2022, Vol. 46
文章信息
- 宣雯燕, 张莹莹, 陈琼琳, 罗素雅, 孙雪, 徐年军. 2022.
- XUAN Wen-yan, ZHANG Ying-ying, CHEN Qiong-lin, LUO Su-ya, SUN Xue, XU Nian-jun. 2022.
- 龙须菜(Gracilariopsis)/江蓠(Gracilaria)的生长和种质特性分析
- Analysis of the growth and germplasm properties of the Gracilariopsis/Gracilaria seaweeds
- 海洋科学, 46(12): 148-158
- Marina Sciences, 46(12): 148-158.
- http://dx.doi.org/10.11759/hykx20210119001
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文章历史
- 收稿日期：2021-01-19
- 修回日期：2021-03-03
龙须菜属(Gracilariopsis)是大型红藻江蓠目(Gracilariales)中的一个属, 由Bird等[1]根据18S rDNA等基因序列将其从江蓠属(Gracilaria)中分出来。龙须菜属和江蓠属中的很多种都具有重要的经济价值, 是提取琼胶的主要原料, 同时也是鲍等水产生物饵料。据《2020年中国渔业统计年鉴》数据, 中国江蓠属海藻, 主要是龙须菜(Gp. lemaneiformis)在2019年产量为3.481×105 t干品, 已成为产量第二的大型栽培海藻[2]。此外, 龙须菜藻胆蛋白可以作为天然色素用于食品、化妆品及荧光探针[3]; 龙须菜多糖还具有抗肿瘤、抗氧化、抗衰老等多种生物活性[4-5]。
野生型龙须菜分布于中国北方海域的沙沼、砾石或覆沙的岩礁, 春、秋两季生长, 生长期短, 自然资源量少。后来, 耐高温、高产龙须菜新品系相继选育成功, 如龙须菜981、鲁龙1号等。这些优良的龙须菜选育品系在中国山东、福建等海域栽培, 带来了巨大的经济和生态效益, 形成了大规模的龙须菜产业。
龙须菜作为一种重要的栽培藻类资源, 其相关的研究多集中在琼胶[6-7]、逆境胁迫[8-9]、生态效益[10]等方面, 而关于龙须菜种质特性的报道相对较少。海区栽培龙须菜主要依靠营养繁殖, 栽培人员多根据藻体颜色、粗细和分枝多少等来区分所用的藻种。龙须菜长期生活在不同海区环境中, 不仅藻体形态上有所差别, 而且其理化特性等也发生了较大的变化。因此, 本研究从山东、福建、广东采集了野生型和栽培的龙须菜、异枝龙须菜(Gp. heterocla)和细基江蓠繁枝变种(Gracilaria tenuistipitata var. liui), 对这些龙须菜/江蓠进行生长、生化组成和种质特性的比较, 为龙须菜栽培生产中的种质选用及种质资源开发利用提供资料。
1 材料与方法 1.1 实验材料本实验共选用7种海藻材料: 野生型龙须菜(wt)、龙须菜981、龙须菜Gl-1、龙须菜Gl-s、绿色龙须菜(Gl-g)、异枝龙须菜(Gh)和细基江蓠繁枝变种(Gt), 其中Gh和Gt由谢恩义老师帮忙采集。藻体采集信息及形态等特征见表 1。采集回来的海藻经过海水充分清洗、去除表面泥沙和附着物后, 在23 ℃、盐度25、30 μmol·m-2·s-1光照强度和12L∶12D光周期的光照培养箱中进行培养。
| 藻名称 | 简写 | 采集时间 | 采集地点 | 颜色 | 形态 |
| 野生型龙须菜 | wt | 2019年6月 | 山东青岛 | 红褐色 | 藻体细短、分枝多 |
| 龙须菜981 | 981 | 2019年6月 | 福建霞浦 | 红褐色 | 藻体细长、分枝多 |
| 龙须菜Gl-1 | Gl-1 | 2019年6月 | 福建连江 | 红褐色 | 藻体细长、分枝多且短 |
| 龙须菜Gl-s | Gl-s | 2019年6月 | 福建连江 | 红褐色 | 藻体主枝粗、有韧性、分枝多 |
