全 文 ：第 32卷 第 4期 渔 业 科 学 进 展 Vol.32 ,N o.4
2 0 1 1 年 8 月 PROGRESS IN FISHERY SCIENCES Aug .,2011
营养方式对小球藻生长性能及营养价值的影响
严佳琦 黄旭雄＊ 黄征征 胡 盼 吕为群 林 锋
(上海海洋大学水产与生命学院 , 201306)
摘 要 分别对小球藻 Chlorel la sp.2003ZGH023进行光合自养 、混合营养高碳 、混合营养低碳
和异养低碳培养 ,探讨不同营养方式对小球藻生长及细胞营养组成的影响 。结果表明 ,在基础培养基
中添加有机碳源 ,可显著提高小球藻的细胞密度和生物量 ,其中异养低碳组细胞密度可达 54.73×
106cell/ml ,生物量 6.86 g(dw)/L ,且混合营养和异养小球藻细胞体积变大 。在细胞营养组成上 ,与
自养小球藻细胞相比 ,异养培养的小球藻细胞内蛋白含量显著下降而脂肪含量显著增加 。光合自养
组 、混合营养高碳组 、混合营养低碳组和异养组小球藻细胞粗蛋白含量分别是 41.88%±0.14%、
24.60%±0.07%、21.93%±0.13%和 12.91%±0.35%。不同营养方式下小球藻的氨基酸总量变
化与其粗蛋白含量的变化趋势相一致 ,光合自养组>混合营养高碳组>混合营养低碳组>异养组 。
小球藻总脂肪含量最高的为混合营养高碳组(15.32%±1.58%)和异养低碳组(14.15%±0.93%),
显著高于混合营养低碳组(12.35%±0.25%)和光合自养组(10.04%±0.39%)。小球藻的脂肪酸组
成会随着营养方式的改变而改变 ,光合自养组小球藻的主要脂肪酸为 18∶3n3和 14∶1 ,混合营养组
小球藻的主要脂肪酸为 14∶1和 18∶1n9 ,异养低碳组中小球藻的主要脂肪酸为 18∶1n9和 16∶0。
关键词 小球藻 光合自养 混合营养 异养 生长 营养组成
中图分类号 S917.3 文献识别码 A 文章编号 1000-7075(2011)04-0077-09
上海市科技兴农项目(05攻 4-4)、国家 863课题(2009AA064401)、上海市重点学科建设项目(Y1101)和上海高校创新团队(第二期)建设项
目共同资助
＊通讯作者。 E-mail:xxh uan g@shou.edu.cn , Tel:(021)61900463
收稿日期:2010-12-19;接受日期:2011-04-08
作者简介:严佳琦(1985-), 女 ,硕士研究生 ,主要从事微藻培养及其营养研究。 E-mai l:x-t.y.h-x@163.com , Tel:15692165253
Effect of different trophic modes on the growth
performance and nutrition of Chlorella sp.
YAN Jia-qi HUANG Xu-xiong＊ HUANG Zheng-zheng
H U Pan L Wei-qun LIN Feng
(Co llege of F isheries and Life Science , Shanghai Fisheries Univ ersity , 201306)
ABSTRACT A Chlorella st rain 2003ZGH023 was cultured at modes of photoauto trophic
(lig ht , basic nutrient fo rmula), mixotrophic w ith hig h carbon level (light , basic nut rient for-
mula , 8 g ram o rganic carbon per liter), mixot rophic w ith low carbon level(4 g ram org anic car-
bon perliter), and heterot rophic w ith low carbon level (darkness , basic nutrient fo rmula , 4
gram o rganic carbon per liter) respectively.The effects of different trophic modes on the
grow th performance and nut ritional composition of the Chlorella were s tudied.The result s indi-
渔 业 科 学 进 展 第 32 卷
cated that the addition of o rganic carbon in culture medium sig nificantly increased the cell densi-
ty and biomass of the Chlorella.T he heterotrophic g roup had a cell density as high as 54.73×
106 cell/ml , and biomass of 6.86 g(dw)/L.The sizes of the Chlorel la cells in heterotrophic and
mix otrophic groups were larger than that in autotrophic g roup.The assays on nutrition showed
that the protein content of the Chlorella cell declined sig nificantly while the total fat content in-
creased significantly in the heterotrophic modes.The crude protein contents in the photoau-
totrophic mode , mix otrophic mode with high carbon level , mix otrophic mode with low carbon
level and hetero trophic mode were 41.88%±0.14%, 24.60%±0.07%, 21.93%±0.13% and
12.91%±0.35% respectively.The variation of amino acid content in cell at dif ferent trophic
modes was consistent w ith that of crude pro tein.The total lipids in the mixotrophic mode w ith
hig h-carbon g roup(15.32%±1.58%)and the heterotrophic mode w ith low-carbon group(14.
