（植物学专业论文）二种微藻多糖和蛋白质的纯化及部分生物活性研究.pdf

内容提要 分别从二种微藻一紫球藻和海水小球藻中分离纯化多糖、凝集素和抗 菌蛋白，并对它们的一些特性进行了研究，结果如下： 1 紫球藻凝集素( p c l ) 是一种分子量为3 2 5k i ) 3 9 6k d 的糖蛋白，分 子中含有2 8 4 的中性糖。在氨基酸组成中，缬氨酸的含量最高，其次是谷 氨酸与甘氨酸，不含蛋氨酸、组氨酸、精氨酸和脯氨酸。p c l 能凝集兔和猪 的红细胞，能凝集4 种单细胞藻类，还能够凝集中华根霉和甘薯薯瘟病病原 菌以及经热处理的枯草芽孢杆菌和啤酒酵母。p c l 的凝血活性可被某些单糖 或二糖及胃粘蛋白所抑制，对热敏感，对酸碱处理有较好的稳定性，c a 2 + 、 m n 2 + 、z n 2 + 能激活其被e d t a n a 2 所抑制的活性。 2 海水小球藻凝集素( c p l ) 是一种分子量为6 3 9k d 7 0 3k d 的糖蛋 白，分子中含有1 0 8 的中性糖。在氨基酸组成中，甘氨酸的含量最高，其 次是谷氨酸与天冬氮酸，不含脯氨酸。c p l 能凝集兔、山羊、鸡和猪的红细 胞，能凝集5 种单细胞藻类，还能够凝集大肠杆菌、甘薯薯瘟病病原菌、稻 瘟病病原菌以及经热处理的变形杆菌。c p l 的凝血活性能被某些单糖或二糖 所抑制，对热、酸碱处理有较好的稳定性，c a 2 + 、m n 2 + 、z n 2 + 能激活其被 e d t a - n a 2 所抑制的活性。 3 从紫球藻中得到一种抗菌蛋白，在s d s p a g e 上显示2 条带，分子量分 别为2 1k d 与3 0k d ，氨基酸组成分析表明，此抗菌蛋白含1 7 种氨基酸， 尤富含谷氨酸、甘氨酸与天冬氨酸。纯化的蛋白对产黄青霉和甘蔗黑穗病病 原菌有较强的抑制作用，对枯草杆菌和藤黄八叠球菌也有抑制作用，抗菌活 性与温度变化有关。 4 从海水小球藻中得到一种抗菌蛋白，在s d s p a g e 上显示2 条带，分子 量分别为6 1k d 与7 0k d ，氨基酸组成分析表明，此抗菌蛋白含1 7 种氨基 酸，谷氨酸的含量最高，其次为甘氨酸与天冬氨酸，胱氨酸的含量最低。纯 化的蛋白对产黄青霉和中华根霉有较强的抑制作用，对金黄色葡萄球菌和肠 炎病原菌也有抑制作用。二种微藻抗菌蛋白抗真菌活性比抗细菌活性大。 5 从紫球藻和海水小球藻中提取的水溶性多糖，用s e v a g 法脱蛋白后，获 得多糖提取物，并利用圆形纸片法进行了抑菌实验。结果表明，紫球藻多糖 提取物抗细菌活性与抗真菌活性没有明显差别，对稻瘟病原菌和赤皮病原菌 有较强的抑制作用，对稻瘟病原菌的最小抑菌浓度为6 2 5m g m l 。海水小 球藻多糖提取物抗真菌作用比抗细菌作用强，对藤黄八叠球菌、中华根霉、 稻瘟病原菌、黑曲霉和玉米大斑病菌有很强的抑制作用，对中华根霉和稻瘟 病病原菌的最小抑菌浓度为6 , 2 5m g m l 。 关键词：紫球藻；海水小球藻：凝集素；多糖；抗菌蛋白 2 a b s t r a c t l e c t l n 、a n t i b i o t i cp r o t e i na n dp o l y s a c c h a r i d ew e r ei s o l a t e da n dp u r i f i e d f r o mt w om i c r o a l g a e ，p o r p h y r i d i u mc r u e n t u ma n dc h l o r e l l ap a c i f i c a , a n dw e r e i n v e s t i g a t et h e i rp a r t i a lc h a r a c t e r i z a t i o n s t h ec o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ： 1 p o r p h y r i d i u mc r u e n t u ml e c t i n ( p c l ) w a sag l y c o p r o t e i nw i t har e l a t i v e m o l e c u l a rw e i g h to f3 2 5 k d 3 9 6 k d c o n t a i n i n g2 8 4 n e u t r a ls u c c h a r i d e i ni t s a m i n oa c i dc o m p o s i t i o n ，v a lh a st h eh i g h t e a tc o n t e n t ，f o l l o w e db yg l ua n dg l y , b u tt h e r ew e r el a c ko fm e t 、h i s 、a r ga n dp r o p c lc o u l da g g l u t i n a t e d e r y t h r o e y t e sf r o mr a b b f fa n dp i g f u r t h e rm o r e ，p c lc o u l da g g l u t i