健康生長期：

顏色：深紅色、紫紅色或粉紅色（因菌株和光照條件略有差異）。

原因：菌體合成大量細(xì)菌葉綠素（Bchl a）和類胡蘿卜素（如螺菌黃素），用于光合作用。

透明度：均勻渾濁，無明顯沉淀或分層。

對數(shù)生長期后期：

顏色可能變淺：因部分菌體進(jìn)入穩(wěn)定期，代謝速率下降，色素合成減少。

二、顏色異常與潛在問題分析

1. 顏色變淺或發(fā)白

可能原因：

營養(yǎng)缺乏：碳源（如乙酸鈉）或氮源（如NH?Cl）耗盡，導(dǎo)致菌體停止增殖。

光照不足：光合色素合成受阻（需光照強(qiáng)度1000-5000 lux，波長800-900 nm近紅外光）。

氧化壓力：培養(yǎng)基氧化還原電位過高（需添加半胱氨酸、Na?S等還原劑）。

溫度不適：超出最適生長溫度（30-35℃），高溫導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，低溫抑制代謝。

解決方案：

補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基或關(guān)鍵營養(yǎng)（如補(bǔ)加0.2%乙酸鈉）。

調(diào)整光源波長和強(qiáng)度，使用紅外LED燈或白熾燈。

補(bǔ)充還原劑（如0.05% Na?S·9H?O）并通氮?dú)怛?qū)氧。

嚴(yán)格控溫在30-35℃范圍內(nèi)。

2. 顏色變綠或藍(lán)綠色

可能原因：

雜菌污染：綠硫細(xì)菌（如Chlorobium）或藍(lán)細(xì)菌（如Synechocystis）競爭性生長。

光質(zhì)不匹配：使用短波長光源（如藍(lán)光）誘導(dǎo)異常色素表達(dá)。

解決方案：

鏡檢確認(rèn)污染（綠硫細(xì)菌呈桿狀、藍(lán)細(xì)菌有光合片層），更換培養(yǎng)基并嚴(yán)格滅菌（121℃ 20分鐘）。

使用長波長光源（＞800 nm）或添加濾光片。

3. 顏色變棕黃或灰褐色

可能原因：

代謝產(chǎn)物積累：硫化物（如H?S）或有機(jī)酸過量導(dǎo)致pH下降（理想pH 6.8-7.5）。

菌體自溶：長期培養(yǎng)未傳代，菌體死亡后釋放胞內(nèi)物質(zhì)。

解決方案：

監(jiān)測并調(diào)節(jié)pH（添加1M NaOH或緩沖液如HEPES）。

縮短培養(yǎng)周期，及時轉(zhuǎn)接新鮮培養(yǎng)基（每3-5天傳代一次）。

4. 顏色發(fā)黑或有黑色沉淀

可能原因：

硫化物沉淀：過量硫源（如Na?S）在酸性條件下生成FeS或MnS黑色沉淀。

重金屬毒性：培養(yǎng)基中Fe2?、Cu2?等離子濃度過高。

解決方案：

降低硫源濃度，控制pH在7.0以上防止硫化物析出。

使用去離子水配制培養(yǎng)基，添加EDTA（0.01-0.1 mM）螯合重金屬。

三、顏色變化的分子機(jī)制與深層解析

1. 光合色素合成的調(diào)控

細(xì)菌葉綠素（Bchl a）與類胡蘿卜素的平衡