15% ± 0.93%)were sig nificantly higher than those in the mix otrophic mode with low-carbon
group(12.35% ± 0.25%)and the photoauto trophic mode (10.04% ± 0.3%).There were
significant differences in fatty acid compositions of cell cultured in different t rophic modes.Fat-
ty acids 18∶3n3 and 14∶1 were dominant in photoautotrophic Chlorella.Fatty acids 14∶1 and
18∶1n9 were the majority in the mixot rophic modes.Fat ty acids 18:1n9 and 16:0 were the
mos t abundant in the heterot rophic mode.
KEY WORDS Chlorel la sp. Photoautot rophic Mixo trophic
Heterot rophic Grow th Nutritional composition
小球藻 Chlorel la sp.为绿藻门小球藻属的单细胞藻类 ,其生态分布广 、生长速度快 、易于培养 。小球藻细
胞内含有丰富的蛋白质 、氨基酸 、不饱和脂肪酸 、维生素 、矿物质 、色素和多种生物活性物质 ,营养价值全面均
衡 ,被 FAO列为 21世纪人类的绿色健康食品(周华伟等 2005)。小球藻是最具开发应用前景的微藻之一 。
小球藻蛋白 、小球藻饮品 、小球藻化妆品和小球藻医药制品也不断被研发(Borow itzka 1995;李师翁等
1997)。但如何高效 、高密度稳定培养小球藻是制约小球藻产业发展的重要因子之一 。
传统的产业化微藻培养多利用开放的水池 ,微藻以光合自养的模式生长。已有的研究表明 ,某些微藻可以
在无光或有光的条件下以异养或混合营养的方式利用有机碳源进行生长(Gladue et al. 1994)。微藻异养培
养方式避免了光自养培养过程中光限制等问题 ,使得工业化大规模高密度培养微藻成为可能(Chen 1996)。
Ch lorel la p yrenoidosa ,Chlorel la vulgaris , Ch lorel la zof ing iensis ,Chlorel la protothecoides 等多种小球藻均
可在无光条件下利用糖或其他有机化合物作为能源和碳源进行异养生长(Samejima et al. 1958;Mayo et
al. 1994;Shi et al. 2000;Sun et al. 2008)。本研究探讨了实验室诱导筛选出的具有异养能力的小球藻
在不同营养方式下的生长性能及其营养价值 ,以期为该小球藻的高密度培养及开发高附加值代谢产物提供基
础参数。
1 材料与方法
1.1 藻种的来源及培养液配方
实验用小球藻品系(2003ZGH023)源自上海海洋大学生物饵料保种室 ,是一个 2003年分离获得并经长期
诱导后筛选出的具有异养能力的小球藻品系。培养用的基础营养盐配方组成如下:N aNO 3 , 374mg/L;NaH 2
PO 4 ,22 mg/ L;Fe C6H5O 7 ·5H 2O , 19.5 mg/L;F/2 微量元素(不含铁)混合液(成永旭 2005)5 ml , 淡水
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第 4 期 严佳琦等:营养方式对小球藻生长性能及营养价值的影响
1 000 ml。