n a t e df o u r s p e c i e so fu n i c e l l u l a ra l g a ea n ds o m eb a c t e r i ao rf u n g i as u c ha sr h i z o p u s c h i n e n s i ss a i t o 、f a s a r i u m o x y s s p o r a m ，b a c i l l u s s u b t i l i sc o h na n d s a c c h a r o m y c e sc a r l s b e r g e n g e n s i sh a n s e nt r e a t e db yh e a t i n g t h ea g g l u t i n a t i n g a c t i v i t yw a ss e n s i t i v et ot e m p e r a t u r ec h a n g ea n ds t a b l eo v e raw i d ep l - ir a n g e b u t i n h i b i t e db yt h ep r e s e n c eo fs o m em o n oo rb i s a c c h a r i d e sa n dm u c i n i n h i b i t i o n o f e d t a - n a 2 w a s a c t i v a t e d a d d i n go f c a z + 、m n 2 + a n d z n 2 + 2 c h l o r e l l ap a c i f i c al e c t i n ( c p l ) w a sa g l y c o p r o t e i nw i t har e l a t i v em o l e c u l a r w e i g h to f6 3 9 k d - 7 0 k d ，c o n t a i n i n g1 0 8 n e u t r a ls u c e h a r i d e i ni t sa m i n oa c i d c o m p o s i t i o n ，g l yh a st h eh i g b t e a tc o n t e n t ，f o l l o w e db yg l ua n da s p ，b u tt h e r e w e r el a c ko f p r o c p lc o u l da g g l u t i n a t e de r y t h r o c y t e sf r o mr a b b i t 、g o a t 、c h i c k e n a n dp i g f u r t h e rm o r e ，c p lc o u l da g g l u t i n a t e df i v es p e c i e so fu n i c e l l u l a ra l g a e a n ds o m eb a c t e r i ao rf u n g i as u c h 髂e s c h e r i c h i ac o l ic a s t e l l a n ie tc h a l m e r s 、 f a s a r i u mo x y s s p o r a m 、p i r i c u l a r i ao r y z a ec a va n dp r o t e a sv a l g a r & h a u s e r t r e a t e db yh e a t i n g t h ea g g l u t i n a t i n ga c t i v i t yw a si n s e n s i t i v et o t e m p e r a t u r e c h a n g ea n ds t a b l eo v e raw i d ep sr a n g e b u ti n h i b i t e db yt h ep r e s e n c eo fs o m e m o n oo rb i s a c e h a r i d e s i n h i b i t i o no fe d t a - n a 2w a sa c t i v a t e da d d i n go f c a 2 + 、 3 m n 2 + a n dz n 2 + 3 aa n t i b i o t i cp r o t e i nw a si s o l a t e da n dp u r i f i e df r o mp o r p h y r i d i u mc r u e n t u m i ns d s p a g et h ep r o t e i na p p e a r st w ob a n d sa n dt h e i rm o l e c u l a rw e i g h tw e r e 2 1 k da n d3 0 k d ，r e s p e c t i v e l y a n a l y s i so fa m i n