全 文 ：两株钝顶螺旋藻紫外诱变株的特征
李建宏　郑　卫　倪　霞　翁永萍　潘　欣　浩云涛
(南京师范大学生命科学学院 ,南京　210097)
摘要:采用紫外诱变的方法筛选获得了两株优良的稳定钝顶螺旋藻突变株 M1-3 和 M5-
1。与出发株相比 ,M5-1 较粗大 ,M1-3 较细 , 但很长 ,藻体螺旋数超过 40;两株突变株的生
长速度和光合放氧速率均有显著提高;M1-3 的藻蓝蛋白含量高于出发藻株 20.2%;突变株
的长碳连不饱和脂肪酸含量高于出发藻株 ,总脂中 M1-3 含花生四烯酸(20∶4)4.93%、M5
-1 含 EPA(20∶5)2.49%。两株突变株对 NH+4 和 Zn2+的抗性也发生了改变。
关键词:钝顶螺旋藻;紫外诱变;藻蓝蛋白;不饱和脂肪酸
中图分类号:Q949.2　　文献标识码:A　　文章编号:1000-3207(2001)05-0486-05
螺旋藻因其含有丰富蛋白质 、不饱和脂肪酸 、各种维生素等多种营养成分而具有极高
的营养价值[ 1] 。同时螺旋藻也因其含有多种生物活性物质 ,而具有促进免疫 、抗癌 、降血
脂 、减肥等临床疗效[ 2] 。螺旋藻的培养和利用在国内外已形成相当规模的产业。对于螺
旋藻生产而言 ,优良的藻种是必须的。不同的生产藻种不但生长速度不同 ,其组成成分也
会有一定的差异[ 3] 。生产中不仅要获得高产量 ,还需要较高的生物活性物质的含量 。目
前大多数生产厂采用的藻种多为从自然界直接分离获得 ,应用人工诱变获得优良藻种的
方法开展得还很少 ,仅有少数化学诱变的工作[ 4] ,尚未见应用紫外线对螺旋藻进行诱变
育种的报道。本文探索了应用简便的紫外诱变方法 ,获得优良螺旋藻种的途径 。
1　材料及方法
1.1　藻种及培养基　藻株为钝顶螺旋藻(S pirulina platensis Gei tl),所用液体培养基为
常用的Zarrouk培养基 ,固体培养基中加入 2%琼脂 。
1.2　紫外诱变及变异株筛选　将螺旋藻丝用超声波破碎仪破碎成单细胞后 ,用普通的
20W紫外灯照射诱变 ,诱变后涂布于平板培养基上 ,置上 40W 日光灯下培养。30d后 ,从
平板上生长出的藻落中 ,在显微镜下用毛细管分离出形体较大的变异藻株进行培养 。
1.3　生长及光合放氧测定　藻浓度用分光光度计测定 ,测定波长为 560nm;光合放氧用
薄膜氧电极法测定[ 5] 。
　　收稿日期:2000-02-01;　修订日期:2000-07-15
　　基金项目:江苏省教委自然科学基金资助(98KJD180002)
　　作者简介:李建宏(1963—)男 ,浙江省温岭县人;博士 ,副教授;藻类生理及环境微生物。参加本文工作的还有谢
砥 、姚　莉 、丰　英 、张　霞。
第 25 卷 第 5 期
2 0 0 1 年 9 月
水 生 生 物 学 报
　 　 　 　 ACTA HYDROBIOLOGICA SIN ICA 　 　 　 　
Vol.25 , No.5
Sep ., 2 0 0 1　
1.4　脂肪酸及藻蓝蛋白测定　过滤收取藻体 ,经过氯仿萃取 、甲醇酯化后 ,用高压气相色
谱法测定脂肪酸;总蛋白采用凯氏定氮法;藻蓝蛋白含量测定用 Siegelman[ 6]的方法。
2　结果和讨论
2.1　突变株形态特征的改变
经过紫外诱变后 ,诱变出了几十株突变株 ,它们与出发藻株的形态明显不同 。经反复
筛选纯化 ,获得两株藻体较大 ,形态与出发藻株有明显差异的突变株:M1-3和 M5-1 。
M1-3的形态特点是细而长 。藻丝直径 、螺旋直径均显著小于出发藻株。但其长度远远
比出发藻株长得多 ,其螺旋数目可多达 100个以上;M5-1显得比原始株粗壮 ,藻丝直径
和螺旋直径均明显比原始藻株粗。表 1所列为两株突变株与出发株形态特征上的差异 。
这两株突变株经过两年多的继代培养 ,藻体形态保持稳定 ,表明这是两株稳定的突变株 。
螺旋藻形态的大小是与生产密切相关的参数 。较大的形体使藻体更容易被过滤收获 。突
变株 M5-1的粗大和 M1-3加长都是理想的特征。尤其是 M5-1的特性更优良。
表 1　突变株与出发藻株形态特征的比较
Tab.1　Characteri stics of tw o mutants and their parent st rain
藻株
S t rain
藻丝直径(μm)
Filament diameter
螺旋直径(μm)
Spi ral diameter
螺距(μm)
Spi ral span
每条藻丝螺旋数(个)
Spiral number
出发藻株 12.8 89 128 4～ 8
M 1-3 6.3 38 62 40～ 120
M 5-1 15.2 115 152 4～ 9
　　注:表中所列数据为 20条藻丝的平均值
2.2　突变株生长速度和光合作用速率的改变
两株突变株不但在形态上与原始株有明显的差异 ,其生长速度也发生了变化 。M1-
3和 M5-1的生长速度都高于出发藻株(图 1)。
图 1　出发藻株和突变株的生长曲线
Fig.1　The g row th curves of parent
strain and tw o mutants.
