流行的流行植物螺旋藻spirulina多细胞丝体的诱变育种

流行的流行植物螺旋藻spirulina多细胞丝体的诱变育种

螺旋体是主要分布在亚热带、亚热带淡水或碱性湖泊中的一条带状蓝藻。它属于蓝藻门、索状藻科和螺旋体科，共有36种。其中32种是淡水，4种是海水。它是最古老的多细胞低等水生植物,细胞内没有真正的细胞核,在显微镜下可见其形态为螺旋丝状,故而得名。螺旋藻喜高温(25~36℃)、碱性(pH值8~12)环境,营光合自养,但也能利用环境中的一些有机物作兼养生长,无性繁殖。现在应用于国内外大规模生产的通常是钝顶螺旋藻(S.platensis)、极大螺旋藻(S.maxima)和盐泽螺旋藻(S.subsalsa)。自然环境中螺旋藻主要分布于中非乍得湖、墨西哥特西科科湖和我国云南永胜程海湖,适于高温碱性环境。1新藻种的筛选目前,对螺旋藻新藻种的筛选方法主要有物理或化学诱变育种和基因工程育种。新藻种的筛选主要通过驯化与自然分离、物理或化学诱变以及基因工程等手段获得。Vonshak提出了选择螺旋藻优良藻种的标准:抗高光抑制、较广温度适应范围、耐高渗透压、较强光合作用、忍受高氧浓度。1.1常用的诱变辐射源常用的物理诱变剂主要有60Co-γ射线、He-Ne激光、YAG激光、半导体激光等,其中60Co-γ射线是最常用的诱变辐射源,LD、YAG可以促进极大螺旋藻生长,60Co-γ可诱导产生高产多糖钝顶螺旋藻。1.2突变细胞的分离和利用常用的化学诱变剂主要有亚硝基胍(NTG)、甲基磺酸乙酯(EMS)等。Riccardi等用1-甲基-3-硝基-1-亚硝基胍(MNNG)对藻丝体进行诱变处理,获得了抗氨基酸类似物的突变体。Cohen等用除草剂SAN-9785作为生长抑制剂,从钝顶螺旋藻和紫球藻中筛选获得突变株,其生长速度及糖脂含量均高于出发株,且钝顶螺旋藻突变株富含γ-亚麻酸。Singh等用NTG处理钝顶螺旋藻,分离出的突变细胞耐甲硝基羟乙唑和3,4-二氯苯-1,1-二甲脲的能力为野生型细胞的3倍。崔海瑞等用不同浓度的甲基磺酸乙酯对钝顶螺旋藻的藻丝体进行处理,得到多种形态的藻丝体。张学成等用甲基磺酸乙酯诱变处理钝顶螺旋藻,筛选得到2株耐低温的藻种。1.3外源dna的缺失基因工程育种因具有较强的目的性,具有较广阔前景。螺旋藻转基因系统的建立需要以下条件:(1)将外源基因导入螺旋藻;(2)避免螺旋藻核酸酶的降解;(3)外源DNA的稳定存在(有独立的oriT或整合到受体的基因组);(4)选择标记的表达。章军等通过基因工程技术构建获得了转Ta1基因螺旋藻,再通过饲喂鳗鱼苗试验表明能有效提高鳗鱼苗体内的胸腺素含量,增强鳗鱼苗的免疫力。谭维娜首次尝试了以螺旋藻作为转基因受体表达乙肝表面抗原,初步探索了研制转基因螺旋藻口服乙肝疫苗的可行性。2使用螺母方案2.1生物活性物质丰富,丰富“宇宙食品”小球藻的营养成分螺旋藻营养丰富,其干粉中的蛋白质含量高达60%~72%,相当于大豆的1.7倍、小麦的6倍、玉米的9.3倍、鸡肉的3.1倍、牛肉的3.5倍、鱼肉的3.7倍、猪肉的7倍、蛋类的4.6倍、全脂奶粉的2.9倍,富含18种氨基酸、12种矿物质、8种维生素和多种生物活性物质,藻体消化率高达84%,远高于被誉为“宇宙食品”的小球藻的73.6%。目前,利用螺旋藻开发的食品种类多样,均以螺旋藻为原料添加到其他常规食物或饮料中,从而得到富有特色的螺旋藻食品,如在面粉中添加螺旋藻干粉制成营养均衡和具有保健功能的螺旋藻面条。2.2藻蓝蛋白的药代动力学螺旋藻中脂肪酸含量较低,其中对人体十分有益的不饱和脂肪酸占很大比例。螺旋藻含铁量高,高达580~646mg/kg。螺旋藻富含其他生物活性成分,如β-胡萝卜素、藻胆蛋白、γ-亚麻酸、内源性酶等,对人体健康非常有帮助。