第一章海洋藥用植物1節(jié)微藻

第一章海洋藥用植物第1節(jié)海洋微藻第2節(jié)大型海藻海洋藥用植物海洋植物：是海洋中利用葉綠素進(jìn)行光合作用以生產(chǎn)有機(jī)物的自養(yǎng)型生物。海洋植物：是海洋生物的一個主要組成部分，從低等的無真正細(xì)胞核藻類到高等的種子植物，門類甚廣，共13個門，1萬多種。海洋植物：由和兩大類組成，其中硅藻門最多，達(dá)6000種；原綠藻門最少，只有1種。

海藻類植物：屬于孢子植物,它們含有葉綠體，能進(jìn)行光合作用，但不開花、不結(jié)種子、以孢子繁殖后代，占絕大多數(shù)。海洋種子植物：是生活在沿海地區(qū)、海水環(huán)境中的高等植物，具有根、莖、葉的分化，能開花結(jié)果、產(chǎn)生種子。種類不多，只知有130種，都屬于被子植物?？煞譃榧t樹植物和海草兩類。此外，海洋植物還包含海洋地衣，它是藻菌共生體。海洋地衣種類不多，見于潮汐帶，尤其是潮上帶。第一節(jié)海洋微藻概述藍(lán)藻門-螺旋藻綠藻門-杜氏藻、小球藻、雨生紅球藻金藻門-餌料生物硅藻門-海洋優(yōu)勢種類紅藻門微藻與EPA、DHA（課外讀物）微藻與食品（課外讀物）概述微藻

Microalgae

：在顯微鏡下才能辨別其形態(tài)的微小的藻類類群。全球藻類3萬余種，微小類群占70%。通常意義上的微藻，是指：藻體微??；有應(yīng)用價值；應(yīng)用生物技術(shù)進(jìn)行大量培養(yǎng)或生產(chǎn)。藍(lán)藻門

Cyanophyta藍(lán)細(xì)菌原始類群，34億年前已在地球上出現(xiàn)；細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡單，無真正的細(xì)胞核和細(xì)胞器；藍(lán)藻門1綱（藍(lán)藻綱）3目主要：顫藻目--顫藻科--螺旋藻藍(lán)藻門的分類藍(lán)藻門藍(lán)藻綱色球藻目

管胞藻目

顫藻目

螺旋藻Spirulina含有豐富的蛋白質(zhì)、各種必須氨基酸及鈣、鎂、鋅等礦物質(zhì)和多種維生素；具有預(yù)防心腦血管疾病，滋養(yǎng)肝臟、保護(hù)胃腸道、預(yù)防糖尿病、防癌抗癌，增強(qiáng)免疫力、抗菌、抗疲勞及衰老的作用。螺旋藻Spirulina

絲狀體，藻絲螺旋狀，無橫隔壁；藍(lán)綠色；藻絲寬4-5微米，長400-600微米；藻絲頂端細(xì)胞鈍圓，無異形胞。培養(yǎng)：鈍頂螺旋藻Spirulinaplatensis

、極大螺旋藻S.maxima

、鹽澤螺旋藻S.subsalsa

。螺旋藻:含大量人類必需氨基酸的蛋白質(zhì)，是人類理想的食品。繁殖方式無性二分裂繁殖，繁殖結(jié)果使藻絲長度迅速增加；靠藻絲斷裂增加絲狀體的數(shù)量；形成藻殖段，藻殖段細(xì)胞分裂成新的螺旋狀藻絲。生態(tài)條件鹽度：原生長在堿性水中，被馴化培養(yǎng)在正常的海水中；溫度：最適范圍30-37℃；光照：最適光照強(qiáng)度30000-35000lux；酸堿度：最適范圍8.6-9.5。極大螺旋藻