oa c i dc o m p o s i t i o ns u g g e s t st h i s p r o t e i nc o n t a i n s ，o f1 7a m i n oa c i d ，e s p e c i a l l yw i t hh i g hc o n t e n to fg l u 、g l ya n d a s p t h ep r o t e i n w a ss t r o n g l y a c t i v i t ya g a i n s tt w of u n g i ，p e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u mt h o r na n du s t i l a g us c i t a m i n e as y d o w , a n de x h i b i t e dam o d e r a t e a c t i v i t ya g a i n s tb a c i l l u ss u b t i l i sc o h na n ds a r c i n a l u t e as c h r o e t e r t h i sa n t i b i o t i c p r o t e i nw a s s e n s i t i v et ot e m p e r a t u r ec h a n g e 4 aa n t i b i o t i cp r o t e i nw a si s o l a t e da n dp u r i f i e df r o mc h l o r e l l ap a c i f i c a , i n s d s p a g et h ep r o t e i na p p e a r st w ob a n d sa n dt h e i rm o l e c u l a rw e i g h tw a s6 1 k d a n d7 0 k d ，r e s p e c t i v e l y a n a l y s i so fa m i n oa c i dc o m p o s i t i o ns u g g e s t st h i s p r o t e i nc o n t a i n so f1 7a m i n oa c i d e s p e c i a l l y 、i t hh i g hc o n t e n to fg l u 、g l ya n d a s p t h ep r o t e i n w a s s t r o n g l ya c t i v i t ya g a i n s tt w of u n g i ，p e n i c i l l i u m c h r y s o g e n u mt h o r na n dr h i z o p u sc h i n e n s i ss a i t o ，t h ep r o t e i na l s oe x h i b i t e da m o d e r a t ea n t i b a c t e r i a la c t i o na g a i n s ts t a p h y l o c o c c u sa u r e u sr o e n b a c ha n d a m e r o m o n a sp u n c t a t a t h ep r o t e i nw a si n s e n s i t i v et ot e m p e r a t u r ec h a n g e i n g e n e r a i ，a n t i b i o t i cp r o t e i n sf r o mt h et w om i c r o a l g a ei n h i b i t e da n t i f i m g a i a c t i v i t i e sm o r es t r o n g l yt h a na n t i b a c t e r i a la c t i v i t y 5 c r u d ep o l y s a c c h a r i d e sf r o mc h l o r e l l ap a c i f i c aa n dp o r p h y r i d i u mc r u e n t u m w e r ee x t r a c t e db yh o tw a t e r ，f o l l o w e db yd e p r o t e i n i z i n i n g ( s e v a g ) a n dp u r i f i e d b yd e a e c e l l u l o s e e x t r a c t so b t a i n e dw e r et e s t e dt h ea n t i b i o t i ca c t i v i t i e su s i n g t h ea g a rd i s cd i f f u s i o nm e t h o d