不同培养基对小球藻 Chlorella zofingiensis生长和虾青素产

摘要：研究了小球藻Chlorella zofingiensis在3种不同培养基CZ-M1，Kuhl和KM1中培养时生物量和虾青素的产量。结果表明，Kuhl 最利于小球藻的生长，比生长速率、最大细胞干重和得率最高，虾青素含量最低；KM1培养基最利于虾青素的积累。采用优化后的培养基KM1，添加葡萄糖诱导培养小球藻，可以获得8．99 g．L^-1 的藻细胞干重，虾青素产量和含量分别达到20．1 mg·L ^-1 和 2．24 mg·g ^-1 

关键词：小球藻：虾青素；培养基

中图分类号：P735  文献标识码：A   文章编号：1009-5470 (2010) 03—0061—04 

 

虾青素（fastaxanthin)是一种紫红色酮式类胡萝卜素，其化学名为 3,3-二羟基- 4，4’- 二酮基．β一类胡萝卜素，具有超强的着色和抗氧化功能，除了传统上用做水产养殖中三文鱼等的饲料添加剂外，近年来也在食品、医药、化妆品等领域有着广泛的应用^［1-2］。

  人工合成的虾青素价格昂贵，安全性低，因此利用生物合成生产天然虾青素具有重要意义。小球藻Chlorella zofingiensis属单细胞绿藻，它生长快速并能高效积累虾青素，具有大规模生产虾青素的潜力，成为继雨生红球藻、红发夫酵母之后又一备受关注的天然虾青素生产来源^［3］。

有研究表明小球藻细胞生物量和虾青素累积量与培养基、培养条件密切相关；不同氮源、碳源对小球藻生产虾青素影响显著^［3-4］。本研究通过比较小球藻在不同培养基、不同培养条件下生长和积累虾青素的差异，进一步优化培养条件，为规模培养小球藻生产虾青素提供实验基础。

 

l 材料与方法

1．1 材料

实验藻种：小球藻Chlorella zofingiensis ( ATCC 30412 )由香港大学植物学系陈峰教授提供。      

培养基：实验采用3种不同的培养基培养小球藻，3种培养基的组成见表1，改良的K M1培养基见表2。 

表1   3种不同培养基 KM1、Kuhl和CZ．M1的组分Tab．1 Compositions of three di fferent media，KM1，Kuhl and CZ- M1 

 

 

表3  小球藻在不同培养基中培养14 d后最大干重和虾青素积累量

注：表中数据位平均值±标准偏差（n=3）

 

2．2 优化后的KM1培养基对生长和虾青素合成的影响

根据 2．1节中的结果，在KM1培养基中小球藻虾青素含量最高，但比生长速率较低( 0．038h )导致最终生物量不理想，这可能是KM1中氮源一天冬氨酸( L- Asparagine ) 不能被很好地利用所致。因此以下实验对KM1培养基进行不同浓度的氮源优化处理，如表2所示。

2．2．1   优化后的 K Ml培养基对小球藻生长的影响

培养基中NaNO₃和KNO ₃ 初始浓度越高，比长速率越高，获得 的藻细胞干重越大： Na NO₃ 处理组比生长速率明显高于KNO₃ 处理组；当NaNO₃始浓度为50 mM时，得到最大细胞干重4．39 g·L^-1

2．2．2 优化后的 KM1培养基对小球藻产虾青素的影响

在小球藻对数生长末期添加到B3、B4、C3和C4处理中诱导合成虾青素，分别表示为 B3+、B4+、C3+ 和C4+。所有处理中，藻保持持续快速生长，干重不断增加，虾青素产量也在不断增加；NaNO₃ 初始浓度为50 mM的处理组，在对数期末期添加40g·L 的葡萄糖得到最大干重8．99 g·L^-1虾青素产量和含量分别高达20．1mg· L^-1and 2．24 mg·g^-1。 这一结果表明在KM1培养基中NaNO₃ 作为氮源不仅比L - Asparagine和KNO₃利于小球藻的生长，也有利于虾青素的积累；NaNO ₃ 初始浓度越高生长越快，经葡萄糖诱导后虾青素积累越多。

3 结论

小球藻Chlorella zofingiensis 细胞生物量和虾青素累积量与培养基、培养条件密切相关。不同培养基培养小球藻时其生物量和虾青素积累量明显不同。采用优化的KM1培养基、添加葡萄糖诱导培养小球藻，可以显著提高小球藻的生物量和虾青素的积累量。在KM1培养基中NaNO₃作为氮源比L - Asparagine和KNO ₃利于小球藻的生长和虾青素的积累，这可能与硝酸盐氮源和氨基酸氮源具有不同的同化途径以及藻细胞对Na和K的渗透能力存在差异有关。本文中小球藻虾青素产量和含量分别高达20．1mg·L^-1和2．24 m g·g^-1是目前所见报道中最高的^［3,4］K M1培养基组分简单，易于操作，因此可以进一步优化KM1培养基和培养条件，如碳源、碳氮比、微量元素以及光照强度等，以获得更高的藻细胞生物量和虾青素积累量，为将来大规模培养小球藻生产虾青素提供实验基础。