基于光合突变池的雨生红球藻优异性状藻株挖掘

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis Flotow)是天然虾青素的主要来源,其高成本、低效率的规模化生产难以满足市场需求。建立快速获得优质突变株的筛选策略有助于提高雨生红球藻的种质资源开发效率,获得虾青素高富集的优质藻株。以雨生红球藻NIES-144为出发藻株,通过甲基磺酸乙酯(ethyl methylsufone,EMS)诱变和高光处理获得光合突变池。以叶绿素荧光参数为检测指标能够快速筛选出生长速率和虾青素积累能力发生变化的突变藻株。结果显示,从该光合突变池中随机选取11株藻株的增殖能力和虾青素积累能力均与原始对照株存在不同程度的差异,45%的突变株在增殖能力和虾青素积累能力方面显著优于对照株。该结果表明雨生红球藻的光化学活性与增殖和其虾青素积累能力之间存在着紧密的联系,证实基于光合突变池挖掘优异性状雨生红球藻的策略具有可行性,为微藻优良藻株的获取提供新思路。

雨生红球藻钙依赖蛋白激酶(CDPK)家族鉴定与表达分析

【目的】钙依赖蛋白激酶(CDPK或CPK)广泛参与植物生长发育和环境胁迫响应。为探究CDPK基因在雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生长发育及虾青素积累中的功能,对HpCDPK基因家族进行鉴定和表达分析。【方法】利用生物信息学方法鉴定雨生红球藻HpCDPK基因家族成员,分析其编码蛋白的理化特性、系统进化、保守基序和功能结构域,以及缺氮等胁迫条件下HpCDPK成员基因的表达谱。【结果】结果表明,共鉴定7个HpCDPK基因家族成员,所有HpCDPK蛋白都含有典型EF-hand基序和蛋白激酶结构域。系统发育分析表明,这些HpCDPK与来自莱茵衣藻的CrCDPK聚为一类,与高等植物拟南芥的AtCDPK分开,暗示在进化过程中发生了种属特异性的基因复制事件。转录组数据分析表明,HpCDPK基因表达受到多种胁迫诱导,其中HpCDPK7基因转录水平在缺氮条件下上调最为明显。此外,HpCDPK与类胡萝卜素合成相关基因的表达相关性分析结果显示,HpCDPK与多个类胡萝卜素合成相关基因表达密切关联,特别是HpCDPK2与虾青素合成关键基因(BKT和BCH)的表达显著正相关(P<0.05)。【结论】本研究鉴定了7个HpCDPK基因,HpCDPK7基因在缺氮条件下的表达上调最为明显,HpCDPK2可能在类胡萝卜素及虾青素合成积累中发挥重要调控作用。研究结果为后续深入解析HpCDPK介导雨生红球藻胁迫响应和类胡萝卜素合成积累的功能及分子机制提供参考依据。

雨生红球藻酒酿造工艺优化

以雨生红球藻为主要原料,通过保温发酵方式开发酿造酒,利用单因素实验和响应面实验对雨生红球藻添加量、蔗糖添加量、酵母添加量、发酵温度、发酵时间5个因素进行优化,得到雨生红球藻酒的最佳酿造工艺条件:雨生红球藻粉5 g、糖度19%、酵母浓度0.3%、发酵温度28℃、发酵时间5 d。在此条件下,发酵雨生红球藻酒有明显的发酵风味,醇香浓厚,酸香可口,酒香浓郁,颜色呈现为深红色,酒精度为9.5%vol,糖度为2.5%,总酸为5.6‰,pH4.05,此时感官评分为83分。为雨生红球藻的深加工提供了一定理论基础。

