一、雨生紅球藻的生長與代謝特性

雨生紅球藻是一種具有復(fù)雜生活史的微藻，其細(xì)胞形態(tài)和生理狀態(tài)會隨環(huán)境條件發(fā)生顯著變化。在自然適宜環(huán)境中，細(xì)胞主要以綠色游動細(xì)胞形式存在，具備鞭毛，可自主運(yùn)動，代謝活躍，以光合作用為主要能量來源，快速進(jìn)行細(xì)胞分裂和生長。 當(dāng)遭遇逆境（如強(qiáng)光、高鹽、高溫、氮磷缺乏等）時，綠色游動細(xì)胞會啟動應(yīng)激響應(yīng)，逐漸失去鞭毛，細(xì)胞壁增厚，轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色非運(yùn)動細(xì)胞（厚壁孢子）。這一過程伴隨蝦青素的大量積累，細(xì)胞進(jìn)入類似“休眠”的狀態(tài)，以抵御不良環(huán)境。而當(dāng)環(huán)境條件改善（如營養(yǎng)充足、光照適宜）時，紅色非運(yùn)動細(xì)胞可迅速“萌發(fā)”，重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色游動細(xì)胞，恢復(fù)活躍的生長繁殖能力。這一“綠色游動細(xì)胞-紅色非運(yùn)動細(xì)胞-綠色游動細(xì)胞”的形態(tài)與生理狀態(tài)轉(zhuǎn)換，即“休眠-萌發(fā)”轉(zhuǎn)換，對雨生紅球藻的生存和規(guī)?；囵B(yǎng)至關(guān)重要——通過促進(jìn)紅色非運(yùn)動細(xì)胞的高效萌發(fā)，可實(shí)現(xiàn)藻細(xì)胞的快速擴(kuò)繁，顯著縮短培養(yǎng)周期。 然而，環(huán)境中的氮素水平對這一轉(zhuǎn)換影響顯著。研究發(fā)現(xiàn)，在缺氮條件下，紅色非運(yùn)動細(xì)胞的萌發(fā)受到明顯抑制，具體表現(xiàn)為游動孢子釋放量減少、光合作用效率下降、呼吸代謝速率降低等，嚴(yán)重影響其生長恢復(fù)過程。  

二、氮素在休眠-萌發(fā)轉(zhuǎn)換中的調(diào)控作用

氮素是雨生紅球藻細(xì)胞合成蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素等關(guān)鍵物質(zhì)的核心營養(yǎng)元素，在其休眠-萌發(fā)轉(zhuǎn)換中扮演著不可替代的調(diào)控角色。缺氮條件對紅色非運(yùn)動細(xì)胞萌發(fā)的抑制作用主要通過以下途徑實(shí)現(xiàn)：

– 光合碳同化受阻：缺氮會導(dǎo)致葉綠素合成減少，光合電子傳遞鏈功能受損，電子傳遞速率下降。盡管此時光合碳同化（如卡爾文循環(huán)）仍能維持一定活性，但由于能量供應(yīng)不足，碳固定效率整體降低，無法為細(xì)胞萌發(fā)提供充足的碳骨架和能量。

– 呼吸代謝紊亂：細(xì)胞萌發(fā)需要大量能量，依賴呼吸代謝途徑（糖酵解、磷酸戊糖途徑、三羧酸循環(huán)等）的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。缺氮會顯著干擾這些途徑中關(guān)鍵酶的合成與活性，導(dǎo)致葡萄糖等底物的分解代謝受阻，能量（ATP）生成不足，同時造成碳骨架（如丙酮酸、α-酮戊二酸）的積累，無法為DNA復(fù)制、細(xì)胞分裂等萌發(fā)關(guān)鍵過程提供原料。

– 核苷酸代謝失衡：氮素是核苷酸（DNA和RNA的基本單位）合成的必需元素。缺氮會導(dǎo)致谷氨酸（氨基酸合成的關(guān)鍵前體）含量下調(diào)，進(jìn)而影響光呼吸途徑中2-磷酸乙醇酸的代謝——該物質(zhì)的積累會進(jìn)一步抑制核苷酸的生物合成，阻礙細(xì)胞分裂所需的遺傳物質(zhì)復(fù)制，最終抑制萌發(fā)。

– 活性氧（ROS）的雙重作用：在萌發(fā)初期，細(xì)胞代謝激活可能伴隨ROS的短暫產(chǎn)生。適量ROS可能作為信號分子，觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)與萌發(fā)相關(guān)的代謝通路（如抗氧化系統(tǒng)激活、應(yīng)激響應(yīng)基因表達(dá)）；但缺氮條件下，ROS的產(chǎn)生與清除平衡被打破，過量ROS會導(dǎo)致生物膜損傷、酶活性失活，反而抑制萌發(fā)。目前，ROS在氮素調(diào)控萌發(fā)中的具體信號傳導(dǎo)機(jī)制仍需深入研究。

