植物生长调节剂在我国微藻培养中的应用研究

辛荣

摘要 概述了植物调节剂在微藻培养中的应用情况，包括植物调节剂的种类，在促进微藻增殖生长及促进代谢产物增加方面的作用。植物生长调节剂毒性及残留问题值得重视，做好其应用后的效果评价和安全评价必不可少。

关键词 植物调节剂；微藻生长；代谢产物

中图分类号 S482.8 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）04-0133-03

Research Progress of Plant Growth Regulators in Microalgae Breeding

XIN Rong

（Marine Engineering Department，Rizhao Polytechnic，Rizhao Shandong 276826）

Abstract In this paper，the current status of plant growth regulator in the application of microalgae breeding were introduced，including the category and effects on microalgae growth and secondary metabolic products.The toxicity and residue problems must be paid attention，making the effectiveness and safety evaluation after application was indispensable.

Key words plant growth regulator；microalgae growing；secondary metabolic products

植物生長调节剂是人工合成的具有与天然激素同等效能甚至更为有效的化合物，能对植物的生长发育起到调节作用，如生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类、乙烯和脱落酸[1]。植物生长调节剂在提高农作物的产量和改良品质方面应用广泛，为我国农业生产和发展做出了重要贡献。植物生长调节剂的应用具有成本低、收效快、效益高、节省劳动力等优点，已经成21世纪农业实现超产和提高商品性的主要措施之一[2]。

微藻是自然水体中最主要的初始生产者，因其个体小、生长周期短、营养丰富、容易培养、经济价值高而备受重视。目前，在水产养殖上贝类、虾蟹类和鱼类育苗中仍然作为重要的生物饵料，尤其贝类苗种早期培育几乎全部依赖于微藻生物饵料。20世纪80年代，随着生物工程技术在微藻上的应用，某些可以异养培养的种类可进行大规模的生产。除了在水产上作为生物饵料外，微藻在食品、饲料添加剂、生物活性物质提取及新能源等方面有着重要的经济价值[3-4]。因此，提高其生长速率、产量及活性物质的含量具有重要的意义，除基因工程外，外源激素的调剂也是一种方法。自20世纪80年代我国科研工作人员已开始探讨外源性植物生长调节剂在微藻培养中的应用，迄今已在多种经济微藻中进行过研究[5]。

1 微藻培养中主要植物生长调节剂类型

在作物农业上应用的调节剂按生化功效分主要有三大类：植物生长促进剂、植物生长抑制剂及延缓植物生长的延缓剂，共约100多种[2，6]。在微藻中常用的种类除脱落酸（ABA）外大都是促生长型的，如2，4一二氯苯氧乙酸（2，4-D）、6-苄嘌呤（6-BA）、奈乙酸（NAA）、赤霉素（GA3）、吲哚乙酸（IAA）、吲哚丁酸（IBA）、三十烷醇（TA）、乙烯利（2-氯乙基磷酸ETH）等[5，7-25]。其中6-苄基腺嘌呤（6-BA）是一种人工合成的细胞分素，有促进细胞分裂、延缓衰老等作用。萘乙酸（NAA）系萘类是有生长素类活性的植物生长调节剂，广泛分布于各种植物体内，具有促进生长点细胞的分裂和非生长点细胞的伸长等功能。吲哚丁酸、萘乙酸、2，4-D、6-苄基氨基嘌呤能促进生根，在农作物和园艺上可促进插枝生根，延缓或促进器官脱落，控制雌雄性别，诱导单性结实，促进发芽；促进茎叶生长，促进细胞扩大，延缓叶片衰老，破除休眠芽，抑制植株生长及矮化，促进果实成熟，促进器官脱落等作用。

