各類脅迫下小球藻抗氧化活性物質(zhì)的分析

牛家蕾

摘 要：藻細(xì)胞生命活動(dòng)過(guò)程中，除自身有氧代謝產(chǎn)生活性氧（ROS）外，外源脅迫因子也可引起細(xì)胞內(nèi)ROS的積累。藻類同其它植物細(xì)胞一樣為保護(hù)自身免受傷害而形成了一套抗氧化防御系統(tǒng)，用以清除藻細(xì)胞內(nèi)ROS。抗氧化活性物質(zhì)有助于優(yōu)化人體的生理功能，從而有助于保持健康狀態(tài)并預(yù)防疾病。本文總結(jié)了各種脅迫下，小球藻抗氧化活性物質(zhì)含量的變化，并對(duì)其發(fā)展前景作出展望，為小球藻的開發(fā)利用提供更好的依據(jù)，也為制作小球藻類食品、保健品等提供更好條件，以創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：小球藻;抗氧化物;類胡蘿卜素

1 引言

小球藻屬綠藻門，綠藻綱，綠球藻目，卵囊藻科，小球藻屬，是一種普生性球形單細(xì)胞藻類，生態(tài)分布極廣，在淡水、海水中均有發(fā)現(xiàn)，光合作用非常強(qiáng)，是其他植物的幾十倍。其含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、食物纖維、核酸及葉綠素等，是維持和促進(jìn)人體健康所不可缺少的營(yíng)養(yǎng)素，特別是含有令人注目的生物活性物質(zhì)糖蛋白、多糖體以及高達(dá)13%的核酸等物質(zhì)。具有抑制癌細(xì)胞增殖，降低血清膽固醇含量，排除毒素，迅速修復(fù)機(jī)體的損傷等功能。所以被認(rèn)為是可持續(xù)和豐富的天然抗氧化物的來(lái)源，小球藻更是因?yàn)槠渖芷诙?，增長(zhǎng)速度快，光合作用能力強(qiáng)，易于培養(yǎng)，能夠減少大面積種植的空間，且無(wú)副作用，在各類食品或飼料添加劑中脫穎而出，成為天然的抗氧化劑來(lái)源。從全球角度來(lái)看，為基于小球藻類的食品、醫(yī)藥品、化妝品及保健品創(chuàng)造了巨大的潛在市場(chǎng)。

2 不同脅迫對(duì)小球藻抗氧化物質(zhì)的影響

從其棲息地分離出來(lái)的任何生物的生長(zhǎng)條件都是特定于物種/株系的，但在極端情況下，它們會(huì)產(chǎn)生某些代謝物以克服和適應(yīng)壓力條件，小球藻對(duì)非生物脅迫因子顯示出極大的適應(yīng)性，并產(chǎn)生有價(jià)值的代謝產(chǎn)物。

2.1高光

可用光是生產(chǎn)幾種類胡蘿卜素的最嚴(yán)重的限制因素之一。光強(qiáng)度以及光周期會(huì)影響各種微藻物種的生長(zhǎng)，生物量和其他的代謝產(chǎn)物。并且適當(dāng)?shù)墓庹沼兄谛∏蛟寮?xì)胞內(nèi)SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性的增加，但是高強(qiáng)度的光照脅迫下，隨著強(qiáng)度的增加和輻射時(shí)間的增長(zhǎng)，小球藻細(xì)胞產(chǎn)生的過(guò)量ROS 會(huì)攻擊其抗氧化防御系統(tǒng)，破壞超微結(jié)構(gòu)，使生物大分子如DNA等出現(xiàn)斷裂或交聯(lián)。小球藻的抗氧化防御系統(tǒng)會(huì)受到攻擊，動(dòng)態(tài)平衡將被打破，藻細(xì)胞體內(nèi) ROS 的產(chǎn)生速度超出了抗氧化防御系統(tǒng)的清除能力，過(guò)量的 ROS 對(duì)藻類造成氧化脅迫，使其在細(xì)胞水平和分子水平產(chǎn)生不可逆的損傷，嚴(yán)重時(shí)引起細(xì)胞代謝紊亂，并最終抑制藻體生長(zhǎng)和發(fā)育。

