[目的]钙依赖蛋白激酶(CDPK或CPK)广泛参与植物生长发育和环境胁迫响应.为探究CDPK基因在雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生长发育及虾青素积累中的功能,对HpCDPK基因家族进行鉴定和表达分析.[方法]利用生物信息学方法鉴定雨生红球藻HpCDPK基因家族成员,分析其编码蛋白的理化特性、系统进化、保守基序和功能结构域,以及缺氮等胁迫条件下HpCDPK成员基因的表达谱.[结果]结果表明,共鉴定 7 个HpCDPK基因家族成员,所有HpCDPK蛋白都含有典型EF-hand基序和蛋白激酶结构域.系统发育分析表明,这些HpCDPK与来自莱茵衣藻的CrCDPK聚为一类,与高等植物拟南芥的AtCDPK分开,暗示在进化过程中发生了种属特异性的基因复制事件.转录组数据分析表明,HpCDPK基因表达受到多种胁迫诱导,其中HpCDPK7基因转录水平在缺氮条件下上调最为明显.此外,HpCDPK与类胡萝卜素合成相关基因的表达相关性分析结果显示,HpCDPK与多个类胡萝卜素合成相关基因表达密切关联,特别是HpCDPK2与虾青素合成关键基因(BKT和BCH)的表达显著正相关(P<0.05).[结论]本研究鉴定了 7 个HpCDPK基因,HpCDPK7基因在缺氮条件下的表达上调最为明显,HpCDPK2可能在类胡萝卜素及虾青素合成积累中发挥重要调控作用.研究结果为后续深入解析HpCDPK介导雨生红球藻胁迫响应和类胡萝卜素合成积累的功能及分子机制提供参考依据.

为了探讨雨生红球藻对不同CO2浓度的响应,利用生理生化测定方法比较了两种CO2浓度对雨生红球藻生长、色素含量、叶绿素荧光参数和两种碳代谢相关酶的影响.结果显示在雨生红球藻的绿色营养阶段,4倍空气CO2浓度下培养的藻细胞密度是空气CO2浓度下的3.08倍(第10天),与空气CO2相比,较高CO2培养藻的叶绿素和类胡萝卜素含量、胞外碳酸酐酶(CA)活性降低,非光化学淬灭(NPQ)显著升高,最大光能转化效率(Fv/Fm)、实际光化学量子效率(ФPSI)多显著升高,而光化学淬灭(qP)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性无显著差异.在雨生红球藻的红色孢子阶段,4倍空气CO2培养下的藻细胞密度显著降低,但虾青素含量提高了20.23％(第8天).以上研究表明可以通过适当提高CO2浓度来促进雨生红球藻的生长和虾青素的积累.

目的:研究雨生红球藻对长时间、大强度运动导致的大鼠运动性心肌损伤的保护作用.方法:以大强度耐力训练大鼠为模型,将65只42 d龄雄性SPF级Wistar大鼠随机分为5组:安静组(C组)、运动对照组(M组)、运动+雨生红球藻低剂量组(HM Ⅰ组)、运动+雨生红球藻中剂量组(HM Ⅱ组)、运动+雨生红球藻高剂量组(HM Ⅲ组),每组12只(剔除不符合实验要求的大鼠5只).雨生红球藻组剂量分别为0.067,0.133,0.4 g/kg,体积为5ml/kg,每天灌胃(ig)1次,其他组ig等量生理盐水.游泳训练42d后,测定血清谷丙转氨酶(ALT)等心肌损伤标志物含量、心肌超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量,血清、心肌内皮素(ET)及降钙素基因相关肽(CGRP)含量等相关生化指标.结果:血清ALT、乳酸脱氢酶(LDH)、肌酸激酶(CK)、a-羟丁酸脱氢酶(a-HBDH)、心肌MDA、血清与心肌ET含量,M组较C组显著升高(P＜0.05或P＜0.01).心肌SOD活性、血清与心肌CGRP含量,M组较C组显著降低(P＜0.05).血清ALT(P＜ 0.01)、LDH(P＜ 0.01)、CK(P＜ 0.05或P＜0.01)含量,HM各组较M组均有所降低,组间无差异,且随剂量增加而递减.血清a-HBDH、ET、心肌ET含量,HM各组较M组均有所降低(P＜0.05或P＜0.01),且组间随剂量增加而递减;HM Ⅲ组较HM Ⅰ组显著降低(P＜0.05).心肌MDA含量,HM各组较M组均显著降低(P＜0.05或P＜0.01),且组间随剂量增加而递减;HMⅡ、HM Ⅲ低于HM Ⅰ组(P＜0.01).心肌SOD活性,HM各组较M组均有所升高(P＜0.05或P＜0.01),且组间随剂量增加而递增;HM Ⅱ、HM Ⅲ高于HM Ⅰ组(P＜0.01).血清与心肌CGRP含量,HM各组较M组显著升高(P＜0.05或P＜0.01),且各组组间随剂量增加而递增;HM Ⅲ组较HM Ⅰ组显著升高(P＜0.05).结论:不同剂量雨生红球藻可有效地清除机体长时间、大强度运动产生的过量自由基;提高机体免疫力,增强血管cNOS活性,保证ET和CGRP浓度的相对平衡,从而阻止心肌脂质过氧化作用和心肌损伤.其中以高剂量组效果为最好.

