宣雯燕, 張瑩瑩, 陳瓊琳, 羅素雅, 孫 雪, 徐年軍

龍須菜()/江蘺()的生長和種質(zhì)特性分析

宣雯燕, 張瑩瑩, 陳瓊琳, 羅素雅, 孫 雪, 徐年軍

(寧波大學(xué)海洋學(xué)院 浙江省海洋生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江 寧波 315211)

龍須菜()是具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)效益的大型紅藻, 主要用作瓊膠提取原料和鮑的餌料。本研究利用生理生化、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用和氨基酸分析等方法, 比較了龍須菜() (wt、981、Gl-1、Gl-s、Gl-g)、異枝龍須菜(, Gh)和細(xì)基江蘺繁枝變種(var., Gt)的生長及藻膽蛋白、瓊膠、紅藻糖苷和氨基酸等的差異, 以期為龍須菜/江蘺栽培中的種質(zhì)區(qū)分及選擇提供參考。結(jié)果表明Gt在23 ℃和30 ℃條件下生長均最快, 其相對(duì)生長速率分別為野生型龍須菜(wt)的2.19倍和2.49倍。龍須菜Gl-s中藻膽蛋白濃度最高, 為wt的1.91倍。除了Gt之外, 其余6種藻中瓊膠產(chǎn)率較高(16.22%～18.91%)。Gt中紅藻糖苷和海藻糖積累最多, 分別為wt的3.50倍和1.81倍。Gl-g、Gl-s、Gt和Gh多糖豐富, 在36.89%～40.23%; 龍須菜981、Gl-1、wt和Gl-s總氨基酸濃度較高, 在152.35～161.32 mg·g–1干質(zhì)量之間, 并且981、Gl-1、Gl-s氨基酸評(píng)分較優(yōu)。綜合以上結(jié)果, 龍須菜981、Gl-1和Gl-s的藻膽蛋白、瓊膠和氨基酸等均顯著優(yōu)于其他藻, 并且生長較快, 可用于瓊膠、藻膽蛋白及多糖的提取或鮑的餌料; 而細(xì)基江蘺繁枝變種生長快、紅藻糖苷和海藻糖豐富, 可大規(guī)模栽培用作鮑的餌料。該研究為豐富及開發(fā)利用中國大型海藻種質(zhì)資源提供了重要的資料。

龍須菜(); 江蘺(); 生長; 種質(zhì); 瓊膠

龍須菜屬()是大型紅藻江蘺目(Gra-cilariales)中的一個(gè)屬, 由Bird等[1]根據(jù)18S rDNA等基因序列將其從江蘺屬()中分出來。龍須菜屬和江蘺屬中的很多種都具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值, 是提取瓊膠的主要原料, 同時(shí)也是鮑等水產(chǎn)生物餌料。據(jù)《2020年中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù),中國江蘺屬海藻, 主要是龍須菜()在2019年產(chǎn)量為3.481×105t干品, 已成為產(chǎn)量第二的大型栽培海藻[2]。此外, 龍須菜藻膽蛋白可以作為天然色素用于食品、化妝品及熒光探針[3]; 龍須菜多糖還具有抗腫瘤、抗氧化、抗衰老等多種生物活性[4-5]。

野生型龍須菜分布于中國北方海域的沙沼、礫石或覆沙的巖礁, 春、秋兩季生長, 生長期短, 自然資源量少。后來, 耐高溫、高產(chǎn)龍須菜新品系相繼選育成功, 如龍須菜981、魯龍1號(hào)等。這些優(yōu)良的龍須菜選育品系在中國山東、福建等海域栽培, 帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益, 形成了大規(guī)模的龍須菜產(chǎn)業(yè)。

龍須菜作為一種重要的栽培藻類資源, 其相關(guān)的研究多集中在瓊膠[6-7]、逆境脅迫[8-9]、生態(tài)效益[10]等方面, 而關(guān)于龍須菜種質(zhì)特性的報(bào)道相對(duì)較少。海區(qū)栽培龍須菜主要依靠營養(yǎng)繁殖, 栽培人員多根據(jù)藻體顏色、粗細(xì)和分枝多少等來區(qū)分所用的藻種。龍須菜長期生活在不同海區(qū)環(huán)境中, 不僅藻體形態(tài)上有所差別, 而且其理化特性等也發(fā)生了較大的變化。因此, 本研究從山東、福建、廣東采集了野生型和栽培的龍須菜、異枝龍須菜()和細(xì)基江蘺繁枝變種(var.), 對(duì)這些龍須菜/江蘺進(jìn)行生長、生化組成和種質(zhì)特性的比較, 為龍須菜栽培生產(chǎn)中的種質(zhì)選用及種質(zhì)資源開發(fā)利用提供資料。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)共選用7種海藻材料: 野生型龍須菜(wt)、龍須菜981、龍須菜Gl-1、龍須菜Gl-s、綠色龍須菜(Gl-g)、異枝龍須菜(Gh)和細(xì)基江蘺繁枝變種(Gt), 其中Gh和Gt由謝恩義老師幫忙采集。藻體采集信息及形態(tài)等特征見表1。采集回來的海藻經(jīng)過海水充分清洗、去除表面泥沙和附著物后, 在23 ℃、鹽度25、30 μmol·m–2·s–1光照強(qiáng)度和12L∶12D光周期的光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。