t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h e r ew e r ef e wd i f f e r e n c e s b e t w e e na n t i b a c t e r i a la c t i v i t i e sa n da n t i f i m g a la c t i v i t i e so fp o l y s a c c h a r i d e e x t r a c t sf r o mp o r p h y r i d i u mc r u e n t u m ，b u ti th a s s t r o n ga c t i v i t i e sa g a i n s t p s e u d o m o n a sf l u o r e c e n sa n dp i r i c u l a r i ao r y z a ec a v t h em i n i m u mi n h i b i t i o n 4 c o n c e n t r a t i o n ( m i c s ) o fp o l y s a c c h a r i d e sa g a i n s tp i r i c u l a r i ao r y z a ec a vw a s 6 2 5m g m l t h ep o l y s a c c h a r i d ee x t r a c tf r o mc h l o r e l l ap a c 莎c ah a dm o r e s t r o n ga c t m t yf u g i at h a na g a i n s tb a c t e r i a i ts h o w e ds t r o n ga c t i v i t i e sa a i n s t r h i z o p u sc h i n e n s i ss a i t o 、s a r c i n al u t e as c h r o e t e r 、a s p e r g i l l u sn i g e rv t i e g h 、 h e l m i n t h o sp o h u mt u r c i c u mp a s sa n dp w w u 肠r i ao r y z a ec a v t h em i n i m u m i n h i b i t i o nc o n c e n t r a t i o n ( m l c s ) o fp o l y s a c c h a r i d e sa g a i n s tp w w u l a r 抽o r y z a e c a va n dr h i z o p u sc h i n e n s i ss a i t ow a s6 2 5m g m l i naw o r d ，p o r p h y r i d i u mc r u e n t u ma n dc h l o r e l l ap a c i f i c ah a v er i c h b i o l o g i c a l l ya c t i v ec o m p o u n d s ，s ot h e yh a v eg r e a tv a l u eo fd e v e l o p m e n ta n d u t i l i z a t i o n k e yw o r d s ：p o r p h y r i d i u mc r u e n t u m ；c h l o r e l l ap a c i f i c a ；p o l y s a e c h a r i d e ； l e c t i n ；a n t i b i o t i cp r o t e i n 5 i 前言 1 微藻中的生物活性物质及其研究进展 迄今为止，全球已知的藻类有3 万余种，其中有2 万余种属于微藻。 由于微藻种类多，营养丰富，富含微量元素和各类生物活性物质，而且细胞 小，易于人工繁殖，因此，它们不仅适宜作为水产养殖动物幼体的适口饵料， 而且可以作为人类的保健食品，还可以提取在食品、医药、化工等方面有重 要应用前景的生物活性物质。过去一般只用于水产养殖动植物幼体饵料的微 藻，大规模开发生产只有4 0 5 0 年的历史。二战中，德国、美国开始研究 小球藻、菱形藻的产业化：二战后，由于粮食缺乏，微藻代替粮食与饲料成 为重要研究课题，6 0 年代在日本、台湾微藻产业化成功；7 0 年代后微藻作 为保健食品的市场不断扩大，产业化的主要种类有：小球藻、螺旋藻、盐藻： 8 0 年代后对微藻的生物活性物质的研究成了人们关注的热点，这主要与陆 地有限资源的衰竭及分析测定新技术的应用有关。研究发现，微藻中合有丰 富的生物活性物质，其成分较为复杂，尤其是一些有独特医疗功效的物质( 如 p 一胡萝卜索、藻蓝素等色素类、抗生素类、抗病毒类、抗真菌类、细胞毒 素与抗癌类、还有微藻脂肪酸、多糖、维生素、甾醇等) ，它们对生物体内 的代谢过程与各种生化反应有活性作用，对人类的多种疾病( 如肿瘤、癌、 心血管疾病、艾滋病等) 具有特殊的疗效，是重要的药物资源，有些还可以 直接或经加工后用于化工、食品工业和饲料等。 