为研究饲料中添加雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)粉对中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)成体雄蟹成活、增重和生化组成的影响,分别在饲料中添加0、0.2％、0.4％和0.6％的雨生红球藻粉,配制4种等氮等脂的育肥饲料,投喂生殖蜕壳后雄蟹60 d,计算各组成活率、增重率、特定生长率和肥满度,同时测定了组织中的常规营养成分、脂肪酸组成和类胡萝卜素含量,并对实验数据进行方差分析.结果显示:(1)饲料中添加雨生红球藻粉对成体雄蟹的成活率、增重率、特定生长率和肥满度均无显著影响.(2)雄蟹性腺中的粗蛋白及肝胰腺总脂含量均以雨生红球藻粉0.4％组最高,而肌肉水分含量随饲料中雨生红球藻粉含量的升高整体呈上升趋势(P＜0.05).(3)性腺中的脂肪酸C20∶0含量随饲料雨生红球藻粉添加水平的升高而显著上升,而C16∶1n7、C18∶2n6和C18∶3n3含量分别在雨生红球藻粉0.6％组、0.4％组和0组最高(P＜0.05).(4)肝胰腺中的脂肪酸C14∶0、C18∶0和C18∶1n7含量均以雨生红球藻粉0.2％组最高,而C18∶1n9和总单不饱和脂肪酸(∑MUFA)含量均以雨生红球藻粉0.6％组最高(P＜0.05).(5)肌肉中的脂肪酸C14∶1n5和C20∶2n6含量在雨生红球藻粉0.2％组最高(P＜0.05),C16∶0含量及二十二碳六烯酸／二十碳五烯酸(DHA/EPA)比例以雨生红球藻粉0.4％组最高,而C22∶6n3、总多不饱和脂肪酸(∑PUFA)、∑n-3 PUFA和总高度不饱和脂肪酸(∑HUFA)含量均以雨生红球藻粉0.6％组最高(P＜0.05).(6)肝胰腺中的虾青素、β-胡萝卜素和头胸甲中的虾青素、叶黄素、玉米黄素含量随饲料中雨生红球藻粉含量的升高而显著上升(P＜0.05).综上,饲料中添加雨生红球藻粉对成体雄蟹成活率、增重率和肥满度无显著影响,但可提高性腺粗蛋白、肌肉总多不饱和脂肪酸、肝胰腺和头胸甲中的类胡萝卜素含量,雄蟹育肥饲料中适宜的雨生红球藻粉添加量建议为0.4％左右.