表1 龍須菜/江蘺來源和顏色、形態(tài)信息

1.2 相對(duì)生長速率測(cè)定

分別選取6～8 cm長的幼嫩藻體8～10根, 用濾紙充分吸干表面水分, 準(zhǔn)確稱取藻體鮮質(zhì)量(FW)。在23 ℃和30 ℃, 分別培養(yǎng)5 d后再次稱取藻體鮮質(zhì)量, 每組設(shè)置3個(gè)重復(fù)。根據(jù)以下公式來計(jì)算各藻的相對(duì)生長速率(GR, %·d–1)[11]:GR=(lnW-ln0)/×100%, 其中0為實(shí)驗(yàn)開始時(shí)藻體鮮質(zhì)量,W為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)藻體鮮質(zhì)量,為培養(yǎng)天數(shù)。

1.3 藻膽蛋白濃度測(cè)定

參考朱招波等[12]進(jìn)行藻體的總藻膽蛋白的提取及各藻膽蛋白——藻紅蛋白(PE)、藻藍(lán)蛋白(PC)和別藻藍(lán)蛋白(APC)的測(cè)定。按照公式PE=0.123565-0.068615+0.015650,C=0.162615-0.001565-0.098650,APC=0.171650-0.006565-0.004615來計(jì)算3種藻膽蛋白的濃度, 其中代表濃度,代表吸光度。

1.4 瓊膠產(chǎn)率測(cè)定

參照湯小彬等[13]的方法稍有改動(dòng)。準(zhǔn)確稱取0.5 g藻體(干質(zhì)量, DW), 用NaOH堿處理法提取瓊膠。按照公式:=/×100%來計(jì)算藻體的瓊膠產(chǎn)率, 其中為瓊膠產(chǎn)率(%),為瓊膠干質(zhì)量,為藻體干質(zhì)量。

1.5 紅藻糖苷/異紅藻糖苷、海藻糖濃度測(cè)定

將冷凍干燥的龍須菜在液氮中充分研磨成粉末, 再準(zhǔn)確稱取10 mg干藻粉, 參照Lv等[14]方法進(jìn)行樣品的研磨、提取、干燥、超聲波處理等, 最后取上清液過0.22 μm有機(jī)相濾膜后上機(jī)分析。使用Thermo Fisher Scientific的液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC-MS, 其中高效液相色譜儀為U3000型、質(zhì)譜儀為Q-Exactive型)進(jìn)行3種糖的測(cè)定。以壇紫菜中紅藻糖苷和異紅藻糖苷及D-(+)-海藻糖(Sigma-Aldrich)為標(biāo)準(zhǔn)品。使用Xcalibur(Thermo Fisher Scientific)軟件進(jìn)行LC-MS數(shù)據(jù)獲取和分析。

1.6 多糖、總蛋白、灰分濃度測(cè)定

藻體的多糖測(cè)定采用蒽酮-硫酸比色法, 使用南京建成生物工程研究所的相應(yīng)試劑盒進(jìn)行; 總蛋白質(zhì)測(cè)定采用凱氏定氮法; 灰分測(cè)定參考GB 5009.4—1985食品中灰分的測(cè)定方法[15]。

1.7 氨基酸濃度測(cè)定和評(píng)分

準(zhǔn)確稱取0.1 g凍干研磨后藻粉置于厭氧水解管中, 加入鹽酸水解過濾后真空干燥, 加入1 mL樣品稀釋液(pH 2.2)溶解, 用0.22 μm水系濾膜過濾后在全自動(dòng)氨基酸分析儀(Sykam, S-433D)上進(jìn)行氨基酸檢測(cè)。檢測(cè)波長570 nm和440 nm; 58～74 ℃梯度溫控; 進(jìn)樣量0.05 mL; 流動(dòng)相: 檸檬酸鈉A濃度為0.12 mol·L–1(pH 3.45), B濃度為0.2 mol·L–1(pH 10.85); 流速: 洗脫泵0.45 mL·min–1, 衍生泵0.25 mL·min–1; 壓力: 3～4 MPa。用藻體中某種氨基酸濃度占聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織(FAO/ WHO)評(píng)分模式中該氨基酸濃度的百分比來表征該氨基酸的評(píng)分。

