各類脅迫下小球藻抗氧化活性物質的分析

牛家蕾

摘 要：藻細胞生命活動過程中，除自身有氧代謝產生活性氧（ROS）外，外源脅迫因子也可引起細胞內ROS的積累。藻類同其它植物細胞一樣為保護自身免受傷害而形成了一套抗氧化防御系統(tǒng)，用以清除藻細胞內ROS。抗氧化活性物質有助于優(yōu)化人體的生理功能，從而有助于保持健康狀態(tài)并預防疾病。本文總結了各種脅迫下，小球藻抗氧化活性物質含量的變化，并對其發(fā)展前景作出展望，為小球藻的開發(fā)利用提供更好的依據(jù)，也為制作小球藻類食品、保健品等提供更好條件，以創(chuàng)造更大的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：小球藻;抗氧化物;類胡蘿卜素

1 引言

小球藻屬綠藻門，綠藻綱，綠球藻目，卵囊藻科，小球藻屬，是一種普生性球形單細胞藻類，生態(tài)分布極廣，在淡水、海水中均有發(fā)現(xiàn)，光合作用非常強，是其他植物的幾十倍。其含有豐富的蛋白質、維生素、礦物質、食物纖維、核酸及葉綠素等，是維持和促進人體健康所不可缺少的營養(yǎng)素，特別是含有令人注目的生物活性物質糖蛋白、多糖體以及高達13%的核酸等物質。具有抑制癌細胞增殖，降低血清膽固醇含量，排除毒素，迅速修復機體的損傷等功能。所以被認為是可持續(xù)和豐富的天然抗氧化物的來源，小球藻更是因為其生命周期短，增長速度快，光合作用能力強，易于培養(yǎng)，能夠減少大面積種植的空間，且無副作用，在各類食品或飼料添加劑中脫穎而出，成為天然的抗氧化劑來源。從全球角度來看，為基于小球藻類的食品、醫(yī)藥品、化妝品及保健品創(chuàng)造了巨大的潛在市場。

2 不同脅迫對小球藻抗氧化物質的影響

從其棲息地分離出來的任何生物的生長條件都是特定于物種/株系的，但在極端情況下，它們會產生某些代謝物以克服和適應壓力條件，小球藻對非生物脅迫因子顯示出極大的適應性，并產生有價值的代謝產物。

2.1高光

可用光是生產幾種類胡蘿卜素的最嚴重的限制因素之一。光強度以及光周期會影響各種微藻物種的生長，生物量和其他的代謝產物。并且適當?shù)墓庹沼兄谛∏蛟寮毎麅萐OD、CAT、POD等抗氧化酶活性的增加，但是高強度的光照脅迫下，隨著強度的增加和輻射時間的增長，小球藻細胞產生的過量ROS 會攻擊其抗氧化防御系統(tǒng)，破壞超微結構，使生物大分子如DNA等出現(xiàn)斷裂或交聯(lián)。小球藻的抗氧化防御系統(tǒng)會受到攻擊，動態(tài)平衡將被打破，藻細胞體內 ROS 的產生速度超出了抗氧化防御系統(tǒng)的清除能力，過量的 ROS 對藻類造成氧化脅迫，使其在細胞水平和分子水平產生不可逆的損傷，嚴重時引起細胞代謝紊亂，并最終抑制藻體生長和發(fā)育。

2.2 溫度

溫度脅迫成為限制小球藻生長的主要因素之一。溫度在微藻細胞內類胡蘿卜素的積累中起著重要作用。較高的溫度由于光氧化應激增加而導致類胡蘿卜素在微藻物種中的積累增加。如表2所示，溫度會影響雨生紅球藻中蝦青素的合成。因為ROS的光合作用，這會導致蝦青素的積累。但是高溫很少用于誘導蝦青素的生產，因為據(jù)報道，高溫會極大地降低生物量的產量，從而導致蝦青素的生產總體上減少。在鹽藻杜氏鹽藻中，高溫導致葉黃素積聚。在原球藻中也觀察到類似的趨勢。溫度是影響藻類生長的關鍵性因素。高溫可在短時間內抑制小球藻的生長，并且通過引起細胞超微結構的變化、抗氧化酶活性的降低、光合色素及蛋白質合成能力的下降等，使小球藻難以完成正常生理活動，使其生長受到脅迫。

