藻類中添加劑的應(yīng)用研究進(jìn)展

楊樹萍 張琳 徐繼林

（寧波大學(xué)海洋學(xué)院，寧波 315211）

藻類富含蛋白質(zhì)、多不飽和脂肪酸及維生素等，營養(yǎng)價值可觀。一些大藻（如紫菜）可作為即食食物被開發(fā)利用。微藻不僅營養(yǎng)豐富，還兼具易消化、易攝食的特點，是水產(chǎn)養(yǎng)殖中的優(yōu)質(zhì)活體餌料［1］。藻類還含有多種活性物質(zhì)，具有巨大的開發(fā)潛力。例如，雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）中的蝦青素，具有著色、抗氧化和增強免疫力等作用，可有效提高水產(chǎn)動物的存活率和水產(chǎn)品的運輸及保藏效果等［2-3］。螺旋藻（Spirulinasp.）中的γ-亞麻酸、螺旋藻多糖和藻藍(lán)蛋白等被制備成藥物，具有提高人體免疫力、消炎等功效［4］。此外，藻類作為食物鏈的第一級生產(chǎn)者，其光合作用和呼吸作用可調(diào)節(jié)水體pH平衡，間接影響水質(zhì)、水體透光度、藻菌關(guān)系等［1，5］。另有研究表明，藻類對生物毒性極其敏感，可用于監(jiān)測水質(zhì)［6］。

現(xiàn)階段藻類培養(yǎng)主要有封閉式和開放式兩種方式。封閉式的光生物反應(yīng)器培養(yǎng)過程可控，不易污染，但成本較高，進(jìn)一步擴大養(yǎng)殖規(guī)模較難。開放式跑道池雖然易受環(huán)境影響，但其成本較低，故被廣泛應(yīng)用。隨著市場需求的增大，藻類品質(zhì)和產(chǎn)量都需要得到提升，而跑道池養(yǎng)殖中面臨的溫度脅迫、紫外線脅迫、重金屬污染及鹽度脅迫等問題都嚴(yán)重制約著藻類規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。因此，研究藻類的抗逆性以改善因非生物脅迫造成的藻類減產(chǎn)、損害及種質(zhì)退化等問題，從而提高藻類的養(yǎng)殖成效是實現(xiàn)藻類規(guī)?；呙芏瑞B(yǎng)殖來獲取更高經(jīng)濟效益的關(guān)鍵。

1 常用添加劑及其作用機制

近年來，研究者們通過使用添加劑以促進(jìn)陸生植物生長及提高其抗逆性，已取得一定成效?，F(xiàn)階段，研究者們也嘗試將這些添加劑運用到在藻類研究及生產(chǎn)中。嘗試使用一種或多種添加劑，以期提高藻類生物量，降低非生物脅迫給藻類造成的損傷，提高藻類抗逆性，以獲得更多的生物量及活性物質(zhì)。下面就一些常用外源添加劑在陸生植物及藻類中的運輸方式、代謝途徑及作用機制進(jìn)行總結(jié)。

1.1 水楊酸及其作用機制

水楊酸（Salicylic acid，SA），即鄰羥基苯甲酸，是植物體內(nèi)一種簡單酚類物質(zhì)。SA能影響植物體和藻體內(nèi)蛋白質(zhì)和光合色素的積累，以提高其生長速率、調(diào)節(jié)其生長發(fā)育［7］。非生物脅迫易造成植物體內(nèi)活性氧含量失衡及氧化脅迫。外源SA通過與SA受體（如NPR1）結(jié)合，激活免疫系統(tǒng)，或改善植物體內(nèi)抗氧化酶活性，甚至進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)直接或間接誘導(dǎo)防御基因的表達(dá)，生成抗氧化化合物（如花青素），從而提高植物的抗逆性［8-9］。SA提高非生物脅迫下藻類抗逆性的機制與陸生植物類似。SA通過與藻體內(nèi)的信號物質(zhì)（如NAC蛋白、MYB蛋白）結(jié)合，調(diào)控藻體內(nèi)的抗氧化活性物質(zhì)基因的表達(dá)，以生成抗氧化活性物質(zhì)；還可調(diào)節(jié)藻體內(nèi)的各種酶（過氧化氫酶、抗壞血酸過氧化物酶和超氧化物歧化酶等）活力、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（可溶性糖、可溶性蛋白）含量，抵御非生物脅迫條件下產(chǎn)生的過量活性氧（Reactive oxygen species，ROS）［7，10］。

