海洋微藻生物技术的研究现状与进展

海洋微藻生物技术的研究现状与进展

王颖新生技0811 0820212132

摘要：微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。本文简要综述了海洋微藻生物培养技术的研究现状，并对其应用前景进行了展望，现代高新技术为海洋微藻的研究开发利用和产业化提供了更广阔的前景。

关键词：微藻、成分、培养技术、应用

微藻是指一些微观的单细胞群体，是最低等的、自养的释氧植物。它是低等植物中种类繁多、分布极其广泛的一个类群。无论在海洋、淡水湖泊等水域，或在潮湿的土壤、树干等处，几乎在有光和潮湿的任何地方，微藻都能生存。

海洋微藻是海洋生态系统中的主要初级生产者 ,种类多 ,繁殖快 ,在海洋生态系统的物质循环和能量流动中起着极其重要的作用。近几十年来 ,随着现代生物技术的应用 ,分离鉴定手段的提高 ,遗传工程、基因工程等的迅猛发展 ,人类对海洋微藻的研究开发已进入一个崭新的时期。由于海洋微藻营养丰富 ,富含微量元素和各类生物活性物质 ,而且易于人工繁殖 ,生长速度快 ,繁殖周期短 ,所以在医药、食品工业、环境监测、生物技术、可再生能源等方面具有广阔的应用前景。

1微藻中的多种成分

微藻种类繁多，微藻细胞中含有：蛋白质、脂类、藻多糖、β-胡萝卜素、多种无机元素（如Cu,Fe,Se,Mn,Zn等）等高价值的营养成分和化工原料。微藻的蛋白质含量很高，是单细胞蛋白(SCP)的一个重要来源。微藻所含的维生素A、维生素E、硫氨素、核黄素、吡多醇、维生素B12维生素C、生物素、肌醇、叶酸、泛酸钙和烟酸等增加了其作为SCP的价值。藻中类胡萝卜素含量较高，具有着色和营养的作用，可用来防治癌症、抗辐射、延缓衰老,增强机体免疫力等生理作用。化学合成均为反式的β-胡萝卜素，对人体有致癌、致畸的作用,而顺式异构体在抗癌、抗心血管疾病功能比全反式异构体高，藻粉中β-胡萝卜素含量高达14%。藻细胞中甘油含量较高，是优质的化妆品原料,也是化工、轻工和医药工业中用途极广的有机中间体。藻多糖复合物可作为免疫佐剂增强抗原性和机体免疫功能，明显抑制实体瘤S180起到抗肿瘤的作用.

1.1色素

虾青素和藻蓝素。β2胡萝卜素是从微藻中提取的色素主要有β2胡萝卜素、

预防癌症、

增加免疫力等作用。微藻中富V A的前体 ,有抗氧化、抗突变、

抗衰老、

含β2胡萝卜素 ,螺旋藻( S piru lina) 中的β2胡萝卜素含量是胡萝卜中的10倍 ,而盐生杜氏藻(D una liella sa lina)中的胡萝卜素含量可达其藻体干重的10 % 以上 ,最高可达14 % ,胡萝卜素共有 6 个异构体 ,其中β2胡萝卜素约占90 % 。

