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引言光合微藻广泛分布于水生生态系统能利用光能、二氧化碳和养分生长并合成多种高附加值生物活性物质在生物工程、医药、化妆品、食品及生物燃料等领域具有重要应用前景。在影响微藻生长的非生物因素中培养基盐度尤为关键盐度变化可引发渗透胁迫、离子失衡和氧化损伤而微藻则通过合成渗透调节物和抗氧化化合物来应对。近年来研究人员利用盐胁迫诱导微藻过量生产类胡萝卜素、脂肪酸等活性分子其中两阶段培养策略 (先在最适条件下积累生物量再通过盐度冲击触发代谢响应) 被证明是简单有效的增产手段。发表在Toxins上的这项研究以三种海洋微藻 (Chrysochromulina rotalis、Amphidinium carterae和Heterosigma akashiwo) 为对象系统考察了盐度变化对其生长、光合生理、类胡萝卜素、脂肪酸及溶血性物质生产的影响并建立了生物量生产力与盐度的数学模型为微藻生物技术的工业化应用提供了理论依据。研究过程及结果研究采用单阶段和两阶段盐胁迫两种培养模式。单阶段培养中微藻在盐度5–50 PSU下连续培养至稳定期两阶段培养则先在最适盐度下培养至早期稳定期经离心后重悬于不同盐度且营养盐限制的培养基中继续培养48小时。实验期间定期测定生物量、光系统II最大光化学量子产率及硝酸盐和磷酸盐的消耗培养结束后分析生物质的类胡萝卜素组成、脂肪酸谱和溶血活性。结果表明三种微藻均能在5至50 PSU的宽盐度范围内存活但其生长速率和光合效率受盐度显著影响。C. rotalis和A. carterae在大多数盐度下表现出1至2天的生长适应期而H. akashiwo在5至40 PSU范围内无明显适应期但在50 PSU下生长迅速受抑。Fv/Fm值作为光合作用健康状态的指示C. rotalis和A. carterae分别在最适盐度20 PSU和30 PSU时达到约0.6而H. akashiwo在40 PSU以下均能维持约0.65的高值超过后降至0.5。图1. 微藻的生物量生长曲线在类胡萝卜素生产方面盐度变化显著影响色素的种类与产量。C. rotalis的主要类胡萝卜素为岩藻黄素及其衍生物其总类胡萝卜素生产力在单阶段培养中于30 PSU 下达到123.88 μg·L⁻¹·day⁻¹而在两阶段培养中于20 PSU下提升至240.59 μg·L⁻¹·day⁻¹实现了翻倍增产。A. carterae的主导色素为peridinin其最大总类胡萝卜素生产力在单阶段和两阶段培养中分别为96.08 和95.46 μg·L⁻¹·day⁻¹两阶段策略未能带来显著提升。H. akashiwo同样以岩藻黄素为主其总类胡萝卜素生产力在单阶段培养中于25 PSU下达到204.98 μg·L⁻¹·day⁻¹在两阶段培养中进一步提升至313.43 μg·L⁻¹·day⁻¹其中岩藻黄素生产力最高达233.50 μg·L⁻¹·day⁻¹。此外通过去环氧化程度评估可知盐胁迫条件下微藻体内抗氧化色素的转换增强表明活性氧生成增加微藻启动了相应的防御机制。图2. 在S1和S2阶段不同盐度下培养的三种微藻的类胡萝卜素组成及总类胡萝卜素产量脂肪酸组成同样受盐度调控。三种微藻均含有饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸且其比例随盐度变化而发生改变。C. rotalis中饱和脂肪酸比例随盐度升高而下降多不饱和脂肪酸比例上升二十二碳六烯酸含量在单阶段培养30 PSU时达到1.03%干重。A. carterae中二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸在总脂肪酸中的占比最高分别达到17.35%和26.74%。H. akashiwo中二十碳五烯酸占比最高可达25.53%。总体而言两阶段培养并未普遍提高总脂肪酸含量但对于H. akashiwo在低盐度下脂肪酸生产力有所提升。