1.2 油菜素內(nèi)酯類及其作用機制

油菜素內(nèi)酯類化合物（Brassinosteroids，BRs）在植物和藻類的生長、發(fā)育、繁殖過程中起著重要作用，包括24-表油菜素內(nèi)酯（24-epibrassinolide，24-EpiBL、EBR）、24-表油菜素甾酮（24-epicastasterone，24-epiCS）、高油菜素內(nèi)酯（Homobrassinolide，homoBL）等。外源BRs通過調(diào)控植物細(xì)胞內(nèi)激素水平，激活抗氧化酶保護系統(tǒng)，降低相對電導(dǎo)率，控制葉綠素含量，促進(jìn)光合產(chǎn)物運輸、一氧化氮積累和多個脅迫相關(guān)基因（RD29A、ERD10、RD22）的表達(dá)，最終提高陸生植物的抗逆性［11-12］。在藻類方面，BRs通過調(diào)控藻細(xì)胞體內(nèi)激素水平，激活抗氧化酶保護系統(tǒng)，產(chǎn)生非酶抗氧化劑（抗壞血酸、谷胱甘肽等），促進(jìn)細(xì)胞分裂，緩解脅迫帶來的損傷，甚至可恢復(fù)到原來的水平［13］。可見，BRs在陸生植物和藻類的作用機制很相似。

1.3 脫落酸及其作用機制

脫落酸（Abscisic acid，ABA）是植物體內(nèi)普遍存在的一種激素，是參與植物信號傳導(dǎo)的最為重要的一種信號分子。添加外源ABA可促進(jìn)內(nèi)源ABA的生成，使ABA受體接收和傳遞逆境信號，誘導(dǎo)ABA響應(yīng)元件結(jié)合蛋白（AREB 1、AREB 2和AREB 3等）表達(dá)，高度磷酸化后激活下游相關(guān)基因的表達(dá)，同時降低細(xì)胞膜透性，調(diào)控氣孔開閉，增加抗氧化酶活性，抑制ROS的積累，從而提高植物的抗逆性［14-16］。ABA在藻類中也有發(fā)現(xiàn)。利用反相高效液相色譜（RP-HPLC）的方法，苗鈞魁等［17］第一次在海帶中分離純化出高活性的ABA。研究發(fā)現(xiàn)，在藻類中，外源ABA不直接增加藻的光合活性，而是通過保護光系統(tǒng)免受ROS的破壞，促進(jìn)藻體清除ROS，或者促進(jìn)脂質(zhì)的積累，從而提高藻類的抗逆性植物［18-19］。

1.4 赤霉素及其作用機制

赤霉素（Gibberellin acid，GA）作為一類內(nèi)源性激素在藻類的生長發(fā)育中發(fā)揮著重要的作用［20］。Reinecke等［21］表明，在已發(fā)現(xiàn)的136種天然赤霉素中，僅有GA1、GA3、GA4、GA7四種具有生理活性［22］。外源GA誘導(dǎo)降低GA合成代謝關(guān)鍵酶（GA 3-oxidase和GA 20-oxidase）和受體蛋白基因的表達(dá)，減少內(nèi)源GA含量，或抑制信號傳導(dǎo)途徑中DELLA蛋白（因其N端含有D、E、L、L和A這 5種氨基酸的DELLA結(jié)構(gòu)域而命名）積累，提高活性氧解毒酶基因表達(dá)，降低活性氧水平，以提高植物的抗逆性［23-24］。也有研究發(fā)現(xiàn)，GA可與藻體內(nèi)抗氧化活性物質(zhì)的基因順式作用原件結(jié)合，調(diào)控相應(yīng)基因表達(dá)，消除過多的ROS，還可通過增加光合色素、可溶性蛋白的積累，以提高藻體抗逆性［25-26］。但總體看，GA在藻體中調(diào)控機制的研究還不夠完善，有待進(jìn)一步挖掘。

