全 文 ：Marine Sciences/Vol.31 , No.2/ 2007
硒在极大螺旋藻细胞中的分布特点及对生化组成的影响
张跃平1 ,王大志2 ,高亚辉3 ,程兆第 3
(1.福建海洋研究所 , 福建 厦门 361012;2.厦门大学环境科学研究中心 ,福建 厦门 361005;3.厦门大学 生
命科学学院 , 福建 厦门 361005)
摘要:研究了极大螺旋藻(S pirulina max ima)在实验室培养和规模化中试培养条件下 , 在其
培养基中添加 20×10 -6Na2SeO 3 后 ,硒在其细胞中的分布特点及对生化组成的影响。结果
表明 ,硒在细胞中的质量比可达 126.7 μg/ g(实验室培养), 甚至高达 606.5 μg/ g(中试培
养), 其中主要分布于细胞中的蛋白质中 ,占总硒的 69.4%(实验室培养), 甚至可达 94%(中
试培养), 比对照组增长了 33.4%;糖类和脂类中硒仅占小部分 , 糖类 1.4%, 脂类 2.7%～
3.5%。 20×10 -6Na2SeO 3 的存在没有影响极大螺旋藻的生长 , 生物量反而提高了 6.0%;其
中糖类提高了 49.6%,脂类 25.0%,但蛋白质下降了 11.1%。
关键词:硒;极大螺旋藻(S pirulina max ima);分布;生化组成
中图分类号:Q949.22　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-3096(2007)02-0031-04
　　螺旋藻(S pirulina)是一种单细胞丝状蓝藻。它
是目前人类已知的蛋白质含量及品质最高的食品 ,
富含人体和动物不能自身合成的赖氨酸 、苏氨酸 、色
氨酸 、蛋氨酸等必需氨基酸。 联合国粮农组织
(FAO)以“人类明天最理想的食品”向全世界推荐发
展螺旋藻。此外由于螺旋藻具有降低胆固醇含量 ,增
强人体免疫能力 , 调节生理节律 , 以及抗衰老 、抗肿
瘤 、抗辐射等功效 , 被誉为 21 世纪人类最理想的保健
食品[ 1] 。
在动物和人体中 , 硒是一种必需的微量营养元
素 ,它在维持正常细胞内抗氧化保护机制的平衡方
面具有重要作用 , 以硒代半胱氨酸的形式存在的硒
被同化到谷胱苷肽过氧化物酶的活性部位 , 这种酶
可催化谷胱苷肽的活性 ,从而减少 H2O2 和有机物的
超氧化 ,包括脂肪酸的氧化 , 因而起到降低超氧化 、保
护细胞免受氧化伤害的作用 , 从而达到保护生物膜 、
清除自由基等生物学功能[ 2] 。另外 , 它还具有抗癌 、
防衰老 、增进免疫力等功效[ 3 ,4] 。但研究表明 , 无机
硒的毒性较大 ,只有将无机硒转化为有机硒 ,才能提
高硒的利用价值。
由于人工合成有机硒技术难度大 , 成本高 , 因而
不少学者对利用动植物的吸收 、转化作用获取有机
硒进行了研究[ 5 ～ 7] 。近年来 ,利用藻类的吸收转化作
用来生产有机硒的研究引起了人们的兴趣。研究表
明 ,藻类如螺旋藻 、盐藻等在其生长过程中能吸收累
积一定量的硒并将之结合到细胞的大分子物质中 ,
将无机形式的硒转化为有机形式[ 8～ 10] 。作者通过在
螺旋藻的培养基中添加无机硒以获得有机硒试验 ,研
究硒在极大螺旋藻细胞中的分布特点及对生化组成
的影响 , 为螺旋藻的高功效利用和有机硒的深度开发
提供依据。
1　材料和方法
1.1　藻种
实验所用极大螺旋藻(S pirulina ma xima)为本
实验室保存种 。藻种保存温度 27℃±1℃, 光照强度
