫球藻悬浮性能好, 有利于藻体充分利用培养液、光照、CO2 等. 而( NH4 ) 2SO4、NH4NO3 在培养后期大部分藻体沉积, 则不利于其生长.（四）紫球藻多糖的利用4 . 1 ，医学领域抗病毒作用含有硫酸酯基团的紫球藻多糖有好的抗病毒的活性。

Fabregas J.等[12]用马肠炎病毒等作为病毒模型进行研究，结果表明：从紫球藻培养液中提取的水溶物(主要硫酸酯多糖)对两种病毒的体外复制有明显的剂量依赖性阻断作用。

最新研究表明，紫球藻胞外多糖在体内和体外均可强烈抑制单纯疱疹病毒和水痘病毒，但无细胞毒作用，抑制活性存在剂量效应[13]。

4. 2 , 抗肿瘤、降血脂、降胆固醇作用许多调查说明，胃肠道肿瘤和内分泌器官肿瘤，特别是乳腺癌、前列腺癌和结肠癌的发病率和死亡率与脂肪有直接关系。

I rit-Dvir等[14]的研究试验显证明紫球藻胞外多糖.影响了雄性鼠的胃肠生理，增加了小肠和结肠的长度，增厚了空肠粘膜和肌层，从而有效的减少结肠癌等胃肠道肿瘤的发病风险。

结果还显示，藻多糖即使在较低的浓度水平下也有潜在的降低血胆固醇活性，说明该多糖能影响动物的脂类代谢。

4.3 化学方面抗辐射、抗菌作用顾宁琰[15]研究了紫球藻对60Coγ-射线辐射后小鼠免疫功能的影响。

其实验结果表明：紫球藻胞外多糖在体内对小鼠免疫功能具正调节作用，使小鼠的免疫功能达到甚至超过正常水平。

叶锦林等科研工作者[16]所做的实验结果显示，紫球藻提取物及其多糖对革兰氏阳性细菌(特别是对金黄色葡萄球菌和八叠球菌)的抑菌作用较为明显，具有一定开发价值。

多种硫酸酯多糖具有独特的医药保健功能，如治疗肿瘤、肝炎、降血脂、降血糖、促进蛋白质和核酸的生化合成等[17]. Hayashi 等[18]用热水从螺旋藻中提取的一种新型硫酸多糖（Ca-SP），具有显著的抗病毒活性. 郭凌等[19]报道, 琼枝麒麟菜和异枝麒麟菜多糖的抗菌活性与其硫酸基含量相关，未水解的琼枝麒麟菜和异枝麒麟菜多糖无抑菌活性.（五）紫球藻抑菌的主要组分是多糖，其结构与卡拉胶类似，是一种硫酸多糖Minkova[20]也证实紫球藻多糖具有良好的抗病毒活性经对水提取物及其组分进一步研究，发现卡拉胶是抗病毒活性成分。

卡拉胶抗病毒机制主要是阻碍和阻断病毒向细胞的吸附，此外，对病毒蛋白合成也有强抑制作用[21]。

（六）紫球藻的使用价值6.1 藻多糖在高尔基体中合成的多糖储存在内囊体中，进入稳定期向胞外分泌并形成胶质鞘。

随生长环境变化紫球藻细胞可积累20% 50%生物量的多糖[22] 该多糖是由木糖葡萄糖半乳糖等单糖构成的多聚体具有独特的胶体性能粘度大pH 1 12在20 90 范围内稳定[23-25] 其结构与褐藻胶褐藻淀粉相似也可能有降血脂抗凝血等功能Minkova 等报道紫球藻多糖还有很好的抗病毒抗细菌及抗辐射作用医药前景相当广阔[26]6.2 藻胆蛋白紫球藻蛋白质约占生物量的 50% 其中84%为藻胆蛋白，它是食品与化妆品工业上优良的天然色素，约占生物量的5% 10%。

