各类胁迫下小球藻抗氧化活性物质的分析

牛家蕾

摘 要：藻细胞生命活动过程中，除自身有氧代谢产生活性氧（ROS）外，外源胁迫因子也可引起细胞内ROS的积累。藻类同其它植物细胞一样为保护自身免受伤害而形成了一套抗氧化防御系统，用以清除藻细胞内ROS。抗氧化活性物质有助于优化人体的生理功能，从而有助于保持健康状态并预防疾病。本文总结了各种胁迫下，小球藻抗氧化活性物质含量的变化，并对其发展前景作出展望，为小球藻的开发利用提供更好的依据，也为制作小球藻类食品、保健品等提供更好条件，以创造更大的经济效益和社会效益。

关键词：小球藻;抗氧化物;类胡萝卜素

1 引言

小球藻属绿藻门，绿藻纲，绿球藻目，卵囊藻科，小球藻属，是一种普生性球形单细胞藻类，生态分布极广，在淡水、海水中均有发现，光合作用非常强，是其他植物的几十倍。其含有丰富的蛋白质、维生素、矿物质、食物纤维、核酸及叶绿素等，是维持和促进人体健康所不可缺少的营养素，特别是含有令人注目的生物活性物质糖蛋白、多糖体以及高达13%的核酸等物质。具有抑制癌细胞增殖，降低血清胆固醇含量，排除毒素，迅速修复机体的损伤等功能。所以被认为是可持续和丰富的天然抗氧化物的来源，小球藻更是因为其生命周期短，增长速度快，光合作用能力强，易于培养，能够减少大面积种植的空间，且无副作用，在各类食品或饲料添加剂中脱颖而出，成为天然的抗氧化剂来源。从全球角度来看，为基于小球藻类的食品、医药品、化妆品及保健品创造了巨大的潜在市场。

2 不同胁迫对小球藻抗氧化物质的影响

从其栖息地分离出来的任何生物的生长条件都是特定于物种/株系的，但在极端情况下，它们会产生某些代谢物以克服和适应压力条件，小球藻对非生物胁迫因子显示出极大的适应性，并产生有价值的代谢产物。

2.1高光

可用光是生产几种类胡萝卜素的最严重的限制因素之一。光强度以及光周期会影响各种微藻物种的生长，生物量和其他的代谢产物。并且适当的光照有助于小球藻细胞内SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性的增加，但是高强度的光照胁迫下，随着强度的增加和辐射时间的增长，小球藻细胞产生的过量ROS 会攻击其抗氧化防御系统，破坏超微结构，使生物大分子如DNA等出现断裂或交联。小球藻的抗氧化防御系统会受到攻击，动态平衡将被打破，藻细胞体内 ROS 的产生速度超出了抗氧化防御系统的清除能力，过量的 ROS 对藻类造成氧化胁迫，使其在细胞水平和分子水平产生不可逆的损伤，严重时引起细胞代谢紊乱，并最终抑制藻体生长和发育。

2.2 温度

温度胁迫成为限制小球藻生长的主要因素之一。温度在微藻细胞内类胡萝卜素的积累中起着重要作用。较高的温度由于光氧化应激增加而导致类胡萝卜素在微藻物种中的积累增加。如表2所示，温度会影响雨生红球藻中虾青素的合成。因为ROS的光合作用，这会导致虾青素的积累。但是高温很少用于诱导虾青素的生产，因为据报道，高温会极大地降低生物量的产量，从而导致虾青素的生产总体上减少。在盐藻杜氏盐藻中，高温导致叶黄素积聚。在原球藻中也观察到类似的趋势。温度是影响藻类生长的关键性因素。高温可在短时间内抑制小球藻的生长，并且通过引起细胞超微结构的变化、抗氧化酶活性的降低、光合色素及蛋白质合成能力的下降等，使小球藻难以完成正常生理活动，使其生长受到胁迫。