1.8 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 利用OriginPro 2018進(jìn)行作圖。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean± SD)表示, 并采用SPSS 22.0進(jìn)行one-way ANOVA (Duncan)或T-test分析, 以<0.05為差異顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 龍須菜/江蘺的形態(tài)比較

在7種龍須菜/江蘺材料中, Gl-g、Gh和Gt在顏色上很容易與其他4種龍須菜區(qū)分(圖1和表1); 另外4種龍須菜藻體均呈現(xiàn)紅褐色。在形態(tài)上, 龍須菜wt、981和Gl-1藻體細(xì)長多分枝, 龍須菜Gl-s、Gl-g藻體較為短小、粗壯, 其中Gl-s藻體具有韌性, 不易折斷; Gh藻體較為扁平粗壯、分枝多, 而Gt藻體分枝密且短、脆弱易斷。

注: wt為野生型龍須菜, 981為龍須菜981, Gl-1為龍須菜Gl-1, Gl-s為龍須菜Gl-s, Gl-g為綠色龍須菜, Gh為異枝龍須菜, Gt為細(xì)基江蘺繁枝變種

2.2 龍須菜/江蘺的生長比較

在常溫和高溫條件下, 龍須菜/江蘺生長速率不同(圖2)。在常溫23 ℃時(shí), Gt生長最快, 其GR為4.36%·d–1, 為wt的2.19倍; 其次是wt、981和Gl-1, 其GR在1.65%·d–1～1.99%·d–1之間; Gl-s、Gl-g、Gh生長緩慢(0.51%·d–1～0.70%·d–1)。在30 ℃時(shí)Gt生長也最快(GR為3.88%·d–1), 為wt的2.49倍; 其次是981、Gl-1、Gl-s, 其GR在1.95%·d–1～2.83%·d–1之間; 生長最慢的是Gl-g, 其GR為0.25%·d–1。23 ℃是龍須菜生長的合適溫度, 藻體生長和狀態(tài)正常; 而30 ℃高溫培養(yǎng)5 d后, wt部分藻體變白。

不同溫度對(duì)各龍須菜/江蘺生長的影響不同, 表現(xiàn)為以下3種情況: 1) 高溫促進(jìn)藻的生長, 如Gl-1、Gl-s和Gh, 在高溫條件下的生長速率分別為常溫下的1.58倍、3.22倍和2.69倍。2) 溫度變化對(duì)藻生長影響不顯著, 如wt、981和Gt。3) 高溫抑制藻的生長, 如Gl-g在高溫時(shí)的GR為常溫培養(yǎng)時(shí)的44.84%。

2.3 龍須菜/江蘺的藻膽蛋白分析

藻膽蛋白是龍須菜/江蘺中重要的色素蛋白。7種藻體的PE濃度在0.08～0.61 mg·g–1FW之間, PC濃度為0.09～0.19 mg·g–1FW, APC濃度在0.10～0.39 mg·g–1FW之間(圖3)。其中, wt、981、Gl-1和Gl-s的PE濃度顯著高于其他材料, 這與其藻體顏色相一致。在7種材料中(表2), Gl-s藻膽蛋白濃度最高(1.03 mg·g–1FW), 是wt的1.91倍; Gh最低, 僅為0.26 mg·g–1FW。

圖2 龍須菜/江蘺在23 ℃和30 ℃下的生長

注: 不同小寫字母分別表示同溫度不同藻之間差異顯著, 不同大寫字母表示同種藻兩種溫度之間差異顯著, wt為野生型龍須菜, 981為龍須菜981, Gl-1為龍須菜Gl-1, Gl-s為龍須菜Gl-s, Gl-g為綠色龍須菜, Gh為異枝龍須菜, Gt為細(xì)基江蘺繁枝變種

圖3 龍須菜/江蘺藻膽蛋白濃度

注: 不同小寫字母分別表示各藻膽蛋白在不同藻之間差異顯著(<0.05), FW表示鮮質(zhì)量, wt為野生型龍須菜, 981為龍須菜981, Gl-1為龍須菜Gl-1, Gl-s為龍須菜Gl-s, Gl-g為綠色龍須菜, Gh為異枝龍須菜, Gt為細(xì)基江蘺繁枝變種

