流行的流行植物螺旋藻spirulina多細(xì)胞絲體的誘變育種

流行的流行植物螺旋藻spirulina多細(xì)胞絲體的誘變育種

螺旋體是主要分布在亞熱帶、亞熱帶淡水或堿性湖泊中的一條帶狀藍(lán)藻。它屬于藍(lán)藻門、索狀藻科和螺旋體科，共有36種。其中32種是淡水，4種是海水。它是最古老的多細(xì)胞低等水生植物,細(xì)胞內(nèi)沒有真正的細(xì)胞核,在顯微鏡下可見其形態(tài)為螺旋絲狀,故而得名。螺旋藻喜高溫(25~36℃)、堿性(pH值8~12)環(huán)境,營光合自養(yǎng),但也能利用環(huán)境中的一些有機物作兼養(yǎng)生長,無性繁殖。現(xiàn)在應(yīng)用于國內(nèi)外大規(guī)模生產(chǎn)的通常是鈍頂螺旋藻(S.platensis)、極大螺旋藻(S.maxima)和鹽澤螺旋藻(S.subsalsa)。自然環(huán)境中螺旋藻主要分布于中非乍得湖、墨西哥特西科科湖和我國云南永勝程海湖,適于高溫堿性環(huán)境。1新藻種的篩選目前,對螺旋藻新藻種的篩選方法主要有物理或化學(xué)誘變育種和基因工程育種。新藻種的篩選主要通過馴化與自然分離、物理或化學(xué)誘變以及基因工程等手段獲得。Vonshak提出了選擇螺旋藻優(yōu)良藻種的標(biāo)準(zhǔn):抗高光抑制、較廣溫度適應(yīng)范圍、耐高滲透壓、較強光合作用、忍受高氧濃度。1.1常用的誘變輻射源常用的物理誘變劑主要有60Co-γ射線、He-Ne激光、YAG激光、半導(dǎo)體激光等,其中60Co-γ射線是最常用的誘變輻射源,LD、YAG可以促進(jìn)極大螺旋藻生長,60Co-γ可誘導(dǎo)產(chǎn)生高產(chǎn)多糖鈍頂螺旋藻。1.2突變細(xì)胞的分離和利用常用的化學(xué)誘變劑主要有亞硝基胍(NTG)、甲基磺酸乙酯(EMS)等。Riccardi等用1-甲基-3-硝基-1-亞硝基胍(MNNG)對藻絲體進(jìn)行誘變處理,獲得了抗氨基酸類似物的突變體。Cohen等用除草劑SAN-9785作為生長抑制劑,從鈍頂螺旋藻和紫球藻中篩選獲得突變株,其生長速度及糖脂含量均高于出發(fā)株,且鈍頂螺旋藻突變株富含γ-亞麻酸。Singh等用NTG處理鈍頂螺旋藻,分離出的突變細(xì)胞耐甲硝基羥乙唑和3,4-二氯苯-1,1-二甲脲的能力為野生型細(xì)胞的3倍。崔海瑞等用不同濃度的甲基磺酸乙酯對鈍頂螺旋藻的藻絲體進(jìn)行處理,得到多種形態(tài)的藻絲體。張學(xué)成等用甲基磺酸乙酯誘變處理鈍頂螺旋藻,篩選得到2株耐低溫的藻種。1.3外源dna的缺失基因工程育種因具有較強的目的性,具有較廣闊前景。螺旋藻轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)的建立需要以下條件:(1)將外源基因?qū)肼菪?(2)避免螺旋藻核酸酶的降解;(3)外源DNA的穩(wěn)定存在(有獨立的oriT或整合到受體的基因組);(4)選擇標(biāo)記的表達(dá)。章軍等通過基因工程技術(shù)構(gòu)建獲得了轉(zhuǎn)Ta1基因螺旋藻,再通過飼喂鰻魚苗試驗表明能有效提高鰻魚苗體內(nèi)的胸腺素含量,增強鰻魚苗的免疫力。譚維娜首次嘗試了以螺旋藻作為轉(zhuǎn)基因受體表達(dá)乙肝表面抗原,初步探索了研制轉(zhuǎn)基因螺旋藻口服乙肝疫苗的可行性。2使用螺母方案2.1生物活性物質(zhì)豐富,豐富“宇宙食品”小球藻的營養(yǎng)成分螺旋藻營養(yǎng)豐富,其干粉中的蛋白質(zhì)含量高達(dá)60%~72%,相當(dāng)于大豆的1.7倍、小麥的6倍、玉米的9.3倍、雞肉的3.1倍、牛肉的3.5倍、魚肉的3.7倍、豬肉的7倍、蛋類的4.6倍、全脂奶粉的2.9倍,富含18種氨基酸、12種礦物質(zhì)、8種維生素和多種生物活性物質(zhì),藻體消化率高達(dá)84%,遠(yuǎn)高于被譽為“宇宙食品”的小球藻的73.6%。目前,利用螺旋藻開發(fā)的食品種類多樣,均以螺旋藻為原料添加到其他常規(guī)食物或飲料中,從而得到富有特色的螺旋藻食品,如在面粉中添加螺旋藻干粉制成營養(yǎng)均衡和具有保健功能的螺旋藻面條。2.2藻藍(lán)蛋白的藥代動力學(xué)螺旋藻中脂肪酸含量較低,其中對人體十分有益的不飽和脂肪酸占很大比例。螺旋藻含鐵量高,高達(dá)580~646mg/kg。螺旋藻富含其他生物活性成分,如β-胡蘿卜素、藻膽蛋白、γ-亞麻酸、內(nèi)源性酶等,對人體健康非常有幫助。具體功能如下:(1)抗腫瘤。1988年,哈佛醫(yī)學(xué)院的Schwartz等報道了藻藍(lán)蛋白對口腔癌有抑制作用。