3 500 lx 左右 ,光暗周期 L∶D 为 12 h∶12 h。 所用
培养基为 Zar rouk 液体培养基。
1.2　富硒螺旋藻的实验室培养
取 2×3 只经高温消毒过的 250 cm3 三角烧瓶 ,
其中 3个作为对照组 , 另 3 个作为实验组 , 每个各加
入经上述藻种扩大的新鲜藻液 200 cm3 , 实验组加入
20×10-6Na2 SeO 3 ,对照组不加 ,置于恒温箱培养 , 水
温控制在30℃±0.5℃,光照强度 3 500 lx 左右 ,光暗
周期 L:D为 12 h:12 h。经 6 d 的培养 ,将各组 3 瓶
收稿日期:2004-04-29;修回日期:2004-12-23
基金项目:福建省政府重中之重专项基金资助项目
作者简介:张跃平(1971-),男 ,福建惠安人 ,助理研究员 ,从
事水产养殖及底栖生态研究 , E-mai l:ypzhang8@126.com
或 zh angyu eping2000@yahoo.com.cn
31
海洋科学/2007年/第 31卷/第 2期
藻液合在一起 ,用 300 目的筛绢过滤浓缩 , 用去离子
水冲洗 3～ 5 遍 , 将藻泥置于 60℃恒温箱中烘干 , 用
研钵将其磨细备用。
1.3　富硒螺旋藻的规模化中试培养
实验在厦门同安凤南螺旋藻养殖基地的标准 3
m3 的培养池(长椭圆形开放式浅水道 , 高 60 cm , 面
积 5 m2)中进行。对照组为 Zarr ouk 液体培养基 , 实
验组为在 Zar rouk 液体培养 基加入 20 ×10-6
Na2 SeO3 。培养体积 1.5 m3 , 培养期间天气晴朗 , 培
养温度约 26 ～ 33℃左右。将处于指数生长期的螺旋
藻接种入培养池 ,培养 7 d 后用孔径 300 目的尼龙筛
绢过滤收集 ,藻泥用自来水冲洗 3 ～ 5 次。所得藻泥
在 60℃烘干 ,用研钵将样品磨细备用。
1.4　有机化合物的提取和测定
脂类的提取采用改进的 Bligh 等[11] 的方法 ,蛋白
质及氨基酸-碳水化合物的提取采用 Gary 等[12] 的方
法。准确称取一定量的螺旋藻干粉 , 用冷的氯仿:甲
醇混合液(φ(氯仿):φ(甲醇)=1:1)提取 2 次 , 经离
心 、分液萃取 , 脂类用氮气吹干后 , 称质量;沉淀用冷
的 6%三氯醋酸(TCA)提取两次 , 将两次离心的上清
液合在一起 ,即为氨基酸-碳水化合物 , 沉淀即为蛋白
质。沉淀中加入 2 m L 1mol/ LNaOH , 沸水浴中消化
30 min待沉淀完全溶解 ,加水稀释至 4 mL ,用于蛋白
质的测定。蛋白质的测定采用 Fo lin-酚法 , 碳水化合
物的测定采用硫酸-苯酚法。所有样品经比色反应后
在 H P8543 紫外-可见分光光度计上测定光密度。采
用标准曲线法确定蛋白质和碳水化合物的含量。
1.5　总硒和各种有机化合物中硒的测定[ 13]
准确称取 10 mg 实验室培养和 1 g 中试培养的
螺旋藻干粉 ,按上述方法提取分离脂类 、蛋白质和碳
水化合物。在各提取物及干藻粉(1 g)中 , 加入 25
mL混酸(φ(HNO3)∶φ(HClO 4)=4∶1), 置铝热块
上消化(100 ～ 180℃)至出现浓密白烟时 , 继续消化
20 min 后 ,冷却 , 再加入 5 m L6mo l/ LHCL 消化(100
～ 120℃)10 min , 取出冷却。取适量已消化的样品在
等离子体质谱仪(ICP-M S)上测量硒的含量。
2　结果
2.1　实验室培养的藻粉中硒含量及分布
表 1 为加硒和未加硒藻粉中硒的质量比及其在