2.3 鹽

鹽是維持小球藻正常生長的重要因子，濃度過高或過低都會對小球藻的生長產生影響，尤其對小球藻色素、抗氧化防御系統(tǒng)活性、DNA等影響較大。鹽度對藻類的影響在不同的生境中差異很大。由于有效的滲透調節(jié)作用，幾種微藻可以耐受一定的鹽度水平，鹽度的增加會增加氮和碳的含量，從而迫使細胞產生氨基酸以應對高鹽度。鹽分脅迫可以進一步刺激總類胡蘿卜素的產生。鹽度的增加會增加氮和碳的含量，從而迫使細胞產生氨基酸以應對高鹽度。鹽度對小球藻的生長和類胡蘿卜素形成的影響是復雜的。鹽度會影響總體β-胡蘿卜素含量。在鹽脅迫下，一些微藻中的蝦青素含量增加。然而，也有微藻不能耐受高濃度的鹽，高于2M NaCl的鹽濃度降低了某微藻葉黃素含量。鹽分脅迫可以進一步刺激總類胡蘿卜素的產生。但是，任何過量的物質都會損害微生物的代謝系統(tǒng)。

2.4 其他

由于在異養(yǎng)條件下小球藻不能有效利用外部碳源，而葡萄糖是光合作用的最終產物，任何在光照下生長的生物體都可以有效利用葡萄糖。研究表明蝦青素的產量隨著葡萄糖濃度的增加而增加。而葡萄糖濃度的增加進一步增加了小球藻中的葉黃素含量。在混合營養(yǎng)條件下，小球藻生長速度和蝦青素的產生均有所增加。因此，不同的養(yǎng)分，例如氮和碳，會影響小球藻的生長，而其他參數(shù)，例如生長速度和色素含量，也會影響小球藻的生物化學組成。總之，營養(yǎng)混合型栽培更傾向于提高小球藻物種的生物量，脂質和類胡蘿卜素產量。

2.5 總結

小球藻生長過程中，會形成一套清除ROS的抗氧化防御系統(tǒng)，它可以在藻體受到活性氧攻擊時，減輕機體損傷，多種抗氧化活性物質含量會增加，但是當各類脅迫壓力過高時，活性氧的產生速度遠遠超出抗氧化防御系統(tǒng)的清除能力時，過量的活性氧會導致小球藻細胞蛋白質功能喪失、細胞超微結構受損、引起DNA損傷與突變，更加嚴重時會引起細胞代謝紊亂等，抑制抗氧化活性物質的產生，最終抑制小球藻藻體的生長發(fā)育。可以在不同的階段進行不同脅迫處理以實現(xiàn)生物質和抗氧化物質的積累。生物質和類胡蘿卜素的增加可通過兩階段過程實現(xiàn)，其中第一階段富含氮和磷酸鹽的生長培養(yǎng)基可獲取更高的生物量，而在對數(shù)后期的第二階段，適當?shù)母啕}度和高光強度可進一步提高產量和類胡蘿卜素。

3前景

小球藻可以產生多種抗氧化劑，在食品，飼料，農業(yè)和制藥行業(yè)中得到了廣泛應用。小球藻作為營養(yǎng)保健品和人類健康的抗氧化劑提供者有很大的發(fā)展?jié)摿Α？寡趸瘎┗钚钥赡芘c微藻中抗氧化劑分子的含量高和多樣性有關，小球藻是多種抗氧化劑分子的來源。比如蝦青素是一種“水生”類胡蘿卜素，以其健康特性而聞名。

小球藻也可以提供其他抗氧化劑分子來源，例如類霉菌素氨基酸（MAAs），它們可作為抗紫外線的防曬劑，還具有抗氧化和滲透保護活性。此外， 在某些微藻中產生的滲透液二甲基磺酸丙二酸酯（DMSP）及其酶解產物二甲基硫化物（DMS）也顯示出抗氧化活性。

在小球藻中還存在其他在高等植物中廣為人知的具有強大抗氧化活性的科目，盡管與陸生植物相比，它們在微藻類中的研究程度通常要低得多（例如酚類化合物，固醇和維生素）。酚類化合物，包括幾類類黃酮，如異黃酮，黃烷酮，黃酮醇和二氫查耳酮，對肝臟具有保護作用，這是與ROS相關疾病的主要靶標之一。微藻甾醇在低膽固醇血癥和帕金森氏病等神經系統(tǒng)疾病中具有有益的健康作用，還具有抗癌和抗炎活性。

小球藻也是維生素的豐富來源，例如維生素E，D和C，以及β-胡蘿卜素（維生素原A），煙酰胺，硫胺素，核黃素和生物素等。從微藻中分離出來的硫酸多糖還顯示出相關的抗氧化特性，并具有對超氧化物基，羥基和過氧化氫的有效清除能力。此外，小球藻也是蛋白質酶，肽和氨基酸的豐富來源，這些是細胞和組織正常生理活動所必需的，并且具有很強的健康保護作用。

綜上所述，小球藻有著很大的發(fā)展前景和潛力，在農業(yè)上可以用作各類飼料添加劑，和食品中的天然抗氧化物添加劑;還可用于各大保健品中;其中的蝦青素、煙酰胺等物質也常常添加于護膚品和化妝品中。