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雨生红球藻内虾青素(astaxanthin又名虾红素)的合成

雨生红球藻内虾青素(astaxanthin虾红素)的合成

红球藻细胞内的虾青素(astaxanthin又名虾红素)

    虾青素ASTA又名虾红素)在红球藻细胞内合成和积累会影啊其产量。Sprey认为次生类胡萝卜素可以在叶绿体中合成,并且可像广大高等植物的叶绿素一样参与光和作用。但是,SantosMesquita通过电镜观察发现,虾青素不是在细胞器内,而是在细胞内质网外面的透明质内合成。合成的虾青素质粒最初以颗粒形式存在于核周质附近,没有生物膜,互相也不容易融合。成熟的虾青素呈各种形状,包括长丝状、棒状和颗粒状。

    虾青素(astaxanthin又名虾红素)的积累

    红球藻在最适生长条件下,藻细胞产生叶绿素A、叶绿素B以及初生类胡萝卜素,特别是β-胡萝卜素叶黄素。这时藻细胞为绿色,呈椭圆形,细胞生长率很高。当营养条件受到限制或在不利环境下,红球藻的光合速率与光合作用产物利用速率不平衡,导致碳水化合物的积累,脂肪酸和类胡萝卜素的增加,特别是虾青素的快速积累。这时红球藻的细胞变大,颜色也由绿色变为红色。

    ASTA虾青素的含量及合成速率在红球藻的生活周期中显著不同。虾青素的积累速率在游动细胞和不动细胞中是一样的,游动细胞虾青素的含量下降是因为它的合成速率低于细胞的分裂速度。任何因素,如不利的生长条件和细胞分裂抑制物的产生等,都可引致细胞分裂速度下降,从而导致个体细胞内虾青素的快速积累。根据红球藻分批培养的结果,发现虾青素的生成速率在红球藻的不同生长阶段是不同的,红球藻生长后期的虾青素积累明显高于生长早期。

    外界条件对细胞虾青素(astaxanthin又名虾红素)积累的影响

    许多环境如光照、营养等都可以影响虾青素的形成,这些因素常常通过细胞内综合代谢而发生作用。

    1)光照度  光照度不但对红球藻的生长是一个非常重要的因素,而且对红球藻虾青素的合成也是很重要的。普遍认为光照度对红球藻的生长,特别是对红球藻内虾青素的合成是必需的。相反,也有人认为虾青素的合成可以在黑暗中进行,只是虾青素的合成速率在光照条件下比黑暗条件下高7倍。强光对红球藻的生长不利,特别是在红球藻的生长早期,强光显著地抑制红球藻的生长诱导促进虾青素的合成。红光比蓝光对红球藻的生长有利,而蓝光对虾青素的积累有利。

    2)温度温度对红球藻虾青素的生物合成的影响与光照度很相似,较高的温度可以促进虾青素的生物合成。据Tjahjono等报道,在30℃条件下,红球藻的产量比20℃培养条件高25倍。但是,Borowitzka认为,最适合红球藻光合自养的温度在2528℃之间。温度高于30℃时,红球藻的生长受到抑制。所以,较高的温度促进细胞内虾青素含量的增加,适用于红球藻培养的后期。

    3)溶解氧  较低的溶解氧(50%)有利于红球藻自养生长,而饱和的溶解氧则有利于红球藻的异养生长。溶解氧对红球藻虾青素含量的影响尚有待研究。

    4PH  PH值对对红球藻虾青素细胞含量的影响目前尚未有详细报道。一般认为,最适合于红球藻生长的pH值为中性至微碱性,虽然红球藻在pH=11的条件下仍然可以生长和成活,但其生长速率很低。

    5)培养液的流体剪切力的影响  通过对搅拌速度对红球藻的生长和虾青素的影响的研究,发现如果流体剪切力高于0.05NM,则会阻碍红球藻的生长,促进虾青素的合成。

    6)培养基的优化   醋酸盐是应用于红球藻混合培养的比较好的碳源,它除了容易被红球藻利用于生长外,也很容易被红球藻吸收参与虾青素的合成。

     对于氮源的需求,科学家有不同意见,大多数认为低浓度的氮源对虾青素的合成有利。    Goodwin报道,如果红球藻在含有醋酸盐的培养基中,高浓度的氮源有利于虾青素的合成;此外,较高的亚铁离子浓度有利于虾青素的合成;低浓度的磷酸盐可以促进虾青素的合成,但并不显著抑制红球藻的生长。

    7)环境条件的优化   除了对培养基的优化,其他环境条件如温度、PH、光照、溶解氧的优化组合对于提高红球藻虾青素的生长率也非常重要。但是适于红球藻生长与虾青素合成的条件往往是互相矛盾的,即当环境条件如温度,PH值、光照、溶解氧、培养基成分和浓度有利于红球藻生长时,虾青素的合成速率通常较低;而虾青素快速合成的时期发生在不利于红球藻生长的环境条件下。

    可采用分步培养的方法生产虾青素:首先利用红球藻的最优生长条件促使红球藻细胞于物质增加,然后改变条件使红球藻能快速合成虾青素ASTA又名虾红素)。

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