1.2 试验设计
小球藻的培养在 3种营养方式下进行:光合自养营养方式(光照 ,基础营养盐配方),混合营养方式(光照 ,
基础营养盐配方 ,葡萄糖)和异养营养方式(黑暗 ,基础营养盐配方 ,葡萄糖)。其中混合营养方式设低碳组
(4 gC/ L)和高碳组(8 gC/L),异养营养方式仅设低碳组(4 gC/L)。每个处理组设 3个平行 。
1.3 小球藻的培养与生长检测
在恒温光照培养箱内用 3 000 ml的烧瓶进行批次培养。小球藻的初始接种浓度为 10.0×106cel l/ml ,培
养过程中连续充过滤空气 ,控温 25℃。光合自养及混合营养组连续光照 ,光照强度 70 μE/m2 · s。培养周期
7 d 。
自接种后每天下午取样测定藻细胞浓度及生物量 。藻细胞浓度采用血球计数板法。生物量测定采用重量
法。用移液管吸取 50.0 ml藻液 ,5 000 r/min离心15 min ,去上清液 ,沉淀物 60℃烘干至恒重。在培养第 3天
取样测定不同培养方式下的小球藻细胞大小并计算细胞体积:
V=4/3ab2π
式中 ,V 表示藻细胞体积 ,a表示藻细胞长轴半径 ,b表示藻细胞短轴半径 。
1.4 营养组成分析
培养结束后 ,采用离心法收集藻泥 。将藻泥装入样品瓶中于冷冻干燥机中-46 ℃冻干 ,干燥后的样品用
研钵粉碎均匀后低温冷冻保存用于营养分析 。粗蛋白用 KDN-04定氮仪测定 ,总脂肪用氯仿-甲醇法测定。藻
粉样品经盐酸水解后用氨基酸自动分析仪测定氨基酸含量 ,脂肪酸经苯-石油醚甲酯化后在 HP 6890A 型气相
色谱仪上分析 ,以 Sigma 脂肪酸标准品为参照 ,并用归一化法计算脂肪酸的百分含量(黄旭雄等 2008)。除
氨基酸和脂肪酸外 ,其余指标测定设 3个重复 。
1.5 数据统计与分析
测定结果以平均值±标准差(Mean±SD)表示。采用 S PSS 11.0软件进行单因子方差分析 ,并用 Duncan
检验进行多重比较 , P<0.05即认为有显著性差异 。
2 结果
2.1 营养方式对小球藻生长性能的影响
从图 1可知 ,在 7d的培养过程中 ,不同营养方式下小球藻的生长性能具有差异性 。光合自养营养方式下
小球藻在接种后第 2天开始进入指数增长期 ,但生长效率(相对生长常数)较低 。第 4天后生长趋缓 ,随后进入
静止期 。在第 7天小球藻达到最大细胞浓度(27.15×106cel l/ml)。混合营养方式下小球藻在进入指数增长期
后的生长效率较高 ,但持续时间较短 ,第 3天后生长趋缓 ,随后进入静止期。混合营养下低碳和高碳组的生长
性能无明显差异 ,小球藻在第 5天达到最大细胞浓度(36.84×106 cell/ml)。在异养营养方式下小球藻进入指
数增长期后的生长效率高于光合自养组 ,而低于混合营养组 ,但异养营养组微藻指数增长期维持时间最长 ,直
到第 5天才进入相对生长下降期 。试验期间异养营养方式下小球藻能达到的最大细胞浓度为54.73×106 cell/
ml。
不同营养方式下小球藻的生物量也有显著差异(图 2)。从接种后第 2天起 ,光合自养方式下小球藻单位
体积的生物量显著低于混合营养组和异养组 ,混合营养方式下小球藻单位体积的生物量显著低于异养组 ,混合
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渔 业 科 学 进 展 第 32 卷
异养下高碳组和低碳组差异不显著 。试验期间光合自养组小球藻的最大生物量为 0.92 g/L ,而混合营养高碳
组 、混合营养低碳组和异养组小球藻的最大生物量分别为 3.15 、2.78 、6.86 g/L。
图 1 不同营养方式下小球藻(2003ZGH023)
细胞密度的增长
Fig.1 Grow th perfo rmance o f the Chlorella sp.