| 绿色龙须菜 | Gl-g | 2019年8月 | 福建霞浦 | 鲜绿色 | 藻体整体较粗、分枝较少 |
| 异枝龙须菜 | Gh | 2019年11月 | 广东湛江 | 黄绿色 | 藻体扁平、粗壮、分枝多 |
| 细基江蓠繁枝变种 | Gt | 2019年11月 | 广东湛江 | 黄褐色 | 藻体细小、较脆、分枝密集 |
分别选取6~8 cm长的幼嫩藻体8~10根, 用滤纸充分吸干表面水分, 准确称取藻体鲜质量(FW)。在23 ℃和30 ℃, 分别培养5 d后再次称取藻体鲜质量, 每组设置3个重复。根据以下公式来计算各藻的相对生长速率(RGR, %·d-1)[11]: RGR=(lnWt−lnW0)/t×100%, 其中W0为实验开始时藻体鲜质量, Wt为实验结束时藻体鲜质量, t为培养天数。
1.3 藻胆蛋白浓度测定参考朱招波等[12]进行藻体的总藻胆蛋白的提取及各藻胆蛋白——藻红蛋白(PE)、藻蓝蛋白(PC)和别藻蓝蛋白(APC)的测定。按照公式CPE=0.123A565− 0.068A615+0.015A650, CPC=0.162A615−0.001A565−0.098A650, CAPC=0.171A650−0.006A565−0.004A615来计算3种藻胆蛋白的浓度, 其中C代表浓度, A代表吸光度。
1.4 琼胶产率测定参照汤小彬等[13]的方法稍有改动。准确称取0.5 g藻体(干质量, DW), 用NaOH碱处理法提取琼胶。按照公式: Y=A/B×100%来计算藻体的琼胶产率, 其中Y为琼胶产率(%), A为琼胶干质量, B为藻体干质量。
1.5 红藻糖苷/异红藻糖苷、海藻糖浓度测定将冷冻干燥的龙须菜在液氮中充分研磨成粉末, 再准确称取10 mg干藻粉, 参照Lv等[14]方法进行样品的研磨、提取、干燥、超声波处理等, 最后取上清液过0.22 μm有机相滤膜后上机分析。使用Thermo Fisher Scientific的液相色谱-质谱联用仪(LC-MS, 其中高效液相色谱仪为U3000型、质谱仪为Q-Exactive型)进行3种糖的测定。以坛紫菜中红藻糖苷和异红藻糖苷及D-(+)-海藻糖(Sigma-Aldrich)为标准品。使用Xcalibur(Thermo Fisher Scientific)软件进行LC-MS数据获取和分析。
1.6 多糖、总蛋白、灰分浓度测定藻体的多糖测定采用蒽酮-硫酸比色法, 使用南京建成生物工程研究所的相应试剂盒进行; 总蛋白质测定采用凯氏定氮法; 灰分测定参考GB 5009.4— 1985食品中灰分的测定方法[15]。
1.7 氨基酸浓度测定和评分准确称取0.1 g冻干研磨后藻粉置于厌氧水解管中, 加入盐酸水解过滤后真空干燥, 加入1 mL样品稀释液(pH 2.2)溶解, 用0.22 μm水系滤膜过滤后在全自动氨基酸分析仪(Sykam, S-433D)上进行氨基酸检测。检测波长570 nm和440 nm; 58~74 ℃梯度温控; 进样量0.05 mL; 流动相: 柠檬酸钠A浓度为0.12 mol·L-1(pH 3.45), B浓度为0.2 mol·L-1 (pH 10.85); 流速: 洗脱泵0.45 mL·min-1, 衍生泵0.25 mL·min-1; 压力: 3~4 MPa。用藻体中某种氨基酸浓度占联合国粮农组织/世界卫生组织(FAO/ WHO)评分模式中该氨基酸浓度的百分比来表征该氨基酸的评分。
1.8 数据分析使用Excel 2019进行数据处理, 利用OriginPro 2018进行作图。实验数据均以平均值±标准差(mean± SD)表示, 并采用SPSS 22.0进行one-way ANOVA (Duncan)或T-test分析, 以P < 0.05为差异显著水平。
2 结果与分析 2.1 龙须菜/江蓠的形态比较在7种龙须菜/江蓠材料中, Gl-g、Gh和Gt在颜色上很容易与其他4种龙须菜区分(图 1和表 1); 另外4种龙须菜藻体均呈现红褐色。在形态上, 龙须菜wt、981和Gl-1藻体细长多分枝, 龙须菜Gl-s、Gl-g藻体较为短小、粗壮, 其中Gl-s藻体具有韧性, 不易折断; Gh藻体较为扁平粗壮、分枝多, 而Gt藻体分枝密且短、脆弱易断。