日本和美國申請了關(guān)于藻膽蛋白具有抗腫瘤活性的專利(JP58065216;USP1150726-A82679)。Liu等用半固體瓊脂培養(yǎng)法及MTT法證明壇紫菜中的藻藍(lán)蛋白能夠顯著抑制HL-60細(xì)胞的生長,且存在濃度效應(yīng)和時間效應(yīng)。螺旋藻藻藍(lán)蛋白(C-PC)對K562(白血病)細(xì)胞的抑制效果良好。關(guān)燕清等采用光固定法固定藻藍(lán)蛋白到組織培養(yǎng)聚苯乙烯(PSt)基板上,制備生物材料,發(fā)現(xiàn)這種新材料對體外肝癌細(xì)胞7402有抑制作用。在固定高濃度蛋白質(zhì)(0.5mg/well)的情況下,光固定化藻藍(lán)蛋白對癌細(xì)胞抑制率高于非固定化的藻藍(lán)蛋白。(2)抗病毒。螺旋藻藻膽蛋白也具有一定的抗病毒活性。劉兆乾等申請了關(guān)于含藻藍(lán)蛋白的蛋白多糖提取物抗流感病毒的專利。Shih等證實從鈍頂螺旋藻中提取的APC存在抗腸道病毒71的活性。(3)抗輻射。螺旋藻多糖與銀杏葉有效成分復(fù)合應(yīng)用于抗輻射,能產(chǎn)生協(xié)同增效作用,抗輻射作用的強弱與螺旋藻多糖和銀杏葉有效成分復(fù)合的比例有一定關(guān)系,其中螺旋藻多糖與銀杏葉有效成分為1∶1時抗輻射作用最好。(4)調(diào)節(jié)血糖。螺旋藻中存在多糖、鎂、鉻等多種降糖物質(zhì),可通過多種途徑(如促進(jìn)胰島素分泌、減緩糖吸收、促進(jìn)物質(zhì)代謝、抗氧化等)調(diào)節(jié)血糖代謝。(5)糾正缺鐵性貧血。由于螺旋藻含鐵量高,且是與藻體中的蛋白質(zhì)和色素材料結(jié)合形成的有機蛋白色素鐵,這種鐵不受鐵吸收抑制因素的影響,將以卟啉鐵的形式直接被腸黏膜上皮細(xì)胞吸收,故吸收率高。(6)抗血栓。螺旋藻激酶(SPK)可以延緩血液凝固,且隨著劑量的增加甚至阻止血液凝固,SPK靜脈給藥可減緩下腔靜脈血栓形成。(7)保護(hù)肝臟。富硒螺旋藻(Se-SP)可拮抗肝纖維化,其作用機制可能主要通過提高抗氧化硒酶GSH-Px和TR活性,從而促進(jìn)肝細(xì)胞增殖和功能恢復(fù)。另外也涉及提高肝功能貯備和抑制膠原合成等生理生化機理。(8)減緩重金屬危害。楊占軍等研究表明,旋藻對鉛神經(jīng)毒性起拮抗作用。(9)抗疲勞、抗衰老。螺旋藻多糖能降低小鼠體內(nèi)丙二醛含量,促進(jìn)細(xì)胞、肝、腦等組織器官中SOD的活性,增強機體抗氧化及抗自由基損傷的能力。3在廢水處理方面的應(yīng)用利用各種廢水培養(yǎng)螺旋藻都表明,螺旋藻具有吸收和消耗水體環(huán)境中的氮、磷等營養(yǎng)元素以及降解水中有機物的作用。利用廢水養(yǎng)殖螺旋藻,一方面使水體得以凈化,減輕了水體的富營養(yǎng)化,另一方面,可以得到高附加值的螺旋藻產(chǎn)品。因而將螺旋藻用于廢水處理是一項很好的生物治污措施,國內(nèi)外都有利用養(yǎng)殖螺旋藻等微藻凈化廢水的報道。馬來西亞西米(sago)淀粉廠用螺旋藻凈化廢水取得了成功。陳慈美等利用生活污水培養(yǎng)螺旋藻,結(jié)果表明,當(dāng)螺旋藻在生活污水中培養(yǎng)10d,對污水中CODc去除率可達(dá)91%,NH4+-N、NO3--N和PO43--P去除率分別為97%、97%和57%。此外,韓國科學(xué)家用甲基磺酸乙酯培育出編號為M2OCJK3的螺旋藻菌,它對二氧化碳的固定率可穩(wěn)定在21.8g/(d·m2),比廣為人知的CJ590型螺旋藻高13%。4螺輪溶膠ro和極大螺釘spirulage作為地球上最古老的光合生物之一,螺旋藻已在地球上生存了近35億年之久,但其被人類發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)的歷史卻僅有100多年。實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模培養(yǎng)的螺旋藻主要有2種,即鈍頂螺旋藻(SpirulinaplatensisGeilter)和極大螺旋藻(SpirulinamaximaGeilter)。在過去的幾十年里,人們在螺旋藻種的馴化、選育和工業(yè)化培養(yǎng)方面開展了大量工作,并積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗,它的生理生化以及分子遺傳研究也受到了廣泛的關(guān)注,但在應(yīng)用方面還有很大潛力可挖。螺旋藻,營養(yǎng)成分豐富、全面而均衡,已成為世界性保健食品,且被醫(yī)學(xué)