特别是B-藻胆蛋白性质稳定荧光量子产率高背景干扰小易于同一些大分子抗体生物素糖蛋白等交联是新一代良好的荧光探针常用于临床诊断与生物医学研究纯品售价高达每毫克100 美元[27-28]6.3 多不饱和脂肪酸脂肪酸约占生物量 9.5% 其中50%以上为不饱和脂肪酸在适宜条件下花生四烯酸AA 可占总脂类的36% 产量可达0.46mg/h〃 L 或可合成占总脂肪量44%的EPA[29]（七）结语现代生物技术的发展和广泛应用促进紫球藻的培养与开发研究更加深入其中如光生物反应器培养紫球藻和基因工程细胞工程技术改良藻种等新技术都将加速其产业化进程当前高密度培养与采收技术是制约紫球藻开发的主要问题我们拟通过异养化方式实现其大规模发酵培养降低成本提高产量和质量开辟其工业化生产新途径参考文献[1] 曹吉祥. 用途广泛的紫球藻[J] . 中国海洋药物, 1994 (3) : 55- 56.[2] Schorstein K H, S cot t J. Ult rastructure of cell divition in the unicellular red alga P. cruentum [J] . Can J of Bot, 60: 85.[ 3] Colman B, Gehl KA. Physiological characteristics of phot- osynthesis in cruentum: evidence for bicarbonate ran sport in au unicel lular red alga[ J] J of Phycol, 1983,19: 216.[ 4 ] Vonshak A. Th e feasibility of m as s cultivation of Porphyridium [ J] . Biomass, 1985, 8: 13.[ 5] Merchuk JC, Ronen M, Giris S, Arad S. Light / dark cycles in the growth of the red micorolla Prop hybridism sp[ J] . Biotechnology Boeing , 1998, 59( 6) : 705.[ 6] Jiang Y, chen F. Effect s of s al init y on cell growth anddocosahexaenoic acid content of the heterotrophic m arid omicron alga Crythecodinium cohnii[ J] . Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology , 1999, 23( 6) : 508.[ 7] I. Emm a Huert as , Brian Colman , George S, Espie, etal . Active transport of C O2 b y three species of marine micro algae[J ] . J our nal of Psychology, 2000, 36( 20) : 314.[ 8] 肖华山, 范子南. 三十烷醇对紫球藻生长及生理活性的影响[ J] . 福建师范大学学报( 自然科学版) , 1999, 4: 76.[9]王长海. 海洋生化工程概论. 化学工业出版社，2004：50[10] 王明兹，陈必链，庄惠如等.倍频Nd:YAG激光对紫球藻生长与胞外多糖产量的影响.激光生物学报. 2002,11(1),6-9[11] 张成武, 唐乐同. 硫酸铵对钝顶螺旋藻生长的影响[J] . 海洋湖沼通报, 1992 (2) : 35- 39.( 下转第91 页响[J] . 热带海洋, 2000, 19 (2) : 64- 68.[12] Fabregas J, et al. In vitro inhibition of the replication of hemorrhagic septicemia virus(VHSV) and African swine fever virus (ASFV) by extracts from marine micro algae. AntiviralResearch1999, 44, 67-73 [13] Huheihel M, et al. Activity of Porphyridium sp. polysaccharide gaing the resample viruses in vitro and in vivo. J. Brioches. Biophysics. Methods 2002, 50,189-200[14] IritDvir, RenvenChayoth, UrielSod-Moriah,etal. Soluble ploys anchor ideandbi massacred microl gap. Splattering testinalmor hologram deduces serum cholesterolinrats. BritishJournalofMutrition, 2000, 184(4), 469 [15] 顾宁琰, 刘宇峰. 紫球藻胞外多糖抗辐射的生物学活性研究. 海洋科学, 20(12),53-56[16] 叶锦林,王明兹. 紫球藻及其多糖抗菌性能初探. 亚热带植物科学,2004,33(3),31-33[17]邵华, 胡鸿钧. 云南溪菜多糖的分离纯化及其性质研究[J]. 武汉植物学研究, 2000, 18(2): 127-130.[18] Haysahi K, Haysahi T, Kojima I. A natural sulfated polysaccharide, calcium spirulan, isolation from Spiraling phatensis: invitro and in vivo evaluation of anti-herpes simplex virus and anti-human immunodeficiency virus activities [J]. AIDS ResHum Retr, 1996, 12(15): 1463-1471. [19]郭凌, 包惠燕, 叶绍明. 琼枝麒麟菜和异枝麒麟菜硫酸多糖及其水解产物的抑菌作用[J]. 暨南大学学报: 自然科学版,2002, 23(3): 79-83[20] Minkova K, et al. Antiviral activity of Porphyridium cruentum polysaccharide[J]. Pharmazie, 1996,51(3): 194-199[21]王长云,等. 多糖抗病毒作用研究进展.卡拉胶及其抗病毒作用[J]. 生物工程进展, 2000,20(3): 39-42.[22]Arad S M, et al. The potential of production of sulfated polysaccharides from Porphyridium [J]. Plant and soil,1985, 89(1): 117-127.[23] Medealf D G, et al. Some structural features viscometer properties of the extra cellular polysaccharide arid from Porphyridium cruentum[J]. Carbohydrate Research, 1975, 44: 87-96.[24] Heaney-Kieras J, et al. Structural studies on the extra cellular polysaccharide of the red alga Porphyridium cruentum[J]. Carbohydrate Research, 1976, 52: 169-177.[25] Percival E, et al. The extracellular polysaccharides of Porphyridium crentum and Porphyridum aerugineum[J].Carbohydrate Research, 1979, 72: 165-176.[26]Minkova K, et al. Antiviral activity of Porphyridium cruentum polysaccharide[J]. Pharmazie, 1996, 51(3):194-199.[27]王长海等紫球藻及其应用研究[J]海洋通报1988，17（3）：79-85[28] 曹吉祥. 用途广泛的紫球藻[J]. 中国海洋药物, 1994, 3: 55-56.[29]Thepenier D. Mass culture of Porphyridium cruentum: a mull produce strategy for the biomass valorization[A]. In: Stadler T, et al. (eds.). Algal Biotechnology[M], London and New York, Elsevier Applied Science Press, 1988. 413-420.。