1.5 鈣及其作用機制

鈣（Ca2+）是植物生長必需的營養(yǎng)元素，且作為偶聯(lián)胞外信號與胞內(nèi)生理生化反應(yīng)的第二信使，參與調(diào)控植物的代謝和發(fā)育［27］。當(dāng)植物受到非生物脅迫時，外源Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合，傳遞信號，激活Ca2+通道，維持細(xì)胞內(nèi)離子（K+、Na+、Mg2+等）的平衡以保護膜的完整性，并激活特定的保護酶系統(tǒng)。也可通過Ca2+依賴蛋白激酶識別特定Ca2+濃度信號，受體靶蛋白被激活，誘導(dǎo)抗性基因的表達(dá)，最終提高植物抗逆性［28-30］。外源Ca2+激活藻細(xì)胞內(nèi)膜的Ca2+通道，維持細(xì)胞內(nèi)外離子（Ca2+/Na+）的平衡，降低膜透性，刺激鈣調(diào)素基因的表達(dá)，促使生成鈣調(diào)蛋白并與之結(jié)合，傳遞信號。當(dāng)受到脅迫時，Ca2+誘導(dǎo)合成中性脂質(zhì)，激活抗氧化酶系統(tǒng)，以緩解脅迫帶來的損傷［31-32］。

1.6 生長素及其作用機制

生長素（Auxin，AUX）是一類含有一個不飽和芳香族環(huán)和一個乙酸側(cè)鏈的內(nèi)源激素，在植物的生長發(fā)育過程中起重要調(diào)節(jié)作用。天然AUX主要包括3種，即吲哚-3-乙酸（Indole-3-acetic acid，IAA）、吲哚丁酸（Indole butyric acid，IBA）和萘乙酸（Naphthylacetic acid，NAA）。此外，如 2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-Dichlorophenoxyacetic acid，2，4-D）等是AUX類似物，也具有廣闊的應(yīng)用前景。Gupta等［33］首次在藻類中發(fā)現(xiàn)了IAA和IBA同時存在。在陸生植物遭受非生物脅迫時，外源AUX或AUX類似物，與細(xì)胞中AUX受體結(jié)合，啟動質(zhì)子泵（H+-ATPase）形成電化學(xué)梯度，酸化細(xì)胞壁，誘導(dǎo)防御基因表達(dá)，并調(diào)控保護酶系統(tǒng)和積累保護物質(zhì)（脯氨酸或谷胱甘肽），或直接與氣孔保衛(wèi)細(xì)胞通道外表面結(jié)合，調(diào)節(jié)光合作用效率，最終提高植物的抗逆性［34］。Sakata等［35］還發(fā)現(xiàn)，外源AUX可恢復(fù)DNA復(fù)制許可因子（MCM5）的表達(dá)，逆轉(zhuǎn)高溫脅迫引起的植物雄性植株的不育。在藻類中，AUX可調(diào)控內(nèi)源性植物激素的代謝平衡，促進(jìn)藻細(xì)胞內(nèi)色素、脂質(zhì)積累，調(diào)控硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶、葉綠素?zé)晒獾然钚?，緩解脅迫條件對藻的損傷［36-37］。

1.7 茉莉酸類及其作用機制

茉莉酸類（Jasmonates，JAs）物質(zhì)，是一種新型內(nèi)源植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)，其中典型代表有茉莉酸甲酯（Methyle jasmonate，MeJA）和茉莉酸（Jasmonic acid，JA）。JAs在陸生植物和藻類中的作用類似，不僅參與生長調(diào)節(jié)，還誘導(dǎo)抗逆信號的產(chǎn)生及防御基因的表達(dá)。外源JAs通過調(diào)節(jié)保護性酶（過氧化物酶、過氧化氫酶等）的活性，促進(jìn)次生代謝產(chǎn)物（如藻黃素、蝦青素）相關(guān)基因的表達(dá)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（如脯氨酸、可溶性蛋白）的積累，或通過影響啟動子的活性、促進(jìn)防御蛋白及次生活性物質(zhì)的合成來提高植物和藻體的抗逆能力［38-43］。

1.8 細(xì)胞分裂素及其作用機制

細(xì)胞分裂素（Cytokinin，CTK）是腺嘌呤的衍生物，包括玉米素（Zeatin，ZT）、激動素（Kinetin，KT）和6-芐基氨基嘌呤（6-benzylaminopurine，6-BA、BA、BAP）等。外源CTK與受體（AHKs）結(jié)合，磷酸化后進(jìn)入細(xì)胞，激活防御基因的表達(dá)［44］。CTK還可直接或間接清除氧自由基，減少脂質(zhì)的過氧化程度，改變膜脂中脂肪酸比例，提高光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，最終提高植物的抗逆性［45-46］。在藻類中，外源CTK則是通過促進(jìn)藻細(xì)胞分裂增殖，促進(jìn)不飽和脂肪酸的積累，刺激抗氧化系統(tǒng)，提高光合作用效率和氮代謝循環(huán)來促進(jìn)藻生長和提高藻的抗逆性［37，47］。

