部分物理因子對螺旋藻誘變作用的研究進(jìn)展

付麗麗　那日　郭久峰等

摘要 螺旋藻屬于藍(lán)藻門顫藻科的一類低等植物，富含多糖、蛋白質(zhì)、維生素等，具有較高的營養(yǎng)價值，同時具有較高的藥理作用和生物學(xué)效應(yīng)，在國內(nèi)外受到廣泛推崇。近些年來，螺旋藻的人工培養(yǎng)越來越受人們的重視。該研究著重論述在國內(nèi)人工培養(yǎng)過程中，激光、電磁波、電場及磁場等物理因素對螺旋藻產(chǎn)物諸如多糖、蛋白質(zhì)、胡蘿卜素等含量的誘變影響。

關(guān)鍵詞 螺旋藻；物理因子；誘變

中圖分類號 S121 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 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

螺旋藻是一種具有重要開發(fā)應(yīng)用價值的自養(yǎng)原核生物。它具有光合效率高、生長繁殖快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點，是少數(shù)能大規(guī)模培養(yǎng)的微藻之一[1]。同時，它是一種新型 “藥食同源” 的優(yōu)質(zhì)菌體蛋白，具有很高的營養(yǎng)、保健及醫(yī)藥價值。因它營養(yǎng)價值豐富而被聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）譽(yù)為“21 世紀(jì)最佳的理想食品”，也被世界衛(wèi)生組織評為“人類 21 世紀(jì)的最佳保健品”[2]。但是，受到培養(yǎng)技術(shù)、成本等多因素的影響，目前我國螺旋藻的生產(chǎn)培養(yǎng)得不到廣泛推廣。因此，想辦法提高螺旋藻的產(chǎn)量是目前研究的重點問題之一。筆者則著重論述激光、電磁波、電場及磁場等物理因素對螺旋藻產(chǎn)物含量的影響。

1 HeNe激光誘變

HeNe激光誘變是一種高效的誘變育種新技術(shù)，具有能量密度高、靶點小、單色性、方向性好以及誘變當(dāng)代就可出現(xiàn)遺傳性突變等特點，因此在微生物育種中得到廣泛的應(yīng)用[3]。趙炎生等[4]采用HeNe（632.8 nm）激光，照射時間為30、60、30+30（照30 min，24 h后再照30 min）、60+30 min等4組，研究在光班面積15.89 cm2、激光能量1.1 mJ/cm2、波長632.8 nm條件下鈍頂螺旋藻因照射引起的生理生化特性。研究結(jié)果表明，與出發(fā)菌株相比，經(jīng)激光照射后，藻體在形態(tài)、干重、含氮量和胞外多糖等方面都有不同程度的變化，其中胞外多糖含量提高193%，展示出激光誘變螺旋藻的良好前景。另外，趙萌萌等[5]利用HeNe激光（波長632 nm，功率10 mW），時間分別為5、10 min，誘變鈍頂螺旋藻IS，選取生長較快的藻種測量β胡蘿卜素、蛋白質(zhì)及多糖含量，進(jìn)一步篩選出生長快、高產(chǎn)胡蘿卜素或高產(chǎn)蛋白質(zhì)的藻種。試驗結(jié)果表明，經(jīng)HeNe激光15和25 min照射后的藻種MS1、MS2和MS3藻絲形態(tài)發(fā)生變化，藻絲變短，螺旋變緊密，生長速度明顯加快，其中MS1的β胡蘿卜素含量增幅為18.1%，MS3的蛋白質(zhì)和多糖含量均有較大增加；通過對出發(fā)藻種和誘變藻種的葉綠素a和胡蘿卜素的紫外吸收光譜進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)誘變藻種與出發(fā)藻種相比最大吸收峰值略有變化，說明HeNe激光對于鈍頂螺旋藻的誘變效應(yīng)。

2 倍頻Nd：YAG脈沖激光誘變

趙炎生等[6]用倍頻Nd：YAG脈沖激光誘變鈍頂螺旋藻，光斑面積4.9 cm2，每次激光能量32 mJ/cm2，脈沖寬度10 ns，波長532 nm，頻率1 Hz，分別照射20、45、60次。結(jié)果表明，倍頻脈沖YAG激光照射對螺旋藻的生長均有促進(jìn)作用；與出發(fā)株相比，誘變后的螺旋藻干重減少2.92%，胞外多糖增加246%，蛋白質(zhì)含量增加12%。隨后，陳必鏈等[7]利用倍頻Nd：YAG激光（波長532 nm，功率500 mW，功率密度160 mW/cm2）誘變鈍頂螺旋藻，輻照時間為15、10、5 min，通過測定藻絲形態(tài)參數(shù)、葉綠素a、β胡蘿卜素、生長速度，比較倍頻Nd：YAG激光對鈍頂螺旋藻生長的影響。結(jié)果表明，與出發(fā)株相比，經(jīng)倍頻Nd：YAG激光輻照后藻絲形態(tài)發(fā)生變化，藻絲長、螺旋數(shù)、螺旋長變小的現(xiàn)象；15、10 min輻照組出現(xiàn)螺旋變松馳的現(xiàn)象；10、5 min輻照組促進(jìn)藻的生長和葉綠素a含量提高，使得生長速度提高；3個誘變時間劑量都有利于β胡蘿卜素積累，含量增幅最高達(dá)22.3%。