正常紅色源于Bchl a（吸收近紅外光）與類胡蘿卜素（吸收藍(lán)綠光，起光保護(hù)作用）的協(xié)同表達(dá)。

顏色變淺：可能因光照過強(qiáng)導(dǎo)致類胡蘿卜素占比升高（菌體啟動光保護(hù)機(jī)制），或氮源不足抑制Bchl合成。

顏色發(fā)綠：若污染藍(lán)細(xì)菌（含葉綠素a）或綠硫細(xì)菌（含Bchl c/d），光譜吸收峰偏移至可見光區(qū)（如680 nm）。

2. 氧化還原狀態(tài)對色素的影響

培養(yǎng)基中還原劑（如Na?S）不足時，Eh（氧化還原電位）升高，抑制光合膜系統(tǒng)發(fā)育，導(dǎo)致Bchl合成受阻。

檢測建議：使用鉑電極實(shí)時監(jiān)測Eh值，目標(biāo)范圍-150～-250 mV（厭氧光合代謝的典型值）。

3. 硫代謝與顏色異常

沼澤紅假單胞菌可利用硫化物（S2?）作為電子供體，但過量硫化物會導(dǎo)致：

黑色沉淀：S2?與Fe2?生成FeS（培養(yǎng)基含鐵時）。

pH驟降：硫氧化產(chǎn)生H?SO?，抑制菌體生長（顏色變黃褐）。

對策：控制硫源濃度（≤1 mM），添加pH緩沖劑（如10 mM MOPS）。

四、高級培養(yǎng)優(yōu)化策略

1. 動態(tài)補(bǔ)料培養(yǎng)

問題：分批培養(yǎng)中碳源（如乙酸）快速耗盡，導(dǎo)致生長停滯（顏色變淺）。

解決方案：

采用恒化器（Chemostat）連續(xù)培養(yǎng)，維持碳氮比穩(wěn)定。

補(bǔ)料策略：當(dāng)OD660達(dá)到0.8時，流加0.5%乙酸鈉（每小時補(bǔ)加體積的1%）。

2. 光生物反應(yīng)器設(shè)計

光路優(yōu)化：

使用光纖導(dǎo)光系統(tǒng)，確保培養(yǎng)液內(nèi)部光均勻分布（避免表面光過強(qiáng)而底層光不足）。

光波長選擇：優(yōu)先使用850-900 nm LED（匹配Bchl a吸收峰）。

控氧技術(shù)：

微好氧條件下，通入N?:CO?=95:5混合氣體，維持溶解氧＜0.1 mg/L（避免光合系統(tǒng)氧化損傷）。

3. 代謝組學(xué)輔助診斷

若顏色異常且常規(guī)方法無效，可檢測培養(yǎng)液中代謝物：

液相色譜（HPLC）：分析乙酸、丙酸等有機(jī)酸殘留量，判斷碳源利用率。

氣相色譜（GC）：檢測H?S、CO?等氣體代謝產(chǎn)物，評估硫代謝是否失衡。

五、疑難案例解析

案例1：菌液顏色反復(fù)變白

現(xiàn)象：接種后初期呈紅色，3天后變白，補(bǔ)加營養(yǎng)后恢復(fù)，但循環(huán)出現(xiàn)。

診斷：

鏡檢發(fā)現(xiàn)菌體聚集成團(tuán)（生物膜），導(dǎo)致傳代不均。

檢測發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基中Mg2?不足（＜0.1 mM），影響細(xì)胞膜穩(wěn)定性。