具体功能如下:(1)抗肿瘤。1988年,哈佛医学院的Schwartz等报道了藻蓝蛋白对口腔癌有抑制作用。日本和美国申请了关于藻胆蛋白具有抗肿瘤活性的专利(JP58065216;USP1150726-A82679)。Liu等用半固体琼脂培养法及MTT法证明坛紫菜中的藻蓝蛋白能够显著抑制HL-60细胞的生长,且存在浓度效应和时间效应。螺旋藻藻蓝蛋白(C-PC)对K562(白血病)细胞的抑制效果良好。关燕清等采用光固定法固定藻蓝蛋白到组织培养聚苯乙烯(PSt)基板上,制备生物材料,发现这种新材料对体外肝癌细胞7402有抑制作用。在固定高浓度蛋白质(0.5mg/well)的情况下,光固定化藻蓝蛋白对癌细胞抑制率高于非固定化的藻蓝蛋白。(2)抗病毒。螺旋藻藻胆蛋白也具有一定的抗病毒活性。刘兆乾等申请了关于含藻蓝蛋白的蛋白多糖提取物抗流感病毒的专利。Shih等证实从钝顶螺旋藻中提取的APC存在抗肠道病毒71的活性。(3)抗辐射。螺旋藻多糖与银杏叶有效成分复合应用于抗辐射,能产生协同增效作用,抗辐射作用的强弱与螺旋藻多糖和银杏叶有效成分复合的比例有一定关系,其中螺旋藻多糖与银杏叶有效成分为1∶1时抗辐射作用最好。(4)调节血糖。螺旋藻中存在多糖、镁、铬等多种降糖物质,可通过多种途径(如促进胰岛素分泌、减缓糖吸收、促进物质代谢、抗氧化等)调节血糖代谢。(5)纠正缺铁性贫血。由于螺旋藻含铁量高,且是与藻体中的蛋白质和色素材料结合形成的有机蛋白色素铁,这种铁不受铁吸收抑制因素的影响,将以卟啉铁的形式直接被肠黏膜上皮细胞吸收,故吸收率高。(6)抗血栓。螺旋藻激酶(SPK)可以延缓血液凝固,且随着剂量的增加甚至阻止血液凝固,SPK静脉给药可减缓下腔静脉血栓形成。(7)保护肝脏。富硒螺旋藻(Se-SP)可拮抗肝纤维化,其作用机制可能主要通过提高抗氧化硒酶GSH-Px和TR活性,从而促进肝细胞增殖和功能恢复。另外也涉及提高肝功能贮备和抑制胶原合成等生理生化机理。(8)减缓重金属危害。杨占军等研究表明,旋藻对铅神经毒性起拮抗作用。(9)抗疲劳、抗衰老。螺旋藻多糖能降低小鼠体内丙二醛含量,促进细胞、肝、脑等组织器官中SOD的活性,增强机体抗氧化及抗自由基损伤的能力。3在废水处理方面的应用利用各种废水培养螺旋藻都表明,螺旋藻具有吸收和消耗水体环境中的氮、磷等营养元素以及降解水中有机物的作用。利用废水养殖螺旋藻,一方面使水体得以净化,减轻了水体的富营养化,另一方面,可以得到高附加值的螺旋藻产品。因而将螺旋藻用于废水处理是一项很好的生物治污措施,国内外都有利用养殖螺旋藻等微藻净化废水的报道。马来西亚西米(sago)淀粉厂用螺旋藻净化废水取得了成功。陈慈美等利用生活污水培养螺旋藻,结果表明,当螺旋藻在生活污水中培养10d,对污水中CODc去除率可达91%,NH4+-N、NO3--N和PO43--P去除率分别为97%、97%和57%。此外,韩国科学家用甲基磺酸乙酯培育出编号为M2OCJK3的螺旋藻菌,它对二氧化碳的固定率可稳定在21.8g/(d·m2),比广为人知的CJ590型螺旋藻高13%。4螺轮溶胶ro和极大螺钉spirulage作为地球上最古老的光合生物之一,螺旋藻已在地球上生存了近35亿年之久,但其被人类发现和培养的历史却仅有100多年。实现工业化规模培养的螺旋藻主要有2种,即钝顶螺旋藻(SpirulinaplatensisGeilter)和极大螺旋藻(SpirulinamaximaGeilter)。在过去的几十年里,人们在螺旋藻种的驯化、选育和工业化培养方面开展了大量工作,并积累了相当的经验,它的生理生化以及分子遗传研究也受到了广泛的关注,但在应用方面还有很大潜力可挖。螺旋藻,营养成分丰富、全面而均衡,已成为世界性保健食品,且被医学