9 結(jié)語

采用激光、電磁波、磁場等對螺旋藻進(jìn)行誘變已有不少相關(guān)的報道，其中電暈電場誘變作為一種新型的物理誘變手段，為螺旋藻誘變提供新的研究方法?？傊?，上述誘變手段對螺旋藻形態(tài)、生長速度及體內(nèi)產(chǎn)物含量等均有一定的影響，在蛋白質(zhì)、多糖、胡蘿卜素等含量提高上均起較好的效果。這是螺旋藻誘變的很好的開端。隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，在分子水平上實現(xiàn)定向誘變，使得螺旋藻誘變進(jìn)入一個新的發(fā)展時期。

參考文獻(xiàn)

[1] SANTILLAN C.Mass production of spirulina[J].Experientia（Basel），1982，38（1）：40-43.

[2] 徐海濱，陳艷，李芳，等.螺旋藻類保健食品生產(chǎn)原料及產(chǎn)品中微囊藻毒素污染現(xiàn)狀調(diào)查[J].衛(wèi)生研究，2003（4）：339-343.

[3] 任濤濤，田永永，謝云，等.提高拮抗菌WB3對番茄灰霉病菌拮抗能力的HeNe激光與氯化鋰復(fù)合誘變技術(shù)[J].光子學(xué)報，2011（3）：443-447.

[4] 趙炎生，陳向東，談?wù)?HeNe激光誘變鈍頂螺旋藻的初步研究[J].光電子·激光，1997（6）：57-60.

[5] 趙萌萌，王衛(wèi)衛(wèi).HeNe激光對鈍頂螺旋藻的誘變效應(yīng)[J].光子學(xué)報，2005（3）：400-403.

[6] 趙炎生，尹鴻萍，陳向東，等.倍頻Nd：YAG脈沖激光誘變鈍頂螺旋藻的初步研究[J].光電子·激光，1999（6）：563-564.

[7] 陳必鏈，莊惠如，王明茲，等.倍頻Nd：YAG激光對鈍頂螺旋藻的誘變效應(yīng)[J].激光生物學(xué)報，2000（2）：125-128.

[8] 陳必鏈，王明茲，莊惠如，等.半導(dǎo)體激光對鈍頂螺旋藻形態(tài)和生長的影響[J].光子學(xué)報，2000（5）：411-414.

[9] 李建宏，鄭衛(wèi)，倪霞，等.兩株鈍頂螺旋藻紫外誘變株的特征[J].水生生物學(xué)報，2001（5）：486-490.

[10] 王妮，王素英，師德強(qiáng).耐低溫螺旋藻新品系的誘變選育[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（29）：12552-12553.

[11] 溫賢芳，劉錄祥.我國農(nóng)業(yè)空間誘變育種研究進(jìn)展[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2001（6）：31-34.

[12] 王維部，盧運明，侯學(xué)瑛.空間誘變鈍頂螺旋藻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品系的選育[J].南方水產(chǎn)，2007（6）：34-39.

[13] 李興江，魏兆軍，姜紹通，等.高產(chǎn)琥珀酸產(chǎn)生菌的60Coγ射線誘變選育[J].核農(nóng)學(xué)報，2009（2）：224-227.

[14] 龔小敏，胡鴻鈞.60Coγ射線誘變鈍頂螺旋藻的研究[J].武漢植物學(xué)研究，1996（1）：58-66.

[15] 曹媛媛，甘旭華，趙良俠，等.紫外線和60Coγ射線對鈍頂節(jié)旋藻（Arthrospira platensis）的誘變效應(yīng)[J].激光生物學(xué)報，2006（5）：478-482.

[16] 許永哲.螺旋藻的誘變育種[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2013.

[17] 李志勇，郭祀遠(yuǎn)，李琳.磁場對螺旋藻營養(yǎng)成分的影響及機(jī)理分析[J].生物物理學(xué)報，2001（3）：587-591.

[18] 鄭必勝，郭祀遠(yuǎn)，尤珊.磁場處理對螺旋藻生長及胞外多糖的影響[J].食品科學(xué)，2007（1）：94-98.