雨生红球藻诱导积累虾青素是从细胞核开始的吗

您的位置:虾青素 > 功效与作用

来源:虾青素品牌网 2019-07-14

比较有意思的是雨生红球藻受到胁迫的时候,也就是有危险的时候开始积累虾青素(astaxanthin)。

雨生红球藻的扩大化培养时期镜检结果如图4所示,从左到右依次是绿色游动细胞(motile cell)、动孢子或游孢子(zoospore)、静孢子或不动孢子(aplanospore)和静细胞或不动细胞(non- motile cell)。镜检结果显示雨生红球藻生长良好,培养物中无其它杂藻的污染,观察到的藻细胞形态也与资料显示的无太大差别,在不同的培养时间里可以观察到生活周期中不同细胞形态的雨生红球藻。

图4  10×100倍下培养期雨生红球藻的镜检照片

Fig 4 Microscopic pictures of Haematococcus pluvialis culture at 10 × 100 times

■细胞中的虾青素从细胞中部的细胞核开始逐渐积累

雨生红球藻的诱导期的镜检结果如图5所示,从镜检结果可以看出,诱导时期雨生红球藻细胞体积明显变大,细胞中的虾青素从细胞中部的细胞核开始逐渐积累,细胞也由原来的游动绿色转变为静止红色。诱导后期大量的雨生红球藻细胞聚集成团。

图5  10×100倍下诱导期雨生红球藻的镜检照片

Fig 5 Microscopic pictures of induced Haematococcus pluvialis under 10 × 100 times

扩大化培养阶段培养物的参数检测结果如表4.1和图4.3、图4.4和图4.5所示。雨生红球藻的生活周期一般为15天,本次试验由于由于培养温度(10±1℃)比雨生红球藻的最适生长温度(25℃~28℃)低很多,所以细胞生长的极其缓慢,培养时间达到25天。从图4.3整体可以看出,培养物的OD值和细胞密度随时间的增减趋势基本保持一致。在不添加新鲜培养基的体系中,典型的细菌生长曲线 [36] 包括5个时期,分别为适应期(lag phase)、对数期(logarithmic phase)、减速期(deceleration phase)、平衡期(stationary phase)和死亡期(decline phase),该生长规律也适合藻类细胞的生长过程。

在培养的前3天,藻细胞密度和OD值增长的很缓慢,该段时间可以视为雨生红球藻生长的适应期,是雨生红球藻细胞适应新生长环境的时期。适应期的长短与藻的种类、接种藻量、藻龄以及营养物质等不同而异,实际生产中为缩短成产时间,降低成本,往往要求适应期应尽量的短。

■第4~17天是雨生红球藻生长的对数生长期

在培养的第4~17天,藻细胞密度迅速上升,OD值也随时间呈现直线上升的趋势,该段时间可以近似的视为雨生红球藻生长的对数生长期。在对数生长期中若没有抑制或限制细胞生长的因素存在,细胞将保持一个恒定的最大的比生长速度生长,以此,在实际生产中常常将该时期的藻细胞重新接种到新鲜的培养基中进行工业生产,可以有限的缩短细胞的生长的适应期,在短时间内获得高密度细胞培养物。因此对数生长期也是保留藻种的最佳时期,本试验也在10天左右进行了藻种的保存,供以后的实验者培养使用。

理论上来说,雨生红球藻活细胞数在对数生长期时,以稳定的几何级数极快增长,并且培养物的OD值与细胞密度呈正比。以该对数生长期的细胞密度为横坐标以对应的OD值为纵坐标,绘制细胞密度和OD值关系曲线,如图9所示。结果表明,OD值在0.04~0.24,培养物光密度OD值和细胞密度之间满足线性关系:OD560=0.0076N-0.0008。其中N表示雨生红球藻细胞密度(104个/mL),相关系数R2=0.8839>0.735,说明相关关系显著,可利用培养物的OD值来测定细胞密度 [37] 。需要注意的是,该公式只适合用于测定处于对数生长期的雨生红球藻细胞密度。

