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D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.08.0B 第29卷第8期 北京科技大学学报 Vol.29 No.8 2007年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2007 小球藻USTB01的异养培养和叶黄素的生产 王素琴12)李雅雯3)闫海)杨帅) 林海) 1)北京科技大学应用科学学院，北京1000832)北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 3)北京航空航天大学生物工程系，北京100083 摘要研究了异养无光照条件下不同碳源，氮源和碳氮质量比对小球藻生长及叶黄素产生的影响。结果表明，葡萄糖和硝 酸钾分别是支持小球藻USTB01持续快速生长的最佳碳源和氮源.以葡萄糖和硝酸钾分别作为唯一碳源和氨源时，在初始氨 质量浓度都为0.28gL-情况下，碳氮质量比为25：1是促进小球藻生长的优化控制条件.硝酸钾是促进小球藻USTB01叶 黄素生物合成的最佳氨源，但在碳氮质量比从15到30的范围内，小球藻细胞中叶黄素含量随碳氮质量比的升高而降低· 关键词小球藻：异养培养：叶黄素：碳源：氮源：碳氮比 分类号Q914.82 微藻中的小球藻富含蛋白质、氨基酸、不饱和脂 养培养研究还处在萌芽阶段]，未见有能够达到 肪酸、色素和多种维生素山，具有极高的营养价值 如此超高细胞浓度藻类培养的研究与产业化报道， 和提高免疫力的功能，是一种具有多方面经济价值 美国、日本和以色列等国家已实现小球藻的产业化 的生物资源，有着巨大的应用和开发潜力·据报道 生产，年产量约为1500~2000t,而国际市场的年需 小球藻细胞中所含的类胡萝卜素主要以叶黄素为 求量约为8000~10000t.笔者在国内率先筛选出 主，质量分数可达0.267%~0.31%2]，而作为传统 了能够异养生长小球藻种并研究了光照条件下不同 叶黄素源的紫苜蓿中叶黄素也仅为0.02%~ 氨源形态和植物激素对其生长的影响一13]，本文主 0.03%[3).目前研究发现叶黄素主要有以下几种功 要对小球藻在不同培养条件下细胞中叶黄素含量的 能可：利用其着色剂作为饲料及食品添加剂：作为 变化进行了研究，旨在为充分利用小球藻生产叶黄 其他物质的稳定剂；防止老年人视黄斑退化：抗癌作 素等重要生命活性物质提供科学依据和技术储备· 用：对心脑血管疾病有防治作用.随着科技的进一 步发展，小球藻作为新的叶黄素来源必然越来越受 1实验材料与研究方法 到人们的普遍重视. 1.1实验材料 小球藻细胞除了可以利用光能和二氧化碳进行 实验用小球藻藻种是从天然水体中筛选出的小 正常的自养生长外，某些特殊的小球藻种还可以在 球藻纯种山，实验用含碳化合物包括碳酸氢钠、葡 异养无光照培养条件下利用有机碳源进行生长和繁 萄糖、乙酸钠和乙醇。含氮化合物包括硝酸钾、氯化 殖[].异养培养小球藻可以克服光照自养培养藻 铵、尿素，所用试剂均为分析纯。实验用叶黄素标 生物量低等诸多缺陷，是提高小球藻产量与产率的 准品购自北京禹光生物科学研究中心 有效途径.Kyle等I町筛选到一株Crypthecoainium 1.2培养基和培养条件 藻，其异养培养60~90h后藻细胞干质量浓度可达 小球藻所用的基础培养基见文献[11]，在不同 40g·L;另外筛选到的一株菱形藻(Nitzschi- 碳源形态实验中，分别以碳酸氢钠、葡萄糖、乙酸钠 a)10,异养培养64h生物量可达45~48gL-1.闫 和乙醇作为唯一碳源，在不同氮源实验中，分别以 海等山在国内成功筛选出能够异养生长的小球藻 硝酸钾、氯化铵和尿素作为唯一氮源，在不同碳氨 种USTB01,异养批量培养96h藻细胞干质量浓度 质量比实验中，碳氨源分别选择葡萄糖和硝酸钾，初 可以达到30gL左右·目前，我国微藻高密度异 始硝酸钾质量浓度为2gL-1,通过改变葡萄糖添加 收稿日期：2006-02-27修回日期：2006-12-07 量，使碳氮质量比分别为15：1,20：1,251,30：1.