三、氮源類型對雨生紅球藻生長的影響

氮源的種類直接影響雨生紅球藻的生長狀態(tài)和代謝效率，其核心差異體現(xiàn)在對培養(yǎng)液pH的調(diào)控及細(xì)胞的吸收利用效率上：

– 銨態(tài)氮（如NH?Cl）：細(xì)胞吸收銨離子時，可能伴隨氫離子的釋放，導(dǎo)致培養(yǎng)液pH迅速下降，而酸性環(huán)境會抑制藻細(xì)胞的酶活性和代謝功能。

– 硝態(tài)氮（如NaNO?）：細(xì)胞吸收硝酸根離子時，可能伴隨氫氧根離子的釋放，導(dǎo)致培養(yǎng)液pH上升，堿性過強(qiáng)同樣會影響細(xì)胞生長。 研究表明，添加pH緩沖液（如Hepes）可有效穩(wěn)定培養(yǎng)液的pH環(huán)境，消除因氮源類型導(dǎo)致的酸堿度波動。在pH穩(wěn)定為7.0（接近雨生紅球藻最適生長pH）的條件下，銨態(tài)氮（NH?Cl）的促進(jìn)效果優(yōu)于硝態(tài)氮（NaNO?），這可能與銨態(tài)氮更易被細(xì)胞直接利用、減少代謝轉(zhuǎn)化能耗有關(guān)。因此，選擇適宜的氮源類型并維持穩(wěn)定的pH，是優(yōu)化雨生紅球藻培養(yǎng)條件的重要措施。  

四、氮限制與氮補(bǔ)充的調(diào)控機(jī)制

氮素的“限制”與“補(bǔ)充”是調(diào)控雨生紅球藻細(xì)胞周期轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵“開關(guān)”，直接決定細(xì)胞的生理狀態(tài)：

– 氮限制條件：當(dāng)環(huán)境中氮素匱乏時，細(xì)胞會主動進(jìn)入“休眠準(zhǔn)備”狀態(tài)，光合系統(tǒng)活性降低，碳代謝流向儲存物質(zhì)合成（如三?；视停瑸殚L期逆境生存儲備能量；同時，呼吸代謝速率下降，細(xì)胞分裂停止，逐漸向紅色非運(yùn)動細(xì)胞（厚壁孢子）轉(zhuǎn)變。

– 氮補(bǔ)充條件：當(dāng)重新供應(yīng)氮素時，細(xì)胞迅速感知信號并啟動代謝再激活：光合作用和碳固定途徑重新激活，儲存的脂質(zhì)（如三?；视停┍环纸鉃槟芰亢吞脊羌埽糜诘鞍踪|(zhì)、核酸等生物大分子的合成，細(xì)胞周期恢復(fù)，紅色非運(yùn)動細(xì)胞萌發(fā)為綠色游動細(xì)胞，進(jìn)入快速生長階段。 此外，在氮限制條件下，細(xì)胞中的交替氧化酶（AOX）途徑會被顯著上調(diào)。AOX可繞過呼吸鏈中部分復(fù)合體，直接將電子傳遞給氧氣，避免因氮限制導(dǎo)致的電子傳遞鏈阻塞，維持線粒體功能穩(wěn)定，同時促進(jìn)儲存物質(zhì)的緩慢分解，為細(xì)胞在逆境中維持基本代謝和后續(xù)萌發(fā)儲備能量。  

五、雨生紅球藻細(xì)胞周期同步化的調(diào)控方法

實(shí)現(xiàn)雨生紅球藻細(xì)胞周期的同步化，可大幅提高蝦青素的生產(chǎn)效率和收獲穩(wěn)定性。目前的核心策略是通過調(diào)控氮素水平和光照條件，誘導(dǎo)細(xì)胞統(tǒng)一進(jìn)入萌發(fā)或休眠階段：

1. 誘導(dǎo)萌發(fā)：在氮限制條件下形成的紅色非運(yùn)動細(xì)胞，在恢復(fù)氮供應(yīng)（如0.5～2.0 mmol/L硝酸鈉）并給予高光照時，可同步啟動萌發(fā)過程，快速轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色鞭毛細(xì)胞。

2. 同步孢囊化：當(dāng)綠色鞭毛細(xì)胞生長至一定密度后，再次通過氮限制和逆境條件誘導(dǎo)，使其同步轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色厚壁孢子，積累蝦青素。 這一周期性調(diào)控過程中，氮濃度是關(guān)鍵參數(shù)——0.5～2.0 mmol/L的硝酸鈉濃度可顯著提高萌發(fā)率；同時，光照強(qiáng)度（提供能量）和光暗周期（協(xié)調(diào)代謝節(jié)律）也會影響萌發(fā)的同步性和效率，需協(xié)同優(yōu)化。  

