二十二碳六烯酸(DHA)作为人体必需的多不饱和脂肪酸,在维护心血管健康、抗癌、支持视觉和脑功能等方面至关重要.传统的深海鱼油提取DHA方法存在鱼腥味重、工艺繁琐等问题,迫使研究者寻求更为高效、环保的替代方案.破囊壶菌(Thraustochytrids)凭借其生长迅速、低重金属污染以及高DHA含量的特性,成为工业化生产DHA的潜力微生物之一.当前在破囊壶菌发酵生产DHA的过程中,依然需要解决一系列关键问题,包括提高发酵产量、降低成本等.本文旨在全面阐述破囊壶菌发酵生产DHA的研究现状,包括菌株筛选与改良、DHA生物合成途径、遗传转化及代谢工程、发酵控制策略等方面.首先,总结归纳了对野生型菌株的自然筛选和诱变改良等方法,不断提高破囊壶菌中DHA产油量.其次,详细介绍了破囊壶菌DHA合成途径的研究进展,着重分析了生物合成途径中关键辅助因子在DHA生产中的作用.此外,概述了外源DNA传递到破囊壶菌细胞的遗传转化技术的应用现状,为提高其遗传转化效率和稳定性提供重要参考.在DHA代谢调控方面,探讨了氮限制对DHA合成的促进作用以及温度和氧气供应对生产效率的影响.最后,对利用破囊壶菌生产DHA存在的主要瓶颈问题和未来发展趋势进行了总结,以推动其在医药、保健品和食品等领域的广泛应用,实现工业规模下的高效生产.

为探究棕鞭金藻生产岩藻黄素的综合性能,以期建立高效合成岩藻黄素的发酵工艺,研究首先对金藻发酵培养基中的碳氮比、维生素添加量进行优化.结果表明,当碳氮比为24、维生素添加量为3.75 mg/L维生素B1和1.25 mg/L维生素B12时,有利于金藻细胞内的岩藻黄素高效合成.此外,通过调控金藻光/暗培养模式,对其在不同条件下的细胞生长、最大光合效率和岩藻黄素积累情况进行比较研究,结果显示从种子培养到上罐发酵全过程进行光诱导后,胞内岩藻黄素含量显著提升.通过系统优化,金藻发酵后的胞内岩藻黄素含量和产量分别达到1.79 mg/g和33.6 mg/L,比优化前的发酵水平提高33.6%和31.2%.研究利用发酵优化技术强化了棕鞭金藻的岩藻黄素积累,为后续进一步进行大规模过程放大奠定了前期基础,也为其他微藻生产岩藻黄素提供了借鉴和参考.

细胞外囊泡是由几乎所有类型的细胞产生并分泌到胞外的具双层磷脂结构的纳米级囊泡,作为蛋白质、核酸、脂质和代谢物等物质的载体在细胞间穿梭,行使物质传递和信息交流功能.微藻细胞也向环境中释放细胞外囊泡以介导细胞间通讯功能,在微藻的环境适应、营养运输、病毒感染和调节水体生态平衡等方面发挥重要作用.文章从概念、提取和富集方法、生物学特性和生理功能的角度介绍微藻源细胞外囊泡,归纳了常用的提取方法和表征手段的优点和不足,总结它们的结构、组成和生理特性,并探讨其在疾病治疗和纳米载药平台构建领域中的应用潜力和优势.对微藻源细胞外囊泡在食药递送载体应用领域存在的问题及未来的发展方向提出观点和建议,为将来微藻源细胞外囊泡的生理学功能研究及其在微藻产业和食药研发领域的应用提供新的思路与方法.微藻源EVs的生产及其在食药递送系统构建领域的应用研究有望成为微藻生物应用领域的发展趋势.

