雙氯芬酸鈉調控雨生紅球藻生長的影響研究

彭立成 謝鄭松 阮經盛 夏道演

摘 要：經濟在快速發展，社會在不斷進步，藥物和個人護理品是一類微量有機污染物，難以進行生物化學降解，大多數經生活、工業和醫藥廢水等排入水環境中，對人類安全和生態環境產生了巨大安全風險。雙氯芬酸及其鈉鹽，作為一種典型的藥物和個人護理品，是非甾體類抗炎鎮痛藥，與同類藥物相比，雙氯芬酸鈉（DCF）具有療效好、簡便安全和經濟實用等優點，在多個國家和地區的醫藥行業中被廣泛使用。由于DCF的大量使用，再加上其半衰期長、殘留量高的原因，使得DCF廣泛出現在水體中。

關鍵詞：雨生紅球藻;雙氯芬酸鈉;蝦青素;油脂;多糖

引言

雨生紅球藻（Haematococcuspluvialis）是一種單細胞的淡水綠藻，在分類學上屬于綠藻門（Chlorophyta），綠藻綱（Chlorophyceae），團藻目（Volvocales），紅球藻科（Haematococcaceae），紅球藻屬（Haematococcus）。雨生紅球藻的生活史較復雜，其生長階段大體可分為營養生長階段和生產蝦青素階段。環境適宜的條件下，雨生紅球藻以綠色游動的營養細胞存在，在此階段細胞生長旺盛，繁殖迅速，生物量猛增，但其體內蝦青素合成量較低;當雨生紅球藻處于脅迫環境中時，鞭毛退化，進入靜止階段，形成不動細胞，此時細胞內大量積累蝦青素。

1雨生紅球藻中蝦青素的生物合成

蝦青素合成需要以初級類胡蘿卜素的β-胡蘿卜素（β-Carotene）為前體，β-胡蘿卜素合成的前體物質為異戊烯焦磷酸（Isopentenylpyrophosphate，IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸（Dimethylallylpyrophosphate，DMAPP），其中雨生紅球藻中的IPP是通過非甲羥戊酸途徑合成的，DMAPP是由IPP異構酶（IPI）催化IPP生成的。首先，3個IPP分子在牻牛兒牻牛兒焦磷酸合成酶（GGPPsynthase，GGPS）的作用下被依次添加到DMAPP中產生C20牻牛兒牻牛兒焦磷酸（Geranylgeranylpyrophosphate，GGPP）。兩個GGPP分子的頭對尾縮合在八氫番茄紅素合成酶（Phytoenesynthase，PSY）催化下得到第一個在紫外光譜區有吸收的C40的前體物質八氫番茄紅素（Phytoene）。接下來的4步反應是由八氫番茄紅素去飽和酶（PhytoenedesaturaseⅠ，PDS）和ζ-胡蘿卜素去飽和酶（ζ-CarotenedesaturaseⅡ，ZDS）催化的八氫番茄紅素的連續去飽和反應，依次生成六氫番茄紅素（Phytofluene）、ζ-胡蘿卜素（ζ-Carotene）、鏈孢紅素（Neurosporene）、番茄紅素（Lycopene），其中由PDS催化的反應是該途徑的限速步驟，通過這些反應增加了共軛碳-碳雙鍵的數量。

2材料與方法

2.1實驗培養

雨生紅球藻（FACHB-712），購于中國科學院水生生物研究所淡水藻種庫。藻種保存及擴大培養均在光照培養箱（MGC-400B）中進行，采用BG11培養基，培養條件為22℃、光照強度50μmol/（m2·s）、光暗比12h∶12h。氣升柱式玻璃管的光生物反應器利用毛細管持續通入5%（體積分數）CO2，使藻種懸浮生長。利用柱式光生物反應器研究DCF濃度對雨生紅球藻生長的影響，設置質量濃度梯度分別為0（對照）、10、50、100、200mg/L。每組實驗3個平行樣，將藻種接種于0.7L培養基，初始接種質量濃度為0.3g/L，室溫培養12d后檢測分析。

2.2雨生紅球藻培養條件的確定

（1）光暗周期的確定。調節BBM培養基pH至8.0，將處于指數生長期的雨生紅球藻按5%的接種量接入200mLBBM培養基中，并測定此時藻液的生物量;然后將藻液分兩組，每組設置三個平行，置于光照度為2000～2500lx，溫度為25℃的恒溫光照培養箱中，其中一組給予續光照，另一組給予12h：12h的光暗周期;每兩天檢測一次生物量。（2）培養基pH的確定。將BBM培養基分為四組，每組設置三個平行，調節每組的BBM培養基的pH分別為7.0、8.0、9.0、10.0;將處于指數生長期的雨生紅球藻按5%的藻種量接入各不同pH的200mLBBM培養基中，并測定此時藻液的生物量;然后將所有組別置于光照度為2000～2500lx，溫度為25℃的恒溫培養箱中;給予連續的光照培養，每兩天檢測一次生物量。（3）培養溫度的確定調節BBM培養基pH至8.0，將處于指數生長期的雨生紅球藻按5%的接種量種接入200mLBBM培養基中，并測定此時藻液的生物量;將藻液分為四組，每組設置三個平行，將各組配置好的培養基分別置于18℃，22℃，25℃和30℃的培養箱中，培養所用光條件均為2000～2500lx連續光照;每兩天檢測一次生物量。

2.3雨生紅球藻培養混合式培養和自養異養

在培養蝦青素的過程中采用野生紅球藻的培養方式產生的效果會十分的明顯，在模式的選用方面，采用混合式的紅球藻培養方法好自養異養的方法造成的培養蝦青素產量方面的差別也會比較的大，在培養控制開展中，應該針對自養和異養中不同的控制培養條件造成的不同影響開展研究。在采用混合式培養蝦青素中，細胞中綠色細胞隨著培養時間的不斷延長會導致在蝦青素的培養中出現藻類活性細胞的活性下降的情況，并且在培養開展的過程中隨著混合培養時間的不斷延長導致在培養中藻類細胞的活性會出現進一步降低的情況發生，導致在混合培養蝦青素中細胞在快速化生長的階段會較快的失去應有的活力，在控制開展中采用混合式培養方式能夠進一步的降低培養所用的時間，但是在實際的操作應用中，會由于在混合培養中限制了藻類植物在培養中的綠色細胞生長階段的能量導致在培養中細胞活性降低。

結語

（1）低濃度DCF有助于提高雨生紅球藻生物量、葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、蝦青素含量，高濃度時均起抑制作用。（2）相較于對照組，10～100mg/L DCF有利于提高雨生紅球藻多糖;50mg/L DCF促進油脂的合成，其他濃度均降低了油脂含量。

參考文獻：

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[2]張廣倫，肖正春，張鋒倫，等.雨生紅球藻中蝦青素的研究與應用[J].中國野生植物資源，2019，38（2）：72-77.

基金項目：福建省區域發展重大項目（2017N3013）"天然蝦青素在大黃魚健康養殖中研究與應用”