2 添加劑在藻類生長及抗逆方面的應(yīng)用

2.1 生長方面的應(yīng)用

研究者們嘗試通過使用添加劑來獲取更多的藻類生物量或活性物質(zhì)，以取得更大的經(jīng)濟效益。研究發(fā)現(xiàn)，ABA（1.0 mg/L）、SA（10 mg/L）和JA（0.5 mg/L）可使小球藻（Chlorella vulgarisZF strain）的脂質(zhì)生產(chǎn)率分別提高123%、100%和127%［48］。據(jù)報道，三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）中三酰甘油（TAG）合成基因上游存在植物激素的響應(yīng)性順式調(diào)節(jié)元件，外源植物激素（SA、ABA和MeJA等）可與該元件結(jié)合，進(jìn)一步提高三角褐指藻的油脂含量［49］。Park等［50］研究發(fā)現(xiàn)，IAA、ABA和GA3可促進(jìn)細(xì)胞分裂，增加蛋白質(zhì)積累，最終促進(jìn)萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）生長；ABA還可大幅提高其淀粉含量（從2.2%增加至6%），而IAA和GA3對淀粉含量無影響。低濃度的ABA能促進(jìn)紫球藻（Porphyridiumsp.）生物量（達(dá)3.463g/L）、胞外多糖（達(dá)干重34.31%）和藻紅素等積累，但當(dāng)ABA濃度超過10 mg/L則呈抑制趨勢［51］。研究者嘗試采用多種添加劑組合的方式，以期達(dá)到更好的促進(jìn)效果。史成穎等［52］分別探究6種植物激素（NAA、2，4-D、IBA、IAA、6-BA 和 GA）對鈍頂螺旋藻（Spirulina platensis）生長的影響，找到最適濃度之后，選擇效果最佳的4種（NAA、2，4-D、6-BA 和GA）進(jìn)行交叉組合，只有NAA與6-BA的組合促進(jìn)藻的生長。而Bajguz和Piotrowska-Niczyporuk等［53］研究則表明IAA與BRs的組合能顯著促進(jìn)小球藻（C. vulgaris）的細(xì)胞增殖，且比單一作用顯著，細(xì)胞數(shù)比對照組增加了321%。因此，可根據(jù)實際需求及藻種的不同，挑選適宜的一種或多種添加劑，施以適宜的濃度，以達(dá)到最佳的培養(yǎng)效果和最低的生產(chǎn)成本。

2.2 低溫脅迫

適宜的溫度是保證藻類正常生長的重要環(huán)境因子之一。溫度過高或過低都會影響藻的生理生化特性及代謝過程，進(jìn)而影響其生長，即高溫脅迫和低溫脅迫。研究表明，低溫脅迫可導(dǎo)致球等鞭金藻（Isochrysis galbana）細(xì)胞內(nèi)活性氧過量積累，進(jìn)而造成膜脂過氧化［54］。溫度越低，膜脂損傷程度越大。低溫脅迫還會造成藻體凈光合速率、葉綠素a（Chl a）及藻藍(lán)蛋白含量下降［55］。大量陸生植物的相關(guān)研究顯示，添加劑可以提高植物的低溫抗逆性［56-58］。類似的嘗試在藻類中較少。陳文筆等［59］報道，添加15 mg/L的SA對低溫脅迫下提高微擬球藻（Nannochloropsissp.）低溫抗逆性效果最顯著，96 h時藻密度、可溶性糖和可溶性蛋白分別比對照組提高了21.97%、29.17%和27.40%，且不飽和脂肪酸含量也比對照組提高了6.27%；此時Δ5和Δ6去飽和酶基因轉(zhuǎn)錄水平為對照組的8.63、6.14倍?；谝陨蠈嶒灲Y(jié)果，后續(xù)可進(jìn)行更多嘗試，以期解決低溫環(huán)境下藻類培養(yǎng)的難題。