图3. 盐度对三种微藻脂肪酸组成 (饱和、单不饱和、多不饱和) 及总脂肪酸生产力的影响在溶血活性方面H. akashiwo在所有条件下均未表现出溶血活性而C. rotalis和A. carterae则具有明显的溶血能力且受盐度负向调控。C. rotalis的最大溶血活性在单阶段和两阶段培养中分别为0.60和0.55 pg/μgA. carterae则高达1.68和1.88 pg/μg且均在低盐条件下获得。随着盐度升高溶血活性显著下降说明低盐胁迫有利于溶血性化合物的积累。图4. 盐度对A. carterae与C. rotalis在单阶段及两阶段培养中溶血活性 (ESP) 的影响研究结论本研究证实盐度可作为有效的非生物胁迫因子显著调控三种海洋微藻的生长与代谢。两阶段盐胁迫策略能显著提高C. rotalis和H. akashiwo的类胡萝卜素 (尤其是岩藻黄素)、多不饱和脂肪酸及溶血性物质的产量在低盐冲击条件下效果尤为突出。对于A. carterae低盐条件同样有利于peridinin和溶血性物质的合成但两阶段培养未表现出明显优势。综上盐度变换的两阶段培养是一种简便、高效且低成本的策略适用于海洋微藻高附加值活性化合物的规模化生产在医药、食品及生物技术领域具有重要应用潜力。文章链接https://www.mdpi.com/2072-6651/16/10/425期刊Toxins期刊主页https://www.mdpi.com/journal/toxins主编Jay Fox, University of Virginia, Charlottesville, USA期刊主要涵盖了由生物体产生的各类毒素领域的相关研究。2025 Impact Factor4.02025 CiteScore8.3Time to First Decision18 DaysAcceptance to Publication3.6 Days本文转自MDPI生物与生命科学仅供学习交流 盐度胁迫：解锁海洋微藻生物活性物质的“有效手段” | MDPI Toxins
引言光合微藻广泛分布于水生生态系统能利用光能、二氧化碳和养分生长并合成多种高附加值生物活性物质在生物工程、医药、化妆品、食品及生物燃料等领域具有重要应用前景。在影响微藻生长的非生物因素中培养基盐度尤为关键盐度变化可引发渗透胁迫、离子失衡和氧化损伤而微藻则通过合成渗透调节物和抗氧化化合物来应对。近年来研究人员利用盐胁迫诱导微藻过量生产类胡萝卜素、脂肪酸等活性分子其中两阶段培养策略 (先在最适条件下积累生物量再通过盐度冲击触发代谢响应) 被证明是简单有效的增产手段。发表在Toxins上的这项研究以三种海洋微藻 (Chrysochromulina rotalis、Amphidinium carterae和Heterosigma akashiwo) 为对象系统考察了盐度变化对其生长、光合生理、类胡萝卜素、脂肪酸及溶血性物质生产的影响并建立了生物量生产力与盐度的数学模型为微藻生物技术的工业化应用提供了理论依据。研究过程及结果研究采用单阶段和两阶段盐胁迫两种培养模式。单阶段培养中微藻在盐度5–50 PSU下连续培养至稳定期两阶段培养则先在最适盐度下培养至早期稳定期经离心后重悬于不同盐度且营养盐限制的培养基中继续培养48小时。实验期间定期测定生物量、光系统II最大光化学量子产率及硝酸盐和磷酸盐的消耗培养结束后分析生物质的类胡萝卜素组成、脂肪酸谱和溶血活性。结果表明三种微藻均能在5至50 PSU的宽盐度范围内存活但其生长速率和光合效率受盐度显著影响。C. rotalis和A. carterae在大多数盐度下表现出1至2天的生长适应期而H. akashiwo在5至40 PSU范围内无明显适应期但在50 PSU下生长迅速受抑。Fv/Fm值作为光合作用健康状态的指示C. rotalis和A. carterae分别在最适盐度20 PSU和30 PSU时达到约0.6而H. akashiwo在40 PSU以下均能维持约0.65的高值超过后降至0.5。