1、毕业论文文献综述生物技术环境因子对微藻脂类的影响摘要环境因子包括培养基的组成，光照、温度、盐度等，它们在决定微藻脂类的种类和数量方面起着重要作用。微藻细胞中脂类的数量及质量是评价其营养价值的重要指标。大量研究表明，环境因子变化对微藻的脂肪含量和脂肪酸组成有着显著变化。这些变化既表现在细胞膜膜脂性质的变化，又体现在贮存脂类合成和利用速率的相对变化。关键词环境因子；微藻；脂类1引言微藻是海洋生态系统中最重要的自养生物，是海洋生态系统中的最主要初级生产者，也是海洋生物资源的重要组成部分，具有种类多、数量大、繁殖快等特点。微藻的营养价值与其生化组成特别是脂类和脂肪酸的组成和含量密切相关。海洋微藻是海洋
2、多不饱和脂肪酸的初级生产者，微藻中的二十碳五烯酸EICOSAPENTAENOICACID,简称EPA,2053是长链3系列多不饱和脂肪酸POLYUNSATURATEDFATTYACID,简称PUFA的一种，对人类循环系统的多种疾病具有突出的疗效，可用于治疗和预防动脉粥样硬化、类风湿关节炎、血栓形成，对治疗其它疾病如癌症、炎症、哮喘、糖尿病等也取得了令人鼓舞的结果1。作为人类的高级营养食品和药品越来越受到重视。EPA还能增强水产养殖动物的免疫系统功能，提高存活力和抗病能力，是水产饲料中的必需脂肪酸2。海洋微藻总脂含量和脂肪酸组成，除微藻本身遗传因素外，培养基组成如氮、磷浓度和氮磷比、环境条件如光
3、强、温度、盐度等因素都会极大地影响它们的生物合成和积累。根据相关研究报告3，在高氮浓度下小球藻CHLORELLASP、紫球藻PORPHYRIDIUMCRUENTUM的PUFA含量增加，低的光照强度能促进PUFA的形成和积累。而提高光照强度能使小球藻CHLORELLASP和紫球藻PORPHYRIDIUMCRUENTUM中的EPA得以积累。因此，海洋微藻总脂含量和脂肪酸组成在很大程度上受到环境因子的影响。控制好培养条件，并在特定的生长期收获，能使微藻的总脂含量和脂肪酸组成满足特定的需要。本文以各种环境因子变化对海洋微藻脂类积累产生的影响加以概述。2氮浓度对微藻脂类积累的影响氮作为微藻生长必需的基本
4、元素之一，氮源的种类及浓度对微藻脂肪酸组成的影响较大。EIZADORA等4的研究表明，在N、P缺乏下，所检测到的TAG种类和含量均不同，表现在饱和度不同。蒋汉明等5的研究表明不添加氮源时，EPA的合成受到明显的抑制，使得C182N6和C183N6大量积累，从而导致PUFAS占总脂肪酸的比例也较高；高浓度的氮，尤其是NH2CONH2，能够促进三角褐指藻合成较高的EPA和PUFAS，其占总脂肪酸的比例也随着NH2CONH2浓度的增加而上升。王菊芳等6的研究发现随着碳氮比的提高，DHA占总脂肪酸的百分比降低。梁英等7,8用含有不同硝酸钠浓度的培养基培养三角褐指藻PHAEODACTYLUMTRICOR
5、NUTUMMACC/B118，B221，B226，发现在一定浓度范围内，EPA含量随硝酸钠浓度增加而增加，在硝酸钠浓度为75MG/L时EPA含量最低93101，在硝酸钠浓度为L875MG/L时EPA含量最高12213,4。硅藻DHA含量较低，硝酸钠浓度对DHA含量的影响不明显，但对B221的DHA含量的影响差异显著。但到目前为止，氮缺乏诱导脂类积累的有关机理还不清楚。3磷浓度对微藻脂类积累的影响P源是维持很多植物和微生物正常生长的重要因素，魏东等研究了氮源和N/P对眼点拟微球藻的生长、总脂含量和脂肪酸组成的影响，当将培养基中所有营养盐增加4倍，EPA含量可提高到35，说明富含氮、磷的培养基可使
6、细胞始终保持旺盛生长、富含EPA的状态，这也是该种微藻大规模培养中高产EPA的关键措施9。蒋冰飞等10在营养盐（NAH2PO4）对球等金藻脂肪酸含量及组分的影响实验中发现，随着培养液中营养盐浓度的增加藻细胞中脂肪酸含量占细胞干重的比例呈现下降趋势，且营养盐浓度上升越高，其下降幅度也越大。球等鞭金藻细胞中C140，C160和C18系列脂肪酸居多，以C182为最多，并含有丰富的C226DHA。随着营养盐浓度的上升，PUFA占细胞干重的百分含量下降，且下降程度大，DHA占细胞干重的百分比也下降，但下降程度不大。YANGWEN等11研究了不同磷酸盐梯度下小麦叶片脂类组成的变化，发现当磷酸盐缺乏时，光合