高效液相色谱检测红球藻中虾青素的技术研究

优化高效液相色谱法检测红球藻中虾青素的条件和方法。使用乙醇–甲醇(1:3)提取红球藻样品,经0.1 mol/L氢氧化钠–甲醇皂化后,用0.2 mL 2%磷酸–甲醇中和剩余碱后,采用高效液相色谱法测定。总虾青素在0.1~10 μg/mL范围内线性良好(R2 ≥ 0.999),方法定量限10 mg/kg。在添加水平为10 mg/kg和50 mg/kg时,回收率为91%~100%,相对标准偏差低于1.0%。该方法较GB/T 31520-2015中使用甲醇–叔丁基甲醚–磷酸为流动相,二氯甲烷–甲醇(1:3)作为提取液,经0.1 mol/L氢氧化钠–甲醇皂化后,用0.4 mL 2%磷酸–甲醇中和剩余碱后,结果更准确、稳定、灵敏,且更为环保,能够满足红球藻中总虾青素检测与确证需要。

基于斑马鱼模型评价雨生红球藻的降糖降脂功效

随着现代生活方式的变化,高糖高脂饮食结构成为导致糖尿病、肥胖、高脂血症和代谢综合症等疾病的主要因素之一。针对这一问题,寻找安全有效的降糖降脂天然产物具有重要意义。雨生红球藻(Hoematococcuspluvialis,HP)作为含有丰富虾青素(Astaxanthin,ASX)的天然资源,被认为可能具有调节血糖和血脂的潜力。本研究旨在通过斑马鱼(Danio rerio,Zebrafish)模型评估HP的降糖、降甘油三酯和降胆固醇效应,为其在代谢疾病治疗中的应用提供实验基础。本研究使用野生型AB品系斑马鱼和黑色素等位基因突变Albino品系斑马鱼,通过高糖高脂饲料建立斑马鱼模型,HP分别以222、667和2000μg/mL的浓度进行处理,通过测定葡萄糖、甘油三酯、胆固醇等生化指标和观测斑马鱼尾静脉甘油三酯光密度和胆固醇荧光强度等生物学特征,评估HP的降糖、降甘油三酯和降胆固醇效应。结果表明HP在667μg/mL浓度下显著降低了斑马鱼体内葡萄糖水平,在2000μg/mL浓度下,除了显著降低葡萄糖水平外,还对甘油三酯和胆固醇水平产生了明显的下调作用。HP表现出对高糖高脂斑马鱼显著的降糖、降甘油三酯和降胆固醇作用,这为其作为潜在的保健品和药物提供了初步的实验证据,尤其在维持血糖和血脂健康水平方面具有潜在应用前景。进一步研究有望揭示其具体的降糖降脂机制和在临床应用中的可行性。

基于比较转录组测序分析雨生红球藻对克氏原螯虾肝胰腺基因表达的影响

为明确饲料中添加雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)对克氏原螯虾(Procambarus clarkii)肝胰腺基因表达的影响,以克氏原螯虾商业饲料作为基础饲料添加雨生红球藻,配置含有3‰雨生红球藻的试验饲料对克氏原螯虾进行为期45 d的喂养。基于RNA-seq技术对其肝胰腺的转录组数据进行分析,测序共获得44.61 Gb干净数据,Q30碱基百分比在92.46%以上。在FDR≤0.05且|log2FC|≥3的筛选条件下转录组测序分析共鉴定出895个差异表达基因。GO功能富集分析结果显示,差异表达基因主要在能量代谢过程上显著富集。KEGG通路富集分析结果显示,差异基因主要在能量代谢、免疫和神经传递相关通路中被显著富集。综上所述,饲料中添加3‰的雨生红球藻可能有助于克氏原螯虾提高抵抗病原体和外界环境变化的能力。