解決：

添加5 mM MgSO?，并加入0.01% Tween 80分散菌體團(tuán)聚。

改用磁力攪拌培養(yǎng)（轉(zhuǎn)速50 rpm）增強(qiáng)傳質(zhì)。

案例2：顏色呈異常紫黑色

現(xiàn)象：菌液呈紫黑色，離心后上清為黃色，沉淀為黑色顆粒。

診斷：

X射線衍射（XRD）顯示沉淀含F(xiàn)e?O?（磁鐵礦），因培養(yǎng)基中Fe2?過量（＞5 mM）且pH＞7.5時自發(fā)氧化。

解決：

降低FeSO?濃度至0.1 mM，添加10 mM EDTA螯合游離Fe2?。

控制pH在7.0以下（通過調(diào)節(jié)CO?通氣比例）。

六、長期維護(hù)與菌種保藏

1. 防止菌種退化的措施

傳代頻率：每2周轉(zhuǎn)接一次，避免長期靜置培養(yǎng)（易誘發(fā)突變）。

抗逆性強(qiáng)化：

在培養(yǎng)基中逐步增加光照強(qiáng)度（從1000 lux至3000 lux），篩選高活力菌株。

添加0.5%海藻糖作為保護(hù)劑，減少傳代過程中的氧化損傷。

2. 高效保藏方法

短期保存：

穿刺半固體培養(yǎng)基（含0.3%瓊脂），4℃避光可存活3個月。

長期保存：

甘油冷凍管：菌液與40%甘油混合（終濃度20%），-80℃保存5年以上。

冷凍干燥：添加脫脂牛奶作為保護(hù)劑，真空凍干后-20℃儲存（存活率＞90%）。

七、常見問題快速響應(yīng)表

本文的總結(jié)歸納如下：

1. 研究問題: 本文旨在探討蝦青素（ATX）在高脂飲食（HFD）誘導(dǎo)的小鼠脂肪肝和氧化應(yīng)激中的作用及其機(jī)制。

2. 研究難點(diǎn): 肥胖及其相關(guān)代謝疾病是全球范圍內(nèi)常見的健康問題，現(xiàn)有的抗肥胖藥物存在副作用和耐受性問題，因此尋找天然、安全的替代品具有重要意義。

3. 相關(guān)工作: 現(xiàn)有研究表明，蝦青素作為一種天然的抗氧化劑，具有抗炎、抗代謝紊亂等作用，但其對肝臟脂質(zhì)代謝和腸道菌群的調(diào)節(jié)作用尚不明確。

 研究方法

本文通過動物實(shí)驗(yàn)研究了蝦青素對高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠的肝臟脂質(zhì)代謝和氧化應(yīng)激的影響。具體方法如下：

1. 動物模型: 選用48只雄性C57BL/6小鼠，隨機(jī)分為正常飲食組（ND）、溶劑對照組和高脂飲食組（HFD），并在高脂飲食組中進(jìn)一步分為三個亞組，分別給予0.25%、0.5%和0.75%的蝦青素處理。

2. 給藥方式: 所有小鼠在適應(yīng)期后進(jìn)行為期9周的灌胃處理，每日一次。

3. 生理指標(biāo)檢測: 記錄小鼠的體重、攝食量和器官重量，測定血清中的甘油三酯（TG）、總膽固醇（TC）、高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平及肝功能酶活性。

4. 組織病理學(xué)檢查: 通過蘇木精-伊紅（H&E）染色、油紅O染色和TUNEL凋亡檢測等方法評估肝臟和附睪脂肪組織的病理變化。

5. 分子生物學(xué)分析: 采用定量聚合酶鏈反應(yīng)（qPCR）和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析肝臟基因表達(dá)，利用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS/MS）進(jìn)行脂質(zhì)組學(xué)分析，并通過16S rRNA測序分析腸道菌群多樣性。

 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

1. 動物分組: 小鼠被隨機(jī)分為六組，每組八只，分別為正常飲食組（ND）、溶劑對照組、高脂飲食組（HFD）及三個不同劑量的蝦青素處理組（HFD+0.25% ATX、HFD+0.5% ATX、HFD+0.75% ATX）。

2. 飼料組成: 正常飲食組喂食標(biāo)準(zhǔn)嚙齒動物飼料，高脂飲食組喂食高脂飼料，蝦青素通過玉米油溶解后灌胃給藥。

3. 樣本收集: 在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，收集小鼠的血液、肝臟、心臟、脾臟、腎臟和脂肪組織，并進(jìn)行相應(yīng)的生化分析和組織病理學(xué)檢查。

4. 數(shù)據(jù)分析: 使用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用Duncan多重范圍檢驗(yàn)。

