可利用微藻的种类及其应用前景

可利用微藻的种类及其应用前景

张建民, 刘新宁

( 山东大学威海分校海洋生物系, 山东威海264209)

摘要: 现已知全球藻类3 万余种, 其中微藻约占70%。阐述了微藻的国内外研究发展概况, 重点探讨了4 种主要的可利用微藻螺旋藻、小球藻、杜氏藻和红球藻的分布、繁殖方式和生态条件, 分析了微藻的应用价值, 介绍了微藻的分子遗传学的研究概况。

关键词: 可利用微藻; 种类; 分布; 应用前景

微藻的国内外研究发展概况

迄今为止, 全球已知藻类3 万余种, 其中微藻约占70%[ 1], 目前国际上的微藻应用已进入商业化生产阶段。东亚和东欧地区以及我国台湾省等以生产栅藻和小球藻为主, 年产量藻粉1000 吨以上; 墨西哥、乍得等国家相继建立起螺旋藻生产线, 年产量达数百吨。1968 年, 国际上成立了微型藻类国际联盟( MIU ) , 开展有关学术科研活动[ 2] 。我国从1958 年开始培养作为食品和饲料的微型藻类, 在国际上首先完成了钝顶螺旋藻( Sp ir ul ina p latensis ) 的海水驯化和养殖[3] , 选育出了作为高蛋白藻种的土生席藻(Phormidinm mucicola) [2] 可利用微藻的分布与生态

可利用微藻指那些已工厂化生产或有应用前景、能用生物技术大量培养的种类, 其细胞内所含的某种或某些成分能被人们利用[ 4]螺旋藻( Sp ir ul ina)螺旋藻是一种生长在非洲、墨西哥和东非大裂谷等热带高温地方碱性盐湖中的蓝藻。螺旋藻是蓝藻门念珠藻目颤藻科中的一个属, 其藻体为单一藻丝, 一般能聚集在一起并形成青苔; 藻丝弯曲, 可作有规律的螺旋状盘旋。本属有30 余种, 我国有9 种, 现能进行工业化生产的主要有2 种, 即钝顶螺旋藻( S . p lat ensis )和极大螺旋藻( S . max ima) 。螺旋藻细胞进行二分分裂无性繁殖, 结果使藻丝长度迅速增加。它主要靠藻丝断裂增加丝体数量, 有时也形成/ 藻殖段0, 藻殖段细胞分裂成新的螺旋状体, 无有性生殖[ 5] 。螺旋藻可在淡水中培养, 也可通过逐步驯化在海水中生长。大量实验证明, 螺旋藻可以在含有85~ 270g/ L 盐类的水体中生存, 生长的最适盐度为20~ 70g/ L[ 1] 、最适温度为30~ 37 e 、最适光照强度为30000~ 35000 lx、最适pH值为816~ 915。

小球藻( Chlorella)

小球藻在自然界分布极广, 海洋、湖泊、池塘、土壤、树皮等环境中均可生长繁殖, 以淡水种类居多, 而且春夏之交繁殖最旺盛。小球藻是绿藻门绿藻纲绿球藻目的一属, 单生或聚生, 细胞多为球形、椭圆形, 细胞壁很薄; 主要营腐生生活, 在富含有机质的污水中能大量繁殖; 还能营共生生活, 可在其它的动植物体内生活, 如构成地衣。小球藻行无性繁殖, 依靠细胞内原生质体多次分裂形成似亲孢子, 当细胞分裂时原生质体分裂出似亲孢子, 待母细胞破裂后似亲孢子释放出来,然后长大成新个体。小球藻对盐度的适应范围较广,最适温度为25 e 左右、最适光照强度为10000 lx , 适宜pH 值6~ 8。

杜氏藻( Dunaliel la)

杜氏藻是绿藻门绿藻纲团藻目鞭藻科中的一个属, 为单细胞个体, 呈卵形或梨形, 前端有一对较长的鞭毛, 常生活在盐水中, 故人们常称之为/ 盐藻0。在高盐水体中杜氏藻可为优势种群, 因此在全球高盐湖泊或盐厂蒸发池中常见到它们。杜氏藻的生殖方式有无