Spirulinamaxima營養(yǎng)價值數(shù)百年前非洲一些部落就將螺旋藻制成藻餅食用；最優(yōu)秀的純天然蛋白質(zhì)食品源，蛋白質(zhì)含量達(dá)60-70%，消化吸收率高達(dá)95%以上；降低膽固醇和血脂、抗癌、減肥、養(yǎng)胃護(hù)胃、治療貧血及微量元素缺乏、護(hù)肝、增進(jìn)免疫、調(diào)整代謝機(jī)能；聯(lián)合國糧農(nóng)組織和聯(lián)合國世界食品協(xié)會推薦為“二十一世紀(jì)最理想的食品”。作用藻藍(lán)蛋白，提高淋巴細(xì)胞活性，增強(qiáng)人體免疫力；維生素及礦物質(zhì)含量豐富，易吸收，改善厭食癥；鐵含量豐富，防治貧血；含大量的γ-亞麻酸，健腦益智、清除血脂、調(diào)節(jié)血壓、降低膽固醇；螺旋藻多糖具抗輻射損傷和改善放、化療引起的副作用；葉綠素含量豐富，促進(jìn)消化、中和血液中毒素、消除內(nèi)臟炎癥；脂肪含量只有5%，不含膽固醇。食療功效高血壓慢性胃腸病、胃及十二指腸潰瘍癥糖尿病、白內(nèi)障肝病便秘與痔瘡貧血癥其他：促進(jìn)皮膚健康、增進(jìn)人體自然凈化、排毒藥理作用1.抗輻射損傷作用2.抗菌作用3.抗癌作用4.光敏作用5.對免疫系統(tǒng)的作用6.降低膽固醇7.提高鐵的生物有效性和調(diào)理貧血癥8.幫助建造健康的乳酸桿菌群9.對胃的保護(hù)作用10.減輕汞及藥物對腎的毒性11.其他作用1.抗輻射損傷作用放射照射前、后給小鼠口服螺旋藻，均能提高小鼠存活率，有效劑量為每只3.75-15mg(156-625mg/kg體重，服用2-5次)。預(yù)防給藥3次，經(jīng)放射照射后第9天，照射小鼠的胸腺重量、骨髓DNA含量高于對照組，表明螺旋藻對免疫器官和造血組織有保護(hù)作用。2.抗菌作用對革蘭陽性菌有抑菌作用；鈍頂螺旋藻對革蘭陰性菌無抑制作用。3.抗癌作用螺旋藻多糖對體內(nèi)腹水型肝癌細(xì)胞有顯著的抑制率，治療組54.0%，防治組91.4%，對癌細(xì)胞DNA、RNA和蛋白質(zhì)的抑制作用均隨作用時間延長而加強(qiáng)。4.光敏作用0.25mg/ml的藻藍(lán)蛋白處理小鼠骨髓瘤細(xì)胞，514nm激光輻照，癌細(xì)胞存活率僅15%；單純采用激光輻照或藻藍(lán)蛋白處理，癌細(xì)胞存活率為69%和71%。人大腸癌細(xì)胞株HR8348培養(yǎng)后分別用100μg，50μg，25μg的鈍頂螺旋藻的藻藍(lán)蛋白處理，經(jīng)銅激光輻照，癌細(xì)胞存活率分別為22.2%，37.6%和89.7%。肉瘤S180小鼠，分別給予藻藍(lán)蛋白注射2mg或口服20mg，銅激光輻照瘤體15天后，有效率分別為50%和53%，與對照組相比，具顯著差異。體內(nèi)外試驗證實藻藍(lán)蛋白有光敏作用，無毒副反應(yīng)，是一種理想的光敏劑。5.對免疫系統(tǒng)的作用螺旋藻多糖使小鼠的血清溶血素提高39.5-98.0%，腹腔巨噬細(xì)胞的吞噬率提高32.5-51.5%，吞噬指數(shù)提高0.9-1.8倍，T淋巴細(xì)胞數(shù)提高46.8-87.7%.6.降低膽固醇每日服螺旋藻4.2g，血清總膽固醇在4星期內(nèi)從6.3mmol／L降至6.1mmol／L，降幅達(dá)4.5%。低密度脂蛋白膽固醇在4星期內(nèi)顯著降低6.1%，原來高膽固醇水平的人，血清膽固醇降幅更大。7.提高鐵的生物有效性和調(diào)理貧血癥純種Wistar大鼠，用低鐵飲食法復(fù)制缺鐵性貧血模型，用螺旋藻進(jìn)行恢復(fù)試驗，以硫酸亞鐵為陽性對照組，以低鐵飼料為陰性對照組。實驗組體重高于陽性對照組，高于陰性對照組。提示單純性缺鐵影響大鼠生長，致大鼠體重增長緩慢，螺旋藻有加速大鼠體重增長的作用，對大鼠缺鐵性貧血恢復(fù)效果顯著。8.幫助建造健康的乳酸桿菌群喂飼螺旋藻的老鼠，體內(nèi)乳酸桿菌含量比對照組增加3倍。在老鼠飲食中加5%的螺旋藻，飼喂100天，結(jié)果：盲腸重量增加13%，乳酸桿菌增加327%，盲腸內(nèi)維生素B1增加43%。螺旋藻沒提供這額外的維生素B1，而是改善了整個維生素B1的吸收。食用螺旋藻使體內(nèi)的乳酸桿菌增多，并使機(jī)體從飲食中吸收維生素B1和其他維生素的效率提高。9.對胃的保護(hù)作用鈍頂螺旋藻灌胃250-500mg/kg，對吲哚美辛(消炎痛)型、無水乙醇型實驗性大鼠胃潰瘍模型有明顯保護(hù)作用；可降低幽門結(jié)扎型大鼠潰瘍模型的發(fā)生率和減少潰瘍數(shù)，對胃液分泌有一定的抑制作用；可加速慢性醋酸型大鼠胃潰瘍的愈合。10.減輕汞及藥物對腎的毒性給老鼠注射配制好的高濃度有機(jī)汞藥物后，表明腎毒性的血液尿素氮(BUN)增加310%，血清肌酸增高198%；在飲食中添加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.其他作用用含鈍頂螺旋藻的飼料喂養(yǎng)小雞，能使小雞體重增加80%，這是由于鈍頂螺旋藻內(nèi)含碘化合物的存在，這些含碘化合物刺激了小雞的生長。螺旋藻能使血糖降低，抑制血壓上升。日常保健抗疲勞、抗輻射、抗衰老、營養(yǎng)不良：每日2-3次，每次2克，飯前30分鐘服用。粉劑特別易于消化吸收；螺旋藻飲料每天1-2次（正餐之間或取代正餐），便能及時提供能量和營養(yǎng)；片劑和膠囊方便攜帶。大部分片劑含螺旋藻200-600毫克，膠囊含400毫克。螺旋藻制品螺旋藻粉是均勻的墨綠色或蘭綠色，100%純粉沒有雜色顆粒，可適量加于菜中以增加其蛋白質(zhì)和維生素含量。用螺旋藻粉做湯、面包、沙拉等，耗粉不多即可給食物染上墨綠色。加熱會破壞其豐富的營養(yǎng)。鈍頂螺旋藻的生產(chǎn)鈍頂螺旋藻的收獲返回綠藻門Chlorophyta綠藻門1綱（綠藻綱）16目，微藻2目團(tuán)藻目Volvocales衣藻科Chlamydomonadaceae--杜氏藻紅球藻科Haematococaceae--雨生紅球藻綠球藻目