 結(jié)果與分析

1. 體重和攝食量: 高脂飲食組小鼠體重顯著增加，而蝦青素處理組體重增加較少，且高劑量蝦青素效果更明顯。各組小鼠的能量攝入無顯著差異。

2. 肝臟重量和脂肪沉積: 高脂飲食組小鼠肝臟重量和脂肪沉積顯著增加，蝦青素處理組肝臟重量和脂肪沉積顯著減少，尤其是0.75%蝦青素組。

3. 血清脂質(zhì)和肝功能: 高脂飲食組小鼠血清TG、TC和LDL-C水平顯著升高，HDL-C水平降低；蝦青素處理組血清脂質(zhì)水平顯著改善，尤其是0.75%蝦青素組。

4. 抗氧化指標(biāo): 高脂飲食組小鼠肝臟ROS和MDA水平顯著升高，抗氧化酶活性顯著降低；蝦青素處理組ROS和MDA水平顯著降低，抗氧化酶活性顯著提高。

5. 肝臟病理學(xué)變化: 高脂飲食組小鼠肝臟出現(xiàn)典型的脂肪變性、炎癥細(xì)胞浸潤和氣球樣變；蝦青素處理組肝臟病理學(xué)變化顯著改善，尤其是0.75%蝦青素組。

6. 腸道菌群變化: 高脂飲食組小鼠腸道菌群多樣性降低，蝦青素處理組腸道菌群多樣性顯著提高，尤其是0.75%蝦青素組。蝦青素顯著抑制了肥胖相關(guān)菌群（如Parabacteroides和Desulfovibrio）的生長，促進(jìn)了有益菌群（如Allobaculum和Akkermansia）的生長。

 總體結(jié)論

本文研究表明，蝦青素通過調(diào)節(jié)腸肝軸，顯著改善高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠脂肪肝和氧化應(yīng)激。蝦青素不僅降低了體重和脂肪沉積，還改善了血清脂質(zhì)水平和肝功能，增強(qiáng)了抗氧化能力，并調(diào)節(jié)了腸道菌群結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)為蝦青素在預(yù)防肥胖及相關(guān)代謝疾病中的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

Biotechnology Advances (IF=12.1) 2025-1-10

中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所  崔紅利&秦松 課題組

原文及鏈接：Advancements of astaxanthin production in?Haematococcus pluvialis: Update insight and way forward

https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2025.108519

銅綠微囊藻的形態(tài)精致而獨(dú)特。藻體通常呈球形或近球形，就像一顆顆微小的綠色星球，群體膠被質(zhì)地均勻，無層理且透明無色，仿佛為這些“星球”披上了一層輕薄而無暇的紗衣。其細(xì)胞同樣呈球形或近球形，原生質(zhì)體則呈現(xiàn)出灰綠色、藍(lán)綠色、亮綠色或灰褐色等多樣的色彩，多數(shù)還帶有氣囊，這使得它們在水中能夠更靈活地漂浮和生存。

它偏愛在湖泊、池塘等有機(jī)質(zhì)豐富的水體中棲息，過著浮游的生活。適宜的生長環(huán)境對它來說至關(guān)重要，當(dāng) pH 值處于 8 – 9.5 之間，水溫在 28 – 32℃時，它便如魚得水，迅速繁殖，生長旺盛。在這樣的條件下，它仿佛得到了大自然的特別眷顧，展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。

銅綠微囊藻的分布范圍極為廣泛。在中國，從北方的河北、內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江，到南方的江蘇、浙江、廣東等地，都能發(fā)現(xiàn)它的身影。放眼全球，銅綠微囊藻水華已在至少 108 個國家出現(xiàn)，成為了一個全球性的存在。

然而，在其看似平凡的外表下，卻隱藏著危險的一面。銅綠微囊藻具有產(chǎn)毒特性，其所產(chǎn)生的微囊藻毒素是一種環(huán)狀七肽化合物，具有強(qiáng)烈的肝毒性。這就像是它隱藏在暗處的“武器”，對生物的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。此外，它還能產(chǎn)生神經(jīng)毒素，進(jìn)一步增加了其潛在的危害。

