第02章海洋药用生物第2节海洋微藻

第2章海洋药用生物第1节海洋微生物第2节海洋微藻第3节大型海藻第4节海洋无脊椎动物第5节海洋脊椎动物第6节海洋中药思考题第2节海洋微藻概述蓝藻门-螺旋藻绿藻门-杜氏藻、小球藻、雨生红球藻金藻门-饵料生物硅藻门-海洋优势种类红藻门微藻与EPA、DHA（课外读物）微藻与食品（课外读物）参考书：《微藻生物技术》概述•微藻Microalgae：在显微镜下才能辨别其形态的微小的藻类类群。–全球藻类3万余种，微小类群占70%。•通常意义上的微藻，是指：–藻体微小；–有应用价值；–应用生物技术进行大量培养或生产。蓝藻门Cyanophyta•蓝细菌•原始类群，34亿年前已在地球上出现；•细胞结构简单，无真正的细胞核和细胞器；•蓝藻门1纲（蓝藻纲）3目•主要：颤藻目--颤藻科--螺旋藻下页螺旋藻Spirulina含有丰富的蛋白质、各种必须氨基酸及钙、镁、锌等矿物质和多种维生素；具有预防心脑血管疾病，滋养肝脏、保护胃肠道、预防糖尿病、防癌抗癌，增强免疫力、抗菌、抗疲劳及衰老的作用。上页螺旋藻Spirulina•丝状体，藻丝螺旋状，无横隔壁；•蓝绿色；•藻丝宽4-5微米，长400-600微米；•藻丝顶端细胞钝圆，无异形胞。•培养：钝顶螺旋藻Spirulinaplatensis、极大螺旋藻S.maxima、盐泽螺旋藻S.subsalsa。繁殖方式•无性二分裂繁殖，繁殖结果使藻丝长度迅速增加；•靠藻丝断裂增加丝状体的数量；•形成藻殖段，藻殖段细胞分裂成新的螺旋状藻丝。生态条件•盐度：原生长在碱性水中，被驯化培养在正常的海水中；•温度：最适范围30-37℃；•光照：最适光照强度30000-35000lux；•酸碱度：最适范围8.6-9.5。极大螺旋藻Spirulinamaxima营养价值•数百年前非洲一些部落就将螺旋藻制成藻饼食用；•最优秀的纯天然蛋白质食品源，蛋白质含量达60-70%，消化吸收率高达95%以上；•降低胆固醇和血脂、抗癌、减肥、养胃护胃、治疗贫血及微量元素缺乏、护肝、增进免疫、调整代谢机能；•联合国粮农组织和联合国世界食品协会推荐为“二十一世纪最理想的食品”。作用•藻蓝蛋白，提高淋巴细胞活性，增强人体免疫力；•维生素及矿物质含量丰富，易吸收，改善厌食症；•铁含量丰富，防治贫血；•含大量的γ-亚麻酸，健脑益智、清除血脂、调节血压、降低胆固醇；•螺旋藻多糖具抗辐射损伤和改善放、化疗引起的副作用；•叶绿素含量丰富，促进消化、中和血液中毒素、消除内脏炎症；•脂肪含量只有5%，不含胆固醇。食疗功效•高血压•慢性胃肠病、胃及十二指肠溃疡症•糖尿病、白内障•肝病•便秘与痔疮•贫血症•其他：促进皮肤健康、增进人体自然净化、排毒药理作用1.抗辐射损伤作用2.抗菌作用3.抗癌作用4.光敏作用5.对免疫系统的作用6.降低胆固醇7.提高铁的生物有效性和调理贫血症8.帮助建造健康的乳酸杆菌群9.对胃的保护作用10.减轻汞及药物对肾的毒性11.其他作用1.抗辐射损伤作用•放射照射前、后给小鼠口服螺旋藻，均能提高小鼠存活率，有效剂量为每只3.75-15mg(156-625mg/kg体重，服用2-5次)。•预防给药3次，经7.5Gy照射后第9天，照射小鼠的胸腺重量、骨髓DNA含量高于对照组，表明螺旋藻对免疫器官和造血组织有保护作用。2.抗菌作用•对革兰阳性菌有抑菌作用；•含脂质和三萜类化合物的乙醇提取物抑菌活性最强；•含甾醇的提取物也有抑菌作用，但作用较弱；•钝顶螺旋藻对革兰阴性菌无抑制作用。3.抗癌作用•对短期1次注射和长期多次注射1,2-二甲肼诱导的小鼠和标准大鼠大肠变性隐窝（aberrantcryptfoci）的形成有抑制作用。•螺旋藻多糖对体内腹水型肝癌细胞有显着的抑制率，治疗组54.0%，防治组91.4%，对癌细胞DNA、RNA和蛋白质的抑制作用均随作用时间延长而加强。4.光敏作用•0.25mg/ml的藻蓝蛋白处理小鼠骨髓瘤细胞，514nm激光辐照，癌细胞存活率仅15%；单纯采用激光辐照或藻蓝蛋白处理，癌细胞存活率为69%和71%。