2 在促进微藻增殖方面的作用

2.1 促进微藻细胞的增殖作用浓度

在研究微藻生长方面，通常采用测定生长率、叶绿素含量、藻细胞的干重、光合作用与呼吸作用强度、氮元素的消耗等方面来反映，试验证明：植物生长调节剂对近20种单胞藻的生长有明显的促进作用，适当添加可促进微藻的生长，缩短培养周期，增加生物量和次生代谢产物的积累，对于提高工业化生产的经济效益将具有重要意义。不同的植物生长调节剂对不同的微藻所起的作用亦不同，如2，4-D、6-BA在一定的浓度范围对绿藻、金藻类都有明显的生长促进作用，但对三角褐指藻和牟氏角毛藻促进作用不明显或有一定的抑制作用[7]，赤霉素（GA3）对雨生红球藻、扁藻、杜氏盐藻等有促进作用，却对绿色巴夫藻不起作用[8]，螺旋藻对GA3要比NAA、6-BA更敏感[10]。孟春晓等用赤霉素诱导培养的盐藻，相较于对照组，0.05 mg/L赤霉素处理藻细胞生物量提高60%左右，β-胡萝卜素含量提高16.8%[9]，脱落酸（ABA）加入盐藻SZ-05培养体系后，在盐胁迫条件下检测β-胡萝卜素和多糖发现，脱落酸能明显促进盐藻的生长，使盐藻SZ-05的生物量提高了16.94%，β-胡萝卜素含量提高了11.6%，多糖含量提高了22.31%[11]。

2.2 作用微藻细胞增长的时间

不同浓度的植物调节对藻增殖的起作用时间和持续时间也有所不同，TA、6-BA、IBA、2，4-D、IAA对绿色巴夫藻生长起促进作用，低浓度在第1天就开始影响藻的生长，最佳浓度从第2天开始对藻生长起调节作用，且持续性较长，可维持到第8天。高浓度在培养最初几天，对藻生长作用较弱，培养4 d后，对藻作用增大，比低浓度有相对较好的持续性。调节剂的使用通常可以缩短延缓期和延长指数生长期，如TA处理绿色巴夫藻，可以缩短延缓期，延长了指数生长期，使静止期延后，TA对绿色巴夫藻的增殖效果明显[8]。钝顶螺旋藻NAA激素的添加使对数期增加至9 d，而且每天的生物量均大于空白样，加入植物激素确实在一定程度上加速藻体细胞增殖分裂，并明显延长其对数期[11]。奈乙酸（NAA）、6-苄基嘌呤（6-BA）、2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）、赤霉素（GA3）主要对雨生红球藻的细胞增殖在生长前期作用不明显，在对数生长期有明显的促进作用，质量（干）和虾青素含量有明显的增加[14]。

2.3 多种植物调节剂作用叠加效果

多种植物调节剂的叠加显示不同的激素间存在相互的叠加作用，生长素、 细胞分裂素及生长素与细胞分裂素的比值共同控制着细胞分裂与生长，在组织或细胞培养时，培养基中植物激素成分一般都是由生长素与细胞分裂素组合。如NAA、IAA和GA3具有相辅相成或相加的作用，对扁藻有增效作用，而GA3与6-BA的组合，对扁藻生长表现出抑制作用[5]。IBA与6-BA组合成双因子共同作用于小球藻，当IBA浓度为20 mg/L，6-BA高浓度时，更有助于小球藻的异养生长，而且IBA与6-BA对小球藻异养生长的作用并非简单的单因子加合效应[12]。同样，三十烷醇（TA）、吲噪乙酸（IAA）、赤霉素（GA3）培养2种底栖硅藻的的最佳质量浓度配比也不是最佳单因子浓度的的叠加量值[13]。

另外，不同的培养方式对植物调节剂的需求量也有所不同，例如异养培养的小球藻对IAA、IBA的最佳浓度高达20 mg/L[12]，通常要高于一般的自养培养的最佳浓度。其原因可能与小球藻异养培养密度比较高，抑或与其生理机制有关。