(2003ZGH023)cultured in
different tr ophic mode
注:同一天生物量上标不同字母表示差异显著
Notes:Different let ters on the columns at the same
day indicate sig ni fican t diff erence
图 2 不同营养方式下小球藻(2003ZGH 023)生物量的变化
Fig.2 Changes of biomass of the Chlore lla sp.(2003ZGH023)
cultured in differ ent trophic mode
在添加有机碳源后 ,小球藻的细胞形态也发生了显著变化(表 1)。混合营养组和异养组的小球藻细胞内
颗粒物质增加 ,呈散乱分布;细胞内色素颜色呈黄绿色 ,细胞显著大于光合自养组。
表 1 添加有机碳源对小球藻(2003ZGH023)细胞大小的影响
Table 1 E ffect of organic carbon in m edium on the cell size of the Ch lorella sp.(2003ZGH 023)
组别
T reatment
细胞长径(μm)
Long axis of cell
细胞短径(μm)
Sh ort axi s of cell
细胞体积(μm3)
Volume of cell
光合自养
Photoautot rophic
5.95±1.45b 4.93±0.92b 497.04±314.89b
混合营养/异养
Mixot rophic/Heterot rophic 14.42±1.21
a 12.52±0.79a 7 149.77±1 277.60a
注:同一列上标不同字母表示差异显著
Notes:Dif ferent let ters in same column indicate signif icant di ff erence
2.2 营养方式对小球藻营养组成的影响
不同营养方式下小球藻细胞的营养组成有显著差异(表 2)。粗蛋白含量最高的是光合自养组 ,其次为混
合营养高碳组 、混合营养低碳组和异养组 ,各组之间均差异显著 。而总脂肪含量最高的为混合营养高碳组和异
养低碳组 ,显著高于混合营养低碳组和光合自养组 。
不同营养方式下小球藻的氨基酸总量的变化与其粗蛋白含量的变化趋势相一致 。光合自养组 、混合营养
低碳组 、混合营养高碳组和异养低碳组小球藻的氨基酸总量分别为 346.5 、206.9 、181.6 、96.8 mg/g 藻粉。在
氨基酸的组成上 ,小球藻中含量较高的氨基酸分别为 Glu 、Ala 、A sp ,含量较少的氨基酸分别为 His 、Met 、Ile
(表 3)。
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第 4 期 严佳琦等:营养方式对小球藻生长性能及营养价值的影响
表 2 不同营养方式下小球藻(2003ZGH023)细胞的蛋白和总脂肪含量
Table 2 The protein and lipid con tents of the Ch lorella sp.(2003ZGH023)cultured in dif feren t t rophic mode
组别
T reatment
光合自养组
Ph otoautot rophic
混合营养低碳组
Mixt rophic w ith low organic
carbon concent ration
混合营养高碳组
Mixt rophic w ith high
organic carbon concent ration
异养低碳组
Heterot rophicwi th
low-carbonconcent ration
粗蛋白含量(%)
Crude protein conten t
41.88±0.14a 24.60±0.07b 21.93±0.13c 12.91±0.35d
总脂肪含量(%)
Total lipid content
10.04±0.39c 12.35±0.25b 15.32±1.58a 14.15±0.93a
注:同一行上标不同字母表示差异显著
Notes:Dif feren t let ters in each line indicate signifi cant dif ference
表 3 不同营养方式下小球藻细胞的氨基酸组成及含量
Tab le 3 Amino acid composit ions and contents of the Ch lorella sp.(2003ZGH023)cul tu red in the di fferent t rop hic mode
组别
Treatment
光合自养组
Photoautot rophic
含量
(mg/ g 藻粉)
占总氨基酸的
百分组成(%)
混合营养低碳组
Mix otrophic w i th low organic
carbon concent ration
含量
(mg/ g 藻粉)
占总氨基酸的
百分组成(%)
混合营养高碳组
Mixot rophic w ith high
organic carbon concent ration
含量
(m g/ g 藻粉)
占总氨基酸的
百分组成(%)
异养低碳组
H eterot rophic wi th low
organic carbon con cen trat ion
含量
(mg/ g 藻粉)
占总氨基酸的
百分组成(%)
天冬氨酸 Asp 36 10.4 20.7 10.0 17.8 9.8 9.4 9.7
苏氨酸 Th r 17.9 5.2 11.9 5.8 10 5.5 6.7 6.9
丝氨酸 S er 13.9 4.0 9.7 4.7 7.9 4.4 3.9 4.0
谷氨酸 Glu 51.8 14.9 28.9 14.0 25.3 13.9 14.1 14.6
甘氨酸 Gly 22.6 6.5 12.2 5.9 11.3 6.2 6.5 6.7
丙氨酸 Ala 30.5 8.8 20.4 9.9 20.7 11.4 11.3 11.7
缬氨酸 Val 22.2 6.4 13.8 6.7 11.9 6.6 6.3 6.5
蛋氨酸 Met 12.9 3.7 9.4 4.5 6.1 3.4 2.0 2.1