六、未來研究方向與應(yīng)用前景

盡管氮素在雨生紅球藻休眠-萌發(fā)轉(zhuǎn)換中的作用已得到初步揭示，但仍存在諸多科學(xué)問題亟待解決：

– 分子機(jī)制層面：氮素如何通過信號通路調(diào)控核苷酸代謝平衡、ROS信號傳導(dǎo)及關(guān)鍵基因（如光合酶、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因）的表達(dá)，仍需結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)、代謝組學(xué)等技術(shù)深入解析。

– 培養(yǎng)策略優(yōu)化：如何精準(zhǔn)調(diào)控氮源類型、濃度及添加時機(jī)，實(shí)現(xiàn)綠色生長階段（快速擴(kuò)繁）與紅色積累階段（蝦青素合成）的高效銜接，減少轉(zhuǎn)換時間和能量損耗，是產(chǎn)業(yè)化的核心需求。 未來研究若能闡明氮素調(diào)控的具體分子網(wǎng)絡(luò)，并將基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化為可操作的培養(yǎng)技術(shù)，將為雨生紅球藻的規(guī)?；a(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)，推動天然蝦青素在醫(yī)藥、保健品、化妝品等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。  

雨生紅球藻的休眠-萌發(fā)轉(zhuǎn)換是細(xì)胞應(yīng)對環(huán)境變化的適應(yīng)性策略，其核心是氮素調(diào)控下的代謝網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。氮素通過影響光合碳同化、呼吸代謝、核苷酸合成及ROS信號等關(guān)鍵過程，決定紅色非運(yùn)動細(xì)胞的萌發(fā)效率和細(xì)胞周期轉(zhuǎn)換。深入解析氮素的調(diào)控機(jī)制，優(yōu)化氮源管理和培養(yǎng)條件，是提升雨生紅球藻生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。未來研究需進(jìn)一步突破分子機(jī)制瓶頸，為天然蝦青素的高效、低成本生產(chǎn)開辟新路徑。

原文鏈接：Transition between germination and dormancy for non-motile cells of Haematococcus pluvialis: dependence on nitrogen availability through metabolic flux of amino acids and nucleotides

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132818

　　一、培養(yǎng)過程的基本原理

　　雨生紅球藻的生活史分為兩個關(guān)鍵階段：

　　綠色營養(yǎng)階段：藻細(xì)胞呈游動態(tài)，快速增殖，需弱光（7000–10,000 Lux）和適中溫度（20–25℃），pH 7.5–8.0。

　　紅色脅迫階段：在缺氮、高光（>10,000 Lux）、高溫下，藻細(xì)胞積累蝦青素并形成厚壁孢子，蝦青素含量可達(dá)細(xì)胞干重的1%–3%。

　　光生物反應(yīng)器需同時滿足兩階段的矛盾需求：營養(yǎng)生長需低溫弱光，而蝦青素累積需高溫強(qiáng)光。

　　二、光生物反應(yīng)器的類型與設(shè)計(jì)

　　為協(xié)調(diào)兩階段需求，反應(yīng)器設(shè)計(jì)注重分區(qū)調(diào)控：

　　1.可調(diào)光系統(tǒng)

　　第一階段：透明圓柱體，提供弱光環(huán)境，溫度≤28℃。

　　第二階段：調(diào)強(qiáng)光源（>10,000 Lux）和高溫環(huán)境，促進(jìn)蝦青素合成。

　　2.管道式反應(yīng)器（如光語生物管道式光生物反應(yīng)器）

　　串聯(lián)管道實(shí)現(xiàn)梯度放大：實(shí)驗(yàn)室（50 mL→10 L）→戶外管道（250 L→3000 L）。

　　脅迫階段不控溫，依賴自然強(qiáng)光，降低能耗。

　　3.智能調(diào)控附件

　　光學(xué)傳感器與振動裝置：監(jiān)測藻細(xì)胞貼壁情況，通過振動擊打管壁防止生物膜形成。

　　光敏開關(guān)：自動補(bǔ)光（<10,000 Lux時啟動）。

　　1.營養(yǎng)生長階段

　　接種密度：高密度接種（2.3×10?個/mL）可縮短調(diào)整期，7天即進(jìn)入指數(shù)生長期。

　　培養(yǎng)液配方：含硝酸鉀、硫酸鎂、EDTA、維生素B等，添加大蒜素抑菌、小分子肽加速分裂。

　　DO與pH調(diào)控：DO升至80%飽和；pH 7.75±0.10最佳。

　　2.脅迫誘導(dǎo)階段

　　環(huán)境突變：移除氮源、增強(qiáng)光照、升溫至28℃以上，4天達(dá)蝦青素峰值。

　　五、規(guī)?；囵B(yǎng)流程示例（光語生物模式）

　　1.實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)增：10 L玻璃瓶，24小時連續(xù)光照，控溫20–25℃，5–7天。