7、膜中脂类水平将发生重大改变，其中PG和MGDG含量降低，伴随着DGDG和SQDG的含量升高。且脂类的变化和叶龄有关。这些结果表明，磷酸盐的缺乏将会影响脂类的生物合成，同时，PG含量的降低也与此相关。有学者发现，在磷胁迫下，磷脂和糖脂会发生互相取代作用。在磷胁迫下，检测芽部和根部细胞中DGDG的含量，结果发现DGDG在两者细胞中的含量均上升。此外，在液泡膜和线粒体膜中也检测到DGDG，猜测糖脂从质体转移到线粒体中是基于两者的直接接触。在海洋生态系统中磷脂和糖脂相互取代的这种能力显得尤为重要。在北太平洋亚热带环流区，浮游生物吸收的磷酸盐大约有1828用来合成生物体内的膜脂。但是原绿球藻（一种藻青菌
8、，在整个亚热带环流区的浮游生物中居于主导地位）却用不到1的磷酸盐合成膜磷脂，反而主要合成的是SQDG，其与MGDG、DGDG共同组成了总脂的9499。生物这种“硫取代磷”的适应性策略为生活在磷酸盐缺乏的海洋中的生物成功繁衍提供了保障12。4温度对微藻脂类积累的影响温度是影响微藻细胞合成脂肪和脂肪酸的重要因子之一，其影响因藻种而异。温度对微藻总脂含量的影响只对少数种作了研究，变化的趋势并不一致。蒋霞敏13在温度对微绿球藻脂肪酸组成的影响实验中指出，当温度在520范围内，EPA随着温度的上升而增高，20时EPA达到最高水平，但超过20，EPA随着温度的上升而降低，在30时EPA最低；而161N7随
9、着温度的上升而下降，20时降至最低水平，但超过20161N7随着温度的上升而增高。生物膜主要由脂类、蛋白质和一些碳水化合物组成。膜的流动性是维持正常膜功能的基础，它主要取决于膜的脂类分子的饱和程度14。生物膜结构是一个动态平衡体系，随外界温度变化内部成分进行适应性调整16。正常情况下，植物的生理活动需要在液晶态的膜相，这时的膜流动性好，当温度降低到一定程度时，膜脂由液晶态变为凝胶态，这种膜脂相变会导致原生质流动停止，膜结合酶活力降低和膜透性增大，引起胞内离子渗漏，胞内离子失去平衡，继而使细胞代谢失调，有毒的中间代谢物积累，使植物细胞受害15。如果含不同饱和程度的膜脂，由于不饱和脂肪酸，相变温度
10、较低，能在较低温度下保持流动性，从而维持植物的正常生理功能。近年来的研究表明，PG因具有较多的饱和脂肪酸，而成为决定膜脂相变的主要因素16。MURATA17对12种抗冷植物9种冷敏感植物中的PG脂肪酸饱和度进行了分析，发现在8种冷敏感植物中（除番茄外PG的饱和脂肪酸含量比较高，占总脂肪酸的6075，而11种抗冷植物中的则为5057，说明PG的饱和度与植物的抗冷性明显的相关。膜脂对低温胁迫作用的适应可能与膜脂脂肪酸不饱和程度增高有关。侯旭光、姜英辉等人18发现4种南极冰藻的脂肪酸组成中主要是不饱和脂肪酸的形式，在低温的条件下（210）不饱和脂肪酸的含量会增加，饱和脂肪酸的含量会下降。5光照对微藻
11、脂类积累的影响光是藻培养中影响其生长的最重要的因子之一，光线的明与暗，光度的强与弱，不仅对微藻的生长速率、产量有影响，而且对其总脂含量和脂肪酸的组成也有影响。曹春晖等19在光照强度对四株海洋绿藻（小球藻CHLORELASPPMACC/C95,/C97,/C102和杆状裂丝藻STICHOCOCCUSBACILLARISMACC/C19）总脂含量和脂肪酸组成的实验中发现，C19的脂肪含量在低中光强30005000LX间变化不大，而在高光照强度时总脂含量显著低于其它各组；C95的总脂含量随光照强度变化不大；C97和C102的总脂含量随光照强度升高而明显升高。小球藻EPA含量随光照强度的增加而明显降低