在3種藻膽蛋白中, 紅藻中一般藻紅蛋白PE所占比例最高。從表2可以看出, 除Gl-g之外的4種龍須菜PE占總藻膽蛋白的比例較高(60.98%～66.62%), Gl-g、Gh和Gt中PE在總藻膽蛋白中所占比例較低(26.45%～31.86%), 該結(jié)果與藻體顏色差異相一致。4種紅褐色龍須菜中APC占總藻膽蛋白比例較低, 在15.37%～20.16%之間, 而PE較低的3種藻中APC占比最高, 在38.01%～47.84%之間。PC占總藻膽蛋白比例在7種材料中差異較小, 在16.16%～30.13%之間。

表2 龍須菜/江蘺各藻膽蛋白在總藻膽蛋白中所占的比例

注: 不同小寫字母表示不同藻各藻膽蛋白占比具有顯著差異(<0.05), FW表示鮮質(zhì)量, wt為野生型龍須菜, 981為龍須菜981, Gl-1為龍須菜Gl-1, Gl-s為龍須菜Gl-s, Gl-g為綠色龍須菜, Gh為異枝龍須菜, Gt為細(xì)基江蘺繁枝變種

2.4 龍須菜/江蘺瓊膠產(chǎn)率分析

本實(shí)驗(yàn)中7種藻的瓊膠產(chǎn)率表現(xiàn)為2個(gè)水平(圖4)。其中wt、981、Gl-1、Gl-s等6個(gè)樣品的瓊膠產(chǎn)率較高, 在16.22%～18.91%之間, 且無顯著性差異。而Gt瓊膠產(chǎn)率較低, 僅為藻體干質(zhì)量的12.53%。

圖4 龍須菜/江蘺的瓊膠產(chǎn)率

注: 不同小寫字母表示不同藻之間差異顯著(<0.05), wt為野生型龍須菜, 981為龍須菜981, Gl-1為龍須菜Gl-1, Gl-s為龍須菜Gl-s, Gl-g為綠色龍須菜, Gh為異枝龍須菜, Gt為細(xì)基江蘺繁枝變種

2.5 紅藻糖苷/異紅藻糖苷、海藻糖濃度分析

不同龍須菜/江蘺中紅藻糖苷和異紅藻糖苷差別很大(圖5)。在7種材料中, Gt和Gh中紅藻糖苷最高, 分別是23.98 mg·g–1DW和22.85 mg·g–1DW, 兩者分別是wt的3.50倍和3.36倍; 其次是Gl-g (19.06 mg·g–1DW); 而Gl-1中紅藻糖苷最低, 為0.37 mg·g–1DW。與紅藻糖苷相比, 龍須菜/江蘺中異紅藻糖苷較低。在7種材料中, Gl-g中異紅藻糖苷最高(7.79 mg·g–1DW), wt、981和Gl-s中異紅藻糖苷次之, 在1.42～1.91 mg·g–1DW之間, 而Gl-1中異紅藻糖苷最低(0.26 mg·g–1DW)。在7種材料中, Gl-g中紅藻糖苷和異紅藻糖苷總量最高(26.85 mg·g–1DW); Gt中兩種糖苷差別最大, 紅藻糖苷大約是異紅藻糖苷的44.33倍。

不同龍須菜/江蘺中海藻糖差異顯著(圖6)。海藻糖最豐富的是Gt(0.60 mg·g–1DW), 其次是981 (0.46 mg·g–1DW)和Gl-s(0.38 mg·g–1DW), 而Gl-1的海藻糖最低, 僅為0.08 mg·g–1DW。Gt中海藻糖是wt的1.81倍, 是Gl-1的7.50倍。

2.6 龍須菜/江蘺多糖、總蛋白以及灰分分析

多糖是龍須菜/江蘺的重要組成成分。本研究中7種材料, 多糖占比最高的是Gl-g和Gl-s, 分別為40.23%和38.96%(>0.05); 最低的是981和Gl-1, 其多糖所占比例分別為29.34%和28.92% (>0.05); 其余樣品多糖占比在31.05%～37.28%之間(表3)。