异亮氨酸 Ile 10.8 3.1 6.2 3.0 5.6 3.1 2.8 2.9
亮氨酸 Leu 28.9 8.3 18.1 8.7 16 8.8 7.9 8.2
酪氨酸 Tyr 14.7 4.2 9.3 4.5 8.7 4.8 3.3 3.4
苯丙氨酸 Ph e 16.7 4.8 9.2 4.4 7.5 4.1 5.1 5.3
组氨酸 His 5.5 1.6 3.9 1.9 2.8 1.5 1.6 1.7
赖氨酸 Lys 23 6.6 14 6.8 12.5 6.9 6.2 6.4
精氨酸 A rg 21.4 6.2 15.1 7.3 13.1 7.2 8.3 8.6
脯氨酸 Pro 17.7 5.1 4.1 2.0 4.4 2.4 1.4 1.4
总量 T otal 346.5 100.0 206.9 100.0 181.6 100.0 96.8 100
注:色氨酸和半胱氨酸在水解过程中遭破坏
Note:T ryp tophan an d cy steine w ere dest royed in the hydrolysi s p roces s
表 4为不同营养方式下小球藻细胞的脂肪酸组成 。不同营养方式下小球藻的脂肪酸组成有明显差异。光
合自养组小球藻中 ,亚麻酸(18∶3n3)占总脂肪酸的 25.13%,主要脂肪酸依次为18∶3n3>14∶1>16∶4n3>
16∶0。混合营养低碳组小球藻中为 14∶1 ,占总脂肪酸的 26.77%,主要脂肪酸依次为 14∶1>18∶1n9>
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16∶0>18∶3n3。混合营养高碳组脂肪酸组成和混合营养低碳组相似 ,主要脂肪酸依次为 14∶1>18∶1n9>
16∶0>18∶3n3。异养低碳组中 , 18∶1n9 占小球藻总脂肪酸的 33.34%,其次为 16∶0(22.67%)、18∶3n3
(12.64%),其他脂肪酸含量较低。此外 ,3种营养模式下 ,小球藻细胞中均未检测到 EPA(20∶5n3)和 DHA
(22∶6n3)。从脂肪酸类别看 ,光合自养组小球藻中多不饱和脂肪酸(PUFA , 52.89%)水平明显高于混合营养
组和异养组;混合营养组和异养组小球藻的单不饱和脂肪酸的水平较光合自养组有明显提高。异养组小球藻
的饱和脂肪酸水平也较光合自养组和混合营养组高。
表 4 不同营养方式下小球藻细胞的脂肪酸组成
Table 4 The fat ty acid p rof iles of the Ch lorella sp.(2003ZGH 023)cultured in dif ferent t rophic m ode
组别
Treatment
光合自养组
Photoautot rophic
混合营养低碳组
Mixot rophic w ith low
organic carbon concent rat ion
混合营养高碳组
Mixot rophic w ith high
organic carbon concent ration
异养低碳组
H eterotrophic w i th low organic
carbon concent ration
8∶0 0.96 1.65 1.54 0.33
10∶0 0.69 0.18 0.20 0.67
11∶0 0.62 1.07 0.99 0.20
12∶0 2.28 0.34 0.34 0.15
14∶0 0.20 0.22 0.19 0.23
14∶1 15.14 26.77 24.26 0.95
16∶0 12.58 14.44 14.89 22.67
16∶1n9 1.14 0.99 1.42 3.79
16∶1n7 0.88 1.73 0.90 nd
16∶1n5 0.65 1.16 1.02 3.52
16∶2n9 1.23 1.58 1.47 0.61
16∶2n6 4.72 8.36 7.48 0.98
16∶2n3 0.81 1.70 1.49 2.53
16∶3n3 0.81 1.94 2.30 0.40
16∶4n3 13.34 2.37 3.22 5.23
18∶0 0.39 1.30 1.20 1.40
18∶1n9 5.55 17.02 18.21 33.34
18∶1n7 3.19 1.26 1.14 2.86
18∶2n 2.72 3.50 2.56 1.45
18∶3n6 0.17 0.11 0.17 0.09
18∶3n3 25.13 9.02 10.58 12.64
18∶4n3 2.98 1.28 1.95 0.06
20∶0 2.81 0.33 0.45 1.59
20∶1 0.04 0.18 0.24 1.65
20∶2n9 0.17 0.13 0.20 0.17
20∶2n6 0.10 0.16 0.22 0.24
20∶4n6 0.16 0.31 0.49 0.32
22∶2n6 0.24 0.33 0.33 1.65
22∶4n6 0.32 0.57 0.56 0.21
SFA 20.52 20.48 19.80 27.24
MUFA 26.59 49.11 47.19 46.12
PUFA 52.89 31.37 33.01 26.58
注:nd表示未检测出 Note:nd m eans not detectable
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第 4 期 严佳琦等:营养方式对小球藻生长性能及营养价值的影响
3 讨论
小球藻的开发利用涉及饲料 、水产 、食品 、药品 、保健品 、污水处理和环境保护及新型生物能源开发等多个
领域 ,具有广阔的开发应用前景(李师翁等 1997)。Chlorel la p yrenoidosa , Chlorel la regularis , Chlorel la
vulgaris , Chlorel la zof ingiensis , Chlorel la protothecoides 等小球藻的异养性能得到了比较广泛的研究
(Samejima et al. 1958;Mayo et al. 1994;Shi et al. 2000 、2008;Cheng et al. 1991;Endo et al.