生化组成中的分布。表中结果表明 , 培养中未加硒
时 , 藻粉中硒的质量比非常低 , 仅 2.5 μg/ g , 蛋白质
硒的质量比1.3 μg/g , 为总硒的 52.0%;糖类硒的质
量比 0.4 μg/ g , 占总硒的 16.0%;脂类硒的质量比
0.6 μg/g , 占总硒的 24.0%。 培养介质中加入
20×10-6亚硒酸钠培养 7 d 后 ,藻粉中总硒质量比达
到 126.7 μg/ g ,比对照组增加了 50.68 倍 , 可见硒质
量比得到大幅度的提高。 在主要生化组成中的分布
以蛋白质硒质量比最高 , 达 87.9 μg/ g , 占总硒量的
69.4%, 无论绝对值或相对值都得到提高(比对照组
增长了 33.4%);而脂类中的硒质量比则较少 , 仅为
总硒的 3.5% 。
表 1　实验室培养条件下藻粉中硒质量比及其在各生化组
成中的分布
Tab.1　Selenium concentrations and distributions in biochem-
i cal components of S.maxima in lab
成分 硒的质量比(μg/ g)未加硒藻粉 加硒藻粉
总硒 2.5 126.7
蛋白质硒 1.3 87.9
糖类硒 0.4 -
脂类硒 0.6 4.5
2.2　中试培养的藻粉中硒含量及分布
表 2为加硒和未加硒中试培养的藻粉中硒的含
量及其在生化组成中的分布。表中结果表明 ,培养中
未加硒时 , 藻粉中硒的质量比非常低 ,仅2.0 μg/ g , 蛋
白质硒仅为总硒的 30%, 碳水化合物和脂类中未检
测到硒。培养介质中加入 20×10-6亚硒酸钠培养 7
d 后 , 藻粉中总 硒质量比达到 606.5 μg/ g , 比对照组
增加了 303.25 倍 ,其中蛋白质硒质量分数最高 , 达总
硒含量的 94%,而碳水化合物和脂类中的硒质量分
数则较少 , 仅分别为总硒的 1.4%和 2.7%。本中试
培养的研究结果与表 1 实验室培养和已有的一些研
究报道相比较[ 8 ,14] , 本中试培养的藻粉中总硒质量分
数比文献报道的高很多 ,其中蛋白质硒质量分数在主
要生化组成中所占比例也较高 ,这可能与培养方式有
关。已有的研究基本上都是在实验室的小培养容器
或光反应器中进行 ,而本中试培养则是在螺旋藻养殖
基地的中等规模生产性培养池中进行 ,其结果更接近
于日常的螺旋藻生产状况。
32
Marine Sciences/Vol.31 , No.2/ 2007
表 2　中试培养条件下藻粉中硒质量比及其在各生化组成
中的分布
Tab.2 　Selenium concentrations and distributions in bio-
chemical components of S.maxima in a large-scale
cul ture
成份 硒的质量比(μg/ g)未加硒藻粉 加硒藻粉
总硒 2.0 606.5
蛋白硒 0.6 569.8
糖类硒 8.3
脂类硒 16.1
2.3　中试培养条件下的富硒藻粉中主要生
化组成
　　表 3 为富硒螺旋藻中主要生化组成。实验结果
表明 ,虽然无机硒具有毒性 , 但在 20×10 -6亚硒酸钠
的条件下 ,螺旋藻的生长没有受到抑制 , 反而促进生
长并提高了藻粉的品质:藻类的生物量提高了6.0%,
糖类质量分数提高了 49.6%, 脂类质量分数提高
25.0%, 但蛋白质质量分数略有下降 , 减少了11.1%。
说明通过在培养基中加入 20×10-6亚硒酸钠 , 可获