我国从1 9 5 8 年开始培养用于食品和饵料的微型藻类，先后进行了小 球藻、扁藻和褐指藻等的大量培养，建立了培养池，总结了一套可行的培养 方法，为我国的微藻生产打下了基础。1 9 7 2 年，不少单位又相继开展了螺 旋藻的培养研究，并进行t d , 规模的生产和应用试验。此外，还开展了盐藻 的生产试验。迄今，我国除已分离出一批可用于大量生产的藻种，还有国外 主要生产用藻种，并掌握了生产技术，在藻种选育、培养基配制及某些培养 技术方面，已达到或接近国际水平。选育出了3 个适于海水生长的螺旋藻新 品系，提出了开放、半开放方式培养螺旋藻的大量培养技术。微藻蛋白的工 厂化生产试验、光生物反应器、藻类采收、浓缩、干燥和加工、微藻饲料的 应用实验等方面取得重大成果。近年来在微藻生物活性物质尤其是脂类、多 糖、色素或具有抗肿瘤、抗病毒等成分的分析和提取或将微藻以食品添加剂 的形式用于饮料及一些保健品的生产应用方面取得了较大进展“1 。 微藻中含有的生物活性物质与药用成分，作为一种新型保健食品和药物 蕴藏着巨大的潜力。以下介绍几种重要的微藻生物活性物质。 1 1 多糖 微藻多糖是广泛存在于微藻生物体的一种天然大分子物质，可作为医疗 保健品，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应答等非常复杂而广泛的生物学作用“1 。h a s 、v i m 3 1 等 ( 1 9 9 5 ) 从海洋微藻旋沟藻属的c o c h l o d i n i u m p o l y k e r i k o d e 中分离纯化的2 种 胞外硫酸多糖，证明其在细胞中具有抑制a 型和b 型感冒病毒的细胞效应： s o g a w ak 等“( 1 9 9 8 ) 从裸甲藻属的g y m n o d i u ms p a 3 ( g a 3 ) 中得到一种胞 外多糖，对人类骨髓的血细胞k 5 6 2 有强烈的细胞毒性，且1 0 g m l 的多糖 就能完全抑制端粒酶活性；h e m a n d e z c o r o n a 等“1 ( 2 0 0 2 ) 从极大螺旋藻的 热水抽提物中提取螺旋藻多糖，广泛研究了其抗病毒作用谱，结果表明，该 多糖对多种病毒有抑制作用；左绍远等“1 ( 1 9 9 5 ) 报道云南螺旋藻具有抗氧 化，抗疲劳作用；周志刚等m ( 1 9 9 7 ) 报道极大螺旋藻的显著抗氧化作用主 要表现在清除活性氧中最活泼的o h 一方面。螺旋藻多糖能直接调节与激活 免疫反应，具有很好的提高免疫力功能：盐藻多糖复合物浓度在2 0 0 - - 3 0 0 p g x m l 时对瘤株细胞有明显的抑制作用，即对提高机体免疫功能有一定作用 ”。海洋赤潮生物中的原甲藻，其藻体能吸附重金属离子进行废水处理，对 重金属离子起主要作用的是壁藻多糖刚。 1 2 蛋白质 ， 微藻中含有丰富的蛋白质，其含量是一般植物所无法相比的，如小球 藻蛋白质含量可达5 5 - 6 5 ，螺旋藻中蛋白质可达6 0 - - 7 0 ，杜氏藻 中蛋白质可达4 0 - - 5 0 ，这些微藻蛋白质具有一定的生物活性。 1 2 1 藻胆蛋白 目前对微藻蛋白质研究较多的是藻胆蛋白( p h y c o b i l i ”o t e i n ) ，它 是一种水溶性色素蛋白，具有多方面的应用价值。i t o h 等“”( 1 9 9 3 ) 报道 螺旋藻藻蓝蛋白能显著提高机体的体液免疫和细胞免疫的能力，特别是小鼠 受氢化可的松损伤后，藻蓝蛋白对其免疫功能有一定的恢复作用，因此藻蓝 蛋白有望成为肿瘤放化治疗中并用的生物反应修饰剂应用于临床。张成武等 3 ( 2 0 0 0 ) 报道螺旋藻藻蓝蛋白对人血癌细胞株h l 一6 0 、k - 5 6 2 和u 9 3 7 这三 种肿瘤细胞均有不同程度的抑制作用并存在浓度剂量效应，高浓度抑制作用 最强。藻胆蛋白具有性质稳定、荧光量子产率高、背景干扰小、易于同生物 素抗体和糖蛋白等大分子交联等特点，作为新一代的荧光探针在临床诊断、 免疫学、细胞生物学、组织化学、分子生物学等方面可代替同位素和酶作标 记物“。 1 2 2 凝集素 凝集素是一类非免疫起源的、非酶的、可促进细胞凝集的蛋白质或糖 蛋白，它具有对糖、糖蛋白、糖脂高度亲和并专一结合的特征“，具有凝集 细胞、抑制肿瘤细胞增殖、激活淋巴细胞、抑制血小板凝集等多种功能的生 物活性。与高等植物凝集素相比，藻类凝集素的研究较少而且起步晚，主要 来自大型海藻方面“。微藻种类繁多，分布广泛，与其它植物一样，也应 该含有丰富的凝集素资源。m o e k l e r 等。”( 1 9 9 2 ) 对5 种微藻的水提物进行 凝集活性测定。发现仅有经蛋白酶处理过的p o r p h y r i d i u mc r u e n t u m 对人的 红细胞显示凝集活性；h o r i 等“7 3 ( 1 9 9 6 ) 对一些海洋微藻中的凝集素进行了 初步的筛选，通过细胞的凝集作用证实了某些海洋微藻细胞表面存在凝集素 分子受体，并从它们的p b s 粗提液中检测到凝血活性；y u i e h i r os a t o 等m 3 3 ( 2 0 0 0 ) 从淡水微藻阿氏颤藻o s c i l l a t o r i aa g a r d h i i 中分离纯化到一种新的凝 集素；郑怡等“”( 2 0 0 3 ) 从蛋白核小球藻中分离纯化到了一种凝集素( c p l ) ， 证实了淡水微藻细胞中含有凝集素。