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雨生紅球藻內蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)的合成

雨生紅球藻內蝦青素(astaxanthin蝦紅素)的合成

紅球藻細胞內的蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)

    蝦青素ASTA又名蝦紅素)在紅球藻細胞內合成和積累會影啊其產量。Sprey認為次生類胡蘿卜素可以在葉綠體中合成,并且可像廣大高等植物的葉綠素一樣參與光和作用。但是,SantosMesquita通過電鏡觀察發現,蝦青素不是在細胞器內,而是在細胞內質網外面的透明質內合成。合成的蝦青素質粒最初以顆粒形式存在于核周質附近,沒有生物膜,互相也不容易融合。成熟的蝦青素呈各種形狀,包括長絲狀、棒狀和顆粒狀。

    蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)的積累

    紅球藻在最適生長條件下,藻細胞產生葉綠素A、葉綠素B以及初生類胡蘿卜素,特別是β-胡蘿卜素葉黃素。這時藻細胞為綠色,呈橢圓形,細胞生長率很高。當營養條件受到限制或在不利環境下,紅球藻的光合速率與光合作用產物利用速率不平衡,導致碳水化合物的積累,脂肪酸和類胡蘿卜素的增加,特別是蝦青素的快速積累。這時紅球藻的細胞變大,顏色也由綠色變為紅色。

    ASTA蝦青素的含量及合成速率在紅球藻的生活周期中顯著不同。蝦青素的積累速率在游動細胞和不動細胞中是一樣的,游動細胞蝦青素的含量下降是因為它的合成速率低于細胞的分裂速度。任何因素,如不利的生長條件和細胞分裂抑制物的產生等,都可引致細胞分裂速度下降,從而導致個體細胞內蝦青素的快速積累。根據紅球藻分批培養的結果,發現蝦青素的生成速率在紅球藻的不同生長階段是不同的,紅球藻生長后期的蝦青素積累明顯高于生長早期。

    外界條件對細胞蝦青素(astaxanthin又名蝦紅素)積累的影響

    許多環境如光照、營養等都可以影響蝦青素的形成,這些因素常常通過細胞內綜合代謝而發生作用。

    1)光照度  光照度不但對紅球藻的生長是一個非常重要的因素,而且對紅球藻蝦青素的合成也是很重要的。普遍認為光照度對紅球藻的生長,特別是對紅球藻內蝦青素的合成是必需的。相反,也有人認為蝦青素的合成可以在黑暗中進行,只是蝦青素的合成速率在光照條件下比黑暗條件下高7倍。強光對紅球藻的生長不利,特別是在紅球藻的生長早期,強光顯著地抑制紅球藻的生長誘導促進蝦青素的合成。紅光比藍光對紅球藻的生長有利,而藍光對蝦青素的積累有利。

    2)溫度溫度對紅球藻蝦青素的生物合成的影響與光照度很相似,較高的溫度可以促進蝦青素的生物合成。據Tjahjono等報道,在30℃條件下,紅球藻的產量比20℃培養條件高25倍。但是,Borowitzka認為,最適合紅球藻光合自養的溫度在2528℃之間。溫度高于30℃時,紅球藻的生長受到抑制。所以,較高的溫度促進細胞內蝦青素含量的增加,適用于紅球藻培養的后期。

    3)溶解氧  較低的溶解氧(50%)有利于紅球藻自養生長,而飽和的溶解氧則有利于紅球藻的異養生長。溶解氧對紅球藻蝦青素含量的影響尚有待研究。

    4PH  PH值對對紅球藻蝦青素細胞含量的影響目前尚未有詳細報道。一般認為,最適合于紅球藻生長的pH值為中性至微堿性,雖然紅球藻在pH=11的條件下仍然可以生長和成活,但其生長速率很低。

    5)培養液的流體剪切力的影響  通過對攪拌速度對紅球藻的生長和蝦青素的影響的研究,發現如果流體剪切力高于0.05NM,則會阻礙紅球藻的生長,促進蝦青素的合成。

    6)培養基的優化   醋酸鹽是應用于紅球藻混合培養的比較好的碳源,它除了容易被紅球藻利用于生長外,也很容易被紅球藻吸收參與蝦青素的合成。

     對于氮源的需求,科學家有不同意見,大多數認為低濃度的氮源對蝦青素的合成有利。    Goodwin報道,如果紅球藻在含有醋酸鹽的培養基中,高濃度的氮源有利于蝦青素的合成;此外,較高的亞鐵離子濃度有利于蝦青素的合成;低濃度的磷酸鹽可以促進蝦青素的合成,但并不顯著抑制紅球藻的生長。

    7)環境條件的優化   除了對培養基的優化,其他環境條件如溫度、PH、光照、溶解氧的優化組合對于提高紅球藻蝦青素的生長率也非常重要。但是適于紅球藻生長與蝦青素合成的條件往往是互相矛盾的,即當環境條件如溫度,PH值、光照、溶解氧、培養基成分和濃度有利于紅球藻生長時,蝦青素的合成速率通常較低;而蝦青素快速合成的時期發生在不利于紅球藻生長的環境條件下。

    可采用分步培養的方法生產蝦青素:首先利用紅球藻的最優生長條件促使紅球藻細胞于物質增加,然后改變條件使紅球藻能快速合成蝦青素ASTA又名蝦紅素)。

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