湖泊红球藻等离子诱变及其高产虾青素藻株培养条件的优化

为进一步提高湖泊红球藻(Haematococcus lacustris)的工业利用价值,本研究使用常压室温等离子体(atmospheric and room temperature plasma,ARTP)诱变仪对湖泊红球藻进行等离子诱变。以藻细胞致死率为指标确定等离子诱变的适宜输入功率和诱变时间。诱变之后通过固体平板培养初筛和液体培养复筛获得高产虾青素的突变藻株。再以藻细胞密度为指标采用单因素实验及正交试验对高产藻株的营养生长阶段的培养条件进行优化,并筛选虾青素诱导阶段适宜虾青素积累的高光照条件。在优化的培养条件下多次继代后观察高产突变藻株的遗传稳定性。结果表明,湖泊红球藻等离子诱变的适宜条件是功率240 W、诱变时间150 s或功率400 W、诱变时间120 s。通过初筛和复筛获得生长快、虾青素产量高的突变藻株有11株,其中编号为HP3的突变藻株生长最快、虾青素产量最高,培养后藻细胞密度和虾青素产量较出发株分别提高了25.5%和61.6%。经过两阶段培养条件的优化,HP3的藻细胞密度和虾青素产量较优化前分别提高了14.3%和19.3%,达7.2×10^(5)cell/mL和31.264 mg/L。湖泊红球藻高产突变藻株HP3多次继代后藻细胞生长良好,遗传稳定,培养后藻细胞密度和虾青素产量均与初代培养相近。研究结果对湖泊红球藻产虾青素工业藻株的选育具有实际意义。

雨生红球藻中天然虾青素的应用研究

天然虾青素有大量的生物资源,例如虾、蟹类水产品、红发夫酵母和雨生红球藻都含有不同比例的虾青素,其中以雨生红球藻中的虾青素含量最高,能达到5%以上。雨生红球藻是一种单细胞的淡水微藻,在高盐分、高温、高光照等的环境胁迫条件下能积累含量较高的虾青素,且其所含有的虾青素分子结构均为左旋(3S,3’S)。该文主要总结了对雨生红球藻的养殖技术、虾青素提取工艺以及虾青素衍生物产品方面的研究成果,对天然虾青素的更广、更大范围应用提供帮助。

添加维生素E的雨生红球藻亚急性毒性评价及增强免疫作用研究

目的研究添加维生素E的雨生红球藻(Haematococcus pluvialis added with vitamin E,HPE)对大鼠亚急性毒性和增强小鼠免疫功能作用。方法以1670、835、418、0 mg/(kg·bw)4个剂量的HPE给大鼠连续灌胃30 d进行亚急性毒性试验;以334、167、84、0 mg/(kg·bw)4个剂量给小鼠连续灌胃30 d进行免疫功能试验。结果在亚急性毒性试验期间,各组动物的体重、增重量和总食物利用率无显著性差异,所检测的血常规与血生化指标及脏器重量均无显著性差异;大鼠大体解剖观察和组织病理学检查结果中,未发现与HPE相关的病变。未见HPE对大鼠指标产生毒副作用。与对照组相比,中、高剂量组显著促进小鼠的脾淋巴细胞增殖转化能力,提高小鼠的血清溶血素水平;高剂量组显著提升了迟发型变态反应能力和小鼠碳廓清吞噬指数,明显增强抗体生成细胞能力。结论HPE安全性高,具有增强免疫功能。

雨生红球藻的营养价值及其在鱼类饲料中的应用

雨生红球藻是一种淡水单细胞绿藻,富含蛋白质、脂类、矿物质和水溶性维生素等营养物质以及天然虾青素等生物活性物质。雨生红球藻可以用做鱼类饲料的蛋白源、着色剂和免疫增强剂。文章对雨生红球藻的营养价值及其在鱼类饲料中的应用研究进展进行综述,旨在为雨生红球藻产品在水产养殖生产中的进一步应用研究提供参考。

microRNA介导雨生红球藻在高光胁迫下次级细胞壁形成和虾青素积累的分子机制

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是天然虾青素的最佳来源,它可以在高光胁迫等不利条件下转变成厚壁细胞并积累大量虾青素。然而,目前从微小RNA(microRNA,miRNA)层面来揭示在高光胁迫下雨生红球藻次级细胞壁形成和虾青素合成的机理研究尚未见报道。对高光处理下三个时间点的雨生红球藻样品进行microRNA测序,共鉴定出342个已知miRNA和283个新miRNA。在这625个miRNA中,其中有206个miRNA的表达量受高光影响,这些差异表达的miRNA的靶基因参与了淀粉与蔗糖代谢、甘露糖与果糖代谢、糖酵解和萜类骨架生物合成等重要代谢通路。结合转录组结果发现,高光胁迫下有6个miRNA调控了3个和次级细胞壁形成相关靶基因的表达,有5个miRNA调控了5个和虾青素生物合成相关靶基因的表达。以上结果揭示了雨生红球藻在高光下miRNA调控次级细胞壁形成和虾青素生物合成的潜在机制,为雨生红球藻虾青素的代谢工程奠定了理论基础。