图1. 微藻的生物量生长曲线在类胡萝卜素生产方面盐度变化显著影响色素的种类与产量。C. rotalis的主要类胡萝卜素为岩藻黄素及其衍生物其总类胡萝卜素生产力在单阶段培养中于30 PSU 下达到123.88 μg·L⁻¹·day⁻¹而在两阶段培养中于20 PSU下提升至240.59 μg·L⁻¹·day⁻¹实现了翻倍增产。A. carterae的主导色素为peridinin其最大总类胡萝卜素生产力在单阶段和两阶段培养中分别为96.08 和95.46 μg·L⁻¹·day⁻¹两阶段策略未能带来显著提升。H. akashiwo同样以岩藻黄素为主其总类胡萝卜素生产力在单阶段培养中于25 PSU下达到204.98 μg·L⁻¹·day⁻¹在两阶段培养中进一步提升至313.43 μg·L⁻¹·day⁻¹其中岩藻黄素生产力最高达233.50 μg·L⁻¹·day⁻¹。此外通过去环氧化程度评估可知盐胁迫条件下微藻体内抗氧化色素的转换增强表明活性氧生成增加微藻启动了相应的防御机制。图2. 在S1和S2阶段不同盐度下培养的三种微藻的类胡萝卜素组成及总类胡萝卜素产量脂肪酸组成同样受盐度调控。三种微藻均含有饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸且其比例随盐度变化而发生改变。C. rotalis中饱和脂肪酸比例随盐度升高而下降多不饱和脂肪酸比例上升二十二碳六烯酸含量在单阶段培养30 PSU时达到1.03%干重。A. carterae中二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸在总脂肪酸中的占比最高分别达到17.35%和26.74%。H. akashiwo中二十碳五烯酸占比最高可达25.53%。总体而言两阶段培养并未普遍提高总脂肪酸含量但对于H. akashiwo在低盐度下脂肪酸生产力有所提升。图3. 盐度对三种微藻脂肪酸组成 (饱和、单不饱和、多不饱和) 及总脂肪酸生产力的影响在溶血活性方面H. akashiwo在所有条件下均未表现出溶血活性而C. rotalis和A. carterae则具有明显的溶血能力且受盐度负向调控。C. rotalis的最大溶血活性在单阶段和两阶段培养中分别为0.60和0.55 pg/μgA. carterae则高达1.68和1.88 pg/μg且均在低盐条件下获得。随着盐度升高溶血活性显著下降说明低盐胁迫有利于溶血性化合物的积累。图4. 盐度对A. carterae与C. rotalis在单阶段及两阶段培养中溶血活性 (ESP) 的影响研究结论本研究证实盐度可作为有效的非生物胁迫因子显著调控三种海洋微藻的生长与代谢。两阶段盐胁迫策略能显著提高C. rotalis和H. akashiwo的类胡萝卜素 (尤其是岩藻黄素)、多不饱和脂肪酸及溶血性物质的产量在低盐冲击条件下效果尤为突出。对于A. carterae低盐条件同样有利于peridinin和溶血性物质的合成但两阶段培养未表现出明显优势。综上盐度变换的两阶段培养是一种简便、高效且低成本的策略适用于海洋微藻高附加值活性化合物的规模化生产在医药、食品及生物技术领域具有重要应用潜力。文章链接https://www.mdpi.com/2072-6651/16/10/425期刊Toxins期刊主页https://www.mdpi.com/journal/toxins主编Jay Fox, University of Virginia, Charlottesville, USA期刊主要涵盖了由生物体产生的各类毒素领域的相关研究。2025 Impact Factor4.02025 CiteScore8.3Time to First Decision18 DaysAcceptance to Publication3.6 Days本文转自MDPI生物与生命科学仅供学习交流