性生殖和有性生殖两种: 无性生殖是在游动中直接进行分裂, 由一个细胞分裂为两个游动的子细胞; 有性生殖是在不良环境时产生, 为同配生殖, 由具有两条长鞭毛的孢子结合后发育形成2~ 8 个游动细胞。杜氏藻嗜盐, 在高盐度环境中生长良好。海产杜氏藻因种类的不同, 其耐盐度范围和对酸碱的适应范围较广, 耐盐度为015~ 5mol/ L, pH 值从1 ( D . acidop hi la ) 到11(D . salina) [ 1] , 最适温度为25 e 左右, 最适光照范围为2000~ 6000 lx 。

红球藻(H aematococcus )

红球藻是绿藻门绿藻纲团藻目红球藻科的一个属, 在淡水中分布较广。多数种类分布在平原和淡水中, 个别种类可在雪中生存, 成为欧洲高山的/ 红雪0。红球藻常生长在有机质较丰富的小水体中, 如花园、小水坑等, 由于这种环境经常间断性干旱, 因此它大多时间处于休眠状态。红球藻的繁殖为细胞分裂, 产生2、4、8 ,n 个细胞。在环境不良时进行无性生殖, 发育成厚壁孢子, 因血色素积累而成红色。有性生殖为同性生殖。光照是红球藻生长的重要因素, 最适宜红球藻生长的光照强度约为30 lx, 高于50 lx 的光照将抑制红球藻的生长[ 4] 。最适生长温度为2525~ 28 e , 最适生长pH 值为中性至微碱性( 718) [ 1] 。

微藻开发应用的现状与前景

微藻的开发应用越来越受到人们的重视, 不但在食品保健、医药制品等方面得到开发利用, 而且在化妆品、饲料等方面也受到人们的青睐, 甚至作为生物技术或基因工程的受体在科研上有了一席之地。

营养食品

微藻营养健康食品可分为两类: 一是直接用食品级干藻粉制成藻片或胶囊营养保健食品, 在食品商场、药房出售; 二是个别产品获得医药批文, 在药房出售或作医生处方药物。1964 年, 日本首先开展了利用人工养殖生产微藻营养食品; 1973 年, 法国与墨西哥联合建成了世界上第一个大规模生产螺旋藻的养殖基地。微藻食品不但在日本、美国、欧洲等发达国家的销量持续上升, 而且在一些发展中国家也日益被人们所认可。微藻的营养价值比较高, 原因是: 蛋白质含量高达65% ~ 70%; 细胞内含有多种维生素, 特别是VB12最丰富; 富含8 种人体必需的氨基酸; 某些藻类( 如螺旋藻、杜氏藻) 中含大量的B- 胡萝卜素, 可有效地抗生物氧化; 含有多种微量元素, 如铁、钾、钠、镁和钙等; 含有大量的藻胆蛋白, 能增强机体的免疫功能。

医药领域

微藻的药用价值已日益引起人们的注意。微藻富含PU FA, 能减低血液的粘稠度, 降低血液中胆固醇和低密度脂蛋白的含量, 从而起到预防和治疗心血管疾病的作用[ 6] 。微藻多糖能够抗辐射、抗氧化, 并能提高机体免疫力、促进淋巴细胞转化和抑制癌细胞增殖。杜氏藻中富含的B- 胡萝卜素可抑制自由基的活性,减少过氧化物对组织的损伤, 提高吞噬细胞和淋巴细胞的功能, 促进细胞释放一些抗肿瘤因子, 对白内障、黄斑变性病以及心血管病有一定的防护作用。小球藻内含有的生长因子( CGF) , 能促进机体特别是儿童的生长发育和体质的增强, 并能使免疫系统功能得到强化[ 7] 。

饵料与饲料

微藻是一种营养价值高的优质饵料, 可提高水产动物, 特别是海珍品育苗的成活率, 降低育苗成本, 提高幼体的免疫力和活力, 还可使观赏鱼的体色鲜艳。在国际上, 微藻作为优质饲料已占很大比重。日本DIC 公司在泰国兴建的螺旋藻养殖场年产藻粉150t ,其中作饵料或饲料的就有50~ 60t; 墨西哥T ex coco