當(dāng)銅綠微囊藻大量繁殖時，對生態(tài)系統(tǒng)的影響不可忽視。它會瘋狂地消耗水中的溶解氧，使得水體如同失去了“呼吸”的能力，逐漸變質(zhì)。這對于水中的其他生物來說，無疑是一場災(zāi)難，嚴(yán)重影響了它們的生存。更令人擔(dān)憂的是，微囊藻毒素還可能通過食物鏈傳遞，悄然地威脅著人類的健康。

但我們也不能完全否定銅綠微囊藻的存在價值。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，它具有一定的經(jīng)濟(jì)價值，能夠作為浮游植物的餌料，被攝食浮游植物的鯉科魚類所利用，為養(yǎng)殖業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。

在實(shí)際應(yīng)用中，我們必須對銅綠微囊藻可能帶來的危害保持高度警惕。在飲用水源中，一旦它大量繁殖，水質(zhì)便會惡化，產(chǎn)生異味和毒素，嚴(yán)重威脅著人體的健康。因此，對銅綠微囊藻進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)測和有效的控制顯得尤為重要。

銅綠微囊藻，這個微觀世界中的多面角色，既有著獨(dú)特的形態(tài)和生存方式，又具有復(fù)雜的生態(tài)影響和潛在價值。我們在探索和利用自然的過程中，應(yīng)當(dāng)以科學(xué)的態(tài)度和方法去認(rèn)識它、管理它，從而實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共生。

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裸藻的形態(tài)獨(dú)特而奇妙。它就像一個精巧的微觀藝術(shù)品，身體呈紡錘形，前端較圓，后端稍尖。在顯微鏡下，我們可以清晰地看到它那柔軟而透明的身軀，猶如一顆在水中靈動的水晶。它的體表沒有細(xì)胞壁，這使得它與其他藻類有了明顯的區(qū)別。

裸藻的細(xì)胞質(zhì)中充滿了葉綠體，這些葉綠體就像一顆顆綠色的寶石，賦予了它獨(dú)特的綠色外觀。葉綠體中的葉綠素使它能夠進(jìn)行光合作用，將陽光轉(zhuǎn)化為生命所需的能量。而在它的前端，有一個紅色的眼點(diǎn)，這仿佛是它的靈魂之窗，能夠感知光線的變化，引導(dǎo)它向著光明的方向游動。

裸藻的價值不可小覷。在生態(tài)系統(tǒng)中，它是食物鏈中重要的一環(huán)。作為浮游生物的一員，它為許多小型水生動物提供了豐富的食物來源，維持著水域生態(tài)的平衡與穩(wěn)定。

從科研的角度來看，小眼蟲為生物學(xué)家們提供了一個絕佳的研究對象。它簡單而獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，幫助我們更好地理解細(xì)胞的運(yùn)作機(jī)制和生命的奧秘。通過對裸藻的研究，我們在細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)等領(lǐng)域取得了許多重要的突破。

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，裸藻也展現(xiàn)出了巨大的潛力。它富含多種營養(yǎng)成分，如維生素、礦物質(zhì)、氨基酸等，對人體健康有著積極的影響。一些研究表明，裸藻中的某些成分可能具有增強(qiáng)免疫力、調(diào)節(jié)血脂、抗氧化等功效，為人類的健康帶來了新的希望。

此外，裸藻在環(huán)保方面也發(fā)揮著重要的作用。它能夠吸收水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，有效降低水體的富營養(yǎng)化程度，改善水質(zhì)。在水生態(tài)修復(fù)的工程中，裸藻成為了一位默默奉獻(xiàn)的“環(huán)保衛(wèi)士”。

小眼蟲，這小小的裸藻，雖然在浩瀚的生物世界中顯得微不足道，但它卻以其獨(dú)特的形態(tài)和無可替代的價值，綻放著屬于自己的光芒。它讓我們明白，每一個生命，無論大小，都有著其存在的意義和價值。