Chlorococales小球藻科Chlorellaceae--小球藻杜氏藻Dunaliellasalina單細(xì)胞，卵形，1對較長鞭毛，1個細(xì)胞核，含有1個蛋白核的杯狀色素體；細(xì)胞內(nèi)常含有大量胡蘿卜素，致細(xì)胞呈橘紅色；鹽生藻類，見于鹽湖、鹽池；細(xì)胞縱分裂行無性生殖；也可產(chǎn)生胞囊。下頁杜氏藻及生物技術(shù)生物學(xué)特性類胡蘿卜素的積累胡蘿卜素的臨床生物學(xué)功效大量培養(yǎng)與應(yīng)用上頁杜氏藻Dunaliella一定的生長條件下，可大量積累?-胡蘿卜素，含量高達(dá)10%，為自然界中所有生物之首；早在1966年，Massyuk就提出杜氏藻可作為產(chǎn)品化的?-胡蘿卜素的來源；在高鹽的極端環(huán)境下生長，較易控制其它藻類及浮游生物的污染，可成功地進(jìn)行大規(guī)模的戶外培養(yǎng)。下頁大規(guī)模戶外培養(yǎng)上頁一、生物學(xué)特性杜氏藻Dunaliella，1905年命名，為紀(jì)念Dunal1837年首次報道高鹽水庫中的紅色是由一種微藻所產(chǎn)生的這一發(fā)現(xiàn)。廣泛分布的種類；淡水、海水及鹽田、鹽湖等高鹽環(huán)境。下頁鹽生杜氏藻可在高pH的堿性條件下生長；嗜酸杜氏藻可耐受pH1.0的酸性環(huán)境；適宜生長的pH因種而異，一般在9左右，也是積累胡蘿卜素的最佳值。下頁pH適應(yīng)性耐受-35℃的低溫；-8℃的溫度下，仍可進(jìn)行光合作用；50℃的高溫下，經(jīng)過30mim，仍有部分存活；最適溫度20-40℃。下頁適溫范圍D.salina