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| 图 1 龙须菜/江蓠形态图 Fig. 1 Morphology of the Gracilariopsis/Gracilaria seaweeds 注: wt为野生型龙须菜, 981为龙须菜981, Gl-1为龙须菜Gl-1, Gl-s为龙须菜Gl-s, Gl-g为绿色龙须菜, Gh为异枝龙须菜, Gt为细基江蓠繁枝变种 |
在常温和高温条件下, 龙须菜/江蓠生长速率不同(图 2)。在常温23 ℃时, Gt生长最快, 其RGR为4.36%·d-1, 为wt的2.19倍; 其次是wt、981和Gl-1, 其RGR在1.65%·d-1~1.99%·d-1之间; Gl-s、Gl-g、Gh生长缓慢(0.51%·d-1~0.70%·d-1)。在30 ℃时Gt生长也最快(RGR为3.88%·d-1), 为wt的2.49倍; 其次是981、Gl-1、Gl-s, 其RGR在1.95%·d-1~2.83%·d-1之间; 生长最慢的是Gl-g, 其RGR为0.25%·d-1。23 ℃是龙须菜生长的合适温度, 藻体生长和状态正常; 而30 ℃高温培养5 d后, wt部分藻体变白。
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| 图 2 龙须菜/江蓠在23 ℃和30 ℃下的生长 Fig. 2 Relative growth rates of the Gracilariopsis/Gracilaria seaweeds at 23 ℃ and 30 ℃ 注: 不同小写字母分别表示同温度不同藻之间差异显著, 不同大写字母表示同种藻两种温度之间差异显著, wt为野生型龙须菜, 981为龙须菜981, Gl-1为龙须菜Gl-1, Gl-s为龙须菜Gl-s, Gl-g为绿色龙须菜, Gh为异枝龙须菜, Gt为细基江蓠繁枝变种 |
不同温度对各龙须菜/江蓠生长的影响不同, 表现为以下3种情况: 1) 高温促进藻的生长, 如Gl-1、Gl-s和Gh, 在高温条件下的生长速率分别为常温下的1.58倍、3.22倍和2.69倍。2) 温度变化对藻生长影响不显著, 如wt、981和Gt。3) 高温抑制藻的生长, 如Gl-g在高温时的RGR为常温培养时的44.84%。
2.3 龙须菜/江蓠的藻胆蛋白分析藻胆蛋白是龙须菜/江蓠中重要的色素蛋白。7种藻体的PE浓度在0.08~0.61 mg·g-1 FW之间, PC浓度为0.09~0.19 mg·g-1 FW, APC浓度在0.10~0.39 mg·g-1 FW之间(图 3)。其中, wt、981、Gl-1和Gl-s的PE浓度显著高于其他材料, 这与其藻体颜色相一致。在7种材料中(表 2), Gl-s藻胆蛋白浓度最高(1.03 mg·g-1 FW), 是wt的1.91倍; Gh最低, 仅为0.26 mg·g-1 FW。
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| 图 3 龙须菜/江蓠藻胆蛋白浓度 Fig. 3 Phycobiliprotein concentrations in the Gracilariopsis/Gracilaria seaweeds 注: 不同小写字母分别表示各藻胆蛋白在不同藻之间差异显著(P < 0.05), FW表示鲜质量, wt为野生型龙须菜, 981为龙须菜981, Gl-1为龙须菜Gl-1, Gl-s为龙须菜Gl-s, Gl-g为绿色龙须菜, Gh为异枝龙须菜, Gt为细基江蓠繁枝变种 |
| wt | 981 | Gl-1 | Gl-s | Gl-g | Gh | Gt | |
| 藻红蛋白/% | 63.82a | 66.62a | 63.51a | 60.98a | 26.45c | 31.86b | 31.11b |
