摘要：藻類富含多種營養元素和活性物質，具有重要的經濟價值和廣闊的應用前景。現階段藻類培養多采用露天跑道池，成本低，但易受環境影響。不適宜的環境條件(溫度、酸性、重金屬、紫外、鹽度和光強脅迫等)會造成藻類生產成本上升、產品產量及品質下降等后果，嚴重制約藻類養殖業及相關產業的發展。

　　添加劑不僅能有效促進藻類生長，還能緩解環境脅迫對其帶來的逆境傷害。將近年來添加劑在藻類生長及抗逆方面的應用進行系統匯總，并對已闡明的幾種添加劑的作用機理進行分析整理。添加劑在藻類中的應用研究大多停留在生長及生理指標的測定，如藻細胞密度、光系統活性、滲透調節物質含量、脂質含量、過氧化氫酶和硝酸還原酶活力等，僅有少部分研究是利用分子技術測定防御基因的表達情況，嘗試進一步探究藻類抗逆性分子機制。旨在為研究者進一步明確常用添加劑在藻類中的信號傳導機制及改善非生物脅迫造成的產品產量及品質的問題提供理論依據，具有重要現實意義。

　　關鍵詞：藻類;添加劑;作用機制;生長;抗逆性

　　藻類富含蛋白質、多不飽和脂肪酸及維生素等，營養價值可觀。一些大藻(如紫菜)可作為即食食物被開發利用。微藻不僅營養豐富，還兼具易消化、易攝食的特點，是水產養殖中的優質活體餌料[1]。藻類還含有多種活性物質，具有巨大的開發潛力。例如，雨生紅球藻(Haematococcuspluvialis)中的蝦青素，具有著色、抗氧化和增強免疫力等作用，可有效提高水產動物的存活率和水產品的運輸及保藏效果等[2-3]。螺旋藻(Spirulinasp.)中的γ-亞麻酸、螺旋藻多糖和藻藍蛋白等被制備成藥物，具有提高人體免疫力、消炎等功效[4]。此外，藻類作為食物鏈的第一級生產者，其光合作用和呼吸作用可調節水體pH平衡，間接影響水質、水體透光度、藻菌關系等[1，5]。另有研究表明，藻類對生物毒性極其敏感，可用于監測水質[6]。

　　現階段藻類培養主要有封閉式和開放式兩種方式。封閉式的光生物反應器培養過程可控，不易污染，但成本較高，進一步擴大養殖規模較難。開放式跑道池雖然易受環境影響，但其成本較低，故被廣泛應用。隨著市場需求的增大，藻類品質和產量都需要得到提升，而跑道池養殖中面臨的溫度脅迫、紫外線脅迫、重金屬污染及鹽度脅迫等問題都嚴重制約著藻類規模化養殖業的發展。因此，研究藻類的抗逆性以改善因非生物脅迫造成的藻類減產、損害及種質退化等問題，從而提高藻類的養殖成效是實現藻類規模化高密度養殖來獲取更高經濟效益的關鍵。

　　1常用添加劑及其作用機制

　　近年來，研究者們通過使用添加劑以促進陸生植物生長及提高其抗逆性，已取得一定成效。現階段，研究者們也嘗試將這些添加劑運用到在藻類研究及生產中。嘗試使用一種或多種添加劑，以期提高藻類生物量，降低非生物脅迫給藻類造成的損傷，提高藻類抗逆性，以獲得更多的生物量及活性物質。下面就一些常用外源添加劑在陸生植物及藻類中的運輸方式、代謝途徑及作用機制進行總結。

　　1.1水楊酸及其作用機制

　　水楊酸(Salicylicacid，SA)，即鄰羥基苯甲酸，是植物體內一種簡單酚類物質。SA能影響植物體和藻體內蛋白質和光合色素的積累，以提高其生長速率、調節其生長發育[7]。非生物脅迫易造成植物體內活性氧含量失衡及氧化脅迫。外源SA通過與SA受體(如NPR1)結合，激活免疫系統，或改善植物體內抗氧化酶活性，甚至進入細胞內直接或間接誘導防御基因的表達，生成抗氧化化合物(如花青素)，從而提高植物的抗逆性[8-9]。

　　SA提高非生物脅迫下藻類抗逆性的機制與陸生植物類似。SA通過與藻體內的信號物質(如NAC蛋白、MYB蛋白)結合，調控藻體內的抗氧化活性物質基因的表達，以生成抗氧化活性物質;還可調節藻體內的各種酶(過氧化氫酶、抗壞血酸過氧化物酶和超氧化物歧化酶等)活力、滲透調節物質(可溶性糖、可溶性蛋白)含量，抵御非生物脅迫條件下產生的過量活性氧(Reactiveoxygenspecies，ROS)[7，10]。