　　2.戶外逐級放大：

　　250 L→500 L→2000 L管道，每級5–7天。

　　3.脅迫培養(yǎng)：3000 L管道，自然強(qiáng)光，4天至全紅。

　　4.采收與干燥：

　　沉淀法清洗2–3次；

　　噴霧干燥（進(jìn)風(fēng)185℃→出風(fēng)85℃）。

　　雨生紅球藻的產(chǎn)業(yè)化核心在于分區(qū)設(shè)計(jì)反應(yīng)器、精準(zhǔn)調(diào)控階段參數(shù)及創(chuàng)新添加劑應(yīng)用。未來結(jié)合抗逆藻種與智能監(jiān)控系統(tǒng)，可進(jìn)一步突破生產(chǎn)瓶頸，降低蝦青素成本。

 一、當(dāng)陽光變成”殺手”

 想象把手機(jī)充電器插進(jìn)汽車充電口，瞬間就會燒壞電路。強(qiáng)光對藻類細(xì)胞來說就是這樣的危險。普通植物遇到強(qiáng)光，光合系統(tǒng)15分鐘就會崩潰。但這些紅球藻有三大絕招：

 第一招：搭建遮陽棚  

 細(xì)胞內(nèi)部會快速生成保護(hù)蛋白，像給精密的儀器罩上防彈玻璃。同時把吸收光能的”發(fā)電板”（類囊體）重新排列，形成防曬結(jié)構(gòu)，把光能轉(zhuǎn)化效率保持在68%以上。

 第二招：啟動滅火系統(tǒng)  

 強(qiáng)光會產(chǎn)生大量”自由基火花”，普通細(xì)胞會被燒毀。紅球藻卻能激活三重滅火裝置：超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶，把危險信號變成生產(chǎn)指令。

 第三招：改建細(xì)胞工廠  

 就像汽車廠臨時轉(zhuǎn)產(chǎn)救護(hù)車，藻細(xì)胞把90%的產(chǎn)能轉(zhuǎn)向制造紅色物質(zhì)——蝦青素。這種天然防曬劑在細(xì)胞內(nèi)結(jié)晶堆積，形成紅色保護(hù)層，效果比維生素E強(qiáng)550倍。

 二、寫在基因里的生存密碼

 這些本領(lǐng)不是臨時抱佛腳，而是刻在基因里的應(yīng)急預(yù)案：

 1. 祖先的記憶芯片  

 紅球藻的DNA里保存著25億年前的生存程序。當(dāng)紫外線強(qiáng)度超標(biāo)時，特定基因會被激活，像打開保險箱一樣啟動蝦青素生產(chǎn)線。

 2. 毫秒級應(yīng)急響應(yīng)  

 從感知強(qiáng)光到啟動防護(hù)，整個過程比眨眼還快。光信號以5微米/秒的速度傳遍整個細(xì)胞，30秒內(nèi)就能完成防御部署。

 3. 聰明的止損策略  

 當(dāng)環(huán)境惡劣到無法承受時，它們會主動讓95%的個體”休眠”，只保留最強(qiáng)壯的5%延續(xù)生命。這種壯士斷腕的智慧，讓種群能在災(zāi)難后快速復(fù)蘇。

 三、人類向微生物”偷師”

 科學(xué)家從這些生存策略中獲得靈感，發(fā)展出三大技術(shù)：

 1. 人造陽光訓(xùn)練營  

 在培養(yǎng)罐里模擬晝夜交替，用紅藍(lán)光組合訓(xùn)練藻細(xì)胞。經(jīng)過”魔鬼特訓(xùn)”的工業(yè)菌株，蝦青素產(chǎn)量比野生種提高17倍。

 2. 基因編輯手術(shù)刀  

 給藻細(xì)胞安裝其他物種的優(yōu)秀基因，就像給手機(jī)升級芯片。改造后的”超級藻”在強(qiáng)光下存活率從2%飆升至85%，還能穩(wěn)定生產(chǎn)18個月。

 3. 兩段式智慧養(yǎng)殖  

 先給細(xì)胞”吃營養(yǎng)餐”長身體，再突然”斷糧+強(qiáng)光刺激”。這種先禮后兵的策略，讓生產(chǎn)成本直降40%，催生出萬億規(guī)模的健康產(chǎn)業(yè)。

 這些微小的生命告訴我們：壓力就像打鐵用的火，用得好就能把生鐵煉成鋼。從抗癌藥物到航天材料，人類正用從自然中學(xué)到的抗壓智慧，開創(chuàng)著新的文明篇章。下次當(dāng)你面對生活壓力時，不妨想想這些在強(qiáng)光下綻放的紅藻——它們用8千萬年證明，真正的強(qiáng)大，是學(xué)會把挑戰(zhàn)變成養(yǎng)料。