| 藻蓝蛋白/% | 16.16c | 18.02c | 18.23c | 18.86c | 25.71b | 30.13a | 21.56b |
| 别藻蓝蛋白/% | 20.02d | 15.37d | 18.26d | 20.16d | 47.84a | 38.01c | 47.33b |
| 总藻胆蛋白/(mg·g-1 FW) | 0.54c | 0.84b | 0.88b | 1.03a | 0.38d | 0.26e | 0.82b |
| 注: 不同小写字母表示不同藻各藻胆蛋白占比具有显著差异(P < 0.05), FW表示鲜质量, wt为野生型龙须菜, 981为龙须菜981, Gl-1为龙须菜Gl-1, Gl-s为龙须菜Gl-s, Gl-g为绿色龙须菜, Gh为异枝龙须菜, Gt为细基江蓠繁枝变种 | |||||||
在3种藻胆蛋白中, 红藻中一般藻红蛋白PE所占比例最高。从表 2可以看出, 除Gl-g之外的4种龙须菜PE占总藻胆蛋白的比例较高(60.98%~66.62%), Gl-g、Gh和Gt中PE在总藻胆蛋白中所占比例较低(26.45%~31.86%), 该结果与藻体颜色差异相一致。4种红褐色龙须菜中APC占总藻胆蛋白比例较低, 在15.37%~20.16%之间, 而PE较低的3种藻中APC占比最高, 在38.01%~47.84%之间。PC占总藻胆蛋白比例在7种材料中差异较小, 在16.16%~30.13%之间。
2.4 龙须菜/江蓠琼胶产率分析本实验中7种藻的琼胶产率表现为2个水平(图 4)。其中wt、981、Gl-1、Gl-s等6个样品的琼胶产率较高, 在16.22%~18.91%之间, 且无显著性差异。而Gt琼胶产率较低, 仅为藻体干质量的12.53%。
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| 图 4 龙须菜/江蓠的琼胶产率 Fig. 4 Agar yields of the Gracilariopsis/Gracilaria seaweeds 注: 不同小写字母表示不同藻之间差异显著(P < 0.05), wt为野生型龙须菜, 981为龙须菜981, Gl-1为龙须菜Gl-1, Gl-s为龙须菜Gl-s, Gl-g为绿色龙须菜, Gh为异枝龙须菜, Gt为细基江蓠繁枝变种 |
不同龙须菜/江蓠中红藻糖苷和异红藻糖苷差别很大(图 5)。在7种材料中, Gt和Gh中红藻糖苷最高, 分别是23.98 mg·g-1 DW和22.85 mg·g-1 DW, 两者分别是wt的3.50倍和3.36倍; 其次是Gl-g (19.06 mg·g-1 DW); 而Gl-1中红藻糖苷最低, 为0.37 mg·g-1 DW。与红藻糖苷相比, 龙须菜/江蓠中异红藻糖苷较低。在7种材料中, Gl-g中异红藻糖苷最高(7.79 mg·g-1 DW), wt、981和Gl-s中异红藻糖苷次之, 在1.42~1.91 mg·g-1DW之间, 而Gl-1中异红藻糖苷最低(0.26 mg·g-1 DW)。在7种材料中, Gl-g中红藻糖苷和异红藻糖苷总量最高(26.85 mg·g-1 DW); Gt中两种糖苷差别最大, 红藻糖苷大约是异红藻糖苷的44.33倍。
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| 图 5 龙须菜/江蓠中红藻糖苷/异红藻糖苷浓度 Fig. 5 Concentrations of floridoside/isofloridoside in the Gracilariopsis/Gracilaria seaweeds 注: 不同小写字母表示同种糖苷在不同藻之间差异显著(P < 0.05), 不同大写字母表示同种藻中两种糖苷差异显著(P < 0.05), DW为干质量, wt为野生型龙须菜, 981为龙须菜981, Gl-1为龙须菜Gl-1, Gl-s为龙须菜Gl-s, Gl-g为绿色龙须菜, Gh为异枝龙须菜, Gt为细基江蓠繁枝变种 |