雨生红球藻新型抗氧化肽的制备纯化、鉴定筛选及其对秀丽线虫抗氧化能力的影响

为深入挖掘藻渣的高附加值,本实验开展雨生红球藻抗氧化肽的制备和活性研究。将雨生红球藻蛋白酶解物作为原料,以2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS)阳离子自由基清除力为活性跟踪指标,通过超滤、制备型和分析型高效液相色谱,纯化制备抗氧化多肽组分;经高效液相色谱-串联质谱法鉴定氨基酸序列,同时采用分子对接技术筛选并确定雨生红球藻抗氧化肽,并揭示作用机理;基于秀丽隐杆线虫模型,评价藻多肽的体内抗氧化活性。结果表明,雨生红球藻多肽组分的抗氧化能力经分离后提高2.96倍,选择自由基清除力最强的组分i(0.25 mg/mL时ABTS阳离子自由基清除率(96.97±2.00)%)进行结构鉴定,获得10条多肽序列i-1~i-10;分子对接结果显示,i-1与ABTS阳离子自由基的最小结合自由能最低,表明其抗氧化能力最强,确定新型雨生红球藻抗氧化肽(Haematococcus pluvialis antioxidant peptide,HPp)序列为KFTPAP。体内实验表明,HPp能有效改善秀丽线虫的抗氧化能力(P<0.05),包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活力及丙二醛含量,且在100μmol/L时效果最佳。推测C端聚集疏水性氨基酸、含有苯丙氨酸和来源于叶绿素蛋白,可能是HPp具有较强抗氧化能力的原因。研究结果为雨生红球藻藻渣的高值化利用提供理论指导,并为食源性抗氧化剂的开发提供思路。

α-酮戊二酸及其钠盐对雨生红球藻生长和虾青素积累的促进作用

雨生红球藻是已知虾青素(astaxanthin, AST)含量最高的生物,是理想的细胞制备工厂。尽管研究表明添加α-酮戊二酸(OG,α-oxoglutarate)能有效促进混养条件下雨生红球藻AST积累,但在自养条件下是否也有类似效果不清楚。研究以自养雨生红球藻为对象,在正常(CK)、高光(HL)、缺氮(DN)和高光-缺氮双重逆境(HL-DN)下从细胞生长和AST积累两方面评估OG及其钠盐(OG-2Na)的促进作用。结果显示,添加OG或OG-2Na显著缓解HL、DN和HL-DN胁迫对细胞生长的抑制作用,培养至6 d的生物量分别为0.58、0.53和0.38 g/L,约是未添加组的2.0倍。添加OG或OG-2Na显著促进AST积累。培养至6 d,在HL、DN和HL-DN下, AST含量分别达到13.62、19.51和28.29 mg/g,是未添加组的2.39、1.16和1.35倍。同时在胁迫条件下,添加OG或OG-2Na有效提高单位细胞中AST含量。针对OG和OG-2Na添加,最大单位细胞AST含量分别出现在HL和HL-DN条件下,达到53.72和60.58 pg/cell,是对照的3.09和2.83倍。在CK下,添加10.0 mg/L的OG或OG-2Na,其AST含量显著高于单独的胁迫条件。上述结果证实OG或OG-2Na不但可减少HL、DN和HL-DN胁迫对红球藻细胞生长的抑制、显著提高其AST含量,是一种在提高AST产量的有效途径。