1997),葡萄糖被认为是小球藻异养培养的最佳有机碳源(Shi et al. 1999)。本研究的结果表明 ,经异养能力
筛选的小球藻(Chl.sp., 2003ZGH023)在培养基中添加葡萄糖后 ,细胞的生长性能和生物量得到了显著的提
高。低碳混合营养组 、高碳混合营养组和低碳异养组的单位水体小球藻生物量(干物质)分别是光合自养组的
3.4 、3.0 、7.5倍。异养条件下小球藻培养产量的显著提高 ,与异养条件下小球藻的代谢方式的转变有关:在光
合自养的模式下 ,小球藻进行有氧的光合作用 ,利用光能并通过 Calvin 循环固定二氧化碳 。在异养条件下 ,小
球藻利用葡萄糖作为碳源和能量来源 ,并通过糖酵解途径 、三羧酸循环和线粒体氧化磷酸化途径进行能量代
谢。Yang 等(2006)研究表明 ,从 A TP 的理论产量看 ,小球藻获得的 A TP 产量在异养营养下要高于混合营
养 ,而混合营养要高于光合自养。从外界获取的以 A TP 计的最大热力学效率看 ,异养培养模式也是最高的 ,
而光合自养模式只有异养培养模式的 16%。前人的研究也表明 ,异养条件下小球藻可以获得比自养更高的生
物量 。Shi等(1999)报道蛋白核小球藻 C.protothecoides在以 80 g/L 葡萄糖为有机碳源进行摇瓶异养培养
时最高可以获得 31.2 g/L 的生物量 ,并且当葡萄糖浓度由 10 g/L 升高到 80 g/L ,生物量也随之增加 ,葡萄糖
浓度超过 80g/ L ,则生长受抑制 ,单位水体的生物量反而降低。本研究中培养基中葡萄糖水平较 Shi等(1999)
的报道要低 ,单位水体的产量也低 。这可能与小球藻的品系有关 ,也可能与培养基中其他营养物的浓度有关
(Shi et al. 2000;Chen et al. 1991)。本研究中 ,混合营养模式下 ,高碳组的生物量要低于低碳组 ,也表明
过高的葡萄糖对小球藻生长有抑制作用 。
小球藻营养方式的转变 ,也会引起小球藻细胞形态和内部结构组成发生变化 ,表现为:细胞的体积增加 ,个
体变大 ,细胞内颗粒物质增加 ,呈散乱分布;此外 ,藻体色素变黄 ,藻液的颜色由光合自养的深绿色转变成异养
的黄绿色 。张大兵等(1996)认为 ,小球藻在异养过程中增大的细胞是一种肥大细胞 ,在这种细胞中含有许多似
亲孢子。这是由于高浓度葡萄糖对分解细胞壁多糖酶活力的抑制 ,使细胞不断生成的似亲孢子不能及时释放 ,
从而导致细胞体积不断变大(Walter 1987)。对于异养过程中藻液颜色变黄 ,余若黔等(2000)、缪礼鸿等
(2007)、马永强等(2007)等人在他们的研究中都发现同样的现象。Shi等(2000)研究发现 ,异养条件下蛋白核
小球藻的叶黄素含量增加 。王素琴等(2007)等对小球藻 USTBO1 异养培养后也发现叶黄素含量增加。Sun
等(2008)报道小球藻 C.zo f ingiensis在有外源性葡萄糖添加的异养培养模式下虾青素积累增加 。Ochiaa-
Yanagi(1970)认为 ,自养小球藻细胞在向异养转化过程中 ,叶绿体慢慢膨大 ,片层结构解体 ,最终导致叶绿体
的解体。这是因为培养基中高浓度的葡萄糖抑制叶绿素合成过程中α-氨基乙酰丙酸(ALA)以后的反应步骤 ,
与此同时叶绿素降解也加快。由于这两个方面原因作用从而导致异养小球藻细胞中叶绿素消失。细胞内只有
少量的胡萝卜素和叶黄素 ,因此异养小球藻细胞呈现黄色。
在生化成分方面 ,与自养小球藻细胞相比 ,异养小球藻细胞内蛋白质的含量下降 ,氨基酸总量下降而脂肪
含量则有所增加 。类似的结果在文献中也有报道 。在曹春晖等(2000)关于小球油脂含量研究中 ,小球藻的油