不同龙须菜/江蓠中海藻糖差异显著(图 6)。海藻糖最丰富的是Gt(0.60 mg·g-1 DW), 其次是981 (0.46 mg·g-1 DW)和Gl-s(0.38 mg·g-1 DW), 而Gl-1的海藻糖最低, 仅为0.08 mg·g-1 DW。Gt中海藻糖是wt的1.81倍, 是Gl-1的7.50倍。
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| 图 6 龙须菜/江蓠中海藻糖浓度 Fig. 6 Trehalose concentrations in the Gracilariopsis/Gracilaria seaweeds 注: 不同小写字母表示不同藻之间差异显著(P < 0.05), DW为干质量, wt为野生型龙须菜, 981为龙须菜981, Gl-1为龙须菜Gl-1, Gl-s为龙须菜Gl-s, Gl-g为绿色龙须菜, Gh为异枝龙须菜, Gt为细基江蓠繁枝变种 |
多糖是龙须菜/江蓠的重要组成成分。本研究中7种材料, 多糖占比最高的是Gl-g和Gl-s, 分别为40.23%和38.96%(P > 0.05); 最低的是981和Gl-1, 其多糖所占比例分别为29.34%和28.92% (P > 0.05); 其余样品多糖占比在31.05%~37.28%之间(表 3)。
| wt | 981 | Gl-1 | Gl-s | Gl-g | Gh | Gt | |
| 多糖/% | 31.05±2.11c | 29.34±0.74d | 28.92±0.34d | 38.96±0.44a | 40.23±1.01a | 36.89±2.24b | 37.28±1.08b |
| 总蛋白/% | 22.33±0.50a | 18.82±0.63b | 18.69±0.66b | 19.07±0.62b | 17.42±0.60c | 6.02±0.30d | 17.31±0.58c |
| 粗灰分/% | 23.94±0.09d | 32.82±0.53b | 32.48±1.12bc | 25.42±0.04d | 19.52±1.45e | 41.72±0.29a | 31.33±1.56c |
| 注: 不同小写字母表示各营养成分在不同藻中差异显著(P < 0.05), wt为野生型龙须菜, 981为龙须菜981, Gl-1为龙须菜Gl-1, Gl-s为龙须菜Gl-s, Gl-g为绿色龙须菜, Gh为异枝龙须菜, Gt为细基江蓠繁枝变种 | |||||||
wt总蛋白占比最高(约为22.33%), Gh总蛋白占比最低(6.02%), 其余几种藻总蛋白占比在17.31%~ 19.07%, 均低于wt(P < 0.05)。
Gh中灰分最高, 为41.72%; 其次为981、Gl-1和Gt, 其灰分占比在31.33%~32.82%。Gl-s灰分与wt (23.94%)相当, 而Gl-g灰分最低(19.52%)。
2.7 龙须菜/江蓠的氨基酸组成及评分本研究共检测了龙须菜/江蓠中16种水解氨基酸(表 4)。在7种材料中, 981的总氨基酸(TAA)最高(161.32 mg·g-1 DW), Gl-1的必需氨基酸(EAA)最高(63.87 mg·g-1 DW), Gh的TAA和EAA均最低, 分别是58.08 mg·g-1 DW和20.49 mg·g-1 DW。在所有样品中, 呈味氨基酸如Glu、Asp、Phe、Ala和Gly等丰富, 占总氨基酸的40.80%~46.25%, 其中Glu最丰富。
| 氨基酸 | wt组成 | 981组成 | Gl-1组成 | Gl-s组成 | Gl-g组成 | Gh组成 | Gt组成 |
| Asp | 20.35 | 19.24 | 20.08 | 19.25 | 10.22 | 7.38 | 15.46 |
| Thr* | 8.25 | 8.44 | 8.66 | 8.30 | 4.71 | 3.03 | 6.85 |
| Ser | 8.73 | 8.29 | 8.19 | 8.11 | 4.59 | 3.21 | 7.02 |
| Glu | 24.65 | 19.15 | 19.19 | 18.75 | 12.70 | 8.21 | 17.92 |
