全 文 ：第 24卷第 3期
2005年 9月
武　汉　工　业　学　院　学　报Journal　of　Wuhan　Polytechnic　University Vol.24No.3Sep.2005
　　收稿日期:2005-03-28
基金项目:福建省教育厅基金资助项目(KO4042)。
作者简介:胡开辉(1962-),男 ,福建省莆田市人 ,副教授。
文章编号:1009-4881(2005)03-0027-04
小球藻的研究开发进展
胡开辉 , 汪世华
(福建农林大学 生命科学学院 , 福建 福州 350002)
摘　要:小球藻含有丰富的蛋白质 、脂质 、多糖 、食用纤维 、维生素 、微量元素和活性代谢产
物 ,具有很好的保健和药理作用。就小球藻的分子生物学 、生长因子 、生理作用 、应用状况 、大
规模培养 、研究开发前景做了综述 。
关键词:小球藻;保健;药理
中图分类号:Q5　　　　　　　　　　　　　　文献标识码:B
0　引言
小球藻 (Chlorela)为绿藻门普生性单细胞藻
类 ,是第一种人工培养的微藻。小球藻光合效率高 ,
含有丰富的蛋白质 、氨基酸 、不饱和脂肪酸 、维生素 、
矿物质和色素等 ,具有极其丰富均衡的营养成分和
优良的医疗保健作用 ,是一种重要的微藻资源 [ 1, 2] 。
小球藻不仅在光合作用机理 、跨膜转运机理等研究
方面成为一种良好的模式生物 ,而且在污水处理 ,以
及保健食品 、水产养殖饵料 、畜牧饲料添加剂的生产
等方面被广泛应用 , 已经有大量的研究工作被报
道 [ 3, 4] 。
1　小球藻的分子生物学
1.1　小球藻的核基因组
Higashiyama等[ 5] 研究了小球藻 C.vulgaris
C-169的染色体结构 ,其基因组共 38.8Mb由 16条
染色体组成 ,最小的 1号染色体有 980 Kb,其 5端
有 TTTAGGG构成的重复序列 ,重复次数约为 70,这
种染色体端粒重复序列的构成与许多高等植物相
同 。因此这条小染色体可以作为高等植物染色体研
究的模型。 Noutoshi等 [ 6]还构建了 1号染色体的黏
粒文库 ,进一步研究了该染色体的着丝粒区域和复
制起始位点 ,根据结果 ,他们尝试将 1号染色体的结
构和功能元件组合到一起 ,设计植物人工染色体 ,以
期为植物基因工程提供更好的载体。
1.2　小球藻的基因工程研究进展
目前小球藻外源基因的转化和表达研究不多 ,
Lac基因和 GUS基因曾被以基因转化法和电击转化
法导入原生质中[ 7, 8] , Dawson等 [ 9]利用微粒轰击转
化的方法将 C.vulgaris的硝酸还原酶基因导入到
C.sorokiniana中 ,得到了能够在含有硼酸盐培养基
中生长的藻株 。Richard等 [ 10]用 PEG转化法导入到
C.sorokinianaATCC-22521中 ,研究了随机整合与同
源重组对外源基因表达的影响 ,这是目前关于小球
藻中外源基因表达调控的唯一报道。
2　小球藻生长因子
小球藻生长因子 (ChlorelaGrowthFactor,
CGF)也叫小球藻精 ,是其细胞活性物质 ,含有氨基
酸 、核酸 、多糖 、多肽 、蛋白质 、酶 、维生素 、矿物质等
成分 ,被称为 “类荷尔蒙 ”[ 11, 12] 。国外对其生理功能
有较多的研究 ,其生理功能主要有激活淋巴细胞 ,可
增强人体免疫能力 ,活化人体细胞 ,使儿童生长发育
加快 ,抵抗外来疾病的入侵 ,促进人体受伤组织的修
复 ,有机物 、重金属中毒的人服后能够迅速康复 ,还
能够防治胃溃疡 、高血压和心血管等疾病。因此 ,小
球藻生长因子的提取技术及其生理活性的研究已经
成为英 、美 、日等国家开发小球藻的热点 。
本课题组对小球藻细胞活性物质的提取及其对
武　汉　工　业　学　院　学　报 2005年
啤酒酵母的生理效应进行了详细的研究 [ 12] ,并将小
球藻细胞活性物质应用到酵母工业上 。通过对小球
藻细胞活性物质对啤酒酵母的生理效应的研究 ,发
现小球藻细胞活性物质可以显著地增加啤酒酵母发
酵过程中的酵母菌数 ,促进啤酒酵母的生长和繁殖 ,
加速酵母发酵进程 ,增加酵母发酵的泡沫高度 、产气