混合光照对雨生红球藻PSII光化学活性与色素积累的影响

该研究以54μmol/(m^(2)·s)白光为对照组,在54μmol/(m^(2)·s)白光的基础上研究不同蓝光光照强度18、36、54、72μmol/(m^(2)·s)对雨生红球藻光化学活性和积累色素的影响。通过对雨生红球藻细胞密度、叶绿素、虾青素含量以及叶绿素荧光参数测定,探究雨生红球藻生长情况以及光照胁迫过程中虾青素含量的变化。结果表明,36μmol/(m^(2)·s)混合蓝光对雨生红球藻的抑制作用最明显。蓝光试验组的雨生红球藻光系统Ⅱ(photosystemⅡ,PSII)最大光能转化效率、有效光能转化效率和表观电子传递速率参数普遍高于对照组,说明雨生红球藻光合作用的结构和功能受到光损害,植物产生自我保护机制。54μmol/(m^(2)·s)照度的蓝光是雨生红球藻积累虾青素最适宜的混合光照强度。

pH诱导絮凝-气浮收获雨生红球藻研究

为提高雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)收获效率,文章发现一种通过pH调控诱导雨生红球藻絮凝-气浮收获方法。通过与自然沉降对比发现,在不添加混凝药剂的情况下,调节藻液的pH可以诱导雨生红球藻细胞自发团聚形成絮体,显著提高其沉降或气浮收获效率。pH小于3或大于11.5时,气浮可在2min内实现95%左右的收获效率,而自然沉降则需要30min,才能达到80%-90%的收获效率。气浮收获后的生物质含固率要显著高于沉降收获,当初始浓度为3.2 g/L时, pH诱导絮凝-气浮收获后的雨生红球藻生物质含固率可达到17%,实现了53倍浓缩。另外,与化学混凝剂(硫酸铝)和生物混凝剂(壳聚糖)混凝-气浮对比发现, pH诱导絮凝-气浮不仅可以实现传统药剂混凝-气浮的高收获效率,还可以有效避免混凝剂对生物质的污染(如金属离子残留等),且不会对雨生红球藻中虾青素提取产生影响。因此, pH调控诱导絮凝-气浮可以实现雨生红球藻的快速、高效和无污染收获,为雨生红球藻的收获提供新的解决方案。

响应面法优化雨生红球藻培养基

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是生产高值天然虾青素(Astaxanthin,AST)的优质藻种,优化培养基营养盐组成对提高藻细胞密度和虾青素产量具有重要意义。以雨生红球藻为受试藻株,BG11为基础培养基,作单因素试验筛选NaNO_(3)、MgSO_(4)·7H_(2)O、K_(2)HPO_(4)·3H_(2)O和Na_(2)CO_(3)共4种营养盐最适浓度范围,采用响应面法优化培养基关键营养盐浓度,并作验证试验。结果表明,(1)雨生红球藻相对适宜营养盐NaNO_(3)、MgSO_(4)·7H_(2)O、K_(2)HPO_(4)·3H_(2)O和Na_(2)CO_(3)质量浓度范围分别为1500~2000、80~640、20~60和20~80 mg·L^(-1),对藻细胞密度的影响强弱依次为NaNO_(3)、Na_(2)CO_(3)、K_(2)HPO_(4)·3H_(2)O和MgSO_(4)·7H_(2)O;(2)通过响应面法分析得到上述四种营养盐最佳盐浓度分别为1556.42、51.43、42.18和358.59 mg·L^(-1),其中K_(2)HPO_(4)·3H_(2)O和MgSO_(4)·7H_(2)O具有显著交互作用(P<0.05);(3)使用优化后培养基培养雨生红球藻8 d后,藻细胞Fv/Fm与Chl-a浓度分别为0.69和7268.97μg·L^(-1),均极显著高于对照组(P<0.01),优化组细胞密度为3.53×10^(5)mL^(-1),较对照组显著提高20.48%(P<0.05)。