2.3 高溫脅迫

短時間的高溫脅迫下，藻體可啟動自身防御系統(tǒng)，增加光系統(tǒng)II和I的光子捕獲能力和電子傳遞速率以降低損傷，還通過促進(jìn)mRNA的生成、抑制tRNA的水解，增加擬核蛋白合成來保護和維持DNA的正常遺傳信息傳遞過程［60］。若持續(xù)高溫超過藻體承受范圍，藻體內(nèi)生成的活性氧無法有效清除，膜結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重?fù)p傷，Chl a含量顯著降低，藻體則表現(xiàn)為生長減緩［61］。研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫下，蛋白核小球藻（C. pyrenoidosa）生長受到抑制，新陳代謝活性降低，生長速率變緩；但添加10 mg/L SA之后，熱激蛋白70和磷酸甘油酸激酶的表達(dá)量明顯上升，SA作用12 h后可分別增加2.57和1.56倍，48 h時生長速率、可溶性糖、可溶性蛋白分別達(dá)到對照組的2.07、1.34和1.18倍，生長抑制明顯得到緩解［62］。探討高溫脅迫下龍須菜（Gracilaria lemaneiformi）抗逆性的結(jié)果顯示，添加外源SA和EBR都可以提高龍須菜的高溫抗逆性［63-64］。賀亮等［65］研究顯示，高溫造成半葉馬尾藻中國變種（Sargassum hemiphyllumvar.chinense）抗氧化防御系統(tǒng)的損傷，添加Ca2+可得到有效的緩解；且藻體中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量也明顯增加，從而降低高溫脅迫對細(xì)胞膜的傷害?；谶@些研究，可以進(jìn)行更多嘗試，以期解決高溫天氣藻類培養(yǎng)困難、種質(zhì)降低等問題。

2.4 酸性脅迫

近年來，化石類燃料的大量使用、酸性氣體（CO2、SO2和NOx）的無節(jié)制排放和森林的過度砍伐等，引起水體pH下降，給藻類養(yǎng)殖造成了酸性脅迫，影響了藻類生物量積累。張倩［66］發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)基pH降低之后，4株小球藻（2株蛋白核小球藻（C. pyrenoidosa）、1株普通小球藻（C. vulgaris）和1株海水小球藻（C. pacifica））的生長速率明顯降低，當(dāng)pH急劇下降為3.0時，降幅分別為91.52%、90.00%、88.03%和91.39%。史飛飛等［67］將燃燒產(chǎn)生的氣體通入培養(yǎng)液，培養(yǎng)液的pH急劇下降，導(dǎo)致斜生柵藻（Scenedesmus obliquus）生長受到抑制，添加0-20 mg/L GA后，斜生柵藻的生長得到恢復(fù)，且培養(yǎng)液pH恢復(fù)至正常值。其中，添加10 mg/L GA效果最好，可使促進(jìn)斜生柵藻的干重達(dá)到0.45 g/L。添加劑在藻類抗酸性脅迫中應(yīng)用較少，后續(xù)研究中可進(jìn)行更多嘗試，以期為利用酸性水質(zhì)培養(yǎng)藻類生產(chǎn)更多高附加值產(chǎn)品提供更多的技術(shù)指導(dǎo)和理論支持。

2.5 重金屬脅迫

隨著人類活動范圍的擴大，濫用亂排導(dǎo)致水體中重金屬沉積，致使藻類遭受重金屬（Pb2+、Cd2+、Cu2+等）脅迫，嚴(yán)重制約藻類生物量及活性物質(zhì)的積累。李建宏等［68］研究顯示，Cd2+脅迫導(dǎo)致橢圓小球藻（C. ellipsoidea）葉綠素含量下降，氧自由基含量增加；且隨著Cd2+濃度的增大，葉綠素含量逐漸降低，光合速率也顯著降低。全秋梅等［69］報道，在Cd2+脅迫下，半葉馬尾藻中國變種（S.hemiphyllumvar.chinense）細(xì)胞內(nèi)丙二醛含量隨著Cd2+濃度的上升而上升，過氧化物酶和過氧化氫酶則呈先上升后下降的趨勢，較對照組均存在極顯著性差異（P＜0.01），抑制其生長及活性物質(zhì)的積累。Kovacik 等［70］報道，10 μmol/L Cu2+可使扁滸苔（Ulva compressa）的多不飽和脂肪酸在總脂肪酸中的比例從43%降至5.4%。因此，在水資源有限的情況下，研究者迫切需要尋找解決辦法，以求克服重金屬水質(zhì)中藻類生長的難題。