圖5 龍須菜/江蘺中紅藻糖苷/異紅藻糖苷濃度

注: 不同小寫字母表示同種糖苷在不同藻之間差異顯著(<0.05), 不同大寫字母表示同種藻中兩種糖苷差異顯著(<0.05), DW為干質(zhì)量, wt為野生型龍須菜, 981為龍須菜981, Gl-1為龍須菜Gl-1, Gl-s為龍須菜Gl-s, Gl-g為綠色龍須菜, Gh為異枝龍須菜, Gt為細(xì)基江蘺繁枝變種

圖6 龍須菜/江蘺中海藻糖濃度

注: 不同小寫字母表示不同藻之間差異顯著(<0.05), DW為干質(zhì)量, wt為野生型龍須菜, 981為龍須菜981, Gl-1為龍須菜Gl-1, Gl-s為龍須菜Gl-s, Gl-g為綠色龍須菜, Gh為異枝龍須菜, Gt為細(xì)基江蘺繁枝變種

表3 龍須菜/江蘺的營養(yǎng)成分分析

注: 不同小寫字母表示各營養(yǎng)成分在不同藻中差異顯著(<0.05), wt為野生型龍須菜, 981為龍須菜981, Gl-1為龍須菜Gl-1, Gl-s為龍須菜Gl-s, Gl-g為綠色龍須菜, Gh為異枝龍須菜, Gt為細(xì)基江蘺繁枝變種

wt總蛋白占比最高(約為22.33%), Gh總蛋白占比最低(6.02%), 其余幾種藻總蛋白占比在17.31%～ 19.07%, 均低于wt(<0.05)。

Gh中灰分最高, 為41.72%; 其次為981、Gl-1和Gt, 其灰分占比在31.33%～32.82%。Gl-s灰分與wt (23.94%)相當(dāng), 而Gl-g灰分最低(19.52%)。

2.7 龍須菜/江蘺的氨基酸組成及評(píng)分

本研究共檢測(cè)了龍須菜/江蘺中16種水解氨基酸(表4)。在7種材料中, 981的總氨基酸(TAA)最高(161.32 mg·g–1DW), Gl-1的必需氨基酸(EAA)最高(63.87 mg·g–1DW), Gh的TAA和EAA均最低, 分別是58.08 mg·g–1DW和20.49 mg·g–1DW。在所有樣品中, 呈味氨基酸如Glu、Asp、Phe、Ala和Gly等豐富, 占總氨基酸的40.80%～46.25%, 其中Glu最豐富。

FAO/WHO在1973年推薦的理想蛋白質(zhì)模式中, 質(zhì)量較好的蛋白質(zhì)中EAA/TAA應(yīng)在0.40左右, EAA/ NEAA(非必需氨基酸)應(yīng)在0.60以上。在表4中, 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的幾個(gè)龍須菜/江蘺海藻中的EAA/TAA在0.34～0.40之間, 其中Gl-1和Gl-s的EAA/TAA較為接近理想模式(均在0.40)。7種海藻材料中EAA/ NEAA在0.53～0.67之間, 其中981、Gl-1、Gl-s均高于理想模式的0.60。

表4 龍須菜/江蘺的氨基酸組成分析(單位: mg·g–1 DW)

注: *表示必需氨基酸, wt為野生型龍須菜, 981為龍須菜981, Gl-1為龍須菜Gl-1, Gl-s為龍須菜Gl-s, Gl-g為綠色龍須菜, Gh為異枝龍須菜, Gt為細(xì)基江蘺繁枝變種

FAO在關(guān)于人體攝入必需氨基酸的推薦標(biāo)準(zhǔn)中指出, 食物中的氨基酸評(píng)分越接近100, 則其越接近人體需要, 其營養(yǎng)價(jià)值越高。981、Gl-1、Gl-s以及Gh的氨基酸評(píng)分更接近FAO的標(biāo)準(zhǔn)模式(表5), Gl-g整體必需氨基酸的氨基酸評(píng)分均較低。由表5中還可以看出, 所有海藻中含硫氨基酸均為第一受限氨基酸。

表5 龍須菜/江蘺的氨基酸評(píng)分

注: wt為野生型龍須菜, 981為龍須菜981, Gl-1為龍須菜Gl-1, Gl-s為龍須菜Gl-s, Gl-g為綠色龍須菜, Gh為異枝龍須菜, Gt為細(xì)基江蘺繁枝變種