3-羟基丁酸对雨生红球藻PSⅡ光化学活性与色素合成的影响

利用试验生态学方法,研究3-羟基丁酸对雨生红球藻光系统Ⅱ(photosystemⅡ,PSⅡ)光化学活性与色素合成的影响。结果发现,3-羟基丁酸对雨生红球藻PSⅡ光反应中心造成胁迫损伤,细胞PSⅡ光化学最大光能转化效率(Fv/Fm)、有效光能转化效率(Yield)和表观电子传递速率(electron transfer rate,ETR)的参数均出现不同程度降低,其中0.02、0.10μg/L处理组的作用最明显;3-羟基丁酸造成雨生红球藻叶绿素a含量波动变化并最终下降至较低水平;3-羟基丁酸能够促进雨生红球藻合成并积累虾青素,其中0.01μg/L浓度的促进作用最强,虾青素最高产量为7.57 mg/L;3-羟基丁酸影响了雨生红球藻自身资源在光合作用与抗逆合成之间的权衡分配。研究结果为使用3-羟基丁酸作为外源诱导物促进雨生红球藻生产虾青素提供了依据。

雨生红球藻蛋白稳定的Pickering乳液对酒精性肝损伤的保护作用

该文利用雨生红球藻蛋白制备Pickering乳液,在评估其在肠液中可消化性的基础上,构建急性酒精性肝损伤小鼠模型,对雨生红球藻蛋白稳定的Pickering乳液的酒精性肝损伤保护作用进行评价。相比于模型组,雨生红球藻蛋白稳定的Pickering乳液干预能在一定程度上缓解酒精引起的肝脏肿胀。对小鼠的肝脏及胃组织进行病理学切片观察,发现Pickering乳液能明显改善酒精性肝损伤小鼠肝脏及胃组织中细胞结构紊乱、细胞融合以及炎症细胞的堆积情况。另外,相比于模型组,雨生红球藻蛋白稳定的Pickering乳液组可显著降低小鼠血清中谷丙转氨酶63.9%、谷草转氨酶31.8%、总胆固醇37.5%和肝脏中丙二醛含量20.8%(p<0.05),同时,可显著提高小鼠肝脏中还原型谷胱甘肽含量44.5%(p<0.05)。结果表明,雨生红球藻蛋白稳定的Pickering乳液对急性酒精性肝损伤具有一定的保护和改善作用。

复合蛋白多肽雨生红球藻营养素治疗少弱精子症对精液质量和激素水平的影响

目的 探讨复合蛋白多肽雨生红球藻营养素治疗少弱精子症对精液质量和激素水平的影响。方法 选取2020年10月至2021年9月吉林大学第二医院、中国医科大学附属生殖医院、遂宁市中心医院收治的140例少弱精子症患者作为研究对象。随机分为观察组(n=70)和对照组(n=70)。对照组口服维生素E软胶囊,观察组在对照组基础上联合服用复合蛋白多肽雨生红球藻营养素,均连续服用3个月。按照精液检测操作规范统计两组治疗前后的精子浓度、前向运动精子率、正常形态精子率。统计两组治疗前后生殖激素[睾酮(T)、雌二醇(E_(2))和T/E_(2)]水平。结果 治疗后,观察组精子浓度、前向运动精子率和正常形态精子率均高于对照组(P<0.05);治疗后,观察组T和T/E_(2)水平高于对照组,E2水平低于对照组(P<0.05);观察组有65例完成随访,其配偶成功受孕6例,受孕率为9.23%;对照组有64例完成随访,其配偶成功受孕4例,受孕率为6.25%;两组受孕率比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论 复合蛋白多肽雨生红球藻营养素治疗少弱精子症可较好地改善患者的精液质量和激素水平,但其对妊娠结局影响还有待进一步研究。

雨生红球藻和虾青素研究述评

虾青素作为食品和饲料色素添加剂有着广阔的应用前景，单细胞绿藻雨生红球藻在特定条件下可以大量积累虾青素，有可能成为该色素的良好天然资源，受到微藻学界的重视。但目前雨生红球藻培养还处于实验室阶段，大规模生产尚存在许多问题有待解决，我国这方面的研究处于起步阶段。为此通过微机查阅了1981－1997年的国内外发表的有关文献，结合我们的实验结果，从该藻的基础生物学特性、虾青素累积的机制、养殖现状进行了综述，并就存在的问题、发展前景和方向提出了看法。