3 植物调节剂对次生代谢物积累的影响

微藻次生代谢产物包括蛋白质、维生素、生物活性多糖、高度不饱和脂肪酸、类胡萝卜素等，不同藻属不同品系的微藻所含有的代谢产物也有所不同，如某些品系的小球藻和雨生红球藻可以生产虾青素，盐藻可产胡萝卜素和甘油等。诸多植物生长调节剂在促进藻细胞增殖的情况下同样促进了其次生代谢产物的增加。雨生红球藻细胞内含有大量的虾青素，具有比较好的开发前景。为了获得更多的虾青素，通常采用二阶培养法，先利用红球藻最适条件促进红球藻的生长再改变培养条件使红球藻快速合成虾青素[15]。崔宝霞等通过添加0.5 mg/L的6-BA、0.1 mg/L的GA3、0.5 mg/L的NAA培养雨生红球藻，可促进虾青素的积累，2，4-D虽能显著提高细胞的干重，但对雨生红球藻的虾青素酯积累无明显促进作用[14]；高政权等在雨生红球藻对数生长期的藻液中分别加入一系列不同浓度的乙烯利溶液，水杨酸、九二○（赤霉素）外源赤霉素、2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）等胁迫培养，诱导细胞内虾青素的合成积累，可以促进雨生红球藻积累虾青素；2 mg/L的ABA处理对雨生红球藻，发现其对虾青素积累具显著的促进作用，使细胞完全变红的周期比对照缩短了36.4%，且虾青素产量比对照提高了40.4%，增产效果非常明显[16-21]。ABA能促进紫球藻胞外多糖的产生[22]。激素也可以显著地影响螺旋藻的代谢产物含量，对于钝顶螺旋藻和极大螺旋藻，GA能够使胞外和胞内总糖含量增加；6-BA使胞内蛋白含量提高；NAA使SOD酶比活力提高[11]。

虽然植物调节剂能促进细胞增长，提高生产量，但与促进代谢物增加的浓度并不完全一致[23]。添加10 μmol/L的IAA对藻株的生长有明显的促进作，其最大生物量比对照组增加了58.24%，但其油脂含量却比对照组降低了34.71%；而当增加IAA浓度为20 μmol/L时，对藻株的生长表现出明显的抑制作用，其最大生物量比对照组减少了53.60%，但其油脂含量与对照 组相比增加了95.46%。添加2 μmol/L，ABA对藻株生长的抑制作用极其明显，其生物量比对照组降低了57.52%，但其油脂含量与对照组相比显著提高，提高了121.49%[24]。

对外源基因表达上，适宜浓度的IBA、6-BA、赤霉酸和氯化胆碱均促进转基因鱼腥藻7120生长，提高其生物量，不影响外源基因表达，高浓度植物生长调节剂则抑制藻细胞生长，降低外源基因表达水平。植物生长调节剂混合施用促进转 基因鱼腥藻生长效果不如单一因子好，外源基因表达水平也略有下降[25]。

4 植物生长调节剂的机理与毒性

植物生长调节剂是合成的化合物，可以调控核酸、蛋白质、酶、糖等合成，其作用机理根据种类不同而不同，2，4-D和NAA促进质子分泌到细胞壁，使细胞松弛，加快延伸，并促进RNA和蛋白质的生物合成；细胞分裂素6-BA促进转录，加速翻译速度；GA能促进细胞分裂和细胞扩大等[26-27]，植物生长调节剂在应用时超过一定的浓度对微藻生长会起抑制作用。

植物调节剂虽然不是高毒产物但是大都属于农药类，在应用时必须注意其残毒。植物生长调节剂在植物体内通过酶作用或化学作用逐渐降解，药效也逐渐消失，其残留量的多少取决于用药浓度、数量多少、时间长短等，同时其也与光照、酸碱度等周围环境有关，应注意切实做到用药安全。

5 展望

植物生长调节剂在我国农业生产中已显示出巨大的增产潜力和可观的经济效益。它已成为提高植物生产力和实现农业现代化的先进科技手段，成为当今农业高产、高效、 优质栽培模式研究的热点之一。作为一种新兴的生物技术，植物生长调节剂正向着高效低毒、生物活性高、价廉、全方位应用方向发展[1]。但在微藻培养中在实际生产中并不常见，在试验研究中可见其能促进微藻的生长，缩短延缓期，提高产量，对其在水中及植物体内的残留及后期对以微藻为食的生物的次级毒性效应并不多见。但其使用方便，价格低廉，期望在保证安全的前提下，植物生长调节剂也能在微藻培养有所应用。

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