3 討論

3.1 龍須菜/江蘺生長和藻膽蛋白的比較

溫度是影響藻類生長的一個(gè)重要參數(shù)。野生型龍須菜的最適生長溫度是10～23 ℃, 981的最適溫度是12～26 ℃。Liu等[9]研究顯示龍須菜981在3種溫度15 ℃、23 ℃和31 ℃培養(yǎng)時(shí), 在23 ℃時(shí)生長最快。Lee等[16]報(bào)道不同季節(jié)下細(xì)基江蘺繁枝變種在14～ 32 ℃及12～37 ℃的溫度變化下, 均在24 ℃生長最快。而本文中細(xì)基江蘺繁枝變種在23 ℃和30 ℃時(shí)的生長速率均較高且二者無顯著差異。本研究中同為高溫藻的異枝龍須菜與Gt不同, 其在30 ℃時(shí)的生長速率約為23 ℃時(shí)的2.12倍。

本研究中7種材料對(duì)不同溫度響應(yīng)不同。981在23 ℃和30 ℃時(shí)的生長速率無顯著差異, 這可能與其耐受溫度范圍較廣, 以及所用實(shí)驗(yàn)條件如光照強(qiáng)度和培養(yǎng)時(shí)間等有關(guān)。981生長隨光照強(qiáng)度增加而加快, 如當(dāng)光照從20 μmol·m–2·s–1升高到50 μmol·m–2·s–1時(shí), 其GR由1.65%增加到5.34%, 而野生型龍須菜在此光照強(qiáng)度范圍內(nèi)GR則相對(duì)恒定,GR在1.99%～ 1.78%(數(shù)據(jù)未在文中呈現(xiàn))。龍須菜981的生長隨著光強(qiáng)增加而增加的結(jié)果, 與林貞賢等[17]研究相似。wt在23 ℃和30 ℃下的生長速率差異也不顯著, 但在培養(yǎng)后期30 ℃培養(yǎng)藻體發(fā)白比例增加, 說明高溫不利于野生型龍須菜生長。龍須菜Gl-1、Gl-s和異枝龍須菜均在30 ℃時(shí)的生長要快于23 ℃, 表明這3種龍須菜對(duì)高溫具有一定耐受性, 可以作為選育耐高溫藻種的候選材料。

藻膽蛋白是紅藻、藍(lán)藻和隱藻的主要捕光色素復(fù)合體, 該蛋白不僅可以作為天然色素用作食品、化妝品和藥物, 還可以用作醫(yī)學(xué)診斷、免疫學(xué)和細(xì)胞學(xué)研究的熒光探針等。藻膽蛋白中PE、PC及APC的相對(duì)濃度與其藻體顏色相關(guān), 如本研究中紅褐色龍須菜均表現(xiàn)為高比例的PE, 而Gl-g、Gh和Gt這3種藻體顏色偏綠, 其PE占總藻膽蛋白的比例較低, 但APC比例相對(duì)較高。野生型龍須菜的PE濃度是細(xì)基江蘺的2.8倍, 但是其PC低于細(xì)基江蘺[18]。本研究所用細(xì)基江蘺繁枝變種中的PE、PC與細(xì)基江蘺類似, 即其PE低于wt, 而其PC高于wt。

3.2 龍須菜/江蘺碳水化合物分析

瓊膠是一種親水性膠體, 由b-D-半乳糖和3, 6-內(nèi)醚-a-L-半乳糖交聯(lián)而成。瓊膠在食品、醫(yī)藥和生物工程等方面應(yīng)用廣泛, 其提取原料主要來自龍須菜/江蘺、石花菜等紅藻。由于石花菜目前無法人工栽培, 生物量較少, 因此龍須菜是瓊膠的主要來源。瓊膠產(chǎn)量受多種因素如氮磷濃度、光照強(qiáng)度、鹽度等的影響。氮濃度升高, 龍須菜瓊膠產(chǎn)率降低; 磷濃度升高, 瓊膠積累增加[19]。在鹽度脅迫或缺乏光照的條件下, 瓊膠產(chǎn)量增加[20]。不同品系龍須菜中瓊膠也存在差異, 如07-1、07-2和981中瓊膠產(chǎn)率分別為19.8%、20.6%和18.0%[9]。本研究中981的瓊膠產(chǎn)率為18.1%, 與以上結(jié)果一致。在本研究所用的7種材料中, wt、981、Gl-s和Gl-g等6種材料中瓊膠產(chǎn)率無顯著差別, 且均高于Gt。