| Gly | 8.67 | 9.73 | 9.81 | 9.50 | 5.08 | 4.03 | 8.07 |
| Ala | 11.26 | 11.67 | 12.52 | 11.01 | 5.19 | 3.94 | 8.67 |
| Val* | 9.50 | 10.10 | 10.41 | 9.75 | 5.72 | 4.38 | 7.46 |
| Met* | 2.24 | 2.99 | 2.84 | 2.75 | 1.32 | 0.80 | 0.95 |
| Ile* | 7.59 | 9.04 | 9.28 | 8.76 | 4.13 | 2.94 | 6.40 |
| Leu* | 12.75 | 13.94 | 14.41 | 13.57 | 6.66 | 4.00 | 9.23 |
| Tyr | 4.53 | 5.89 | 5.70 | 5.21 | 2.46 | 1.51 | 3.73 |
| Phe* | 7.20 | 8.16 | 8.25 | 7.97 | 4.13 | 3.30 | 6.16 |
| His | 5.38 | 4.76 | 4.52 | 4.59 | 3.84 | 2.73 | 4.82 |
| Lys* | 8.64 | 10.02 | 10.02 | 9.60 | 5.19 | 2.04 | 6.18 |
| Arg | 11.60 | 13.24 | 9.27 | 9.27 | 12.80 | 4.56 | 11.97 |
| Pro | 5.18 | 6.64 | 6.65 | 5.96 | 2.79 | 2.02 | 4.54 |
| TAA | 156.52 | 161.32 | 159.82 | 152.35 | 91.53 | 58.08 | 125.43 |
| EAA | 56.17 | 62.69 | 63.87 | 60.70 | 31.86 | 20.49 | 43.23 |
| EAA/TAA | 0.36 | 0.39 | 0.40 | 0.40 | 0.35 | 0.35 | 0.34 |
| EAA/NEAA | 0.56 | 0.64 | 0.67 | 0.66 | 0.53 | 0.55 | 0.54 |
| 注: *表示必需氨基酸, wt为野生型龙须菜, 981为龙须菜981, Gl-1为龙须菜Gl-1, Gl-s为龙须菜Gl-s, Gl-g为绿色龙须菜, Gh为异枝龙须菜, Gt为细基江蓠繁枝变种 | |||||||
FAO/WHO在1973年推荐的理想蛋白质模式中, 质量较好的蛋白质中EAA/TAA应在0.40左右, EAA/NEAA(非必需氨基酸)应在0.60以上。在表 4中, 实验检测的几个龙须菜/江蓠海藻中的EAA/TAA在0.34~0.40之间, 其中Gl-1和Gl-s的EAA/TAA较为接近理想模式(均在0.40)。7种海藻材料中EAA/ NEAA在0.53~0.67之间, 其中981、Gl-1、Gl-s均高于理想模式的0.60。
FAO在关于人体摄入必需氨基酸的推荐标准中指出, 食物中的氨基酸评分越接近100, 则其越接近人体需要, 其营养价值越高。981、Gl-1、Gl-s以及Gh的氨基酸评分更接近FAO的标准模式(表 5), Gl-g整体必需氨基酸的氨基酸评分均较低。由表 5中还可以看出, 所有海藻中含硫氨基酸均为第一受限氨基酸。
| 氨基酸 | wt评分/% | 981评分/% | Gl-1评分/% | Gl-s评分/% | Gl-g评分/% | Gh评分/% | Gt评分/% |
| Thr | 92 | 112 | 116 | 109 | 68 | 126 | 99 |
| Val | 85 | 107 | 112 | 102 | 66 | 146 | 86 |
| Met+Cys | 29 | 45 | 43 | 41 | 22 | 38 | 16 |
| Ile | 85 | 120 | 124 | 115 | 59 | 123 | 92 |
