部分物理因子对螺旋藻诱变作用的研究进展

2015-07-13付丽丽那日郭久峰等

安徽农业科学 2015年15期

付丽丽　那日　郭久峰等

摘要螺旋藻属于蓝藻门颤藻科的一类低等植物，富含多糖、蛋白质、维生素等，具有较高的营养价值，同时具有较高的药理作用和生物学效应，在国内外受到广泛推崇。近些年来，螺旋藻的人工培养越来越受人们的重视。该研究着重论述在国内人工培养过程中，激光、电磁波、电场及磁场等物理因素对螺旋藻产物诸如多糖、蛋白质、胡萝卜素等含量的诱变影响。

关键词螺旋藻；物理因子；诱变

中图分类号 S121 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）15-011-02

Research Progress of Part Physical Factors Effects on Spirulina Mutagenesis

FU Lili， NA Ri*， Guo Jiufeng et al

（Key Laboratory of Ion Beam Bioengineering， Inner Mongolia University， Hohhot， Inner Mongolia 010021）

Abstract Spirulina is a kind of low plant belonging to the Cyanophyta Oscillatoria branch. It is rich in polysaccharide， protein， vitamins and so has rich nutritional value. At the same time， spirulina has great function on pharmacology and biology， it was widely praised both at home and abroad. In recent years， artificial cultivation of spirulina attracts more and more people's attention. This paper focuses on the effects of some physical factors on the products of mutagenic spirulina in domestic artificial cultivation process. For instance， some physical factors such as laser， electromagnetic wave， electric field and magnetic field can increase the production of polysaccharide， protein and carotene.

Key words Spirulina； Physical factors； Mutagenic

螺旋藻是一种具有重要开发应用价值的自养原核生物。它具有光合效率高、生长繁殖快、环境适应性强等特点，是少数能大规模培养的微藻之一[1]。同时，它是一种新型 “药食同源” 的优质菌体蛋白，具有很高的营养、保健及医药价值。因它营养价值丰富而被联合国粮农组织（FAO）誉为“21 世纪最佳的理想食品”，也被世界卫生组织评为“人类 21 世纪的最佳保健品”[2]。但是，受到培养技术、成本等多因素的影响，目前我国螺旋藻的生产培养得不到广泛推广。因此，想办法提高螺旋藻的产量是目前研究的重点问题之一。笔者则着重论述激光、电磁波、电场及磁场等物理因素对螺旋藻产物含量的影响。

1 HeNe激光诱变

HeNe激光诱变是一种高效的诱变育种新技术，具有能量密度高、靶点小、单色性、方向性好以及诱变当代就可出现遗传性突变等特点，因此在微生物育种中得到广泛的应用[3]。赵炎生等[4]采用HeNe（632.8 nm）激光，照射时间为30、60、30+30（照30 min，24 h后再照30 min）、60+30 min等4组，研究在光班面积15.89 cm2、激光能量1.1 mJ/cm2、波长632.8 nm条件下钝顶螺旋藻因照射引起的生理生化特性。研究结果表明，与出发菌株相比，经激光照射后，藻体在形态、干重、含氮量和胞外多糖等方面都有不同程度的变化，其中胞外多糖含量提高193%，展示出激光诱变螺旋藻的良好前景。另外，赵萌萌等[5]利用HeNe激光（波长632 nm，功率10 mW），时间分别为5、10 min，诱变钝顶螺旋藻IS，选取生长较快的藻种测量β胡萝卜素、蛋白质及多糖含量，进一步筛选出生长快、高产胡萝卜素或高产蛋白质的藻种。试验结果表明，经HeNe激光15和25 min照射后的藻种MS1、MS2和MS3藻丝形态发生变化，藻丝变短，螺旋变紧密，生长速度明显加快，其中MS1的β胡萝卜素含量增幅为18.1%，MS3的蛋白质和多糖含量均有较大增加；通过对出发藻种和诱变藻种的叶绿素a和胡萝卜素的紫外吸收光谱进行比较，发现诱变藻种与出发藻种相比最大吸收峰值略有变化，说明HeNe激光对于钝顶螺旋藻的诱变效应。

2 倍频Nd：YAG脉冲激光诱变

赵炎生等[6]用倍频Nd：YAG脉冲激光诱变钝顶螺旋藻，光斑面积4.9 cm2，每次激光能量32 mJ/cm2，脈冲宽度10 ns，波长532 nm，频率1 Hz，分别照射20、45、60次。结果表明，倍频脉冲YAG激光照射对螺旋藻的生长均有促进作用；与出发株相比，诱变后的螺旋藻干重减少2.92%，胞外多糖增加246%，蛋白质含量增加12%。随后，陈必链等[7]利用倍频Nd：YAG激光（波长532 nm，功率500 mW，功率密度160 mW/cm2）诱变钝顶螺旋藻，辐照时间为15、10、5 min，通过测定藻丝形态参数、叶绿素a、β胡萝卜素、生长速度，比较倍频Nd：YAG激光对钝顶螺旋藻生长的影响。结果表明，与出发株相比，经倍频Nd：YAG激光辐照后藻丝形态发生变化，藻丝长、螺旋数、螺旋长变小的现象；15、10 min辐照组出现螺旋变松驰的现象；10、5 min辐照组促进藻的生长和叶绿素a含量提高，使得生长速度提高；3个诱变时间剂量都有利于β胡萝卜素积累，含量增幅最高达22.3%。

9 结语

采用激光、电磁波、磁场等对螺旋藻进行诱变已有不少相关的报道，其中电晕电场诱变作为一种新型的物理诱变手段，为螺旋藻诱变提供新的研究方法。总之，上述诱变手段对螺旋藻形态、生长速度及体内产物含量等均有一定的影响，在蛋白质、多糖、胡萝卜素等含量提高上均起较好的效果。这是螺旋藻诱变的很好的开端。随着技术的迅速发展，在分子水平上实现定向诱变，使得螺旋藻诱变进入一个新的发展时期。

参考文献

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[2] 徐海滨，陈艳，李芳，等.螺旋藻类保健食品生产原料及产品中微囊藻毒素污染现状调查[J].卫生研究，2003（4）：339-343.

[3] 任涛涛，田永永，谢云，等.提高拮抗菌WB3对番茄灰霉病菌拮抗能力的HeNe激光与氯化锂复合诱变技术[J].光子学报，2011（3）：443-447.

[4] 赵炎生，陈向东，谈震.HeNe激光诱变钝顶螺旋藻的初步研究[J].光电子·激光，1997（6）：57-60.

[5] 赵萌萌，王卫卫.HeNe激光对钝顶螺旋藻的诱变效应[J].光子学报，2005（3）：400-403.

[6] 赵炎生，尹鸿萍，陈向东，等.倍频Nd：YAG脉冲激光诱变钝顶螺旋藻的初步研究[J].光电子·激光，1999（6）：563-564.

[7] 陈必链，庄惠如，王明兹，等.倍频Nd：YAG激光对钝顶螺旋藻的诱变效应[J].激光生物学报，2000（2）：125-128.

[8] 陈必链，王明兹，庄惠如，等.半导体激光对钝顶螺旋藻形态和生长的影响[J].光子学报，2000（5）：411-414.

[9] 李建宏，郑卫，倪霞，等.两株钝顶螺旋藻紫外诱变株的特征[J].水生生物学报，2001（5）：486-490.

[10] 王妮，王素英，师德强.耐低温螺旋藻新品系的诱变选育[J].安徽农业科学，2008（29）：12552-12553.

[11] 温贤芳，刘录祥.我国农业空间诱变育种研究进展[J].高科技与产业化，2001（6）：31-34.