 乙酸鈉的“雙重身份”  

乙酸鈉就像一把雙刃劍，它的作用取決于濃度高低：  

1. 低濃度：藻類的“能量飲料”  

   – 補(bǔ)充碳源：雨生紅球藻通常通過光合作用獲取能量（自養(yǎng)），但遇到陰天或光照不足時，乙酸鈉可以作為“備用電源”——提供有機(jī)碳源，讓藻細(xì)胞通過代謝途徑（如TCA循環(huán)）快速獲取能量，加速生長。  

   – 穩(wěn)定pH值：藻類培養(yǎng)液容易因代謝產(chǎn)物積累而變酸，乙酸鈉作為弱堿性鹽，能中和酸性物質(zhì)，維持pH在7-8.5的理想范圍，避免細(xì)胞“水土不服”。  

2. 高濃度：變成“隱形殺手”  

   – 鈉離子過載：高濃度乙酸鈉會釋放大量鈉離子（Na?），導(dǎo)致培養(yǎng)液滲透壓飆升。藻細(xì)胞就像被鹽腌制的蔬菜，因脫水而皺縮甚至破裂，培養(yǎng)液隨之變渾濁發(fā)白。  

   – 乙酸毒性：未被及時利用的乙酸根會滲入細(xì)胞，破壞膜結(jié)構(gòu)和代謝系統(tǒng)，抑制光合作用和呼吸作用，最終“毒死”藻細(xì)胞。  

 蝦青素合成的“博弈”  

蝦青素是雨生紅球藻應(yīng)對脅迫（如高溫、缺氮）時產(chǎn)生的“護(hù)甲”。乙酸鈉的添加會如何影響這一過程？  

– 低濃度：可能延遲護(hù)甲生成  

  如果培養(yǎng)條件舒適（如氮充足、光照溫和），乙酸鈉提供的額外能量會讓藻細(xì)胞“安于現(xiàn)狀”，優(yōu)先增殖而非積累蝦青素。  

– 高濃度：脅迫下的“被迫防御”  

  當(dāng)乙酸鈉濃度過高引發(fā)滲透壓或毒性脅迫時，藻細(xì)胞可能提前啟動蝦青素合成機(jī)制，但代價是死亡率升高。  

 與其他環(huán)境因素的“團(tuán)隊(duì)協(xié)作”  

乙酸鈉的效果還受溫度、光照等條件影響：  

– 溫度：在25℃左右（雨生紅球藻的最適生長溫度），低濃度乙酸鈉的促進(jìn)作用最明顯；若溫度超過30℃，高濃度乙酸鈉可能與其他脅迫因素疊加，加速細(xì)胞死亡。  

– 光照：弱光下，乙酸鈉的碳源補(bǔ)充作用更突出；強(qiáng)光下則需謹(jǐn)慎，避免光氧化與乙酸毒性“聯(lián)手攻擊”。  

 實(shí)際應(yīng)用：如何科學(xué)“投喂”乙酸鈉？  

1. 濃度梯度實(shí)驗(yàn)：建議從0.5 g/L開始測試，逐步增加至2 g/L，觀察藻細(xì)胞密度和存活率變化。  

2. 階段化策略：  

   – 生長期：添加1-2 g/L乙酸鈉，促進(jìn)生物量積累。  

   – 脅迫期（誘導(dǎo)蝦青素）：減少或停止添加，避免干擾逆境信號。  

3. 防污染措施：乙酸鈉易被細(xì)菌“偷吃”，開放培養(yǎng)時需加強(qiáng)滅菌，或添加抑菌劑（如表面活性劑SDBS，可殺滅雜菌且不影響藻類）。  

乙酸鈉對雨生紅球藻的影響，就像咖啡對人的提神作用——適量提神醒腦，過量則心跳過速。科學(xué)家的任務(wù)是通過精細(xì)調(diào)控，讓這種化合物成為藻類培養(yǎng)的“黃金搭檔”，而非“隱形殺手”。下次當(dāng)你看到培養(yǎng)液中的雨生紅球藻時，或許會想起：每一滴透明的液體背后，都藏著化學(xué)與生物學(xué)的精妙平衡。

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(jì)

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(jì)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