紅藻糖苷及其異構(gòu)體-異紅藻糖苷是紅藻中重要的碳水化合物和光合同化產(chǎn)物, 同時(shí)也參與滲透壓調(diào)節(jié)等生理過程。紅藻中瓊膠和紅藻糖苷均由UDP-D-半乳糖聚合而成, UDP-D-半乳糖的分配對(duì)瓊膠和紅藻糖苷影響較大。同時(shí), 季節(jié)、溫度、鹽度等因素均可以影響紅藻糖苷的積累[21-22]。壇紫菜中的異紅藻糖苷含量顯著高于紅藻糖苷, 但在不同生長階段紅藻糖苷含量的變化幅度均高于異紅藻糖苷[23]。與壇紫菜不同, 本研究中除Gl-1中紅藻糖苷和異紅藻糖苷差別不大之外, 其余龍須菜/江蘺中均是紅藻糖苷占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 尤其是Gt和Gh。

海藻糖是一種在細(xì)菌、真菌、動(dòng)植物等生物中普遍存在的非還原性二糖。除了用于碳的存儲(chǔ)和運(yùn)輸, 海藻糖在干旱、鹽度脅迫以及低溫等不利環(huán)境條件下均能大量積累[24-25]。不同紅藻中海藻糖差別很大, 如Karsten等[26]利用核磁共振、高效液相色譜和氣相色譜方法檢測(cè)了近60種紅藻中的海藻糖, 結(jié)果只在仙菜科(Ceramiaceae)和紅葉藻科(Delesseriaceae)等15種紅藻中檢測(cè)到, 而在其他大部分紅藻中則均沒有檢測(cè)到海藻糖。本文中龍須菜中海藻糖較為豐富, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于壇紫菜。7種材料中海藻糖濃度差別很大, 其差異可能預(yù)示著藻體對(duì)環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力不同。

3.3 龍須菜/江蘺營養(yǎng)成分評(píng)價(jià)

不同海域生長的龍須菜/江蘺營養(yǎng)成分不同。如潮汕沿海龍須菜中多糖、蛋白和灰分分別為31.05%、19.14%、28.77%; 而東海沿岸龍須菜多糖、蛋白和灰分分別為50.2%、18.9%、20.8%[27]。本研究結(jié)果顯示龍須菜/江蘺蛋白質(zhì)和多糖濃度較高, 5種龍須菜多糖在28.92%～40.23%, 接近潮汕龍須菜。細(xì)基江蘺及其繁枝變種的多糖在41.61%～47.05%, 蛋白在11.94%～21.67%、灰分在30.60%～37.66%, 其中湛江的細(xì)基江蘺繁枝變種的蛋白質(zhì)要顯著高于廣西沿海的該藻[28]。本研究中Gt來自廣東湛江, 多糖為37.28%, 總蛋白為17.31%, 與上述研究相比, 多糖略低, 總蛋白與其相當(dāng)。

研究發(fā)現(xiàn)有些紅藻的總氨基酸與其相應(yīng)的總蛋白濃度相當(dāng)[29]。本研究中龍須菜和江蘺的氨基酸也與相應(yīng)的總蛋白變化一致, 表明這些藻中非蛋白氮很少。不同江蘺/龍須菜氨基酸存在較大的差異, 如兩種江蘺和的TAA分別為76 mg·g–1DW和91 mg·g–1DW, 其中Ala最多[30]。而張氏江蘺()中TAA為91.90 mg·g–1DW, 且EAA/TAA超過50%[31]。本研究中除Gl-g之外, 其余4種龍須菜材料TAA在152.35～161.32 mg·g–1DW, 遠(yuǎn)高于上述3種江蘺。本研究中龍須菜的限制性氨基酸為Met, EAA/NEAA接近0.6, 氨基酸比例平衡。因此, 龍須菜可作為良好的食物和動(dòng)物飼料蛋白質(zhì)和氨基酸的來源。

3.4 7種龍須菜/江蘺材料的綜合比較

本文所用7種龍須菜/江蘺材料表現(xiàn)出特異的理化和種質(zhì)特性。野生型龍須菜中瓊膠產(chǎn)率和粗蛋白較高, 但在自然海區(qū)條件及高溫條件下生長較慢。981是龍須菜生產(chǎn)中的常用栽培品系, 其瓊膠產(chǎn)率、藻膽蛋白、總蛋白和總氨基酸較高, 氨基酸組成均衡, 仍然是目前較為適合大規(guī)模栽培的龍須菜品系。Gl-1的紅藻糖苷/異紅藻糖苷及海藻糖均顯著低于其他藻, 但其生長較快, 藻膽蛋白較多, EAA最高。Gl-s除生長速率相對(duì)較低之外, 其余指標(biāo)均處于較高的水平, 如藻膽蛋白、瓊膠和TAA等, 可用于瓊膠、藻膽蛋白或多糖提取及鮑的養(yǎng)殖。Gl-g中瓊膠產(chǎn)率、紅藻糖苷/異紅藻糖苷和多糖均較高, 但是其生長速度、藻膽蛋白和氨基酸評(píng)分很低。異枝龍須菜中的瓊膠和紅藻糖苷較高, 但是生長較慢、粗蛋白和氨基酸較低, 不宜用來提取瓊膠。細(xì)基江蘺繁枝變種生長快, 同時(shí)紅藻糖苷/異紅藻糖苷和海藻糖豐富, 營養(yǎng)成分較高, 氨基酸比例均衡, 適宜在南方海域栽培來用作鮑的餌料或食用。