•人大肠癌细胞株HR8348培养后分别用100μg，50μg，25μg的钝顶螺旋藻的藻蓝蛋白处理，经铜激光辐照，癌细胞存活率分别为22.2%，37.6%和89.7%。•肉瘤S180小鼠，分别给予藻蓝蛋白注射2mg或口服20mg，铜激光辐照瘤体15天后，有效率分别为50%和53%，与对照组相比，具显着差异。•体内外试验证实藻蓝蛋白有光敏作用，无毒副反应，是一种理想的光敏剂。5.对免疫系统的作用•螺旋藻多糖使小鼠的血清溶血素提高39.5-98.0%，腹腔巨噬细胞的吞噬率提高32.5-51.5%，吞噬指数提高0.9-1.8倍，T淋巴细胞数提高46.8-87.7%，脾脏白髓淋巴细胞排列密集，红髓内巨噬细胞明显增多，酸性α-乙酸萘酯酯酶(ANAE)阳性淋巴细胞增加7.3-12.8%。6.降低胆固醇•每日服螺旋藻4.2g，血清总胆固醇在4星期内从6.3mmol／L降至6.1mmol／L，降幅达4.5%。•低密度脂蛋白胆固醇在4星期内显着降低6.1%，原来高胆固醇水平的人，血清胆固醇降幅更大。7.提高铁的生物有效性和调理贫血症•纯种Wistar大鼠，用低铁饮食法复制缺铁性贫血模型，用螺旋藻进行恢复试验，以硫酸亚铁为阳性对照组，以低铁饲料为阴性对照组。•实验组体重高于阳性对照组，高于阴性对照组。•提示单纯性缺铁影响大鼠生长，致大鼠体重增长缓慢，螺旋藻有加速大鼠体重增长的作用，对大鼠缺铁性贫血恢复效果显着。8.帮助建造健康的乳酸杆菌群•喂饲螺旋藻的老鼠，体内乳酸杆菌含量比对照组增加3倍。•在老鼠饮食中加5%的螺旋藻，饲喂100天，结果：盲肠重量增加13%，乳酸杆菌增加327%，盲肠内维生素B1增加43%。•螺旋藻没提供这额外的维生素B1，而是改善了整个维生素B1的吸收。•食用螺旋藻使体内的乳酸杆菌增多，并使机体从饮食中吸收维生素B1和其他维生素的效率提高。9.对胃的保护作用•钝顶螺旋藻灌胃250-500mg/kg，对吲哚美辛(消炎痛)型、无水乙醇型实验性大鼠胃溃疡模型有明显保护作用；•可降低幽门结扎型大鼠溃疡模型的发生率和减少溃疡数，对胃液分泌有一定的抑制作用；•可加速慢性醋酸型大鼠胃溃疡的愈合。10.减轻汞及药物对肾的毒性•给老鼠注射配制好的高浓度有机汞药物后，表明肾毒性的血液尿素氮(BUN)增加310%，血清肌酸增高198%；•在饮食中添加30%的螺旋藻后，BUN下降20%，血清肌酸降低157%，有2例降至最初水平。11.其他作用•用含钝顶螺旋藻的饲料喂养小鸡，能使小鸡体重增加80%，这是由于钝顶螺旋藻内含碘化合物的存在，如T4、T3，这些含碘化合物刺激了小鸡的生长。•螺旋藻能使血糖降低，抑制血压上升。日常保健•抗疲劳、抗辐射、抗衰老、营养不良：•每日2-3次，每次2克，饭前30分钟服用。•粉剂特别易于消化吸收；•螺旋藻饮料每天1-2次（正餐之间或取代正餐），便能及时提供能量和营养；•片剂和胶囊方便携带。大部分片剂含螺旋藻200-600毫克，胶囊含400毫克。螺旋藻制品•螺旋藻粉是均匀的墨绿色或兰绿色，100%纯粉没有杂色颗粒，可适量加于菜中以增加其蛋白质和维生素含量。•用螺旋藻粉做汤、面包、沙拉等，耗粉不多即可给食物染上墨绿色。•加热会破坏其丰富的营养。钝顶螺旋藻的生产钝顶螺旋藻的收获返回绿藻门Chlorophyta绿藻门1纲（绿藻纲）16目，微藻2目团藻目Volvocales•衣藻科Chlamydomonadaceae--杜氏藻•红球藻科Haematococaceae--雨生红球藻绿球藻目Chlorococales•小球藻科Chlorellaceae--小球藻杜氏藻Dunaliellasalina•单细胞，卵形，1对较长鞭毛，1个细胞核，含有1个蛋白核的杯状色素体；•细胞内常含有大量胡萝卜素，致细胞呈橘红色；•盐生藻类，见于盐湖、盐池；•细胞纵分裂行无性生殖；也可产生胞囊。下页杜氏藻及生物技术1.生物学特性2.类胡萝卜素的积累3.