得高含量的富含有机硒的螺旋藻 , 因而进行富硒螺
旋藻的大规模生产是可行的。根据乔玉辉等[ 15]的研
究 ,低浓度硒可改善钝顶螺旋藻的品质 , 提高蛋白质
含量 、氨基酸总量和各种氨基酸量 , 叶绿素含量也有
不同程度的增加。这与本研究结果有些差异 ,这可能
与种类及培养方法不同有关。
表 3　藻粉中各生化成分的比较
Tab.3　Comparison among contents of di fferent biochemical
components of S.maxima in a large-scale culture
藻粉 总生物量(g/m3) 质量分数(%)
＊
蛋白质 糖类 脂类
未加硒藻粉 35.98 56.7 43.9 16.0
加硒藻粉 38.12 50.4 65.7 20.0
　＊指干藻粉的质量分数
3　讨论
由于硒和硫在元素周期表中同属于氧族 , 化学
特性很相似 , 这样在许多情况下催化含硫化合物反
应的酶同样能很好地催化含硒化合物反应。相关研
究表明了硒和硫化学性质的相似性 , 当有机体生长
在一定浓度的硒环境中时 ,在硫酶的参与下硒可取代
细胞中某些大分子结构中的部分硫 , 例如 , Bo ttino
等[ 16] 在藻类 Dunaliella minuta 和 Tetraselmis te-
trathele 中发现了含硒氨基酸的条件 , 证明海洋浮游
植物能够将无机硒沿着与硫固定极相似的途径进行
代谢。 Price 等[ 17] 在硅藻 Tha lassiosi ra pseudonana
中发现了含硒蛋白和依赖硒的谷胱苷肽过氧化物酶 ,
证明硒是以一种特殊的方式结合到一些大分子结构
中 , 参与生物体的正常代谢活动。从本实验室培养和
中试培养研究结果看 , 在螺旋藻培养基中添加了 20
×10-6的亚硒酸钠 , 螺旋藻从培养基中吸收累积了一
定量的硒 , 并结合到细胞内的大分子物质中 , 与前人
的研究结果相吻合;在主要生化组成中 ,大部分累积
到蛋白质 , 脂类和糖类占少部分。至于 Bo ttina[16] 和
Gennity [7]等人也报道了硒在其它藻类中有的主要分
布于糖类和脂类 ,与本研究存在差异 , 这其中的原因
较复杂 , 有待于进一步深入研究。
致谢:厦门检验检疫局黄宗平先生和金献忠先生
在硒的测定中给予很大的帮助 ,特此致谢!
参考文献:
[ 1] 　谭桂英 ,庞红卫.螺旋藻医学应用的最新研究[ J] .海
洋科学译报 , 1992 , 20-28.
[ 2] 　王巙.生命科学中微量元素[ M] .北京:中国计量出版
社 , 1996.664-785.
[ 3] 　谭见安.环境硒与健康[ M] .北京:人民卫生出版社 ,
1989.24-25.
[ 4] 　梁后杰.硒抗癌机制研究进展[ J] .现代诊断与治疗 ,
1990 , 1(1):92-98.
[ 5] 　欧阳培 ,童斌.富硒蚯蚓含硒蛋白研究[ J] .厦门大学
学报(自然科学版), 1993 , 32(6):795-798.
[ 6] 　蒋立科 ,巴宇青 , 詹万贵.蜜蜂合成有机硒对酿蜜的
影响[ J] .食品科学 , 1994 , 7:45-48.
[ 7] 　Genni ty J M , Bot t ino N R , Zingaro R A , eta l.A se-
lenium-induced peroxidat ion of glutathione in algae
[ J] .Phytochemistry, 1985 , 24(12):2 817-2 821.