2.3 盐

盐是维持小球藻正常生长的重要因子，浓度过高或过低都会对小球藻的生长产生影响，尤其对小球藻色素、抗氧化防御系统活性、DNA等影响较大。盐度对藻类的影响在不同的生境中差异很大。由于有效的渗透调节作用，几种微藻可以耐受一定的盐度水平，盐度的增加会增加氮和碳的含量，从而迫使细胞产生氨基酸以应对高盐度。盐分胁迫可以进一步刺激总类胡萝卜素的产生。盐度的增加会增加氮和碳的含量，从而迫使细胞产生氨基酸以应对高盐度。盐度对小球藻的生长和类胡萝卜素形成的影响是复杂的。盐度会影响总体β-胡萝卜素含量。在盐胁迫下，一些微藻中的虾青素含量增加。然而，也有微藻不能耐受高浓度的盐，高于2M NaCl的盐浓度降低了某微藻叶黄素含量。盐分胁迫可以进一步刺激总类胡萝卜素的产生。但是，任何过量的物质都会损害微生物的代谢系统。

2.4 其他

由于在异养条件下小球藻不能有效利用外部碳源，而葡萄糖是光合作用的最终产物，任何在光照下生长的生物体都可以有效利用葡萄糖。研究表明虾青素的产量随着葡萄糖浓度的增加而增加。而葡萄糖浓度的增加进一步增加了小球藻中的叶黄素含量。在混合营养条件下，小球藻生长速度和虾青素的产生均有所增加。因此，不同的养分，例如氮和碳，会影响小球藻的生长，而其他参数，例如生长速度和色素含量，也会影响小球藻的生物化学组成。总之，营养混合型栽培更倾向于提高小球藻物种的生物量，脂质和类胡萝卜素产量。

2.5 总结

小球藻生长过程中，会形成一套清除ROS的抗氧化防御系统，它可以在藻体受到活性氧攻击时，减轻机体损伤，多种抗氧化活性物质含量会增加，但是当各类胁迫压力过高时，活性氧的产生速度远远超出抗氧化防御系统的清除能力时，过量的活性氧会导致小球藻细胞蛋白质功能丧失、细胞超微结构受损、引起DNA损伤与突变，更加严重时会引起细胞代谢紊乱等，抑制抗氧化活性物质的产生，最终抑制小球藻藻體的生长发育。可以在不同的阶段进行不同胁迫处理以实现生物质和抗氧化物质的积累。生物质和类胡萝卜素的增加可通过两阶段过程实现，其中第一阶段富含氮和磷酸盐的生长培养基可获取更高的生物量，而在对数后期的第二阶段，适当的高盐度和高光强度可进一步提高产量和类胡萝卜素。

3前景

小球藻可以产生多种抗氧化剂，在食品，饲料，农业和制药行业中得到了广泛应用。小球藻作为营养保健品和人类健康的抗氧化剂提供者有很大的发展潜力。抗氧化剂活性可能与微藻中抗氧化剂分子的含量高和多样性有关，小球藻是多种抗氧化剂分子的来源。比如虾青素是一种“水生”类胡萝卜素，以其健康特性而闻名。

小球藻也可以提供其他抗氧化剂分子来源，例如类霉菌素氨基酸（MAAs），它们可作为抗紫外线的防晒剂，还具有抗氧化和渗透保护活性。此外， 在某些微藻中产生的渗透液二甲基磺酸丙二酸酯（DMSP）及其酶解产物二甲基硫化物（DMS）也显示出抗氧化活性。

在小球藻中还存在其他在高等植物中广为人知的具有强大抗氧化活性的科目，尽管与陆生植物相比，它们在微藻类中的研究程度通常要低得多（例如酚类化合物，固醇和维生素）。酚类化合物，包括几类类黄酮，如异黄酮，黄烷酮，黄酮醇和二氢查耳酮，对肝脏具有保护作用，这是与ROS相关疾病的主要靶标之一。微藻甾醇在低胆固醇血症和帕金森氏病等神经系统疾病中具有有益的健康作用，还具有抗癌和抗炎活性。

小球藻也是维生素的丰富来源，例如维生素E，D和C，以及β-胡萝卜素（维生素原A），烟酰胺，硫胺素，核黄素和生物素等。从微藻中分离出来的硫酸多糖还显示出相关的抗氧化特性，并具有对超氧化物基，羟基和过氧化氢的有效清除能力。此外，小球藻也是蛋白质酶，肽和氨基酸的丰富来源，这些是细胞和组织正常生理活动所必需的，并且具有很强的健康保护作用。

综上所述，小球藻有着很大的发展前景和潜力，在农业上可以用作各类饲料添加剂，和食品中的天然抗氧化物添加剂;还可用于各大保健品中;其中的虾青素、烟酰胺等物质也常常添加于护肤品和化妆品中。