　　1.2油菜素內酯類及其作用機制

　　油菜素內酯類化合物(Brassinosteroids，BRs)在植物和藻類的生長、發育、繁殖過程中起著重要作用，包括24-表油菜素內酯(24-epibrassinolide，24-EpiBL、EBR)、24-表油菜素甾酮(24-epicastasterone，24-epiCS)、高油菜素內酯(Homobrassinolide，homoBL)等。外源BRs通過調控植物細胞內激素水平，激活抗氧化酶保護系統，降低相對電導率，控制葉綠素含量，促進光合產物運輸、一氧化氮積累和多個脅迫相關基因(RD29A、ERD10、RD22)的表達，最終提高陸生植物的抗逆性[11-12]。在藻類方面，BRs通過調控藻細胞體內激素水平，激活抗氧化酶保護系統，產生非酶抗氧化劑(抗壞血酸、谷胱甘肽等)，促進細胞分裂，緩解脅迫帶來的損傷，甚至可恢復到原來的水平[13]。可見，BRs在陸生植物和藻類的作用機制很相似。

　　1.3脫落酸及其作用機制

　　脫落酸(Abscisicacid，ABA)是植物體內普遍存在的一種激素，是參與植物信號傳導的最為重要的一種信號分子。添加外源ABA可促進內源ABA的生成，使ABA受體接收和傳遞逆境信號，誘導ABA響應元件結合蛋白(AREB1、AREB2和AREB3等)表達，高度磷酸化后激活下游相關基因的表達，同時降低細胞膜透性，調控氣孔開閉，增加抗氧化酶活性，抑制ROS的積累，從而提高植物的抗逆性[14-16]。

　　ABA在藻類中也有發現。利用反相高效液相色譜(RP-HPLC)的方法，苗鈞魁等[17]第一次在海帶中分離純化出高活性的ABA。研究發現，在藻類中，外源ABA不直接增加藻的光合活性，而是通過保護光系統免受ROS的破壞，促進藻體清除ROS，或者促進脂質的積累，從而提高藻類的抗逆性植物[18-19]。

　　1.4赤霉素及其作用機制

　　赤霉素(Gibberellinacid，GA)作為一類內源性激素在藻類的生長發育中發揮著重要的作用[20]。Reinecke等[21]表明，在已發現的136種天然赤霉素中，僅有GA1、GA3、GA4、GA7四種具有生理活性[22]。外源GA誘導降低GA合成代謝關鍵酶(GA3-oxidase和GA20-oxidase)和受體蛋白基因的表達，減少內源GA含量，或抑制信號傳導途徑中DELLA蛋白(因其N端含有D、E、L、L和A這5種氨基酸的DELLA結構域而命名)積累，提高活性氧解毒酶基因表達，降低活性氧水平，以提高植物的抗逆性[23-24]。也有研究發現，GA可與藻體內抗氧化活性物質的基因順式作用原件結合，調控相應基因表達，消除過多的ROS，還可通過增加光合色素、可溶性蛋白的積累，以提高藻體抗逆性[25-26]。但總體看，GA在藻體中調控機制的研究還不夠完善，有待進一步挖掘。

　　1.5鈣及其作用機制

　　鈣(Ca2+)是植物生長必需的營養元素，且作為偶聯胞外信號與胞內生理生化反應的第二信使，參與調控植物的代謝和發育[27]。當植物受到非生物脅迫時，外源Ca2+與鈣調蛋白結合，傳遞信號，激活Ca2+通道，維持細胞內離子(K+、Na+、Mg2+等)的平衡以保護膜的完整性，并激活特定的保護酶系統。

　　也可通過Ca2+依賴蛋白激酶識別特定Ca2+濃度信號，受體靶蛋白被激活，誘導抗性基因的表達，最終提高植物抗逆性[28-30]。外源Ca2+激活藻細胞內膜的Ca2+通道，維持細胞內外離子(Ca2+/Na+)的平衡，降低膜透性，刺激鈣調素基因的表達，促使生成鈣調蛋白并與之結合，傳遞信號。當受到脅迫時，Ca2+誘導合成中性脂質，激活抗氧化酶系統，以緩解脅迫帶來的損傷[31-32]。