培 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N0,20377047):北京科技 养基初始pH值都调至6.5左右，实验器皿为 大学大学生创新基金资助项目 300mL三角瓶，培养量为100mL·培养基和实验器 作者简介：王素琴(1982一)，女，硕士研究生：闫海(1962一)，男， 教授 皿均经121℃的高温和超净工作台紫外灯照射小球藻 USTB01的异养培养和叶黄素的生产 王素琴12） 李雅雯3） 闫 海1） 杨 帅2） 林 海2） 1） 北京科技大学应用科学学院北京100083 2） 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 3） 北京航空航天大学生物工程系北京100083 摘 要 研究了异养无光照条件下不同碳源、氮源和碳氮质量比对小球藻生长及叶黄素产生的影响．结果表明葡萄糖和硝 酸钾分别是支持小球藻 USTB01持续快速生长的最佳碳源和氮源．以葡萄糖和硝酸钾分别作为唯一碳源和氮源时在初始氮 质量浓度都为0∙28g·L －1情况下碳氮质量比为25∶1是促进小球藻生长的优化控制条件．硝酸钾是促进小球藻 USTB01叶 黄素生物合成的最佳氮源但在碳氮质量比从15到30的范围内小球藻细胞中叶黄素含量随碳氮质量比的升高而降低． 关键词 小球藻；异养培养；叶黄素；碳源；氮源；碳氮比 分类号 Q914∙82 收稿日期：2006-02-27 修回日期：2006-12-07 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．20377047）；北京科技 大学大学生创新基金资助项目 作者简介：王素琴（1982－）女硕士研究生；闫 海（1962－）男 教授 微藻中的小球藻富含蛋白质、氨基酸、不饱和脂 肪酸、色素和多种维生素［1］具有极高的营养价值 和提高免疫力的功能是一种具有多方面经济价值 的生物资源有着巨大的应用和开发潜力．据报道 小球藻细胞中所含的类胡萝卜素主要以叶黄素为 主质量分数可达0∙267％～0∙31％［2］而作为传统 叶黄 素 源 的 紫 苜 蓿 中 叶 黄 素 也 仅 为 0∙02％ ～ 0∙03％［3］．目前研究发现叶黄素主要有以下几种功 能［4－6］：利用其着色剂作为饲料及食品添加剂；作为 其他物质的稳定剂；防止老年人视黄斑退化；抗癌作 用；对心脑血管疾病有防治作用．随着科技的进一 步发展小球藻作为新的叶黄素来源必然越来越受 到人们的普遍重视． 小球藻细胞除了可以利用光能和二氧化碳进行 正常的自养生长外某些特殊的小球藻种还可以在 异养无光照培养条件下利用有机碳源进行生长和繁 殖［7－8］．异养培养小球藻可以克服光照自养培养藻 生物量低等诸多缺陷是提高小球藻产量与产率的 有效途径．Kyle 等［9］ 筛选到一株 Crypthecoainium 藻其异养培养60～90h 后藻细胞干质量浓度可达 40g·L －1 ；另外筛选到的一株菱形藻 （ Nitzschia） ［10］异养培养64h 生物量可达45～48g·L －1．闫 海等［11］在国内成功筛选出能够异养生长的小球藻 种 USTB01异养批量培养96h 藻细胞干质量浓度 可以达到30g·L －1左右．目前我国微藻高密度异 养培养研究还处在萌芽阶段［11－12］未见有能够达到 如此超高细胞浓度藻类培养的研究与产业化报道 美国、日本和以色列等国家已实现小球藻的产业化 生产年产量约为1500～2000t而国际市场的年需 求量约为8000～10000t．笔者在国内率先筛选出 了能够异养生长小球藻种并研究了光照条件下不同 氮源形态和植物激素对其生长的影响［11－13］本文主 要对小球藻在不同培养条件下细胞中叶黄素含量的 变化进行了研究旨在为充分利用小球藻生产叶黄 素等重要生命活性物质提供科学依据和技术储备． 1 实验材料与研究方法 1∙1 实验材料 实验用小球藻藻种是从天然水体中筛选出的小 球藻纯种［11］．实验用含碳化合物包括碳酸氢钠、葡 萄糖、乙酸钠和乙醇．含氮化合物包括硝酸钾、氯化 铵、尿素．所用试剂均为分析纯．实验用叶黄素标 准品购自北京禹光生物科学研究中心． 1∙2 培养基和培养条件 小球藻所用的基础培养基见文献［11］．在不同 碳源形态实验中分别以碳酸氢钠、葡萄糖、乙酸钠 和乙醇作为唯一碳源．在不同氮源实验中分别以 硝酸钾、氯化铵和尿素作为唯一氮源．在不同碳氮 质量比实验中碳氮源分别选择葡萄糖和硝酸钾初 始硝酸钾质量浓度为2g·L －1通过改变葡萄糖添加 量使碳氮质量比分别为15∶120∶125∶130∶1．培 养基初始 pH 值都调至 6∙5 左右．实验器皿为 300mL三角瓶培养量为100mL．培养基和实验器 皿均经121℃的高温和超净工作台紫外灯照射 第29卷 第8期 2007年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．8 Aug．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．08．003