量 ,缩短了酵母菌发酵的延滞期 ,快速启动发酵 ,提
前到达产气高峰 ,可提高酵母发酵过程抗杂菌能力 ,
并且细胞活性物质可以使酵母菌的降糖更彻底 ,对
糖的利用率高 ,同时也发现添加小球藻细胞活性物
质可延缓酵母菌的死亡的时间 ,这对酵母工业 、酿酒
工业生产具有良好的应用前景 。今后还需进一步对
小球藻活性成分进行分离鉴定 ,并进一步探讨其活
性成分对酵母菌产生生理效应及其作用机理。
3　小球藻的生理作用
3.1　抗肿瘤
小球藻抗肿瘤的机制为抑制致癌物的诱变性和
基因毒性;使多形核细胞增生;与宿主或受体一起作
用;通过抗原专一性免疫;使 T细胞增殖和活化等 。
研究者发现从普通小球藻 S-50抽提的水溶物质
PCM-4对移植鼠肿瘤的抗肿瘤活性 。经口和腹腔
给予 PCM-4后 , S180和 MethA的生长以及腹水肝
癌 AH44、AH41C的 生长均受到抑制。体外实验表
明 , PCM-4的抗肿瘤作用是从宿主调节反应系统引
出的[ 13] 。给接种了肿瘤细胞的 BALB/c小鼠腹腔
注射普通小球藻热水抽提物 (CVE)后 ,小鼠的生
存时间显著延长 。用正常受体检测 ,发现给予 CVE
后 24h腹腔渗出液细胞 (PEC)含大量多形核细胞
(PMN),具有抗肿瘤作用 [ 13, 14] 。
3.2　抗微生物作用
研究者发现 CVE对小鼠宿主调节的抗巨细胞
病毒感染的作用 。在感染病毒前 3d和前 1d给予小
鼠 CVE,小鼠可在致死性感染中存活下来。 CVE的
保护作用表现在给予了 CVE的小鼠目标器官中感
染病毒的复制减少 ,使目标器官免受巨细胞病毒感
染引起的组织病理学损害 ,使血清干扰素水平合成
酶活性升高 。腹腔 、静脉或皮下给予从普通小球藻
水提物中渗析提纯的一种水溶性 、高分子量物质 ,增
强了腹腔接种大肠杆菌小鼠的抵抗力 ,在感染前
1d、 4d或 7 d给予 , 可增强对脾脏中细菌的清
除 [ 15, 16] 。
3.3　增强免疫
经口给予小鼠 CVE,可加强鼠对腹腔注射李斯
特菌单细胞基因感染的抵抗力。给予 CVE的小鼠
腹腔或脾脏中的细菌数量显著低于对照组。为了进
一步探讨 CVE加强细胞调节的免疫机制 ,对正常小
鼠和单细胞基因感染后经口给予 CVE的 mRNA表
达细胞因子的研究结果表明:CVE主要通过激活巨
噬细胞和加强宿主对李斯特菌感染的抵抗力来增强
对李斯特菌的免疫反应 。表明小球藻可能对治疗逆
转录病毒诱发的免疫缺陷病人的伴发感染有效 ,另
外在防治消化性溃疡 、防治缺铁性贫血 、抗高脂血症
和动脉粥样硬化和抗辐射等方面都有一定的作
用[ 17, 18] 。
4　小球藻的应用状况
4.1　小球藻在食品上的应用
小球藻作为添加剂和健康食品在国外已有 30
多年的历史 ,被列为 21世纪人类的绿色营养源健康
食品 。已经产业化的有小球藻片和胶囊 、小球藻面
条 、小球藻面包 、小球藻饼干 、小球藻饮料等。日本
曾推出了加小球藻提取液酿造的绿酒 ,在酿造过程
中 ,造酒原料利用率大大提高。另外日本曾研究开
发成功蜂蜜绿藻精 ,它以小球藻的热水浸提物为主 ,
添加蜂蜜和梅汁调配而成 。小球藻作为一种添加
剂 ,可以广泛用于食品行业 ,同时可以利用其生产叶
绿素 、脯氨酸 、油脂等[ 19, 20] 。
4.2　小球藻在医药上的应用
1996年日本小球藻保健品的年销售额约为 600
亿日元 ,在临床上已用于多种疾病如高血压 、糖尿
病 、婴儿营养不良 、动脉粥样硬化和高胆固醇血症
等。在我国 , 50年代曾有养殖小球藻的历史 ,但由
于多种原因并没有形成产业化。目前在我国又有多
家研究机构对小球藻的生理生化 、基因遗传 、藻种筛
选 、培养条件和工艺 、大规模培养以及反应器等许多
方面进行研究 [ 21, 22] 。
4.3　小球藻在废水处理上的应用
小球藻是氧化塘中的主要藻类之一 ,在氧化塘
处理废水的过程中起着重要作用 。利用小球藻处理
废水 ,可有效地去除废水中有机物质氮 、磷和重金
属 ,并且还可异氧培养 ,将富含养分的无毒废水进行
资源化处理 ,处理水可用于农田灌溉和工业化生产 ,
这为废水的资源化处理提供了一条新的高效而经济
的途径[ 23] 。