華北理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 王巍杰課題組

雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）蝦青素的生物合成是由能量驅(qū)動的。然而，鞭毛介導(dǎo)的能量消耗運(yùn)動過程對蝦青素積累的影響尚未得到很好的研究。在這項(xiàng)研究中，我們結(jié)合光合參數(shù)，分析了在pH沖擊下有或沒有鞭毛的雨生紅球藻的蝦青素和NADPH含量的變化。結(jié)果表明，除了在pH沖擊處理組中觀察到鞭毛的喪失外，細(xì)胞形態(tài)沒有顯著變化。相比之下，在4、8和12小時，鞭毛去除組的蝦青素含量分別比對照組高62.9%、62.8%和91.1%。同時，Y（II）的增加和Y（NO）的減少表明，缺乏鞭毛運(yùn)動過程的雨生紅球藻細(xì)胞可能會將更多的能量分配給蝦青素的生物合成。NADPH分析證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)，該分析顯示鞭毛去除細(xì)胞中的NADH水平較高。這些結(jié)果為缺乏運(yùn)動的細(xì)胞通過能量再分配實(shí)現(xiàn)蝦青素積累的潛在機(jī)制提供了初步見解。

原文鏈接：Enhancement of astaxanthin accumulation via energy reassignment by removing the flagella ofHaematococcus pluvialis

馬來西亞思特雅大學(xué)生物技術(shù)系 Michelle Yee Mun Teo課題組

雨生紅球藻 (Haematococcus pluvialis) 是蝦青素的重要天然來源，影響著制藥和保健品行業(yè)。然而，從雨生紅球藻中生產(chǎn)蝦青素受到培養(yǎng)周期長和細(xì)胞壁厚等因素的限制。最近的研究探索了不同的策略，如優(yōu)化培養(yǎng)條件，以提高蝦青素的生物合成。本綜述論文旨在總結(jié)最近在雨生紅球藻蝦青素生物合成的代謝和基因工程方面取得的進(jìn)展，全面分析了雨生紅球藻蝦青素生物合成途徑中涉及的分子成分和機(jī)制，揭示影響其生物合成的特定基因。研究了許多代謝方法，包括操縱光照強(qiáng)度、鹽度、營養(yǎng)缺乏和溫度，以提高微藻的生物量和蝦青素積累。近來，有研究者對基因工程策略進(jìn)行了研究，通過操縱特定基因 (如 bkt、CrtR-b 和 pds) 來提高蝦青素產(chǎn)量。然而，由于蝦青素的酯化機(jī)制以及次生β-類胡蘿卜素從葉綠體到細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，基因工程的局限性仍不明確。這種認(rèn)識上的不足給通過基因工程最大限度地生產(chǎn)蝦青素帶來了挑戰(zhàn)。本綜述還通過對遺傳學(xué)、新陳代謝和生物技術(shù)策略之間復(fù)雜的相互作用進(jìn)行整體分析，為最大限度地提高蝦青素產(chǎn)量提供了基因工程的最新見解和未來研究方向。

原文鏈接: Genetic engineering of Haematococcus pluvialis microalgae for the enhancement of astaxanthin production: A review

一、雨生紅球藻的基本介紹

雨生紅球藻是一種單細(xì)胞綠藻，隸屬于綠藻門、綠藻綱、團(tuán)藻目、紅球藻科、紅球藻屬。它主要生長在淡水中，不過在海洋中也有少量分布，海水中的鹽度還有利于藻體中蝦青素的累積。這種藻類的細(xì)胞形態(tài)為廣卵形到廣橢圓形，寬 19～51μm，長 28～63μm。在適宜的生長條件下，雨生紅球藻呈現(xiàn)綠色，能夠快速地生長繁殖；但當(dāng)生存條件變得惡劣時，它的細(xì)胞壁會加厚，進(jìn)入休眠狀態(tài)。令人驚嘆的是，雨生紅球藻即使休眠 40 年，細(xì)胞仍然可以保持活性，一旦條件適宜，又能恢復(fù)活力并繁殖產(chǎn)生新的細(xì)胞。

二、雨生紅球藻與蝦青素的緊密聯(lián)系

雨生紅球藻最為人所熟知的特點(diǎn)，就是它能夠大量累積蝦青素。蝦青素是一種類胡蘿卜素的酮式含氧衍生物，是一種非維生素 A 源紅色類胡蘿卜素。在雨生紅球藻中，蝦青素的含量可達(dá) 1.5% – 10%，因此雨生紅球藻被看作是天然蝦青素的 “濃縮品”，也是自然界中生產(chǎn)天然蝦青素的最理想來源。天然蝦青素具有多種生物活性，在清除自由基、抗衰老、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等方面都顯示出良好的效果。