4 結(jié)論

中國龍須菜/江蘺種質(zhì)資源豐富, 在醫(yī)藥、食品和水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域具有重要的開發(fā)利用價(jià)值。由于生長速率、粗蛋白或營養(yǎng)成分組成等原因, 龍須菜wt、Gl-g和異枝龍須菜大規(guī)模栽培的意義不大。龍須菜981、Gl-1和Gl-s在藻膽蛋白、瓊膠、TAA等方面均顯著優(yōu)于其他藻, 適于大規(guī)模栽培用于活性物質(zhì)提取或鮑的養(yǎng)殖。細(xì)基江蘺繁枝變種在高溫下生長快, 營養(yǎng)成分較高, 但瓊膠產(chǎn)率低, 適宜用作鮑的餌料或食用。今后可以從這4種藻出發(fā), 來選育綜合性能更優(yōu)良的龍須菜/江蘺藻栽培品系。

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Analysis of the growth and germplasm properties of the/seaweeds

XUAN Wen-yan, ZHANG Ying-ying, CHEN Qiong-lin, LUO Su-ya, SUN Xue, XU Nian-jun

(School of Marine Sciences, Ningbo University, Key Laboratory of Marine Biotechnology of Zhejiang Province, Ningbo 315211, China)

is a commercially important seaweed with ecological benefits and is mainly used to extract agar and as abalone bait. In this study, the growth rate, contents of phycobiliprotein, agar, floridoside, and amino acid composition of(wt, 981, Gl-1, Gl-s, Gl-g),(Gh), andvar.(Gt)were compared using physiochemical measurements, high-performance liquid chromatography-mass spectrometry, and amino acid analyses. The aim was to provide a reference for differentiating and selecting the germplasm to cultureseaweeds. The results showed that Gt had the fastest relative growth rate at 23 ℃ and 30 ℃, with 1.19- and 1.49-fold increases compared to that of the wild-type.(wt), respectively. Among the 7 kinds of seaweeds, the phycobiliprotein content in Gl-s was the highest, which was 1.91 times that of wt. Six kinds of seaweeds contained the highest agar yields (16.22%–18.91%) except Gt. The floridoside and trehalose contents in Gt were rich and were 2.50- and 0.81-fold higher than that of wt, respectively. The polysaccharide contents of Gl-g, Gl-s, Gt and Gh were relatively high, ranging from 36.89% to 40.23%. The total amino acid content of 981, Gl-1, and Gl-s was 152.35–161.32 mg·g–1DW, which was higher than the others. The amino acid scores of 981, Gl-1, and Gl-s were superior to the others. Based on these results,981, Gl-1, and Gl-s showed excellent performance, such as growth rate, amount of agar extracted, phycobiliprotein, and TAA, and could be cultivated to extract agar, phycobiliprotein, polysaccharides, or as abalone bait.var.grew rapidly and was rich in trehalose and floridoside, so it could be extensively cultivated to feed abalone. This study provides an important reference for enriching the germplasm resources and utilizing seaweeds in China.

;; growth; germplasm; agar

Jan. 19, 2021

S917.3

A

1000-3096(2022)12-0148-11

10.11759/hykx20210119001

2021-01-19;

2021-03-03

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFD0901502), 寧波市重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目(2019B10009), 寧波市重大科技攻關(guān)項(xiàng)目(2021Z114)

[National Key R & D Program of China, No. 2018YFD0901502; Key Program of Science and Technology Innovation in Ningbo, No. 2019B10009; Major Project of Science and Technology in Ningbo, No. 2021Z114]

宣雯燕(1994—), 女, 漢族, 浙江湖州人, 碩士, 研究方向?yàn)樵孱惿砩? E-mail: 541374174@qq.com; 孫雪(1974—),通信作者, 女, 博士, 研究員, 研究方向?yàn)樵孱惿砼c分子生物學(xué), E-mail: sunxue@nbu.edu.cn

(本文編輯: 楊 悅)