盡管杜氏藻在各種水環(huán)境中均有分布，但在海洋等大多數(shù)天然水體中，僅占浮游生物種群的極小部分；在低于30℃的條件下進(jìn)行培養(yǎng)，很難與一些硅藻競爭；高鹽環(huán)境下，杜氏藻占絕對優(yōu)勢，是高鹽湖泊和鹽場蒸發(fā)池中的主要初級生產(chǎn)力。

從杜氏藻的生物學(xué)特征看，能否進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，有何意義？常用的培養(yǎng)方法有哪些？紅色的D.salina、粉色的D.parva、綠色的D.viridis常在鹽濃度大于20%的水體中成為優(yōu)勢種群。這些水體受到強(qiáng)烈光照輻射，最高溫度可高于45℃，由于蒸發(fā)濃縮作用，導(dǎo)致Mg2+、SO42-等離子均有較高的含量。GO二、類胡蘿卜素的積累高鹽脅迫誘導(dǎo)合成類胡蘿卜素。將杜氏藻從15%NaCl中移到25%NaCl中，4-5d后，細(xì)胞總胡蘿卜素含量從<10mg/g蛋白增加到260mg/g蛋白；其中主要是?-胡蘿卜素，在總胡蘿卜素中的含量從50%增加到90%

；?-胡蘿卜素最高積累量可達(dá)干重的14%；營養(yǎng)缺乏，對合成類胡蘿卜素有促進(jìn)作用，積累?-胡蘿卜素的杜氏藻有很強(qiáng)的抗強(qiáng)光傷害能力。三、胡蘿卜素的臨床生物學(xué)功效過去一直認(rèn)為胡蘿卜素僅僅是維生素A的前體物質(zhì)，每一個?-胡蘿卜素分子含有2個維生素A分子；流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，胡蘿卜素的攝入量和血液中的?-胡蘿卜素含量，與患腫瘤病的危險性成負(fù)相關(guān)；?-胡蘿卜素有很強(qiáng)的抑制腫瘤轉(zhuǎn)化作用。下頁動物實驗證明，飼料中加入?-胡蘿卜素可明顯減少紫外光和化學(xué)腫瘤促進(jìn)劑的腫瘤發(fā)生。對多種移植腫瘤也有抑制作用；放療和化療過程中，可降低毒害作用，增強(qiáng)治療效果；預(yù)防腫瘤發(fā)生和輔助治療的作用，與其抗氧化性質(zhì)密切相關(guān)，其分子中含有多個共軛雙鍵，為一種良好的抗氧化劑。提高機(jī)體解毒功能，抑制致癌物質(zhì)的活性；對自由基有很強(qiáng)的瘁滅作用，減少過氧化物對組織的損傷。上頁四、大量培養(yǎng)與應(yīng)用適合大規(guī)模培養(yǎng)，高鹽下旺盛生長的能力，在室外培養(yǎng)時，可保持相對的純培養(yǎng)，幾乎沒有捕食者侵入；靠近鹽湖或海邊、有強(qiáng)烈光輻射的干旱、沙漠地區(qū)，可作為杜氏藻的培養(yǎng)基地；這些生態(tài)條件，有利于積累?-胡蘿卜素。下頁應(yīng)用于生產(chǎn)的杜氏藻是D.salina