m i l s u r uj i m b o 等啪1 ( 2 0 0 0 ) 从铜绿微 囊藻m i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a 中分离纯化到凝集素并克隆和鉴定了该凝集素 的基因编码。这些研究结果对深入探讨微藻凝集素的生理功能具有重要意 义。 1 2 3 蛋白质其它生物活性和应用 螺旋藻的粗蛋白占藻体干重的6 0 以上，其蛋白质与卵黄蛋白质及 人血清蛋白相似，极易被人体吸收，消化率可达9 5 ，可作为优良食品和 饲料。从c h l o r e l l a v u l g a r i s 中提取的耐高温的球蛋白，有抗肿瘤活性，具有 开发为化疗辅助剂的潜力；c r y p t o p h y c i n s 是从念珠藻n q s t a c s ps t r a i n g s v 2 2 4 提取的多肽，对小鼠异种移植的乳癌，卵巢癌，克隆癌，胰腺癌具 有强的活性，很有可能成为临床药物。”。 对藻类蛋白质报道具有抗菌活性的极少，只有m e l o 等( 1 9 9 7 ) 报 道一种红藻( 沙菜) 的粗蛋白具有抗真菌作用及从墨角藻中提取的类凝集素 ( 一种蛋白质) 能抑制大肠杆菌和脑膜炎双球菌生长，对微藻抗菌蛋白的研 究几乎空白。 1 3 脂肪酸 国外早在2 0 世纪5 0 年代就对微藻的脂肪酸含量进行了研究，到目前 为止，已测定了上百种微藻的脂肪酸，其中，多不饱和月旨肪酸( p u f a ) 对 人类具有比较重要的生理与保健功能。d h a 是人体必须脂肪酸，在营养强 化、预防动脉粥样硬化和心血管疾病、降低血浆中胆固醇和甘油三酯水平、 减轻炎症等方面有明显疗效。在水产养殖上，d h a 和e p a 又是水产经济动 物幼体生长发育所必需。a a 在细胞内可发挥第二信使作用，参与造血与 免疫调节，引起血管舒张，参与肝胆多种功能的调节及参与神经内分泌与促 进细胞分裂等功能嘲。已有的研究表明，紫球藻p o r p h y r i d i u mc r u e n t u m 2 6 与 4 缺刻缘绿藻p a r i e t o c h l o r & 加c 括口【2 7 i a a 含量占总脂肪酸含量可达4 0 与6 0 ，是生产a a 的最重要来源。 1 4b 一胡萝h 素 盐生杜氏藻在人工养殖的诱导条件下，可积累达细胞干重1 0 n 的天 然b 一胡萝h 素，是生产0 一胡萝h 素的最好天然资源。许多国家如澳大利 亚、美国、以色列、智利、中国等都在进行盐藻养殖、生产胡萝h 素产品。 b 一胡萝h 素不仅仅是维生素a 的前体物质，大量的研究还表明，b 一胡 萝h 素是最有效的自由基消除剂和单线态氧焯灭剂，具有增强机体免疫、改 善视力、预防自内障、减弱化疗和辐射对机体损伤，还具有预防心血管疾病、 防癌、抗癌的特殊疗效。1 。 1 5 虾青素 虾青素属于类胡萝h 素，具有很强的抗氧化功能。其抗氧化性至少是维 生素e 的8 0 5 5 0 倍，它能有效地清除体内的自由基，抑制肿瘤的生长， 对心血管疾病有很好的预防作用，还具有抗炎症、解毒、促进肝脏功能、保 护皮肤以及提高细胞健康等作用“”。目前，虾青索已广泛应用于水产养殖中， 在增加养殖对象着色、提高存活率、促进生长、繁殖、发育等方面具有显著 作用“。欧美及日本等国已批准将其作为安全的动物饲料，此外在保健 品、化妆品及医药方面，虾青色强大的生理功效和广阔的市场前景也引起国 际上的普遍关注。目前，国外已成功实现了虾青素的商业化生产，其市场售 价约为每千克2 5 0 0 美元，且需求量正在迅速上升。“。已发现很多绿藻可以 大量积累虾青素，如红球藻h a e m a t o c o c c u s p l u v i a l & 和c h l o r e l l av u l g a r i ，特 别是红球藻，其基本含量可以达到8 ，是目前发现的虾青素含量最高的生 物，被认为是一种最有开发前景的绿藻。 2 紫球藻生物活性物质及研究进展 紫球藻( p o r p h y r i d i u mc r u e n t u m ) 属于红藻门( r h o d o p h y t a ) 、红毛菜纲 ( b a n g i o p h y c e a e ) 、紫球藻目( p o r p h t r i d i a l e s ) 、紫球藻科( p o r p h y r i d i a e a e ) 5 紫球藻属( p o r p h y r i d i u m ) 、是一种比较原始的、红藻门中唯一的单细胞类 群，具有独特的物理特征，它分布于海水、咸水、淡水及潮湿的土壤中，有 极强的抗盐性，能在含盐量高达3 5 4 6 的环境下正常生长。 紫球藻的细胞形态结构已有相关报道。紫球藻细胞呈球形，胞外包着一 层粘质鞘，粘质鞘是紫球藻细胞生长进入稳定期后大量产生的胞外水溶性粘 多糖一紫球藻多糖形成的，因粘质鞘的相互粘连丽使多个细胞不规则地聚成 一团。 