雙氯芬酸鈉調(diào)控雨生紅球藻生長的影響研究

彭立成 謝鄭松 阮經(jīng)盛 夏道演

摘 要：經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，藥物和個(gè)人護(hù)理品是一類微量有機(jī)污染物，難以進(jìn)行生物化學(xué)降解，大多數(shù)經(jīng)生活、工業(yè)和醫(yī)藥廢水等排入水環(huán)境中，對人類安全和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了巨大安全風(fēng)險(xiǎn)。雙氯芬酸及其鈉鹽，作為一種典型的藥物和個(gè)人護(hù)理品，是非甾體類抗炎鎮(zhèn)痛藥，與同類藥物相比，雙氯芬酸鈉（DCF）具有療效好、簡便安全和經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)國家和地區(qū)的醫(yī)藥行業(yè)中被廣泛使用。由于DCF的大量使用，再加上其半衰期長、殘留量高的原因，使得DCF廣泛出現(xiàn)在水體中。

關(guān)鍵詞：雨生紅球藻;雙氯芬酸鈉;蝦青素;油脂;多糖

引言

雨生紅球藻（Haematococcuspluvialis）是一種單細(xì)胞的淡水綠藻，在分類學(xué)上屬于綠藻門（Chlorophyta），綠藻綱（Chlorophyceae），團(tuán)藻目（Volvocales），紅球藻科（Haematococcaceae），紅球藻屬（Haematococcus）。雨生紅球藻的生活史較復(fù)雜，其生長階段大體可分為營養(yǎng)生長階段和生產(chǎn)蝦青素階段。環(huán)境適宜的條件下，雨生紅球藻以綠色游動(dòng)的營養(yǎng)細(xì)胞存在，在此階段細(xì)胞生長旺盛，繁殖迅速，生物量猛增，但其體內(nèi)蝦青素合成量較低;當(dāng)雨生紅球藻處于脅迫環(huán)境中時(shí)，鞭毛退化，進(jìn)入靜止階段，形成不動(dòng)細(xì)胞，此時(shí)細(xì)胞內(nèi)大量積累蝦青素。

1雨生紅球藻中蝦青素的生物合成

蝦青素合成需要以初級類胡蘿卜素的β-胡蘿卜素（β-Carotene）為前體，β-胡蘿卜素合成的前體物質(zhì)為異戊烯焦磷酸（Isopentenylpyrophosphate，IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸（Dimethylallylpyrophosphate，DMAPP），其中雨生紅球藻中的IPP是通過非甲羥戊酸途徑合成的，DMAPP是由IPP異構(gòu)酶（IPI）催化IPP生成的。首先，3個(gè)IPP分子在牻牛兒牻牛兒焦磷酸合成酶（GGPPsynthase，GGPS）的作用下被依次添加到DMAPP中產(chǎn)生C20牻牛兒牻牛兒焦磷酸（Geranylgeranylpyrophosphate，GGPP）。兩個(gè)GGPP分子的頭對尾縮合在八氫番茄紅素合成酶（Phytoenesynthase，PSY）催化下得到第一個(gè)在紫外光譜區(qū)有吸收的C40的前體物質(zhì)八氫番茄紅素（Phytoene）。接下來的4步反應(yīng)是由八氫番茄紅素去飽和酶（PhytoenedesaturaseⅠ，PDS）和ζ-胡蘿卜素去飽和酶（ζ-CarotenedesaturaseⅡ，ZDS）催化的八氫番茄紅素的連續(xù)去飽和反應(yīng)，依次生成六氫番茄紅素（Phytofluene）、ζ-胡蘿卜素（ζ-Carotene）、鏈孢紅素（Neurosporene）、番茄紅素（Lycopene），其中由PDS催化的反應(yīng)是該途徑的限速步驟，通過這些反應(yīng)增加了共軛碳-碳雙鍵的數(shù)量。

2材料與方法

2.1實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)

雨生紅球藻（FACHB-712），購于中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種庫。藻種保存及擴(kuò)大培養(yǎng)均在光照培養(yǎng)箱（MGC-400B）中進(jìn)行，采用BG11培養(yǎng)基，培養(yǎng)條件為22℃、光照強(qiáng)度50μmol/（m2·s）、光暗比12h∶12h。氣升柱式玻璃管的光生物反應(yīng)器利用毛細(xì)管持續(xù)通入5%（體積分?jǐn)?shù)）CO2，使藻種懸浮生長。利用柱式光生物反應(yīng)器研究DCF濃度對雨生紅球藻生長的影響，設(shè)置質(zhì)量濃度梯度分別為0（對照）、10、50、100、200mg/L。每組實(shí)驗(yàn)3個(gè)平行樣，將藻種接種于0.7L培養(yǎng)基，初始接種質(zhì)量濃度為0.3g/L，室溫培養(yǎng)12d后檢測分析。