2.2 溫度

溫度脅迫成為限制小球藻生長(zhǎng)的主要因素之一。溫度在微藻細(xì)胞內(nèi)類胡蘿卜素的積累中起著重要作用。較高的溫度由于光氧化應(yīng)激增加而導(dǎo)致類胡蘿卜素在微藻物種中的積累增加。如表2所示，溫度會(huì)影響雨生紅球藻中蝦青素的合成。因?yàn)镽OS的光合作用，這會(huì)導(dǎo)致蝦青素的積累。但是高溫很少用于誘導(dǎo)蝦青素的生產(chǎn)，因?yàn)閾?jù)報(bào)道，高溫會(huì)極大地降低生物量的產(chǎn)量，從而導(dǎo)致蝦青素的生產(chǎn)總體上減少。在鹽藻杜氏鹽藻中，高溫導(dǎo)致葉黃素積聚。在原球藻中也觀察到類似的趨勢(shì)。溫度是影響藻類生長(zhǎng)的關(guān)鍵性因素。高溫可在短時(shí)間內(nèi)抑制小球藻的生長(zhǎng)，并且通過(guò)引起細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化、抗氧化酶活性的降低、光合色素及蛋白質(zhì)合成能力的下降等，使小球藻難以完成正常生理活動(dòng)，使其生長(zhǎng)受到脅迫。

2.3 鹽

鹽是維持小球藻正常生長(zhǎng)的重要因子，濃度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)小球藻的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，尤其對(duì)小球藻色素、抗氧化防御系統(tǒng)活性、DNA等影響較大。鹽度對(duì)藻類的影響在不同的生境中差異很大。由于有效的滲透調(diào)節(jié)作用，幾種微藻可以耐受一定的鹽度水平，鹽度的增加會(huì)增加氮和碳的含量，從而迫使細(xì)胞產(chǎn)生氨基酸以應(yīng)對(duì)高鹽度。鹽分脅迫可以進(jìn)一步刺激總類胡蘿卜素的產(chǎn)生。鹽度的增加會(huì)增加氮和碳的含量，從而迫使細(xì)胞產(chǎn)生氨基酸以應(yīng)對(duì)高鹽度。鹽度對(duì)小球藻的生長(zhǎng)和類胡蘿卜素形成的影響是復(fù)雜的。鹽度會(huì)影響總體β-胡蘿卜素含量。在鹽脅迫下，一些微藻中的蝦青素含量增加。然而，也有微藻不能耐受高濃度的鹽，高于2M NaCl的鹽濃度降低了某微藻葉黃素含量。鹽分脅迫可以進(jìn)一步刺激總類胡蘿卜素的產(chǎn)生。但是，任何過(guò)量的物質(zhì)都會(huì)損害微生物的代謝系統(tǒng)。

2.4 其他

由于在異養(yǎng)條件下小球藻不能有效利用外部碳源，而葡萄糖是光合作用的最終產(chǎn)物，任何在光照下生長(zhǎng)的生物體都可以有效利用葡萄糖。研究表明蝦青素的產(chǎn)量隨著葡萄糖濃度的增加而增加。而葡萄糖濃度的增加進(jìn)一步增加了小球藻中的葉黃素含量。在混合營(yíng)養(yǎng)條件下，小球藻生長(zhǎng)速度和蝦青素的產(chǎn)生均有所增加。因此，不同的養(yǎng)分，例如氮和碳，會(huì)影響小球藻的生長(zhǎng)，而其他參數(shù)，例如生長(zhǎng)速度和色素含量，也會(huì)影響小球藻的生物化學(xué)組成。總之，營(yíng)養(yǎng)混合型栽培更傾向于提高小球藻物種的生物量，脂質(zhì)和類胡蘿卜素產(chǎn)量。

2.5 總結(jié)