目前 ,有许多国家进行繁殖和开发利用盐藻的研究 ,对盐藻的开发应用已进入向生产化过渡的阶段 ,养殖盐藻有巨大的经济价值和独特优点 ,其中澳日本、

以色列等国家都已生产出β2胡萝卜素产品。美国

中国、

美国、

大利亚、

食品及药物管理局( FDA )确认β2胡萝卜素为营养保健品 ,利用微藻生产β2胡

萝卜素的研究已成为热门课题。虾青素属于类胡萝卜素 ,是微藻所含有的另一具有潜在价值的色素。虾青素具有很强的抗氧化功能 ,能清除体内自由基 ,对紫外线引发的皮肤癌有很好的治疗效果 ,还能显著促进机体抗体的产生。雨生红球藻细胞内虾青素的含量很高 ,超过细胞干重的 2 % ,以红球藻生产虾青素具有广阔的前景。藻蓝素亦称藻蓝蛋白 ,藻蓝蛋白是一种安全无毒的色素蛋白 ,能促进血细胞再生 ,是一种理想的光敏剂 ,国外已用于癌症的光动态治疗。藻蓝蛋白在螺旋藻中含量异常丰富 ,是天然蓝色素的巨大资源宝库 ,可取代合成色素用于仪器、医药和化妆品工业 ;高纯度的藻蓝蛋白是一种荧光分子探针 ,它与其他配体分子结合后 ,可以标记各种生物大分子 ,用于生物分子试剂。目前从螺旋藻中提取藻蓝蛋白已在日本进行商业化生产。

1.2 微藻多糖

微藻多糖是广泛存在于微藻体内的一种天然大分子物质 ,具有抗肿瘤、抗病毒、抗辐射损伤、抗突变、抗衰老、抗凝血、降血脂及调节机体免疫能力等广泛的生理功能。在环沟藻中有一种硫酸多糖p 2KG03 ,有很好的体外抗脑心肌炎病毒E MCV 的活性。随着p 2KG03 浓度提高 ,抗病毒作用增强 ,其EC50为26. 9μg /m l,当 p 2KG03浓度达到1000μg /m l时 ,对宿主细胞也没有表现出细胞毒活性。这是首次报道的具有抗E MCV 病毒活性的海洋天然产物。螺旋藻多糖是国内外海洋药物研究开发的热点。钝顶螺旋藻多糖( PSP)是从钝顶螺旋藻中提取的一种水溶性多糖类化合物 ,研究发现PSP 对Vero 细胞毒性极低 ,对单纯疱疹病毒HS V21无直接灭活作用 ,可干扰病毒向宿主细胞吸附,PSP抗病毒靶位在于阻断病毒吸附和抑制感染细胞内病毒的复制及抑制HS V21糖蛋白gG基因的转录。

1.3其它活性成分

微藻生物活性物质的研究开发是微藻高技术产业发展的一个重要方面。微藻中生物活性成分复杂 ,除了目前研究较多的多不饱和脂肪酸、色素、微藻

甜菜碱、酶、

甾醇等活性物质。利用海

抗生素、

多糖外 ,在微藻中还发现了毒素、

洋微藻细胞的螯合同化作用 ,可把硒、锗、锌等对人体有益的无机微量元素转化成细胞内的有机螯合物 ,当无机形式转化为有机形式后 ,能使这些微量元素具有普遍的食用和保健价值。1989年Gu stafa s on从人工培养的鞘丝藻细胞提取物中分离出硫代 26 2脱氧葡萄糖甘基二酰甘油( S QD G) , 它可以抑制H I V 的复制 , 是一种新型抗H I V 药物。有毒岡比亚藻产生的刺尾鱼毒素(m

强心作用及使培养神经细胞释放去甲肾上a ito toxin, M TX ) 有收缩大动脉、

腺素等神经梯质作用。M TX的这些作用依赖于细胞外的钙离子 , M TX是最早发现的一个钙通道活化剂。

2 微藻的培养

2.1光合自养

微藻多为光合自养 ,自养微藻的大规模培养多采用开放式池和封闭式光合生物反应器系统进行培养。开放大池培养微藻是传统而又简单的微藻培养模式 ,也是目前较为成熟的一种微藻培养技术。开放大池培养的优点是构建简单、成本低廉及操作简便 ,但开放式培养过程受光照、温度等自然环境影响较大 ,并且易被真菌、原生动物和其他藻种污染 ,同时水分蒸发严重 ,二氧化碳供给不足 ,这些因素都将导致细胞培养密度偏低 ,使得采收成本较高。能适应大池培养的微藻藻种必须是在极端环境下能快速生长的藻种 ,然而能满足这些条件的藻种目前并不是太多 ,有许多尝试改进该系统 ,但还是只能