三、雨生紅球藻的神奇功效

1. 強(qiáng)大的抗氧化能力：自由基是導(dǎo)致人體衰老和許多疾病的重要因素。雨生紅球藻中的蝦青素具有超強(qiáng)的抗氧化能力，能夠穿越組織細(xì)胞表面，消除細(xì)胞內(nèi)的自由基，保護(hù)細(xì)胞和 DNA 的健康，減少衰老細(xì)胞的堆積，從而達(dá)到延緩衰老的效果。
2. 護(hù)膚的好幫手：蝦青素可以滲入每一個皮膚細(xì)胞，重建膠原蛋白及蛋白質(zhì)基質(zhì)，重構(gòu)皮膚彈性，全方位抵御紫外線輻射，抑制色素生成，防止皮膚炎癥和皮膚癌的發(fā)生，還能充分保持皮膚水分，具有抗老、防曬、保濕、美白等多重功效。
3. 眼睛的保護(hù)神：眼睛是最容易受到氧化攻擊的器官，蝦青素能夠穿越 “血 – 視網(wǎng)膜屏障”，修復(fù)眼睛的氧化損傷，對于預(yù)防和治療眼盲癥、青光眼、白內(nèi)障、老花眼、眼底病變和黃斑變性等眼部疾病具有積極意義。
4. 心血管健康的守護(hù)者：血液中低密度脂蛋白（LDL）被氧化，是導(dǎo)致動脈硬化、高血壓等心血管疾病的關(guān)鍵原因。雨生紅球藻中的蝦青素能防止 LDL 被氧化，提升高密度脂蛋白（HDL），減少斑塊堆積的形成，恢復(fù)血管彈性，改善血液流動，從而降低高血壓、中風(fēng)和心臟病發(fā)病的概率。
5. 關(guān)節(jié)健康的維護(hù)者：白細(xì)胞釋放的氧化自由基在清除身體入侵者的同時，如果不能被完全回收，就會破壞健康的細(xì)胞，導(dǎo)致無預(yù)兆的炎癥發(fā)生，尤其是在關(guān)節(jié)等活動密集的部位。雨生紅球藻提取物可以改善類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，緩解關(guān)節(jié)疼痛。

四、雨生紅球藻的應(yīng)用領(lǐng)域

由于雨生紅球藻的獨(dú)特功效，它在多個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。在保健食品領(lǐng)域，以雨生紅球藻為原料的產(chǎn)品越來越多，如膠囊、片劑等。在化妝品領(lǐng)域，蝦青素的抗氧化特性使其成為護(hù)膚品中的重要成分，用于抗衰、防曬等產(chǎn)品。在醫(yī)藥領(lǐng)域，雨生紅球藻的提取物也被用于研發(fā)治療一些與氧化應(yīng)激相關(guān)的疾病的藥物。

總之，雨生紅球藻作為一種具有高營養(yǎng)價值和藥用價值的藻類，其在抗氧化、保健、美容、醫(yī)藥等領(lǐng)域都有著巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。隨著對它的研究不斷深入，相信雨生紅球藻將為人類的健康帶來更多的益處。

　　健康中國，營養(yǎng)先行。2021年5月11日，由生命時報主辦的第四屆“微藻營養(yǎng)醫(yī)學(xué)中國行”在京正式啟動。

來自首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京佑安醫(yī)院、中國中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院、北京大學(xué)首鋼醫(yī)院、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院及暨南大學(xué)、中科院南海海洋研究所等眾多專家、學(xué)者齊聚一堂，圍繞“營養(yǎng)醫(yī)學(xué)走出醫(yī)院、走進(jìn)生活”主題進(jìn)行溝通和交流，旨在倡導(dǎo)公眾提升自身營養(yǎng)素養(yǎng)，根據(jù)自身特點(diǎn)掌握科學(xué)補(bǔ)充的方法，養(yǎng)成健康的生活方式。

營養(yǎng)攝入非常重要

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院營養(yǎng)科營養(yǎng)師宋新女士在發(fā)言中表示，好多慢性病患者以為自己按時服藥就可以。實(shí)際上，由于長期吃藥（降糖/降脂/降壓藥物）在治療的同時，也會導(dǎo)致身體機(jī)能的改變，影響營養(yǎng)元素在消化道的吸收，從而造成人體營養(yǎng)素的偏失缺漏。而當(dāng)人體營養(yǎng)素缺乏或吸收有限時，就會使藥物利用率下降，藥效大減。因此，針對慢性病特別要重視營養(yǎng)攝入的作用。

“隨著飲食結(jié)構(gòu)和生活方式的改變,脂肪肝的患病率不斷增高?！眮碜允锥坚t(yī)科大學(xué)附屬北京佑安醫(yī)院肝病中心的杜曉菲表示，脂肪肝成為僅次于病毒性肝炎的第二大肝病，已被公認(rèn)為隱蔽性肝硬化的常見原因。對于想預(yù)防和治療脂肪肝的人群來說，合理補(bǔ)充均衡優(yōu)質(zhì)營養(yǎng)素，科學(xué)針對補(bǔ)強(qiáng)精準(zhǔn)營養(yǎng)調(diào)節(jié)血脂，增強(qiáng)肝臟對氧化反應(yīng)的防御能力，提高肝臟的代謝能力，是預(yù)防肝臟脂肪病變和硬化的重要手段。