■第18天近似的视为雨生红球藻生长的平衡期

当培养到第18天时,雨生红球藻的游动细胞的细胞密度达到最大值,在5.0×105个/mL左右。第19~23天的细胞密度变化很小,这段时间可以近似的视为雨生红球藻生长的平衡期。这时培养基中营养成分尤其是氮、磷元素的缺乏使雨生红球藻的生长环境从有利状态变为胁迫状态,大部分的雨生红球藻已经停止分裂,游动细胞数目急剧减少,细胞进入休眠状态。此时培养基的营养成分已不能满足雨生红球藻的正常生长,细胞开始自行积累虾青素,镜检观察也发现部分细胞的中间部分已经变红,此时可以进行雨生红球藻诱导

■酸碱度对雨生红球藻的影响

在整个培养过程中虽然对培养物的pH进行了检测和记录,但忽略了其对雨生红球藻生长的影响。在后期查阅资料 [33] 后也发现,雨生红球藻细胞培养时培养物的pH值会随着细胞的增值而上升,这意味着雨生红球藻正处于对数生长期。但当pH值超过最适范围甚至生长的适应范围时,雨生红球藻的生长达到顶点,随后生长下降。

图6  雨生红球藻培养期细胞密度、OD值随时间变化曲线图

Fig 6 The curves of cell density and OD changes during the cultivation

图7  雨生红球藻培养期细胞的生长曲线图

Fig 7 The growth curve of Haematococcus pluvialis

结合图6和图7可以清楚地看出此规律。如果能及时调整培养物的酸碱度,使pH值保持在最适范围,则雨生红球藻能继续生长繁殖,一船采用加酸的办法来降低菌液的酸碱度,醋酸、乳酸和盐酸部可使用,最常用的是醋酸。

■氮饥饿更有利于雨生红球藻积累虾青素

雨生红球藻诱导积累虾青素期间,通过对每组的诱导物计数观察可以看出,第1组的两个平行中细胞密度都有不同程度的上升,原因是第1组的培养基是全营养培养基,在诱导初期,部分还处于游动状态的细胞可以利用新鲜培养基中的营养成分分裂增殖,但随着诱导的进行,长时间的高强度光照抑制了细胞的增值,细胞密度基本保持不变,虾青素开始大量积累。第2组和第3组的细胞密度自始至终都基本不变,氮元素和磷元素的缺乏抑制了细胞的增值。第4组的细胞密度显著降低,原因是高浓度的含盐培养基使得还未形成厚壁孢子的雨生红球藻细胞失水死亡,仅有小部分成为厚壁孢子的雨生红球藻存活了下来并开始积累虾青素。

图8  雨生红球藻培养期pH值随时间变化曲线图

Fig 8 The curves of pH changes during the cultivation of Haematococcus pluvialis

本次试验诱导的时间很长,前5天的颜色都没有明显变化,直到第6天第3组才表现出红色。原因可能是诱导培养基中含有Fe+2,有研究显示 [41] ,培养基中Fe+2的存在会延长雨生红球藻积累虾青素的周期,有时会引起诱导期的雨生红球藻变白死亡。

从图8的结果可以看出,第2组雨生红球藻细胞中的类胡萝卜素的质量和虾青素的百分含量最高,其次是第1组,含量最低的是第4组。由此得出结论,在其它诱导条件一致的情况下,相对于全营养、磷饥饿和盐胁迫来说,氮饥饿更有利于雨生红球藻积累虾青素

■参考文献

[33] 欧阳琴. 雨生红球藻的培养及其虾青素提取 [D]. 福建: 福州大学侨兴轻工学院, 2004:24-25.

[36] 梁世中. 生物工程设备(第2版)[M]. 中国轻工业出版社, 2011: 4-5. 

[37] 蒋霞敏, 柳敏海, 任凯来. 化学因子对雨生红球藻诱变株虾青素积累的调控[J]. 宁波大学学报: 理工版, 2005, 18(3): 306-312.

上一篇:astaxanthin虾青素含量的测定方法:美国Cyanotech公司测定方法

下一篇:虾青素的功效和作用,日本学者的三个实验揭示出主要效果

热门阅读:

虾青素功能是什么,为什么说虾青素是第4代抗氧化剂

虾青素的功效和作用,日本学者的三个实验揭示出主要效果

哪个牌子的虾青素好,以美国纽瑞可牌百奥斯汀软胶囊举例

虾青素哪个牌子好:4种生产方法对比

猜你喜欢:

你现在的位置:虾青素 > 功效与作用>雨生红球藻诱导积累虾青素是从细胞核开始的吗