微藻是地球上光合微生物的原始种类之一,由于其生长周期较短、生长速率较快和生产高附加值产物的潜力而被广泛开发利用.然而,在微藻放大生产的过程中极易受到高盐等非生物胁迫的不利影响,极大地限制了微藻的生产力.因此,了解微藻盐胁迫响应的分子机制将有助于耐盐藻株的快速建立.本文总结了真核微藻和原核蓝藻响应盐胁迫的各种参与蛋白及其具体作用机制,包括转运蛋白维持离子稳态、积累渗透调节物质、抗氧化防御机制、信号蛋白和脂质积累等;同时综述了已被开发利用的天然耐盐藻包括杜氏盐藻(Dunaliella salina)、盐生隐杆藻(Aphanothece halophytica)、皮克绿球藻(Picochlorum sp.)和海洋绿藻(Chlamydomonas W80)等微藻及其耐盐基因的研究进展;最后讨论了典型盐响应基因在优良藻种选育中的价值与应用前景.

以丝状产油微藻段殖黄线藻(Xanthonema hormidioides)作为实验材料,经过低温(5℃)预处理后的藻种与常温(25℃)条件下的藻种进行对比实验,研究段殖黄线藻在不同温度(5℃、10℃、15℃、20℃、25℃)和高、低氮浓度(18和3 mmol/L)条件下的生长和油脂积累及低温(5℃)对这两种状态下的藻种光合活性和抗氧化酶系统的影响.结果显示:低温预处理后的段殖黄线藻在各温度下积累的生物量要高于常温条件下的段殖黄线藻,在15℃时可达到最高生物量为10.1 g/L,20℃条件下可获得最高油脂和脂肪酸绝对含量,分别占干重的64.20％和49.05％(3 mmol/L),蛋白质含量在15℃时达到最高为43.5％(18 mmol/L),总碳水化合物则基本维持在10％-25％.5℃下段殖黄线藻对光的利用率(a)及最大电子传递速率(ETRmax)均受到明显抑制,低温预处理后的段殖黄线藻叶绿素a含量、Fv/Fm和Fv/Fo值均在第9天后超过常温实验组,最高分别可达9.98 mg/g、2.99和0.75(3 mmol/L).与常温实验组相反,低温预处理后段殖黄线藻在5℃下ETRmax和对强光的耐受能力(IK)均有所升高.此外,低温预处理后段殖黄线藻超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的最大活性可达65.6和0.56 U/mg protein,均显著高于常温段殖黄线藻(P＜0.05).综上,低温预处理后的段殖黄线藻生长和代谢产物的积累更具优势,并且在低温适应性、光合效率及抗氧化应激方面的能力也得到显著提升.

病原菌形成的生物被膜严重威胁人类健康,显著增强了病原菌的耐药性,针对生物被膜的特效药物亟待研究.从虾、蟹壳等中提取得到的壳寡糖是一种天然碱性寡糖,具有良好的杀菌效果,但其对生物被膜的抑制作用仍有待提高.螺旋藻(Spirulina,SP)是一种表面带负电荷的微藻,其与壳寡糖形成的复合物可能发挥协同增效杀灭生物被膜深处病原菌的作用.针对提升壳寡糖的抑生物被膜作用,本研究首先通过浊度法筛选得到了杀菌效果显著的壳寡糖,并通过静电吸附作用将壳寡糖与螺旋藻结合,完成螺旋藻@壳寡糖(Spriulina@Chitooligosaccharides,SP@COS)复合物的制备.通过测定 zeta电位、粒径和荧光标记等方法表征了壳寡糖和螺旋藻的结合情况,紫外-可见吸收光谱(ultraviolet-visible absorbance spectroscopy,UV-Vis)结果显示出螺旋藻对壳寡糖的包封率达 90%,负载率达16%.制备的SP@COS对细菌、真菌生物被膜都有明显的增效抑制作用,且这种抑制效果主要是通过深入生物被膜内部、破坏细胞结构所实现.这些结果显示了螺旋藻-壳寡糖复合物具备作为生物被膜抑制剂的潜力,为提高壳寡糖的抑生物被膜作用、解决病原菌的危害提供了理论基础与新的思路.