此外，北京大學(xué)首鋼醫(yī)院骨科副主任醫(yī)師裴征分享了骨科病人的營養(yǎng)護(hù)理知識，強(qiáng)調(diào)骨骼的生長還是依靠人體自身的生長能力，因此科學(xué)補(bǔ)充各類營養(yǎng)素是加速骨頭愈合的關(guān)鍵因素。暨南大學(xué)的張成武教授、中國科學(xué)院南海海洋研究所向文洲研究員分別就微藻界四大天王（螺旋藻、雨生紅球藻、裸藻、小球藻）營養(yǎng)醫(yī)學(xué)價值、螺旋藻獨(dú)有活性物質(zhì)精準(zhǔn)營養(yǎng)/醫(yī)學(xué)功能進(jìn)行精彩演講，從科研角度剖析微藻產(chǎn)品在營養(yǎng)醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的研究成果。

日常生活要注重營養(yǎng)攝入

營養(yǎng)素養(yǎng)是健康素養(yǎng)以及醫(yī)療服務(wù)的重要組成部分。目前我國居民仍面臨著營養(yǎng)不足與過剩并存、食物選擇搭配不合理、營養(yǎng)相關(guān)疾病多發(fā)、營養(yǎng)健康生活方式尚未普及等問題，成為影響國民健康的重要因素。生命時報社丁文君副社長在致辭中指出，向公眾開展健康營養(yǎng)知識傳播，提高民眾營養(yǎng)素養(yǎng)，是助力健康中國的重要舉措。

硒元素有什么作用？
在報告中，胡章立教授就硒元素與人類健康的關(guān)系進(jìn)行了說明?！拔厥侨梭w生長發(fā)育必需的微量元素，具有抗氧化、增強(qiáng)免疫力、保護(hù)心血管、抗菌及病毒、抗腫瘤、抗衰老和調(diào)節(jié)代謝等功能?！焙铝⒅赋觯梭w一旦缺硒，就可能會出現(xiàn)肌肉白化癥、大骨節(jié)病和克山病等一系列病癥。硒元素有如此強(qiáng)大的功能，離不開它的抗氧化性，但是人體內(nèi)硒的含量需要維持在一個健康的區(qū)間內(nèi)，適量的硒可以清除人體代謝所產(chǎn)生的活性氧自由基，但若是硒元素過量則會產(chǎn)生自由基，尤其是當(dāng)過量的硒以無機(jī)硒化物的形式存在時。

當(dāng)前我國有70%的地區(qū)存在硒缺乏的情況，大約2/3的人口都是缺硒人口，只有湖北恩施地區(qū)、陜西紫陽地區(qū)及海南?？诘貐^(qū)屬富硒地區(qū)，這些地區(qū)的癌癥發(fā)病率僅為全國平均值的1/20。而包括東北、東部沿海、華北、華南、華中、西北及西南的大部分地區(qū)都屬于缺硒或低硒地區(qū)。胡章立教授表示，日常飲食中很難攝取到足夠的硒，需要通過富硒的食品或藥物進(jìn)行補(bǔ)充。

雨生紅球藻的蝦青素與硒元素哪種抗氧化好？
對此，胡章立教授分享了他的科研團(tuán)隊(duì)關(guān)于富硒紅球藻及硒蛋白的研究成果。無機(jī)硒具有毒性且難以被細(xì)胞吸收，而有機(jī)硒具有重要的生物學(xué)特性，才是補(bǔ)硒的主要形態(tài)，其中硒蛋白就是一種重要的存在形式。硒蛋白中含有被稱為第21種氨基酸（硒代半胱氨酸）的蛋白，其基因具有極大的特殊性——硒代半胱氨酸由一般基因的終止密碼子TGA編碼。
多種微藻中都富含硒元素，如螺旋藻和柵藻等，而之所以對紅球藻進(jìn)行特殊研究，主要是因?yàn)榧t球藻中富含一種叫做蝦青素的活性物質(zhì)?！拔r青素與硒都有很強(qiáng)的抗氧化功能，而當(dāng)兩者相互協(xié)作時，抗氧化活性會獲得明顯提升，產(chǎn)生1+1＞2的效果?！焙铝⑾虼蠹医榻B了此前針對此現(xiàn)象所做的一些實(shí)驗(yàn)及獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果——在對雨生紅球藻最佳富硒濃度和最優(yōu)富硒培養(yǎng)時間的實(shí)驗(yàn)中，得出亞硒酸鈉在13mg/L是最佳富硒濃度，培養(yǎng)第1-3天加硒是最佳添加時間；在亞硒酸鈉對雨生紅球藻生理生化特性的影響的實(shí)驗(yàn)中，得出低濃度3mg/L的亞硒酸鈉對雨生紅球藻的生長速率無明顯影響，隨著濃度的繼續(xù)增加，藻的生長速率受到抑制。