分离鉴定了一株雨生红球藻ZL-1,比较了不同接种密度和吲哚乙酸浓度对其生长的影响;在此基础上,探究了不同浓度水杨酸和盐度对雨生红球藻虾青素积累的影响.结果表明:(1)接种密度为2.00×104 cell·mL-1时,雨生红球藻生长快速,最终生物量达到最大值0.43 g·L-1;不动细胞比游动细胞更快的积累虾青素,高光诱导不动细胞得到最高虾青素产量为8.44 mg·L-1;IAA终浓度为1.5 mg·L-1时,雨生红球藻生长速度最快,最终细胞密度和干重分别比对照组提高了24.28％和27.11％;(2)水杨酸具有缓解高光胁迫和促进虾青素积累的双重作用,15和25 mg·L-1水杨酸诱导下,雨生红球藻生物量较高,虾青素产量分别比对照组提高了18.18％和18.94％;使用4‰的盐度胁迫雨生红球藻,虾青素产量较对照组提高了17.42％,但盐度也会引起藻细胞的漂白、死亡,导致生物量显著降低.

研究采用雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)藻粉作为天然虾青素源, 配制4种不同虾青素含量(含量分别为0、26.60、41.62和81.37 mg/kg)的饲料(记为饲料1#—4#),对三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus )雌体进行为期45d的育肥实验, 研究其对雌蟹卵巢发育、色泽、抗氧化能力、免疫性能和生化组成的影响.结果表明: (1)育肥饲料中虾青素含量对雌蟹性腺指数(GSI)和肝胰腺指数(HSI)均无显著影响.(2)肝胰腺、卵巢和头胸甲中的总类胡萝卜素含量、红度(a*)值和黄度(b*)值均随饲料虾青素含量的升高而升高, 而3种组织的亮度(L*)值呈显著下降趋势(P＜0.05).(3)对抗氧化指标而言, 虾青素添加组(饲料2#—4#)血淋巴超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活力均显著低于无虾青素组(饲料1#); 血淋巴中的总抗氧化能力(T-AOC)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)及肝胰腺中的SOD和T-AOC活力均随饲料中虾青素水平升高而上升, 而血淋巴和肝胰腺中的丙二醛(MDA)含量呈下降趋势.(4)对免疫指标而言, 血淋巴和肝胰腺中的酸性磷酸酶(ACP)活力均在饲料4#组最高, 而饲料1#组血淋巴中的血蓝蛋白(Hc)含量显著高于其他组(P＜0.05).(5)对生化组成而言, 肌肉和肝胰腺中的总脂、总碳水化合物及卵巢中总脂含量均随饲料中虾青素含量的升高呈上升趋势, 饲料2#组卵巢中的总碳水化合物含量最高(P＜0.05).综上所述, 三疣梭子蟹雌体育肥饲料中添加虾青素对其卵巢发育无显著影响, 但可改善色泽和提高其抗氧化能力及可食组织中的总脂和碳水化合物含量, 三疣梭子蟹雌体育肥饲料中虾青素适宜含量为50 mg/kg饲料左右.

[背景]雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)细胞能合成积累具有超强抗氧化活性的虾青素,是生产高值天然虾青素的优异藻种.[目的]解析不同氮源对雨生红球藻生长的效应,以期建立优化氮素营养提高雨生红球藻生物量和虾青素产量的技术体系.[方法]选用NaNO3和NH4Cl为氮源、辅以pH缓冲液Hepes,培养雨生红球藻藻株797,测试2种不同氮源对雨生红球藻藻液pH、营养生长期(绿色生长期)藻细胞生长、叶绿素含量和生物量等的影响.[结果]以NaNO3为氮源培养的雨生红球藻细胞的比生长速率、生物量、叶绿素a和叶绿素b含量均高于以NH4Cl为氮源培养的藻细胞.不同氮源对雨生红球藻培养液的pH值有显著影响,NH4Cl氮源导致培养液pH值降低,然而NaNO3氮源则导致培养液pH值上升.添加pH缓冲液Hepes能有效稳定培养液的pH值,并促进雨生红球藻的生长,尤以NH4Cl为氮源添加Hepes的效果更显著.不同氮源导致雨生红球藻营养生长阶段细胞的生长和生物量等差异主要源于不同氮源引起藻液pH的变化.[结论]添加pH缓冲液Hepes可有效控制藻液pH,进而显著促进以NaNO3和NH4Cl为氮源的雨生红球藻营养生长阶段细胞的生长和生物量积累.