12、，SFA和MUFA总量随光照强度的增加总体呈增加趋势；杆状裂丝藻C19的EPA含量随光照强度的增加呈现低高低趋势，SFA随光照强度的增加呈降低趋势，MUFA随光照强度的增加呈增加趋势。4株绿藻的PUFA总量均随光照强度的增加而降低。石娟等20研究发现低光下小新月菱形藻和等鞭金藻的脂肪含量多而高光下则相反，这种变化也许跟细胞内参与光合作用的细胞器的变化有关。李荷芳等21人通过研究发现，海洋微藻中脂肪酸组成随光照强度增加而导致饱和脂肪酸和一烯酸的总含量增加，高度不饱和脂肪酸含量则下降；同时还发现光照强度增加，脂肪酸组成中EPA含量下降，但对DHA含量影响不大。这表明，不同种藻光强对脂类影响可能不同
13、。6植物盐对微藻脂类积累的影响有关盐度对微藻脂类组成的影响只在少数藻类中作过研究。不同的微藻对盐度有不同的反应。缪锦来等22在用不同盐度对2种绿藻（PYRAMIDOMONASSP和CHLOROPHYCEAEL4）总脂含量和脂肪酸组成影响的实验中发现，盐度对2种绿藻脂肪的积累有一定的影响。随着盐度的提高，PYRAMIDOMONASSP总脂含量上升；盐度为33150时,CHLOROPHYCEAEL4总脂含量也增加，盐度的提高有利于2种绿藻积累脂肪。随着盐度的增加，2种绿藻的饱和脂肪酸增加，多不饱和脂肪酸的含量则降低。对于PYRAMIDOMONASSP而言,C183和C204的含量随着盐度的增加而降
14、低，盐度的增加不利于多不饱和脂肪酸的积累。黄冠华等23在盐度对小球藻脂肪酸组成和含量的影响实验中发现，低浓度的NACL能明显地降低小球藻中脂肪酸的饱和度，生成更多的不饱和脂肪酸，当NACL浓度升高时，小球藻脂肪酸的饱和度逐渐增加。蒋霞敏等24的研究表明绿色巴夫藻PAVLAVAVIRIDID在低盐度条件下有利于PUFAN3及EPA的合成。7微量元素对微藻脂类积累的影响微量元素对微藻脂类的积累也起着重要的作用。铁是海水中重要的微量元素，海水中铁的含量和存在形式不仅会影响到藻类的生长而且可能会影响藻类的生化组成。蒋汉明等25利用微量元素铁对等鞭金藻的脂肪酸的影响作了研究，发现等边金藻DHA占总脂肪酸
15、的比例随FE3浓度增加而升高，PUFA占总脂肪酸的比例随着FE3浓度增加先上升后下降。吴瑞珊等26在FE2对眼点拟微球藻的脂肪酸组成的影响实验中发现，随着FE2浓度的升高，细胞中主要的饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸占总脂肪酸的比例有所降低,而多不饱和脂肪酸占总脂肪酸的比例则有较大的提高。另外，在一定范围内003MMOL/L，FE2浓度的升高则会促使细胞内积累EPA。在培养基中，FE2在空气中极易被氧化成FE3形成胶体态和颗粒态铁。真核微藻细胞膜上具有铁还原酶，可以将环境中的FE3还原成FE2加以吸收利用。像等边金藻在天然海水（铁浓度为05MOL/L）条件下，DHA和PUFA含量很低，可能是由于缺乏
16、足够的FE3，使等边金藻可利用的FE2减少，从而影响了DHA和其他不饱和脂肪酸的合成25。8总结环境因子的变化对海洋微藻脂类的积累会产生很大的影响。不同种藻在某种环境因子的改变下对其脂类影响可能不同。通过微藻在不同环境因子的作用下脂类积累的研究，可以科学确定出脂类、能源积累的最适条件，从而为微藻的生物活性物质提取以及能源开发提供理论依据。参考文献1蒋霞敏,郑亦周14种微藻总脂含量和脂肪酸组成研究J水生生物学报,2003,032432462魏东,张学成微藻脂肪酸去饱和酶及其基因表达的生态调控研究新进展J海洋科学,2000,240842463魏东,张学成,邹立红,徐年军细胞生长时期对两种海洋微藻总
17、脂含量和脂肪酸组成的影响J青岛海洋大学学报,2000,3035035094EIZADORATYU,FRANKJZENDEJAS,PAMELADLANE,ETALTRIACYLGLYCEROLACCUMULATIONANDPROFILINGINTHEMODELDIATOMSTHALASSIOSIRAPSEUDONANAANDPHAEODACTYLUMTRICORNUTUMBACCILARIOPHYCEAEDURINGSTARVATIONJJAPPLPHYCOL,2009,216696815蒋汉明,高坤山氮源及其浓度对三角褐指藻生长和脂肪酸组成的影响J水生生物学报,2004,2855455516王