—★—出发藻株　—○—M1-3　—△—M5-1
两株突变株光合作用速率也有不同的提高 , M1-3 的光合放氧速率比出发藻株高
8.9%,M5-1的光合放氧速率也比出发藻株提高 7.0%(表 2)。
表 2　突变株与出发藻株光合放氧速率
Tab.2　Photosynthet ic O2 evolution of two m utants
and the parent strain
藻株
S t rain
光合放氧速率(μmol/μg chl.min)
Photosynthet ic O2 evolution
出发藻株 0.0157
M1-3 0.0171
M5-1 0.0168
较高的生长速度是获得高产的前提 ,从生长曲线
和光合作用速率来看 ,两株突变株的生长速率均高于
出发藻株 。尤其是 M1-3无论是光合作用速率还是
生长速度均有较大的提高 。因此 ,从获得较高产量的
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角度来看 M1-3较好。
2.3　突变株生化组成的变化
藻蓝蛋白是螺旋藻重要的组成成分之一。许多研究表明该物质具有促进免疫 、抗癌
以及血细胞再生等临床疗效。藻蓝蛋白也被提取用作天然蓝色素 。因此 ,较高藻蓝蛋白
含量的螺旋藻具有更高的商品价值 。尽管突变株蛋白质总含量并未发生明显改变 ,但藻
蓝蛋白的相对含量却发生了一定的变化 。在同等培养条件下 , M1-3的藻蓝蛋白相对含
量比出发藻株提高了 20.2%。但 M5-1的藻蓝蛋白含量与出发株含量差别不大 。
表 3　突变株与出发藻株藻胆蛋白含量
Tab.3　The content of phycocyanin of tw o mutants and their parent st rain
藻株
S train
蛋白质(%干重)
Protein
藻蓝蛋白含量(%干重)
Phycocyanin
出发藻株 66.1 10.75
M1-3 65.7 12.92
M5-1 64.9 9.86
表 4　诱变株与出发藻株不饱和脂肪酸组成
Tab.4　Unsaturated fat ty acids of tw o mutants and their parent st rain
不饱和脂肪酸
Unsaturated fatty acid
出发藻株
Parent st rain
M1-3 M5-1
油酸(18∶1) — 1.38 11.98
亚油酸(18∶2) 10.35 0.9 —
γ-亚麻酸(18∶3) 31.15 11.53 4.97
花生四烯酸(20∶4) — 4.93 0.29
EPA(20∶5) — 0.89 2.49
表 4所示为出发藻株和两株诱变株不饱和脂肪酸的相对含量。出发藻株中亚油酸和
γ-亚麻酸有相对高的含量 ,二者之和占总脂的 41.5%,这一结果与过去的报道相似 。但
两株突变株的不饱和脂肪酸组成有了较大的变化 ,在 M1-3 中 ,亚油酸和 γ-亚麻酸的
相对含量明显下降 ,但花生四烯酸的含量有较高的积累 ,同时也检出有少量的 EPA;在
M5-1中 ,γ-亚麻酸含量大大减少 ,亚油酸的含量已低到难以检出 ,但油酸和 EPA 的含
量却有明显的增加。这一结果说明 ,M1-3和 M5-1的突变已使控制脂肪酸合成的酶系
统发生了一定的变化 。长碳链的多不饱和脂肪酸是一类重要营养物质 , DHA和 EPA具
有提高人体免疫机能 、促进婴幼儿 、防治心血管疾病等功效 。螺旋藻中含有较多的γ-亚
麻酸 ,一些新筛选获得的品系也是富含此类不饱和脂肪酸[ 7] ,但在过去的文献中尚未见
螺旋藻含有长碳链多不饱和脂肪酸的报道。通过诱变 ,螺旋藻突变株产生了一定量的
DHA和 EPA ,无疑大大提高了螺旋藻的营养保健价值。通过进一步诱变筛选工作 ,将获
得更高含量的 DHA 、EPA藻种。
2.4　突变株对环境有毒离子的抗性
2.4.1　对 NH+4 的抗性　对环境有毒物质的抗性也是藻株生理特征的一方面 。一定浓
度的 NH+4 对螺旋藻有毒害作用 ,从图 2中的生长曲线可见 ,在 10mmol/ L NH+4 存在下 ,
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出发藻株不能生长。而突变株对 NH+4 的抗性有明显的提高 ,在相同浓度 NH+4 存在时 ,
M5-1可缓慢生长 ,M1-3却有相对高的生长速率。
2.4.2　对 Zn2+的抗性　诱变株对重金属Zn2+的敏感性也发生了不同的变化(图 3)。出