和D.bardawil

，積累較高量的?-胡蘿卜素。即使是同一種藻，不同的藻株、不同的生產(chǎn)條件，胡蘿卜素的生產(chǎn)量也有較大的差異。下頁杜氏藻生產(chǎn)培養(yǎng)時，僅需添加無機(jī)鹽作為其營養(yǎng)物質(zhì)，生產(chǎn)模式類似于小球藻或螺旋藻的生產(chǎn)技術(shù)。大規(guī)模敞開式培養(yǎng)，水泥池培養(yǎng)，也可以是塑料薄膜池。帶葉輪式攪拌裝置的培養(yǎng)池，每個1000-4000m2，水深10-25cm。培養(yǎng)控制可采用集約化管理和粗放式培養(yǎng)2種模式。下頁集約化方式培養(yǎng)，人為控制所有影響生長的因子，包括各種營養(yǎng)鹽的濃度、pH、鹽濃度、細(xì)胞密度、混合強(qiáng)度等，可獲平均每天10g干藻/m2。粗放式培養(yǎng)，不進(jìn)行攪拌，生長過程中，幾乎不實施進(jìn)一步的控制，為減少浮游動物侵染，常采用接近飽和的高鹽度進(jìn)行培養(yǎng)。但在這種鹽度下，藻生長較慢，產(chǎn)量較低，平均產(chǎn)量低于每天100mg干藻/m2

，優(yōu)點是操作費(fèi)用低廉。下頁與螺旋藻、小球藻不同，培養(yǎng)杜氏藻的目的不在于獲取大量的生物量，而在于獲得?-胡蘿卜素。有利于杜氏藻積累?-胡蘿卜素的高鹽、低氮、強(qiáng)光照，均不利于杜氏藻的生長。下頁在生產(chǎn)中，采用2階段培養(yǎng)法來解決這一矛盾。低鹽條件使藻增殖到較理想的程度，然后提高鹽度，使藻積累?-胡蘿卜素。該方法的缺點是，在低鹽條件下，原生動物及其他一些不積累?-胡蘿卜素的杜氏藻會與生產(chǎn)種群進(jìn)行競爭。這一生產(chǎn)方式的生產(chǎn)周期也相對較長。下頁另一種較為理想的生產(chǎn)方式是，在藻生長和?-胡蘿卜素積累均處于亞適宜條件下進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)，或分批培養(yǎng)，在同等時間內(nèi)獲得相對高的?-胡蘿卜素產(chǎn)率。下頁杜氏藻的收獲過程，是生產(chǎn)上的一個限制因素。正常生產(chǎn)中的藻濃度相對較低，每升約0.1-1.0g，且藻體小，脆弱，易受損傷破裂。常規(guī)的動力離心、過濾、自然沉淀均不能有效收集藻體。下頁藻體收集常用方法是化學(xué)絮凝法，絮凝劑有鋁鹽、鐵鹽、石灰石及聚合電解質(zhì)等；高鹽下，絮凝劑需要較高的濃度才有效，使生產(chǎn)成本大大增加，用絮凝劑收集藻體后，還須把絮凝劑沖洗掉，以免對產(chǎn)品造成污染；同時，要防止絮凝劑流入培養(yǎng)池，對生長的藻產(chǎn)生污染。下頁其他一些收獲技術(shù)包括：用硅藻土作濾劑的高壓過濾法、依賴鹽度的上浮收集法、堿絮凝法、利用藻的趨光性收集，等；目前尚無理想的收獲工藝。Q:微藻的收獲方法下頁從杜氏藻中提取?-胡蘿卜素產(chǎn)品，采用多種不同的提取工藝，常用方法是用有機(jī)溶劑提取。?-胡蘿卜素是脂溶性物質(zhì)，但杜氏藻細(xì)胞中包裹?-胡蘿卜素的脂質(zhì)球卻被水相細(xì)胞介質(zhì)所完全包圍。因此用非極性溶劑提取得率極低，一般采用極性有機(jī)溶劑如丙酮，或極性溶劑與非極性溶劑混合提取法，如丙酮-己烷混合液提取。用植物油作溶劑進(jìn)行提取，也可獲得較好的效果。超臨界液體二氧化碳作為提取溶劑，具有使用安全，減少光、熱、氧等因素對胡蘿卜素分子的破壞等優(yōu)點，但該方法尚未進(jìn)入實用階段。下頁杜氏藻生產(chǎn)出的?-胡蘿卜素產(chǎn)品有2類?-胡蘿卜素油，以植物油為溶劑，含有1-4%的?-胡蘿卜素，?-胡蘿卜素為完全溶解狀態(tài)，易被人體吸收，適用于制成軟膠丸或用作食品添加劑；以食用油為載體的?-胡蘿卜素晶體，含量20-40%，晶體懸浮物。下頁脂溶性胡蘿卜素經(jīng)適當(dāng)?shù)娜榛瘎┤榛?，可分散于水中，作為水溶性基質(zhì)的食品添加劑；水溶性胡蘿卜素已被制成口服液作為保健品銷售；含有3-5%的?-胡蘿卜素的干藻粉也被直接罐裝成膠囊或壓成片劑，在保健食品市場上銷售，含有?-胡蘿卜素、ω-3不飽和脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)。GO雨生紅球藻Haematococcuspluvialis