讓我們懷著敬畏之心，去探索更多關(guān)于小眼蟲的秘密，去保護(hù)和珍惜這豐富多彩的生命世界。因?yàn)?，在這片神奇的水域中，每一個生命都在訴說著大自然的奇妙與偉大。

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注：圖片來源于 www.bilibili.com/video/BV1WM411t7jE

從形態(tài)上看，褐藻的體型大小差異較大，有的十分微小，有的則可以長到數(shù)十米。它們通常具有明顯的“莖”和“葉”的分化。褐藻的顏色多呈褐色，這是由于它們含有特殊的色素。其“莖”狀結(jié)構(gòu)較為堅韌，為整個藻體提供支撐；“葉”狀部分則較為寬大，能夠進(jìn)行光合作用以獲取能量。

褐藻具有諸多重要價值。

在生態(tài)方面，它們是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為許多海洋生物提供了棲息地和食物來源。許多魚類、貝類等都依賴褐藻生存。

褐藻在工業(yè)上也有廣泛應(yīng)用。一些褐藻可以提取出褐藻膠等物質(zhì)，褐藻膠在食品工業(yè)中可用作增稠劑、穩(wěn)定劑；在醫(yī)藥領(lǐng)域，可用于制作膠囊等。此外，褐藻還具有一定的藥用價值。某些褐藻中含有對人體健康有益的成分，可能具有潛在的治療疾病的作用。

在食品領(lǐng)域，一些褐藻可以被食用，如海帶等。海帶富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，如碘、膳食纖維等，對人體健康有諸多益處。有研究表明，從褐藻中所提取出來的大分子海藻酸鹽，通過各種工藝降解所形成的小分子低聚糖（經(jīng)過不同酶處理可以得到MAOS、GAOS和HAOS三類寡糖），具有多種生物活性，具有免疫調(diào)節(jié)、抗炎、抗氧化、抗感染和抗腫瘤等作用。

總之，褐藻以其獨(dú)特的形態(tài)和豐富的價值，在海洋生態(tài)和人類生活中都扮演著重要的角色。對褐藻的深入研究和合理利用，將為我們帶來更多的福祉和機(jī)遇。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們對褐藻的認(rèn)識也將不斷深入，其潛在價值也將得到進(jìn)一步的挖掘和利用。讓我們共同期待褐藻為我們的未來帶來更多的驚喜。

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微藻，這些微小卻蘊(yùn)含巨大能量的生物，首先在藥物研發(fā)方面發(fā)揮著獨(dú)特作用?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)某些微藻可以產(chǎn)生具有藥用價值的化合物，經(jīng)過深入研究和提取，這些化合物有望成為新型藥物的來源，為治療各種疾病提供新的途徑。

在疾病治療方面，微藻也有出色表現(xiàn)。例如有研究者利用微藻作為載體，負(fù)載藥物并提高其在胃部的滯留時間，可有效改善藥物對胃部疾病的治療效果。利用螺旋藻負(fù)載白藜蘆醇，能夠顯著改善白藜蘆醇對酒精導(dǎo)致的胃部疾病的治療效果。除此之外，相關(guān)研究人員通過工程化改造活性微藻，輸送到低氧腫瘤區(qū)域而進(jìn)一步產(chǎn)生氧氣，改善腫瘤的低氧環(huán)境，從而提高放射治療功效。同時，微藻釋放的葉綠素在激光激發(fā)下產(chǎn)生活性氧，進(jìn)一步賦予光敏作用，增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的凋亡。

此外，微藻在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有涉足。它可以為組織工程提供重要的材料支持，幫助構(gòu)建人造器官或促進(jìn)組織修復(fù)。

不僅如此，微藻在醫(yī)學(xué)診斷上也有其用武之地?；谖⒃宓囊恍┥锛夹g(shù)，可以開發(fā)出靈敏的檢測方法，用于早期疾病的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測。

隨著科技的不斷進(jìn)步，對微藻的研究也日益深入，相信在未來，微藻將會為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來更多的驚喜和突破，為人類的健康事業(yè)貢獻(xiàn)更大的力量。它就像一座等待深入挖掘的寶藏，不斷展現(xiàn)出令人驚嘆的價值和潛力，讓我們對未來的醫(yī)學(xué)發(fā)展充滿期待。

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[1]胡群菊,王潮崗,向文洲,等.微藻細(xì)胞外囊泡的研究進(jìn)展[J].水生生物學(xué)報,2024,48(06):1051-1064.