研究者從陸生植物的抗逆性研究中得到啟發(fā)，嘗試使用添加劑，緩解藻類的重金屬脅迫。Piotrowska-Niczyporuk等［26］報道，IAA、6-BA、GA3和 JA等可激活普通小球藻（C. vulgaris）抗氧化防御系統(tǒng)，減少活性氧積累，顯著降低重金屬（Pb2+、Cd2+和Cu2+）脅迫帶來的生長抑制作用。Bajguz［71］用EBR處理重金屬脅迫下小球藻（C. vulgaris）后發(fā)現(xiàn)，重金屬離子（Cu2+、Pb2+、Cr2+和Zn2+）對小球藻（C. vulgaris）的損傷得到抑制，藻細(xì)胞數(shù)明顯增加，且可以恢復(fù)到正常培養(yǎng)水平。因此，利用添加劑在藻類抗重金屬脅迫方面的優(yōu)勢，可在重金屬污染區(qū)域培養(yǎng)藻類，同時利用藻類治理修復(fù)水質(zhì)。但是添加劑在藻類抗重金屬方面的研究還不夠深入，添加劑在藻類細(xì)胞中的信號傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)、分子機制尚不清楚，還有待進(jìn)一步研究。

2.6 紫外（UV-B）脅迫

由于臭氧層遭到破壞和侵蝕，到達(dá)地表的紫外線輻射增強，影響了藻的生理生化特性。劉成圣和唐學(xué)璽［72］報道，UV-B明顯抑制三角褐指藻（P.tricornutum）的生長，并且導(dǎo)致藻細(xì)胞內(nèi)活性氧增加，致使其受到膜脂脫脂化傷害。屠燕萍等［73］也對三角褐指藻（P. tricornutum）進(jìn)行了類似研究發(fā)現(xiàn)，紫外脅迫造成藻體內(nèi)抗氧化酶的含量先上升后下降，超過藻細(xì)胞自身對活性氧的清除范圍，從而造成損傷。Han等［74］研究發(fā)現(xiàn)，較高的UV-B會抑制孔石莼（U. pertusa）的生長，且顯著降低其孢子形成率。研究顯示，KT、6-BA和ZT等細(xì)胞分裂素可促進(jìn)UV-B脅迫下植物氣孔的重新打開，而IAA、NAA和2，4-D等生長素會抑制UV-B脅迫下植物氣孔的關(guān)閉，故細(xì)胞分裂素和生長素均利于植物抗紫外脅迫作用［75］。目前，添加劑在藻類抗紫外脅迫中的應(yīng)用研究還較少。卓品利等［76］發(fā)現(xiàn)，添加適宜濃度SA顯著提高UV脅迫下滸苔（U. prolifera）的Chl a 含量（為UV組的188.30%）、葉綠素?zé)晒馑俾剩ㄌ岣?39.8%）、可溶性糖和可溶性蛋白（提高32.2%）含量。今后，研究者們可在藻類抗紫外脅迫中嘗試使用更多種的添加劑或添加劑組合。

2.7 鹽度脅迫

室外天氣多變，水分蒸發(fā)量與降水量達(dá)不到平衡，間接導(dǎo)致培養(yǎng)液的鹽度不穩(wěn)定，破壞滲透平衡，影響微藻生長，因此尋找合適的解決方案具有重要的理論及經(jīng)濟價值。Liang等［77］發(fā)現(xiàn)，在低鹽濃度（＜ 5 psu）和高鹽濃度（＞ 70 psu）下，球等鞭金藻（I.galbana）的光合作用受到抑制，細(xì)胞密度降低。趙萍等［78］研究顯示，三角褐指藻（P. tricornutum）在鹽度大于35 psu 時，藻細(xì)胞分裂受到抑制，生長速率與鹽度呈負(fù)相關(guān)，多糖含量也隨著鹽度的升高而降低?？梢?，鹽度超過一定的范圍，會對藻的生長生理造成抑制。Yoshida等［18］發(fā)現(xiàn)，處于鹽脅迫下的萊茵衣藻在添加ABA后，抗氧化酶、過氧化氫酶和抗壞血酸過氧化物酶的基因表達(dá)顯著上調(diào)，使得細(xì)胞內(nèi)活性氧降低，脅迫得到緩解。目前，在藻類鹽脅迫的研究中，研究者們多采用Ca2+緩解鹽脅迫帶來的損傷。魏顯珍等［79］嘗試外施Ca2+緩解鹽脅迫給喜鈣念珠藻（Nostoc calcicolaBreb.）帶來的損傷，結(jié)果顯示，Ca2+對其光系統(tǒng)II（PSII）各反應(yīng)中心具有保護作用，且提高光能轉(zhuǎn)化和電子傳遞速率（光系統(tǒng)性能指數(shù)提高率最大可達(dá)82%），最終使鹽脅迫下的藻趨于正常生長。吳以平和董樹剛［80］發(fā)現(xiàn)，在Ca2+作用下，緣管滸苔（Enteromorpha linza）和孔石莼（U. pertusa）的Chl a和可溶性糖的含量都顯著增加，且電解質(zhì)外滲率顯著降低，從而顯著提高藻的抗鹽性。在遭受鹽脅迫時，可根據(jù)需求選擇適宜的添加劑，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，獲得更多經(jīng)濟效益。