18、菊芳,梁世中,吴振强碳氮比对隐甲藻CRYPTHECODINIUMCOHNII总脂及DHA含量的影响J华南理工大学学报,2000,281028317梁英,麦康森,孙世春硝酸钠浓度对2株三角褐指藻生长及脂肪酸组成的影响J黄渤海海洋,2001,19456628梁英,麦康森,孙世春等硝酸钠浓度对三角褐指藻PHAEODACTYLUMTRICORNUTUMMACC/B226生长及脂肪酸组成的影响J海洋科学,2002,6548519魏东,张学成,隋正红等氮源和N/P对眼点拟微球藻的生长、总脂含量和脂肪酸组成的影响J海洋科学,2000,724465110蒋冰飞,孙颖颖,王长海营养盐对球等鞭金藻生长和脂肪酸含量
19、及组分的影响J海洋通报,2007,05566111YANGW,FENGFY,HOUHT,ETALALTERNATIONINLIPIDCOMPOSITIONOFWHEATLEAVESINDUCEDBYPHOSPHATEDEFICIENCYISRELATEDTOBOTHLIPIDBIOSYNTHESISANDPHOSPHATIDYLGLYCEROLDEGRADATIONJACTABOTANICASINICA,2004,4621121512VANMOOYBA,ROCAPG,FREDRICKSHF,EVANSCT,DEVOLAHSULFOLIPIDSDRAMATICALLYDECREASEPHOSPH
20、ORUSDEMANDBYPICOCYANOBACTERIAINOLIGOTROPHICMARINEENVIRONMENTSJPROCNATLACADSCIUSA,2006,1038607861213蒋霞敏温度、光照、氮含量对微绿球藻生长及脂肪酸组成的影响J海洋科学,2002,0891214代玉华,刘训言,孟庆伟,赵世杰低温胁迫对类囊体膜脂代谢的影响J植物学通报,2004,0450651115陈娜,郭尚敬,孟庆伟膜脂组成与植物抗冷性的关系及其分子生物学研究进展J生物技术通报,2005,26916谢玉英膜脂组成与植物抗寒性的关系J安徽农学通报,2007,1311383917MURATANMOLEC
21、ULARSPECIESCOMPOSITIONOFPHOSPHATIDYLGLYCEROLSFROMCHILLINGSENSITIVEANDCHILLINGRESISTANTPLANTSJPLANTCELLPHYSIOL,1983,24818618侯旭光,姜英辉,李光友南极冰藻的总脂含量及脂肪酸组成与其低温适应性的关系J黄渤海海洋,2002,201475319曹春晖,孙世春,麦康森,梁英光照强度对四株海洋绿藻总脂含量和脂肪酸组成的影响J生态学报,2010,092347235320石娟,潘克厚不同光照条件对小新月菱形藻和等鞭金藻8701生长及生化成分的影响J中国水产科学,2004,11212112
22、821李荷芳,周汉秋光照强度对海洋微藻脂肪含量及脂肪酸组成影响的研究J海洋科学集刊,2001,4317818322缪锦来,王波,阚光锋,丁燏,姜英辉,侯旭光,李光友环境因子对2种南极绿藻脂肪含量和脂肪酸组成的影响J海洋科学,2005,0141023黄冠华,陈峰环境因子对异养小球藻脂肪酸组分含量和脂肪总酸产量的影响J可再生能源,2009,273656924蒋敏霞,柳敏海,邢晨光,等不同生长条件对绿色巴夫藻生长与脂肪酸组成的影响J水生生物学报,2007,311889325蒋汉明,翟静,张媛英,顾洪雁,高坤山等鞭金藻生长和脂肪酸组成随FE3浓度变化的研究J中国油脂,2005,308575926吴瑞珊,魏东FE对眼点拟微球藻的生长和脂肪酸组成的影响J海洋科学,2008,3279395