從形態(tài)上看，紫球藻通常為單細(xì)胞存在，它們常常不規(guī)則地聚集在一起。其細(xì)胞多數(shù)呈球形，顏色為鮮艷的血紅色或暗紫紅色，仿佛是大自然中一顆顆璀璨的寶石。每個細(xì)胞外都被一層薄膠膜所包裹，在潮濕的環(huán)境中，如土壤及墻壁上，它們常常會形成紅色或淺褐色的薄片，干燥時則呈現(xiàn)出皮殼狀。細(xì)胞內(nèi)具一個軸生星狀或不規(guī)則形狀的色素體，以及一個無鞘的蛋白核，這些結(jié)構(gòu)賦予了紫球藻獨(dú)特的外觀和生理特性。

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，紫球藻具有重要的科研價值，為藻類生物學(xué)的研究提供了豐富的素材和對象。在實(shí)際應(yīng)用方面，紫球藻也表現(xiàn)出色。其能夠產(chǎn)生豐富的藻膽蛋白，紫球藻蛋白質(zhì)約占生物量的50%，其中84%為藻膽蛋白，特別是B-藻膽蛋白性質(zhì)穩(wěn)定，這種蛋白不僅含量高，而且性質(zhì)穩(wěn)定。藻膽蛋白在生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域都有著潛在的應(yīng)用價值。紫球藻細(xì)胞還能積累大量的多糖，紫球藻細(xì)胞可積累20%-50%生物量的多糖，該多糖是由木糖、葡萄糖、半乳糖等單糖構(gòu)成的多聚體，具有獨(dú)特的膠體性能，粘度大，其結(jié)構(gòu)與褐藻膠、褐藻淀粉相似。這些多糖在食品、化工等行業(yè)可能有重要用途。此外，紫球藻的脂肪酸組成中，有相當(dāng)比例的多不飽和脂肪酸，其中脂肪酸約占生物量的9.5%，50%以上為不飽和脂肪酸。這對于營養(yǎng)和健康領(lǐng)域有著積極意義。

隨著對紫球藻研究的不斷深入，相信它將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的價值，為人類的生活和科學(xué)研究帶來更多的驚喜和貢獻(xiàn)。

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注：圖片來源于 今日頭條 新浪網(wǎng) 萌鼠的丸子 《探險隊深海探秘，發(fā)現(xiàn)神秘紫水球生物！》

微藻，這些微小卻蘊(yùn)含巨大能量的生物，具備合成高油脂的奇妙能力。那么，這一過程究竟是如何發(fā)生的呢？

首先，微藻通過光合作用，利用光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物。在這個基礎(chǔ)上，一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)逐步展開。細(xì)胞內(nèi)的各種酶像是精巧的“工匠”，有條不紊地推動著油脂合成的進(jìn)程。

影響微藻高油脂生物合成的因素有很多。比如，充足的光照為這一過程提供了動力源泉，合適的光照強(qiáng)度和時長能促使微藻更高效地進(jìn)行油脂合成。溫度也是關(guān)鍵之一，適宜的溫度環(huán)境能讓微藻的代謝活動處于最佳狀態(tài)，進(jìn)而促進(jìn)油脂的積累。此外，營養(yǎng)物質(zhì)的平衡也至關(guān)重要，氮、磷等元素的合理配比能有效調(diào)節(jié)微藻合成油脂的能力。