2.8 光強脅迫

藻類屬于自養(yǎng)生物，光照強度對其光合作用具有重要的影響。強光脅迫下，鈍頂螺旋藻（S.platensis）中丙二醛含量和電導(dǎo)率明顯上升，引起膜脂過氧化作用［81］。光脅迫引起壇紫菜（P.haitanensis）細(xì)胞內(nèi)活性氧含量顯著上升，自身的活性氧清除機制并不能將其完全清除，繼而引起膜脂過氧化損傷［82］。非洲乍得湖鈍頂節(jié)旋藻（Arthroapira platensis）在遭受光強脅迫30 min后其凈光合速率低于0，Chl a含量下降為初始值的95%［83］。因此，如何有效緩解光強給藻類帶來的損傷，成為亟待解決的問題。崔丹丹等［84］發(fā)現(xiàn)，添加ZT和SA能顯著促進(jìn)光脅迫下雨生紅球藻（H. pluvialis）細(xì)胞生長藻細(xì)胞密度分別能達(dá)到3.4×105cell/mL 和3.0×105cell/mL，同時還能促進(jìn)蝦青素的積累，分別比對照組增加29.2%和25.6%。添加劑緩解光強脅迫方面的研究較少，還有待進(jìn)一步探索，以更全面了解添加劑在藻類遭受光強脅迫時的應(yīng)用優(yōu)勢。

3 展望

外源添加劑可通過多種方式緩解非生物脅迫給藻體帶來的傷害，在藻類生長發(fā)育和抗逆調(diào)節(jié)中起重要作用。但目前，添加劑在藻類中的應(yīng)用研究，尚停留在生長及生理指標(biāo)的測定等，僅有少部分研究利用分子技術(shù)測定防御基因的表達(dá)情況，嘗試進(jìn)一步探究藻類抗逆性分子機制。添加劑在藻類中完整的信號傳導(dǎo)途徑及作用機制尚不清楚［20，47］。

目前，藻類的抗逆性研究多側(cè)重于高溫和重金屬脅迫，而其他非生物脅迫研究的深度和廣度都較低。由大量陸生植物抗逆性研究可預(yù)知，添加劑在提高藻類的抗逆性方面可能具有廣闊前景。外源添加劑對不同藻類抗逆應(yīng)用的施用濃度、時間及方式等還不明確，且其作為信號分子，是直接參與信號傳遞還是誘導(dǎo)內(nèi)源物質(zhì)生成進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，又有哪些基因表達(dá)得以促進(jìn)或被抑制，還有待于深入研究。另外，許多藻類研究尚停留在實驗階段，還未進(jìn)入實際生產(chǎn)中。而實際生產(chǎn)中，藻類培養(yǎng)面臨的往往不是單一非生物脅迫挑戰(zhàn)，故開展多組脅迫綜合分析十分必要。系統(tǒng)化的研究手段已呈多元化發(fā)展，因此可根據(jù)實際情況開展多組分析研究，尋求更佳的解決方案。隨著添加劑與非生物脅迫相關(guān)信號通路和基因誘導(dǎo)表達(dá)調(diào)控研究的深入，利用分子育種手段有望實現(xiàn)藻類選擇性育種，從而為藻類的實際生產(chǎn)應(yīng)用提供更有效的理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。