自二十世纪6 0 年代以来，国外许多学者围绕紫球藻的分类、生态营养、 培养及应用等方面进行了研究，取得了良好进展。国内对紫球藻的相关报道 极少，目前文献报道的种类有：p o r p h y r i d i u ma e r u g i n e u m 、p o r p h y r i d i u m p u r p u r e u m 、p o r p h y r i d i u mc r u e n t u m 、p o r p h y r i d i u mm a r i n u m 。在生长过程中， 紫球藻能合成多种有较高经济价值的生物活性物质。据r e b o t l o s of u e n t e s 报 道。”( 2 0 0 0 ) ，p o r p h y r i d i u mc r u e n t u m 的营养成分包括：3 2 1 的可利用碳 水化合物、3 4 1 的粗蛋白、9 5 的脂肪酸和矿质元素( n a 、k 、c a 、m g 、 z n ) 等。 2 1 1 藻胆蛋白 紫球藻细胞内有一个大而呈星状的色素体，内含有丰富的藻红蛋白和 藻蓝蛋白，藻胆蛋白含量可达细胞总蛋白量的5 0 ，其中藻红蛋白占8 4 。 主要是b 一藻红蛋白，它有很好的着色能力，无毒，可以在水产饲料、食品、 软饮料和化妆品中广泛应用，已成为具有较高商业价值的天然色素蛋白。温 少红等。”( 2 0 0 0 ) 研究了紫球藻的光谱特征，1 3 一藻红蛋白量子产率高， s t o k e s 位移大( 可达7 8n l t l 左右) ，且与生物大分子结合后不变性，可作为 理想的荧光标记，以代替放射性同位素标志应用于生物医学研究及i 临床诊 断。 2 1 2 脂肪酸 王长海等汹1 ( 1 9 9 9 ) 用气相色谱分析浓缩的紫球藻脂肪酸样品中脂肪酸 6 的组分及含量，结果表明，紫球藻细胞体内的总脂肪酸含量占细胞生物量于 重的6 8 5 左右，不饱和脂肪酸占总脂肪酸的6 4 2 1 ，其中a a 、e p a 和亚油酸和含量分别占脂肪酸的2 1 、2 6 7 和2 6 7 。不饱和脂肪酸 ( p u f a ) 在生物体内具有重要的生理功能，有很高的药用和保健价值，如 通过控制饮食中脂肪的摄入量，增加p u f a 比例，可以调节人体脂肪代谢， 预防和治疗与此有关的疾病发生。经临床实验证明对心血管疾病有一定疗 效，是大脑营养必不可少，可改善大脑机能、提高记忆力、促进胎儿大脑发 育等。江红霞等。”( 2 0 0 2 ) 研究表明，紫球藻粗脂及其乙醇洗脱组分( 主要 成分为脂肪酸) 对细菌和真菌有一定的抑制作用。 脂肪酸的组成和含量受多种因素影响，可以通过人为控制紫球藻的生长 条件来定向，高度的生产某一类p u f a ，而且紫球藻可以大规模室外培养， 原料来源稳定，提取容易，工业成本较低，是一类极有潜力的e p a 、d h a 和a a 生产来源。 2 1 3 多糖 紫球藻生产阶段进入稳定期后，细胞大量产生胞外多糖并逐渐溶入培养 基中，使其变得十分粘稠，在其细胞膜外层也分布并形成粘性鞘膜，这种多 糖是一种硫酸酯多糖，主要由木糖、葡萄糖和半乳糖等1 0 种单糖组成。“。 王长海等。4 ( 1 9 9 8 ) 研究了紫球藻合成的多糖分布及含量，发现在细胞内外 均有分布，但主要在细胞外。多糖的产量和质量受很多因素的影响，在适宜 条件下，紫球藻多糖产量可达到生物量的5 0 左右。 紫球藻多糖具有多方面的应用价值：( 1 ) 胶体稳定剂：紫球藻多糖具有 独特的胶体性能，被作为胶体稳定剂( 粘合剂、乳化剂、增稠剂等) 广泛应 用于食品、医药、化妆、纺织、印染、冶金、石油等行业。( 2 ) 抗病毒： m i n k o v a 等。”( 1 9 9 6 ) 的研究表明，紫球藻细胞外多糖能抑制流行性感冒病 毒s o f i “8 0 p 3 h 3 n 2 的生长；f a b r e g sj 等m 1 ( 1 9 9 9 ) 从p o r p h y r i d i u m c r u e n t u r a 中提取的水溶物( 主要有效成分为硫酸酯多糖) ，对败血症病毒 7 ( v h s v ) 、非洲猪热病毒( a s f v ) 的体外复制有明显的剂量依赖性阻断作 用：h u l e i h e l 等1 ( 2 0 0 1 ) 研究表明：紫球藻的细胞壁多糖对单疱疹病毒i 型和i i 型( h s v l ，2 ) 及水痘带状疱疹病毒( v z v ) 有明显抗性。因此， 紫球藻是开发抗病毒药物的良好候选物。( 3 ) 抗菌活性：叶锦林等( 2 0 0 4 ) 报道m 1 ，紫球藻多糖提取液及其溶液具有抗病原菌性能，对革兰氏阳性菌 的抑菌作用较为明显。( 4 ) 具有降血脂、降胆固醇、减少癌症发病危险的活 性：a r i e lg i n z b e r g 等( 2 0 0 0 ) 报道“”，用紫球藻粉喂养小鸡，结果其血清 和卵黄中胆固醇水平降低，卵黄脂肪酸构成也发生改变；d v i r ”( 2 0 0 0 ) 用 雄性s p r a g e r - d a w l e y 鼠研究紫球藻对胃肠生理功能和脂类代谢的影响，发 现紫球藻多糖与藻粉及时在较低浓度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；紫球藻多糖可以有效地减少结肠癌等胃肠道 肿瘤的发病风险，在医药和保健品领域具有潜在的应用价值。