微藻高油脂生物合成的意義重大。一方面，它為生物燃料的開發(fā)提供了新的途徑。這些從微藻中提取的高油脂可以轉(zhuǎn)化為清潔的生物柴油，為解決能源危機(jī)和減少碳排放做出貢獻(xiàn)。另一方面，在食品、化妝品等領(lǐng)域也有著潛在的應(yīng)用價值。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們對微藻高油脂生物合成的研究也日益深入?？茖W(xué)家們致力于優(yōu)化培養(yǎng)條件、提高油脂產(chǎn)量，期望能充分挖掘微藻的潛力，讓其為人類的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮更大的作用。

總之，微藻高油脂的生物合成是一個充滿魅力和前景的領(lǐng)域，等待著我們不斷去探索和發(fā)現(xiàn)。讓我們一同期待它能為我們的未來帶來更多的驚喜和可能。

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HAA（Hydroxyalkanoyloxyalkanoates）是一種脂基表面活性劑，具有許多潛在應(yīng)用場景，其生物合成前體是鼠李糖脂，而鼠李糖脂具有優(yōu)秀的理化性質(zhì)、生物活性及可降解性。鼠李糖脂的生物合成，主要由病原菌假單胞菌生產(chǎn)，利用非病原微生物合成鼠李糖脂的努力也在進(jìn)行中。由于能夠有效地將CO₂轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)及感興趣的生物產(chǎn)品，單細(xì)胞光合微藻已成為可持續(xù)工業(yè)生物技術(shù)的底盤。在此，我們以萊茵衣藻為底盤，嘗試合成鼠李糖脂。向萊茵衣藻葉綠體基因組中導(dǎo)入源自假單胞菌的RhlA基因，它是一種?；D(zhuǎn)移酶，催化脂肪酸循環(huán)中兩個3-羥烷基酸的縮合，生成HAA。借助UHPLC-MS和GC，鑒定并定量分析了4種鏈長的同系物，包括C₁₀-C₁₀和C₁₀-C₈以及少量的C₁₀-C₁₂、C₁₀-C₆。HAA存在于細(xì)胞內(nèi)，但也在細(xì)胞外的培養(yǎng)基種累積。另外，在光自養(yǎng)環(huán)境下（僅利用大氣中CO₂）也可生成HAA。綜上所述，萊茵衣藻葉綠體中成功表達(dá)有活性的RhlA，在真核細(xì)胞中合成HAA。此外。可基于微藻的生物工程技術(shù)，開發(fā)安全、高效、低成本、可持續(xù)的生產(chǎn)鼠李糖脂的平臺。

雖然利用微藻處理廢水是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的策略，但仍面臨著嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和高價值生物質(zhì)開發(fā)的挑戰(zhàn)。在平板光生物反應(yīng)器中，通過紅色 LED 燈和淀粉添加改善了蛋白核小球藻 (Chlorella pyrenoidosa) 處理羅非魚養(yǎng)殖廢水 (T-AW) 的碳氮代謝能力，并同時生產(chǎn)了蛋白質(zhì)。在室外溫度下，使用紅色LED燈來提高了營養(yǎng)物的去除率，但除總氮外，其它污染物濃度均不滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。加入淀粉后，平板光生物反應(yīng)器對總磷、總氮、化學(xué)需氧量和總氨氮的去除率分別為85.15%、96.96、88.53和98.01%，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；與此同時蛋白質(zhì)產(chǎn)量也達(dá)到0.60 g/L。代謝組和轉(zhuǎn)錄組分析表明，紅光促進(jìn)了Embden-Meyerhof-Pranas途徑和三羧酸循環(huán)的碳通量，并上調(diào)了編碼α-淀粉酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸脫氫酶、硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和銨轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因水平，這促進(jìn)了營養(yǎng)物質(zhì)的去除并為蛋白質(zhì)生物合成提供了氮源。此外，收獲的蛋白核小球藻富含62%的必需氨基酸和豐富的生物燃料脂質(zhì)成分。本研究通過協(xié)同調(diào)節(jié)微藻的碳氮代謝，為室外廢水處理和蛋白質(zhì)生產(chǎn)提供了新的方向。