脂含量一般为 8 %～ 27 % 。对于异养小球藻细胞中脂肪含量的变化 ,江红霞等(2003)认为藻类在不同的营
养方式条件下可造成其不同极性脂肪含量的显著差异 。吴庆余等(1992)的研究表明 ,自养小球藻转化为异养
生长后 ,细胞内脂肪含量急剧增加 ,占细胞干重的 70%,比自养小球藻细胞内脂肪含量高 4.4 倍。张大兵等
(1996)研究表明 ,自养小球藻细胞转化为异养生长后 ,不但细胞内脂肪的含量急剧增加 ,而且脂肪的组成成分
也有差异 。这种差异由环境诱导的细胞内基因表达的改变所引起 ,某些在自养小球藻中可大量表达的基因在
异养小球藻细胞中被关闭 ,而有些在自养小球藻细胞中不表达的基因在异养小球藻细胞中却能活跃地表达 ,产
生新的蛋白质和代谢酶 ,调控随后的物质合成 。例如 ,在自养小球藻细胞中转运葡萄糖的蛋白质不能表达 ,而
在异养小球藻细胞中可活跃地表达 ,翻译产生一种负责将外源葡萄糖转移到细胞内的膜蛋白 ,参与小球藻细胞
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渔 业 科 学 进 展 第 32 卷
的异养代谢(Kamiya et al. 1987)。
对不同营养方式下小球藻脂肪酸组成的研究发现 ,营养方式对小球藻的脂肪酸组成有明显的影响 ,各类别
的脂肪酸数量发生了明显改变 。光合自养小球藻 PUFA 占总脂肪酸的 52.89%, PUFA 具有降血脂 、抑制血小
板聚集 、降血压和抗动脉粥样硬化等多方面的保健和药用价值(Ky le et al. 1990;Gill et al. 1997)。在添
加有机碳源进行混合营养培养或异养培养后 ,PUFA 的水平明显降低 ,其含量均不超过总脂肪酸的 1/3 。Chen
等(1991)报道 ,在小球藻的异养培养中 ,PUFA 的产量与氮源添加量有关 ,如果控制氮源供给 ,可以避免藻体
生物量增长过快 ,使 PUFA 累积量相对提高 。因此通过控制小球藻的培养条件 ,可以提高 PUFA 的产量。本
试验中 ,在混合营养条件下 ,低碳组和高碳组的小球藻的脂肪酸类别并无明显差异(表 4)。已有的研究表明 ,
光照是影响自养小球藻脂肪酸组成的重要因素之一。李荷芳等(2001)研究表明 ,小球藻的脂肪含量与光照强
度呈正相关 ,其脂肪酸组成中 EPA的含量与光强呈负相关。在同样的有机碳浓度下 ,混合营养组小球藻比异
养小球藻含有更多的 PUFA ,更少的 SFA 。表明在有机碳源存在的情况下 ,光照依然会影响小球藻的脂肪酸
组成 。利用微藻生产多不饱和脂肪酸(PUFA)如二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)是藻类生物
技术的一个研究热点 。本研究表明 ,不论在何种营养方式下 ,小球藻的 EPA 、DHA 含量都极少 ,而与王大志等
(1999)报道的海水小球藻含有较高 EPA(10.6 %)有很大差异。这可能与实验所采用的藻的种类不同有关 。
王大志等(1999)研究所用的海水小球藻可能在分类上属于 Eustigmatophyceae ,而非绿藻纲 Chlo rophyceae 。
Zhukova 等(1995)认为绿藻纲微藻含有丰富的十六碳和十八碳脂肪酸 ,缺乏二十碳和二十二碳多不饱和脂肪
酸。Petkov 等(2007)也报道了小球藻本身不含二十碳四烯酸及二十碳五烯酸 ,小球藻样品中检测到的微量的
二十碳和二十二碳多不饱和脂肪酸可能来源于共生的其他细菌 。
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2011年 8月 20日
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