( 5 ) 消除重金 属对人体的危害：p a l a m a r ul i a n a 报道h 5 1 ( 1 9 9 6 ) ，用p o r p h y r i d i u mc r u e n t u m 等来净化含放射性z n ”离子的污染水体，在藻胶体与放射性悬液接触1 5 分钟内，z n 6 5 + 就被完全化学吸附，滞留于藻胶中。c e c a l a 等报道“”( 1 9 9 7 ) ， u 0 2 2 + 可收集1 4 2 2 9 1 9 的( 双氧铀离子) ，尽管这项技术目前多用于 处理工业污水，但相信随着研究的深入，可以应用于清除人体内富积的重金 属离子及机体产生的自由基，抗氧化、抗衰老，促进人体健康，紫球藻作为 一种绿色保健药品，前景诱人。( 6 ) 紫球藻多糖与褐藻淀粉、褐藻胶、褐藻 多糖酯具有类似的结构和相同的电荷性，但能否象后者一样，具有抗凝血、 抗肿瘤、抗h i v 等功能，或经过化学修饰改造后，能获得更广泛的应用，有 待于进一步研究。 2 1 4 矿质元素 紫球藻细胞还含有丰富的矿质元素。r e b o l l o s of u e n t e s 等“”( 2 0 0 0 ) 报道了紫球藻矿质组成及含量，其中包括许多人体必需的微量元素，如z n 、 m n 、f e 、m g 、c u 、c a 等。紫球藻作为一种绿色保健药物可防治由于各种 r 微量元素缺乏引起的症状。紫球藻可以大规模人工培养，合成藻胆蛋白、脂 肪酸、多糖等多种生物活性物质，应用前景广泛，有很高的经济价值。目前 对其分类、结构、性质、培养繁殖的研究较多，而对其生物学活性与应用方 面的相关报道较少，这是一个有良好发展前景的领域。 3 小球藻生物活性物质及研究进展 2 2 1 小球藻的研究进展 小球藻( c h l o r e l l as p ) 是一种普生性单细胞绿藻，属于绿藻门 ( c h l o r o p h y r a ) 、绿藻纲( c h l o r o p h y c e a e ) 、绿球藻目( c h l o r o c o c a l e s ) 、小球 藻科( c h l o r e l a c e a e ) 、小球藻属( c h l o r e l l a ) ，目前世界上已知的小球藻有十 几种，加上它的变种可达数百种之多。它们能适应不同的生长环境，除能利 用光能培养外，还可以异养培养，另外在人工培养基中也生长较好。小球藻 富含多种有用成分，在特定条件下，其代谢途径改变，积累产物也不同。因 此，长期以来，小球藻不仅是生物学研究中优良的实验材料，也是引人注目 的开发利用对象，日、美、英、以色列和台湾都在进行这方面的研究。 2 2 2 小球藻细胞中有价值的化台物“” 小球藻蛋白质含量高，但蛋白质含量与生长的环境条件有直接关系， 蛋白核小球藻如果生长在良好环境中，其细胞中的蛋白质含量一般不低于 5 0 ，所含的氨基酸种类齐全，其必需氨基酸总量接近鱼粉、啤酒酵母，明 显高于一般植物性蛋白，完全能满足人和动物生长所需。 小球藻细胞中脂类含量的增加主要是脂肪酸积累的结果，脂类含量为 4 5 8 6 ，其不饱和脂肪酸的含量明显高于许多植物“”；其碳水化合物 含量为5 7 3 8 ，一般不少于2 0 。 小球藻细胞中叶绿素含量为4 6 ，高于现在在商业上用于叶绿素提 取的脱水紫苜稽的叶绿素含量( 0 2 ) ；小球藻细胞含有丰富的v a 、v b 、 v x ，其含量与培养时间和环境因子密切相关。总之，小球藻是一种高蛋白、 低糖、低脂肪、低热值、维生素与微量元素全面的绿色营养食品。 9 2 2 3 小球藻的应用 小球藻属分布极其广泛，例如内陆水体及土壤，也有生活在其它生物体 内，在动物体内的称为“动绿球藻”，而在地衣内称为“藻胞”。小球藻属 在培养基中生长、繁殖很快，在特殊培养中能充分利用光能，比高等植物更 多地合成有机物质，故具有很高经济价值。 2 2 3 1 优质食品与饲料“” 在6 0 年代，小球藻主要作为可开发的单细胞蛋白资源，以后又在此基 础上转向生产价值更高的保健品、美容食品和食品添加剂，在台湾和日本成 功地建立了小球藻产业，培养所获得的藻细胞被制成小球藻片、小球藻提取 物与其它保健品，这些产品已很好地占据了市场多年。 小球藻作为食品添加剂，可用于陈大米、发酵大豆制品、豆腐、面食、 乳制品发酵等食品中，在发酵过程中加入小球藻提取液后，造酒原料利用率 大大提高，可能是小球藻提取液中含有促长因子( c g f ) 可促进细胞的生长。 但小球藻生长成本较高，故目前许多国家都在设计粗放生产工艺，将饲 料小球藻与环境治理综合起来，例如在以色列等国设计出将大规模废水处理 与小球藻生产结合起来，而日本正在应用酒糟培养小球藻，p a j 蛋r 藻促进鱼 类饵料原生动物的生长繁殖，使鱼得到充分的饵料。 2 2 3 2 工业方面的应用 小球藻能利用太阳光髓和矿质元素将二氧化碳转变成各种有机物质，目 前美国、日本等均在开展其在工业产品方面的应用研究。( 1 ) 用于油脂和燃 料生产：有些小球藻生产和积累的油脂超过藻体干重的6 0 ，有可能成为 一种好的油脂来源。( 2 ) 用于脯氨酸的生产：有些