| Leu | 82 | 106 | 110 | 102 | 55 | 95 | 76 |
| Phe+Tyr | 88 | 124 | 125 | 115 | 63 | 92 | 95 |
| Lys | 70 | 97 | 98 | 92 | 54 | 62 | 65 |
| 注: wt为野生型龙须菜, 981为龙须菜981, Gl-1为龙须菜Gl-1, Gl-s为龙须菜Gl-s, Gl-g为绿色龙须菜, Gh为异枝龙须菜, Gt为细基江蓠繁枝变种 | |||||||
温度是影响藻类生长的一个重要参数。野生型龙须菜的最适生长温度是10~23 ℃, 981的最适温度是12~26 ℃。Liu等[9]研究显示龙须菜981在3种温度15 ℃、23 ℃和31 ℃培养时, 在23 ℃时生长最快。Lee等[16]报道不同季节下细基江蓠繁枝变种在14~ 32 ℃及12~37 ℃的温度变化下, 均在24 ℃生长最快。而本文中细基江蓠繁枝变种在23 ℃和30 ℃时的生长速率均较高且二者无显著差异。本研究中同为高温藻的异枝龙须菜与Gt不同, 其在30 ℃时的生长速率约为23 ℃时的2.12倍。
本研究中7种材料对不同温度响应不同。981在23 ℃和30 ℃时的生长速率无显著差异, 这可能与其耐受温度范围较广, 以及所用实验条件如光照强度和培养时间等有关。981生长随光照强度增加而加快, 如当光照从20 μmol·m-2·s-1升高到50 μmol·m-2·s-1时, 其RGR由1.65%增加到5.34%, 而野生型龙须菜在此光照强度范围内RGR则相对恒定, RGR在1.99%~ 1.78%(数据未在文中呈现)。龙须菜981的生长随着光强增加而增加的结果, 与林贞贤等[17]研究相似。wt在23 ℃和30 ℃下的生长速率差异也不显著, 但在培养后期30 ℃培养藻体发白比例增加, 说明高温不利于野生型龙须菜生长。龙须菜Gl-1、Gl-s和异枝龙须菜均在30 ℃时的生长要快于23 ℃, 表明这3种龙须菜对高温具有一定耐受性, 可以作为选育耐高温藻种的候选材料。
藻胆蛋白是红藻、蓝藻和隐藻的主要捕光色素复合体, 该蛋白不仅可以作为天然色素用作食品、化妆品和药物, 还可以用作医学诊断、免疫学和细胞学研究的荧光探针等。藻胆蛋白中PE、PC及APC的相对浓度与其藻体颜色相关, 如本研究中红褐色龙须菜均表现为高比例的PE, 而Gl-g、Gh和Gt这3种藻体颜色偏绿, 其PE占总藻胆蛋白的比例较低, 但APC比例相对较高。野生型龙须菜的PE浓度是细基江蓠的2.8倍, 但是其PC低于细基江蓠[18]。本研究所用细基江蓠繁枝变种中的PE、PC与细基江蓠类似, 即其PE低于wt, 而其PC高于wt。
3.2 龙须菜/江蓠碳水化合物分析琼胶是一种亲水性胶体, 由β-D-半乳糖和3, 6-内醚-α-L-半乳糖交联而成。琼胶在食品、医药和生物工程等方面应用广泛, 其提取原料主要来自龙须菜/江蓠、石花菜等红藻。由于石花菜目前无法人工栽培, 生物量较少, 因此龙须菜是琼胶的主要来源。琼胶产量受多种因素如氮磷浓度、光照强度、盐度等的影响。氮浓度升高, 龙须菜琼胶产率降低; 磷浓度升高, 琼胶积累增加[19]。在盐度胁迫或缺乏光照的条件下, 琼胶产量增加[20]。不同品系龙须菜中琼胶也存在差异, 如07-1、07-2和981中琼胶产率分别为19.8%、20.6%和18.0%[9]。本研究中981的琼胶产率为18.1%, 与以上结果一致。在本研究所用的7种材料中, wt、981、Gl-s和Gl-g等6种材料中琼胶产率无显著差别, 且均高于Gt。
红藻糖苷及其异构体-异红藻糖苷是红藻中重要的碳水化合物和光合同化产物, 同时也参与渗透压调节等生理过程。红藻中琼胶和红藻糖苷均由UDP-D-半乳糖聚合而成, UDP-D-半乳糖的分配对琼胶和红藻糖苷影响较大。同时, 季节、温度、盐度等因素均可以影响红藻糖苷的积累[21-22]。坛紫菜中的异红藻糖苷含量显著高于红藻糖苷, 但在不同生长阶段红藻糖苷含量的变化幅度均高于异红藻糖苷[23]。与坛紫菜不同, 本研究中除Gl-1中红藻糖苷和异红藻糖苷差别不大之外, 其余龙须菜/江蓠中均是红藻糖苷占绝对优势, 尤其是Gt和Gh。