[ 8] 　王大志 ,高亚辉 , 程兆第.硒对钝顶螺旋藻生长的影
响及其在细胞中的分布[ J] .台湾海峡 , 1998 , 17(4):
433-438.
[ 9] 　王大志 ,高亚辉.硒对两种盐藻生长的影响及其在细
胞中的累积和分布[ J] .海洋学报 , 1997 , 19(2):100-
115.
[ 10] 　黄峙 ,郑文杰 ,向军俭 ,等.钝顶螺旋藻对硒的富集和
33
海洋科学/2007年/第 31卷/第 2期
有机化作用[ J] .暨南大学学报(自然科学与医学
版), 2001 , 22:113-117.
[ 11] 　Blig h E C , Dyer W J.A rapid method of total lipid
ext raction and purifi cation [ J] .Can J Biochem Physi-
ol , 1959 , 37:911-917.
[ 12] 　Gary H .Quan ti tation of the macromolecular com-
pound s of microalage [ A] .H ellebu st J A , C raigif J.
S.H andbook of Phycological Methods , Ph ysiological
and Biochemical Methods [ C] .Cam bridge:Cam-
b ridge University Press , 1978.360.
[ 13] 　Hund son R J M , M orel F M M.T race metal t rans-
port by marine microo rganism s:imp lication s of metal
coordination kinetics [ J] .Deep-Sea Research , 1993 ,
40(1):129-150.
[ 14] 　黄峙 ,向军俭 ,郑文杰.钝顶螺旋藻富集转化硒及硒
在藻体中的分布[ J] .植物生理学通讯 , 2001 , 37(1):
12-14.
[ 15] 　乔玉辉 ,商树田.施硒对钝顶螺旋藻品质的影响 [ J] .
中国农业大学学报 , 2000 , 5:31-34.
[ 16] 　Bot tino N R , Banks C H , Irgikuc K J , et al.Selenium
con taining amino acid s and proteins in marine algae
[ J] .Phytochemistry , 1984 , 23(11):2445-2452.
[ 17] 　Price N M , Harrison P J.Specif ic s elenium-con tai-
ning macromolecules in the marine diatom Tha lassio-
si ra pseu donana [ J] .Plant Physiol , 1988 , 86:192-
199.
Character of selenium distribution in Spirulina maxima cells
and its effect on contents of major biochemical components
ZHANG Yue-ping1 , WANG Da-zhi2 , GAO Ya-hui3 , CHENG Zhao-di 3
(1.Fujian Institute o f Oceano lo gy , Xiamen 361012 , China;2.Enviromental Science Resea rch Center , Xiamen
Univer sity , Xiamen 361005 , China;3.Depa rtment o f Biology , Co lleg e of Life Science , Xiamen Univer sity , Xia-
men 361005 China)
Received:Ap r., 29 , 2004
Key words:selenium ;Spiru lina maxima;dist ribut ion;bioch emical com ponen ts
Abstract:The paper repor ts on character of selenium dist ribution in S pirulina max ima cells and its effect
on contents o f majo r biochemical components in lab and a lar ge-scale culture w hen w e add 20×10-6 Na2 SeO3
into the culture media.The re sults show that the selenium content of cells is 126.7 μg/ g(in lab), even highly
reache s 606.5 μg/g(in the lar ge-scale).Selenium is mainly distributed in pro tein , accounting for 69.4% o f the
total selenium(in lab), even 94%(in the larg e-scale), which rela tively increase s 33.4% compared with the com-
parison g r oup;Selenium contents o f saccha rides and lipids a re only a f raction o f the total selenium , respectively
accounting fo r 1.4% and 2.7%～ 3.5%.The ex istence o f 20×10-6 se lenium does not affect the g row th of S .
ma xima , contra ry , increases its biomass(6.0%);The rein , the contents o f saccharides and lipids r espectively
increase 49.6% and 25.0% respectiv ely , but the content of pro teins decreases 11.1%.
(本文编辑:张培新)
34