为探究光合细菌对桡足类生长和生殖的影响,研究不同微藻饵料对安氏伪镖水蚤(Pseudodiaptomus an-nandalei)发育和繁殖的影响,结果显示,不同种类的饵料微藻对安氏伪镖水蚤的发育和繁殖影响效果显著(P<0.05),投喂湛江等鞭金藻(Isochrysis zhanjiangensis)时,水蚤的发育最快,存活率最高,总产幼体数最高.在湛江等鞭金藻饵料中添加不同浓度光合细菌,结果显示,在投喂等量微藻的条件下,当添加的光合细菌浓度达到 1 mgC/L时,其无节幼体和桡足幼体的发育时间分别缩短 20%和 14.5%,个体存活率提高 21.7%,总产幼体提高 20.4%.而当添加菌浓度为 2 mgC/L时会显著抑制其发育和繁殖.结果表明,在微藻饵料中添加适量光合细菌有利于安氏伪镖水蚤的发育和繁殖.

关于室内猛水蚤的培养,大部分采用微藻加饲料培养模式,但微藻培养成本高,加饲料投喂破坏水体环境.文章首次利用活体海生根鞭毛虫(Oxyrrhis marina)喂养环小两栖猛水蚤(Amphiascopsis cinctus),通过投喂海生根鞭毛虫,环小两栖猛水蚤可正常生长繁殖,且不同浓度的海生根鞭毛虫,对环小两栖猛水蚤发育时间、存活率以及繁殖的影响不同.在O.marina浓度分别为200ind·mL-1、800ind·mL-1、3200ind·mL-1、＞104ind·mL-1时,环小两栖猛水蚤发育时间随O.marina浓度的增加而减少,从无节幼体至桡足幼体阶段,发育时间从(16.30±0.82)d减少到(9.06±0.87)d;桡足幼体至成体阶段,发育时间从(15.94±0.63)d减少到(10.14±1.07)d;小两栖猛水蚤的存活率随着饵料浓度的增加而增加,无节幼体至桡足幼体阶段,存活率由36.72％提高到70.25％;桡足幼体至成体阶段,存活率由70.88％提高到85.62％,但最高存活率出现在次高浓度(3200 ind·mL-1)组中.在繁殖方面,环小两栖猛水蚤的挂卵量和孵化率随着O.marina浓度的提高而增加(7.86个·只-1-10.67个·只-1;50.83％-85.30％),孵化时间随着O.marina浓度的增加而减少(8.67d-5.12d).由此可见,高浓度的饵料可以缩短小两栖猛水蚤的发育时间,增加其繁殖效率,但当其发育至桡足幼体后,过高的饵料浓度反而降低了存活率,其原因还有待于进一步研究.

研究从生物可利用性角度出发,筛选出2个高效且特异响应氮、磷生物可利用度的聚球藻启动子,驱动细菌荧光素酶报告基因,构建了用于直接检测环境样品中营养盐生物可利用度的微藻细胞生物报告器,获得了生物发光与标准氮(NO3-)、磷(PO43-)营养盐浓度的关系曲线,可用于水体氮、磷生物可利用度的快速检测.同时,使用国标法与本方法对南海航次水样进行了测定,国标法测得的磷浓度为0.17-3.00 μmol/L,氮浓度为1.04-49.34 μmol/L,而本方法测定的磷浓度为0.10-1.13 μmol/L,与国标法测定的结果接近;氮浓度为32.57-98.06 μmol/L,比国标法测得的浓度高,可能是由于水样中还含有其他形式的氮.研究提出了利用生物报告器检测并量化海水氮、磷生物可利用性的方法,是对水体营养盐化学浓度指标的重要补充,为环境样品营养盐生物可利用性检测提供了新的方向和思路.