海藻糖是一种在细菌、真菌、动植物等生物中普遍存在的非还原性二糖。除了用于碳的存储和运输, 海藻糖在干旱、盐度胁迫以及低温等不利环境条件下均能大量积累[24-25]。不同红藻中海藻糖差别很大, 如Karsten等[26]利用核磁共振、高效液相色谱和气相色谱方法检测了近60种红藻中的海藻糖, 结果只在仙菜科(Ceramiaceae)和红叶藻科(Delesseriaceae)等15种红藻中检测到, 而在其他大部分红藻中则均没有检测到海藻糖。本文中龙须菜中海藻糖较为丰富, 远远高于坛紫菜。7种材料中海藻糖浓度差别很大, 其差异可能预示着藻体对环境胁迫的适应能力不同。
3.3 龙须菜/江蓠营养成分评价不同海域生长的龙须菜/江蓠营养成分不同。如潮汕沿海龙须菜中多糖、蛋白和灰分分别为31.05%、19.14%、28.77%; 而东海沿岸龙须菜多糖、蛋白和灰分分别为50.2%、18.9%、20.8%[27]。本研究结果显示龙须菜/江蓠蛋白质和多糖浓度较高, 5种龙须菜多糖在28.92%~40.23%, 接近潮汕龙须菜。细基江蓠及其繁枝变种的多糖在41.61%~47.05%, 蛋白在11.94%~21.67%、灰分在30.60%~37.66%, 其中湛江的细基江蓠繁枝变种的蛋白质要显著高于广西沿海的该藻[28]。本研究中Gt来自广东湛江, 多糖为37.28%, 总蛋白为17.31%, 与上述研究相比, 多糖略低, 总蛋白与其相当。
研究发现有些红藻的总氨基酸与其相应的总蛋白浓度相当[29]。本研究中龙须菜和江蓠的氨基酸也与相应的总蛋白变化一致, 表明这些藻中非蛋白氮很少。不同江蓠/龙须菜氨基酸存在较大的差异, 如两种江蓠G. domingensis和G. birdiae的TAA分别为76 mg·g-1 DW和91 mg·g-1 DW, 其中Ala最多[30]。而张氏江蓠(G. changii)中TAA为91.90 mg·g-1 DW, 且EAA/TAA超过50%[31]。本研究中除Gl-g之外, 其余4种龙须菜材料TAA在152.35~161.32 mg·g-1 DW, 远高于上述3种江蓠。本研究中龙须菜的限制性氨基酸为Met, EAA/NEAA接近0.6, 氨基酸比例平衡。因此, 龙须菜可作为良好的食物和动物饲料蛋白质和氨基酸的来源。
3.4 7种龙须菜/江蓠材料的综合比较本文所用7种龙须菜/江蓠材料表现出特异的理化和种质特性。野生型龙须菜中琼胶产率和粗蛋白较高, 但在自然海区条件及高温条件下生长较慢。981是龙须菜生产中的常用栽培品系, 其琼胶产率、藻胆蛋白、总蛋白和总氨基酸较高, 氨基酸组成均衡, 仍然是目前较为适合大规模栽培的龙须菜品系。Gl-1的红藻糖苷/异红藻糖苷及海藻糖均显著低于其他藻, 但其生长较快, 藻胆蛋白较多, EAA最高。Gl-s除生长速率相对较低之外, 其余指标均处于较高的水平, 如藻胆蛋白、琼胶和TAA等, 可用于琼胶、藻胆蛋白或多糖提取及鲍的养殖。Gl-g中琼胶产率、红藻糖苷/异红藻糖苷和多糖均较高, 但是其生长速度、藻胆蛋白和氨基酸评分很低。异枝龙须菜中的琼胶和红藻糖苷较高, 但是生长较慢、粗蛋白和氨基酸较低, 不宜用来提取琼胶。细基江蓠繁枝变种生长快, 同时红藻糖苷/异红藻糖苷和海藻糖丰富, 营养成分较高, 氨基酸比例均衡, 适宜在南方海域栽培来用作鲍的饵料或食用。
4 结论中国龙须菜/江蓠种质资源丰富, 在医药、食品和水产养殖等领域具有重要的开发利用价值。由于生长速率、粗蛋白或营养成分组成等原因, 龙须菜wt、Gl-g和异枝龙须菜大规模栽培的意义不大。龙须菜981、Gl-1和Gl-s在藻胆蛋白、琼胶、TAA等方面均显著优于其他藻, 适于大规模栽培用于活性物质提取或鲍的养殖。细基江蓠繁枝变种在高温下生长快, 营养成分较高, 但琼胶产率低, 适宜用作鲍的饵料或食用。今后可以从这4种藻出发, 来选育综合性能更优良的龙须菜/江蓠藻栽培品系。
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