发株在 1.0mmol/L Zn2+存在时 ,生长速度虽然受到一定的抑制 ,但它仍可保持缓慢生长;
M5-1虽然在接种的前 48h 内生长速度比原始藻株慢 ,但在接种后 2—4d内却快速生
长 ,4d后生长速度又减缓。因此总体上看 M5-1对 Zn2+的抗性略强于出发藻株;M1-3
在接种后的前 6d中 ,一直保持相对较高的生长速度 ,但 6d后藻体却开始死亡 。因此 ,总
体来看 M1-3对Zn2+的抗性低于原始藻株。
图 2　突变株和出发藻株在
10mmol/ L NH+4 下的生长曲线
Fig.2　The grow th curves of parent strain
and tw o mutants under 10mmol/ L NH+4
—○—出发藻株　—★—M1-3　—△—M5-1
图 3　突变株和出发藻株在
1.0mmo l/ L Zn2+下的生长曲线
Fig.3　The g rowth curves of parent strain
and tw o mutants under 1.0mmol/ L Zn2+.
—○—出发藻株　—★—M1-3　—△—M5-1
　　螺旋藻是具有重要经济价值的藻类 ,应用螺旋藻处理废水 ,既可达到治理废水的目
的 ,又可收获藻体作为珍稀动物的饲料 ,或作为提取精细化工产品和生物活性物质的原
料 ,使废物资源化。在废水中往往含有各种对藻类生长的有毒物质 ,因此 ,提高对环境有
毒物质的抵抗能力 ,对螺旋藻应用于废水处理十分重要。铵离子和锌离子都是废水中常
见的有害离子 ,突变藻株对这些有害离子抗性的提高 ,使它们更能适用废水的处理。
综观上述获得的实验结果可见 ,运用简便的紫外诱变方法获得的 M1-3和 M5-1
均为较具有优良特性的藻株 ,可用于生产。综合形态大小 、生长速度和生化组成的特点 ,
M1-3相对更优良。
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CHARACTERISTICSOF TWO SPIRULINA PLATENSIS MUTANTS
INDUCED BY ULTRAVIOLET
LI Jian-hong , ZHENG Wei , NI Xia , WENG Yong-ping , PAN Xin and HAO Yun-tao
(Bioscience col lege , Nanjing Normal Un iversity , Nanj ing　210097)
Abstract:　S pirulina platensis was induced by ult raviolet irradiation as a mutagen.Tw o
good mutants , M1 -3 and M 5-1 , were selected.M5 -1 w as bigger than PS (Paprent
S train), and M 1-3 w as thinner and much longer w ith it s spiral number of one filament be-
ing over 40;The g row th and photosynthetic O2 evolution rates of tw o mutants w ere higher
than those of PS obviously.Phycocyanin content in M 1-3 w as 20.2%higher than those of
PS.The tw o mutants had more long carbon chain polyunsaturated fatty acids.The M1-3
contained 4.93% arachidonic acid(20∶4), and M 5-1 contained 2.49%EPA(20∶5)in the
total fat.The antitoxic abili ties of tw o mutants to toxic ions ,NH+4 and Zn2+were dif ferent
from PS also.
Key words:　Spirulina platensis;Ultraviolet induce;Phycocyanin , Unsaturated fatty acid
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