胡萝卜素的临床生物学功效4.大量培养与应用上页杜氏藻Dunaliella•一定的生长条件下，可大量积累ß-胡萝卜素，含量高达10%，为自然界中所有生物之首；•早在1966年，Massyuk就提出杜氏藻可作为产品化的ß-胡萝卜素的来源；•在高盐的极端环境下生长，较易控制其它藻类及浮游生物的污染，可成功地进行大规模的户外培养。BACK下页大规模户外培养上页一、生物学特性•杜氏藻Dunaliella，1905年命名，为纪念Dunal1837年首次报道高盐水库中的红色是由一种微藻所产生的这一发现。广泛分布的种类；淡水、海水及盐田、盐湖等高盐环境。下页BACK•盐生杜氏藻可在高pH的碱性条件下生长；•嗜酸杜氏藻可耐受pH1.0的酸性环境；•适宜生长的pH因种而异，一般在9左右，也是积累胡萝卜素的最佳值。下页pH适应性•耐受-35℃的低温；•-8℃的温度下，仍可进行光合作用；•50℃的高温下，经过30mim，仍有部分存活；•最适温度20-40℃。下页适温范围D.salina•尽管杜氏藻在各种水环境中均有分布，但在海洋等大多数天然水体中，仅占浮游生物种群的极小部分；•在低于30℃的条件下进行培养，很难与一些硅藻竞争；•高盐环境下，杜氏藻占绝对优势，是高盐湖泊和盐场蒸发池中的主要初级生产力。•红色的D.salina、粉色的D.parva、绿色的D.viridis常在盐浓度大于20%的水体中成为优势种群。•这些水体受到强烈光照辐射，最高温度可高于45℃，由于蒸发浓缩作用，导致Mg2+、SO42-等离子均有较高的含量。GO二、类胡萝卜素的积累•高盐胁迫诱导合成类胡萝卜素。•将杜氏藻从15%NaCl中移到25%NaCl中，4-5d后，细胞总胡萝卜素含量从10mg/g蛋白增加到260mg/g蛋白；其中主要是ß-胡萝卜素，在总胡萝卜素中的含量从50%增加到90%；•ß-胡萝卜素最高积累量可达干重的14%；•营养缺乏，对合成类胡萝卜素有促进作用，积累ß-胡萝卜素的杜氏藻有很强的抗强光伤害能力。BACK三、胡萝卜素的临床生物学功效•过去一直认为胡萝卜素仅仅是维生素A的前体物质，每一个ß-胡萝卜素分子含有2个维生素A分子；•流行病学调查发现，胡萝卜素的摄入量和血液中的ß-胡萝卜素含量，与患肿瘤病的危险性成负相关；•ß-胡萝卜素有很强的抑制肿瘤转化作用。下页BACK•动物实验证明，饲料中加入ß-胡萝卜素可明显减少紫外光和化学肿瘤促进剂的肿瘤发生。•对多种移植肿瘤也有抑制作用；•放疗和化疗过程中，可降低毒害作用，增强治疗效果；•预防肿瘤发生和辅助治疗的作用，与其抗氧化性质密切相关，其分子中含有多个共轭双键，为一种良好的抗氧化剂。•提高机体解毒功能，抑制致癌物质的活性；•对自由基有很强的瘁灭作用，减少过氧化物对组织的损伤。上页四、大量培养与应用•适合大规模培养，高盐下旺盛生长的能力，在室外培养时，可保持相对的纯培养，几乎没有捕食者侵入；•靠近盐湖或海边、有强烈光辐射的干旱、沙漠地区，可作为杜氏藻的培养基地；•这些生态条件，有利于积累ß-胡萝卜素。下页BACK•应用于生产的杜氏藻是D.salina和D.bardawil，积累较高量的ß-胡萝卜素。•即使是同一种藻，不同的藻株、不同的生产条件，胡萝卜素的生产量也有较大的差异。下页•杜氏藻生产培养时，仅需添加无机盐作为其营养物质，生产模式类似于小球藻或螺旋藻的生产技术。•大规模敞开式培养，水泥池培养，也可以是塑料薄膜池。•带叶轮式搅拌装置的培养池，每个1000-4000m2，水深10-25cm。•培养控制可采用集约化管理和粗放式培养2种模式。下页•集约化方式培养，人为控制所有影响生长的因子，包括各种营养盐的浓度、pH、盐浓度、细胞密度、混合强度等，可获平均每天10g干藻/m2。•粗放式培养，不进行搅拌，生长过程中，几乎不实施进一步的控制，为减少浮游动物侵染，常采用接近饱和的高盐度进行培养。但在这种盐度下，藻生长较慢，产量较低，平均产量低于每天100mg干藻/m2，优