紅球藻是目前發(fā)現(xiàn)的繼螺旋藻、小球藻之后，富含營養(yǎng)價值和藥用價值的藻類食品；淡水單胞綠藻，能大量累積蝦青素而呈現(xiàn)紅色，故名紅球藻，又稱雨生紅球藻。1990年代末期，由于紅球藻孢子富含蝦青素而一度成為繼螺旋藻、小球藻之后的另一種高價值的經(jīng)濟(jì)微藻。

下頁雨生紅球藻中的蝦青素蝦青素含量為1.5-3.0％，是天然蝦青素的濃縮品；所含蝦青素及其酯類的配比(70％單酯，25％雙酯及5％單體)與水產(chǎn)養(yǎng)殖動物自身配比極為相似，這是化學(xué)合成和利用酵母等提取的蝦青素所不具備的優(yōu)勢；雨生紅球藻被認(rèn)為自然界中生產(chǎn)天然蝦青素的最好生物；成為近年來國際上天然蝦青素生產(chǎn)的研究熱點。下頁雨生紅球藻及蝦青素蝦青素的生理功能蝦青素的應(yīng)用GO小球藻

Chlorella單細(xì)胞綠藻，直徑3-8微米；地球上最早的生命之一，出現(xiàn)在20億年前，基因始終沒有變化；一種高效的光合植物，以光合自養(yǎng)生長繁殖，分布極廣。下頁小球藻的保健作用天然營養(yǎng)食品。含復(fù)合蛋白質(zhì)、各種維生素及礦物質(zhì)，鋅和鐵的含量極高，可作補(bǔ)品用；增強(qiáng)人體免疫系統(tǒng)功能，改善消化功能，有助于身體排毒和緩解關(guān)節(jié)疼痛。日本在小球藻的研發(fā)及利用方面一直處于世界領(lǐng)先。小球藻已應(yīng)用于臨床，對創(chuàng)傷、便秘、白細(xì)胞減少、缺鐵性貧血、少兒偏食造成的營養(yǎng)不良、高血壓、糖尿病、動脈粥樣硬化和高膽固醇血癥以及腫瘤等進(jìn)行輔助治療。下頁小球藻的研發(fā)利用1973年，日本北九州發(fā)生多氯聯(lián)苯中毒事件；對30名受害者給予為期1年的小球藻治療，結(jié)果大部分患者身體恢復(fù)正常?？捎行懦w內(nèi)聚集的有機(jī)化學(xué)污染物及重金屬，且無副作用。1984-2008年，日本2000多種健康食品中，小球藻穩(wěn)居十大健康食品排行榜第1名。。下頁1975年，蘇聯(lián)宇航員模擬