5　小球藻的大规模培养与生产
小球藻大规模培养的方式主要是考虑产品的用
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3期 胡开辉 , 汪世华:小球藻的研究开发进展
途 ,高成本的培养方式和培养基只有用于生产高附
加值的医药用品 、精细化工用品等产品时 ,在经济上
才是可行的 ,低成本的培养方式 ,产品的市场价值也
降低了 。小球藻大规模培养研究可以分为两个阶
段 , 20世纪 50年代至 70年代末 ,主要进行开放池
培养的研究 , 20世纪 80年代以后开始密闭和半密
闭反应器的研究 。
5.1　开放池大规模培养
国际上小球藻大规模开放池培养研究 , 设计
1 000 ～ 5 000m2 ,深 15 ～ 30cm的圆形浅水池 ,采用
螺旋浆搅拌 ,平均生长量 16 ～ 22 g＊m-2＊d-1[ 24] 。
5.2　半密闭和密闭式大规模培养
开放池培养具有设施简易 ,投资低 ,成本小等特
点 ,但产量低 ,培养面积大 ,生长因子难控制 , CO2补
加困难 ,收获成本高 ,易被其它生物污染 ,产品质量
低等因素 ,限制了开放池培养的发展 。因此 ,采用透
明容器或玻璃管道设计的半密闭和密闭光合生物反
应器培养系统的研究受到重视。与开放池培养比
较 ,密闭和半密闭光合反应器大规模培养 ,藻细胞的
密度提高了 6 ～ 12倍 ,总体积相对减少 ,分离成本大
大降低 ,各种生长因子及工艺可以采用自动化 、集约
化管理 ,提高了生产效率和产品质量 ,避免受其他生
物和非生物物质的污染[ 24] 。
6　小球藻研究开发的前景和展望
日本 、美国 、前苏联等国家自 20世纪 50年代率
先开发小球藻作为单细胞蛋白 , 70年代日本首先开
发小球藻作为人类的健康食品 , 80年代又开发出健
康和美容系列产品 ,包括小球藻食品 、小球藻饮料 、
小球藻绿酒 、小球藻化妆品等 。我国曾在 20世纪
60年代初开展了小球藻的培养与生产试验研究 ,未
能坚持 ,目前尚无工业化生产与研究机构 。小球藻
是最好的太阳能转换器之一 ,是当今人类最感兴趣
的能源生物转换系统。当前小球藻年产量约
2 000t,国际市场的年需求量约为 8 000 ～ 10 000 t,
因此小球藻的开发和应用前景广阔。随着世界范围
人口的不断增加 ,耕地面积日益减少 ,土壤荒漠化加
快 。人类赖以生存的粮食等农产品可能面临着不再
能满足人类需求的潜在危机。过去的研究表明 ,地
球表面广泛存在的藻类生物 ,含有丰富的营养成分 ,
且具有优良的医疗保健作用 ,被联合国粮农组织确
定为二十一世纪绿色健康食品 。藻类大规模培养的
研究已经给我们展示了一幅诱人的前景 ,工厂化生
产人类的优质天然绿色食品即将成为现实 [ 25 ～ 27] 。
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HUKai-hui, WANGShi-hua
(SchoolofLifeSciences, FujianAgricultureandForestryUniversity, Fuzhou350002, China)
Abstract:Chlorelahasgoodfunctionsinnutrition, healthandphysiologicalaspectsbecauseitconsistsofplentyof
proteins, vitamins, carbohydraesandtraceelements.Asurveyofmolecularbiology, growthfactor, physiological
function, applicationcondition, large-scalecultureandresearchprospectsofthechlorelaisintroducedinthispaper.
Keywords:Chlorela;healthprotection;pharmacodynamics
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