开展雨生红球藻基因组测序研究,对于解读绿藻起源与进化及生物逆境胁迫响应机制,以及推动雨生红球藻产业发展都具有重要意义.利用Illumina Hiseq 2500对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)进行高通量测序,获得低覆盖度全基因组草图.通过计算k-mer分布预测该基因组草图大小约为547Mb,GC含量为59.2％,为纯合或单倍体.共得到11 059个预测基因,平均基因长度为1 711bp,平均CDS长度为681bp;平均每个基因包含3.2个外显子,外显子的平均长度为353bp.代谢通路分析表明,具有完整的糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径、嘌呤和嘧啶合成等基本代谢通路.

目的:探究破壁、未破壁雨生红球藻粉的体外抗氧化活性及体内抗衰老作用, 量化并比较两者活性及作用差异, 为应用雨生红球藻提供选择依据.方法:以ABTS、DPPH及羟自由基清除率及IC50值为指标, 评价破壁、未破壁雨生红球藻粉的体外抗氧化活性.采用2月龄SD大鼠作为青年正常对照, 12月龄SD大鼠作为中老年模型对照, 灌胃给予破壁、未破壁雨生红球藻粉 (90mg/kg), 7周后测定大鼠血清及脑组织抗氧化指标、皮肤相关指标、血脂水平及肝功能指标.结果:体外抗氧化实验结果显示, 破壁、未破壁雨生红球藻粉对ABTS、DPPH及羟自由基的清除率随浓度增加而升高, 而在总计88.9％的浓度检测点, 破壁雨生红球藻粉的体外自由基清除率高于未破壁雨生红球藻, 破壁雨生红球藻粉的体外自由基清除率IC50值更低.体内抗氧化指标显示, 破壁、未破壁雨生红球藻粉均能升高中老年大鼠血清T-OAC水平、GSH-Px及CAT活力, 而破壁雨生红球藻粉还能降低血清及脑组织MDA含量, 升高血清GSH、脑组织GSH水平及SOD活力;皮肤相关指标显示破壁、未破壁雨生红球藻粉均能降低皮肤组织Tyr活性, 而破壁雨生红球藻粉还能升高Hyp水平;血脂水平指标显示破壁雨生红球藻粉能降低血清TG含量;肝功能指标显示未破壁雨生红球藻粉能降低血清AST活性.结论:破壁、未破壁雨生红球藻粉均具有较好的体外抗氧化活性及体内抗衰老作用;破壁雨生红球藻粉具有潜在的降血脂功效, 未破壁雨生红球藻粉具有潜在的肝保护作用;破壁雨生红球藻粉较未破壁的体外抗氧化活性及体内抗衰老作用更显著、全面, 结合市场价格在两者中显示出更优的性价比, 为应用雨生红球藻提供了选择依据, 值得进一步研究与开发.

目的 在制备虾青素-胶原蛋白耦合物的基础上,探讨耦合物对小鼠皮肤光老化的改善作用.方法 将来源于雨生红球藻的虾青素单体和均一分子量胶原蛋白多肽在一定条件下反应后生成耦合物,将耦合物与适当基质混合后制成外用乳膏.采用UV灯照射Balb/c小鼠背部裸露皮肤,建立动物光老化模型,随机分为正常对照组、模型对照组、基质对照组、虾青素组、胶原蛋白多肽组、耦合物组和维生素E组,每天UV照射前进行药物涂抹.6周后观察小鼠皮肤形态、测定皮肤厚度变化及进行皮肤组织病理学检测等.结果 虾青素和胶原蛋白可结合生成具有特征吸收波长的水溶性耦合物,耦合物可有效缓解皮肤厚度增生,修复皮肤胶原纤维和弹性纤维网状结构.结论 虾青素-胶原蛋白多肽耦合物可有效改善UV引起的皮肤光老化损伤.