小球藻生長(zhǎng)過(guò)程中，會(huì)形成一套清除ROS的抗氧化防御系統(tǒng)，它可以在藻體受到活性氧攻擊時(shí)，減輕機(jī)體損傷，多種抗氧化活性物質(zhì)含量會(huì)增加，但是當(dāng)各類脅迫壓力過(guò)高時(shí)，活性氧的產(chǎn)生速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出抗氧化防御系統(tǒng)的清除能力時(shí)，過(guò)量的活性氧會(huì)導(dǎo)致小球藻細(xì)胞蛋白質(zhì)功能喪失、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)受損、引起DNA損傷與突變，更加嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起細(xì)胞代謝紊亂等，抑制抗氧化活性物質(zhì)的產(chǎn)生，最終抑制小球藻藻體的生長(zhǎng)發(fā)育?？梢栽诓煌碾A段進(jìn)行不同脅迫處理以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)和抗氧化物質(zhì)的積累。生物質(zhì)和類胡蘿卜素的增加可通過(guò)兩階段過(guò)程實(shí)現(xiàn)，其中第一階段富含氮和磷酸鹽的生長(zhǎng)培養(yǎng)基可獲取更高的生物量，而在對(duì)數(shù)后期的第二階段，適當(dāng)?shù)母啕}度和高光強(qiáng)度可進(jìn)一步提高產(chǎn)量和類胡蘿卜素。

3前景

小球藻可以產(chǎn)生多種抗氧化劑，在食品，飼料，農(nóng)業(yè)和制藥行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。小球藻作為營(yíng)養(yǎng)保健品和人類健康的抗氧化劑提供者有很大的發(fā)展?jié)摿Α？寡趸瘎┗钚钥赡芘c微藻中抗氧化劑分子的含量高和多樣性有關(guān)，小球藻是多種抗氧化劑分子的來(lái)源。比如蝦青素是一種“水生”類胡蘿卜素，以其健康特性而聞名。

小球藻也可以提供其他抗氧化劑分子來(lái)源，例如類霉菌素氨基酸（MAAs），它們可作為抗紫外線的防曬劑，還具有抗氧化和滲透保護(hù)活性。此外， 在某些微藻中產(chǎn)生的滲透液二甲基磺酸丙二酸酯（DMSP）及其酶解產(chǎn)物二甲基硫化物（DMS）也顯示出抗氧化活性。

在小球藻中還存在其他在高等植物中廣為人知的具有強(qiáng)大抗氧化活性的科目，盡管與陸生植物相比，它們?cè)谖⒃孱愔械难芯砍潭韧ǔＲ偷枚啵ɡ绶宇惢衔?，固醇和維生素）。酚類化合物，包括幾類類黃酮，如異黃酮，黃烷酮，黃酮醇和二氫查耳酮，對(duì)肝臟具有保護(hù)作用，這是與ROS相關(guān)疾病的主要靶標(biāo)之一。微藻甾醇在低膽固醇血癥和帕金森氏病等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中具有有益的健康作用，還具有抗癌和抗炎活性。

小球藻也是維生素的豐富來(lái)源，例如維生素E，D和C，以及β-胡蘿卜素（維生素原A），煙酰胺，硫胺素，核黃素和生物素等。從微藻中分離出來(lái)的硫酸多糖還顯示出相關(guān)的抗氧化特性，并具有對(duì)超氧化物基，羥基和過(guò)氧化氫的有效清除能力。此外，小球藻也是蛋白質(zhì)酶，肽和氨基酸的豐富來(lái)源，這些是細(xì)胞和組織正常生理活動(dòng)所必需的，并且具有很強(qiáng)的健康保護(hù)作用。

綜上所述，小球藻有著很大的發(fā)展前景和潛力，在農(nóng)業(yè)上可以用作各類飼料添加劑，和食品中的天然抗氧化物添加劑;還可用于各大保健品中;其中的蝦青素、煙酰胺等物質(zhì)也常常添加于護(hù)膚品和化妝品中。