2.2雨生紅球藻培養(yǎng)條件的確定

（1）光暗周期的確定。調(diào)節(jié)BBM培養(yǎng)基pH至8.0，將處于指數(shù)生長期的雨生紅球藻按5%的接種量接入200mLBBM培養(yǎng)基中，并測定此時(shí)藻液的生物量;然后將藻液分兩組，每組設(shè)置三個(gè)平行，置于光照度為2000～2500lx，溫度為25℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中，其中一組給予續(xù)光照，另一組給予12h：12h的光暗周期;每兩天檢測一次生物量。（2）培養(yǎng)基pH的確定。將BBM培養(yǎng)基分為四組，每組設(shè)置三個(gè)平行，調(diào)節(jié)每組的BBM培養(yǎng)基的pH分別為7.0、8.0、9.0、10.0;將處于指數(shù)生長期的雨生紅球藻按5%的藻種量接入各不同pH的200mLBBM培養(yǎng)基中，并測定此時(shí)藻液的生物量;然后將所有組別置于光照度為2000～2500lx，溫度為25℃的恒溫培養(yǎng)箱中;給予連續(xù)的光照培養(yǎng)，每兩天檢測一次生物量。（3）培養(yǎng)溫度的確定調(diào)節(jié)BBM培養(yǎng)基pH至8.0，將處于指數(shù)生長期的雨生紅球藻按5%的接種量種接入200mLBBM培養(yǎng)基中，并測定此時(shí)藻液的生物量;將藻液分為四組，每組設(shè)置三個(gè)平行，將各組配置好的培養(yǎng)基分別置于18℃，22℃，25℃和30℃的培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)所用光條件均為2000～2500lx連續(xù)光照;每兩天檢測一次生物量。

2.3雨生紅球藻培養(yǎng)混合式培養(yǎng)和自養(yǎng)異養(yǎng)

在培養(yǎng)蝦青素的過程中采用野生紅球藻的培養(yǎng)方式產(chǎn)生的效果會(huì)十分的明顯，在模式的選用方面，采用混合式的紅球藻培養(yǎng)方法好自養(yǎng)異養(yǎng)的方法造成的培養(yǎng)蝦青素產(chǎn)量方面的差別也會(huì)比較的大，在培養(yǎng)控制開展中，應(yīng)該針對自養(yǎng)和異養(yǎng)中不同的控制培養(yǎng)條件造成的不同影響開展研究。在采用混合式培養(yǎng)蝦青素中，細(xì)胞中綠色細(xì)胞隨著培養(yǎng)時(shí)間的不斷延長會(huì)導(dǎo)致在蝦青素的培養(yǎng)中出現(xiàn)藻類活性細(xì)胞的活性下降的情況，并且在培養(yǎng)開展的過程中隨著混合培養(yǎng)時(shí)間的不斷延長導(dǎo)致在培養(yǎng)中藻類細(xì)胞的活性會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步降低的情況發(fā)生，導(dǎo)致在混合培養(yǎng)蝦青素中細(xì)胞在快速化生長的階段會(huì)較快的失去應(yīng)有的活力，在控制開展中采用混合式培養(yǎng)方式能夠進(jìn)一步的降低培養(yǎng)所用的時(shí)間，但是在實(shí)際的操作應(yīng)用中，會(huì)由于在混合培養(yǎng)中限制了藻類植物在培養(yǎng)中的綠色細(xì)胞生長階段的能量導(dǎo)致在培養(yǎng)中細(xì)胞活性降低。

結(jié)語

（1）低濃度DCF有助于提高雨生紅球藻生物量、葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、蝦青素含量，高濃度時(shí)均起抑制作用。（2）相較于對照組，10～100mg/L DCF有利于提高雨生紅球藻多糖;50mg/L DCF促進(jìn)油脂的合成，其他濃度均降低了油脂含量。

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基金項(xiàng)目：福建省區(qū)域發(fā)展重大項(xiàng)目（2017N3013）"天然蝦青素在大黃魚健康養(yǎng)殖中研究與應(yīng)用”