　　1.6生長素及其作用機制

　　生長素(Auxin，AUX)是一類含有一個不飽和芳香族環和一個乙酸側鏈的內源激素，在植物的生長發育過程中起重要調節作用。天然AUX主要包括3種，即吲哚-3-乙酸(Indole-3-aceticacid，IAA)、吲哚丁酸(Indolebutyricacid，IBA)和萘乙酸(Naphthylaceticacid，NAA)。此外，如2，4-二氯苯氧乙酸(2，4-Dichlorophenoxyaceticacid，2，4-D)等是AUX類似物，也具有廣闊的應用前景。Gupta等[33]首次在藻類中發現了IAA和IBA同時存在。

　　在陸生植物遭受非生物脅迫時，外源AUX或AUX類似物，與細胞中AUX受體結合，啟動質子泵(H+-ATPase)形成電化學梯度，酸化細胞壁，誘導防御基因表達，并調控保護酶系統和積累保護物質(脯氨酸或谷胱甘肽)，或直接與氣孔保衛細胞通道外表面結合，調節光合作用效率，最終提高植物的抗逆性[34]。

　　Sakata等[35]還發現，外源AUX可恢復DNA復制許可因子(MCM5)的表達，逆轉高溫脅迫引起的植物雄性植株的不育。在藻類中，AUX可調控內源性植物激素的代謝平衡，促進藻細胞內色素、脂質積累，調控硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶、葉綠素熒光等活性，緩解脅迫條件對藻的損傷[36-37]。

　　1.7茉莉酸類及其作用機制

　　茉莉酸類(Jasmonates，JAs)物質，是一種新型內源植物生長調節物質，其中典型代表有茉莉酸甲酯(Methylejasmonate，MeJA)和茉莉酸(Jasmonicacid，JA)。JAs在陸生植物和藻類中的作用類似，不僅參與生長調節，還誘導抗逆信號的產生及防御基因的表達。外源JAs通過調節保護性酶(過氧化物酶、過氧化氫酶等)的活性，促進次生代謝產物(如藻黃素、蝦青素)相關基因的表達、滲透調節物質(如脯氨酸、可溶性蛋白)的積累，或通過影響啟動子的活性、促進防御蛋白及次生活性物質的合成來提高植物和藻體的抗逆能力[38-43]。

　　1.8細胞分裂素及其作用機制

　　細胞分裂素(Cytokinin，CTK)是腺嘌呤的衍生物，包括玉米素(Zeatin，ZT)、激動素(Kinetin，KT)和6-芐基氨基嘌呤(6-benzylaminopurine，6-BA、BA、BAP)等。外源CTK與受體(AHKs)結合，磷酸化后進入細胞，激活防御基因的表達[44]。CTK還可直接或間接清除氧自由基，減少脂質的過氧化程度，改變膜脂中脂肪酸比例，提高光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，最終提高植物的抗逆性[45-46]。在藻類中，外源CTK則是通過促進藻細胞分裂增殖，促進不飽和脂肪酸的積累，刺激抗氧化系統，提高光合作用效率和氮代謝循環來促進藻生長和提高藻的抗逆性[37，47]。

　　2添加劑在藻類生長及抗逆方面的應用

　　2.1生長方面的應用

　　研究者們嘗試通過使用添加劑來獲取更多的藻類生物量或活性物質，以取得更大的經濟效益。研究發現，ABA(1.0mg/L)、SA(10mg/L)和JA(0.5mg/L)可使小球藻(ChlorellavulgarisZFstrain)的脂質生產率分別提高123%、100%和127%[48]。據報道，三角褐指藻(Phaeodactylumtricornutum)中三酰甘油(TAG)合成基因上游存在植物激素的響應性順式調節元件，外源植物激素(SA、ABA和MeJA等)可與該元件結合，進一步提高三角褐指藻的油脂含量[49]。

　　Park等[50]研究發現，IAA、ABA和GA3可促進細胞分裂，增加蛋白質積累，最終促進萊茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii)生長;ABA還可大幅提高其淀粉含量(從2.2%增加至6%)，而IAA和GA3對淀粉含量無影響。低濃度的ABA能促進紫球藻(Porphyridiumsp.)生物量(達3.463g/L)、胞外多糖(達干重34.31%)和藻紅素等積累，但當ABA濃度超過10mg/L則呈抑制趨勢[51]。研究者嘗試采用多種添加劑組合的方式，以期達到更好的促進效果。

　　史成穎等[52]分別探究6種植物激素(NAA、2，4-D、IBA、IAA、6-BA和GA)對鈍頂螺旋藻(Spirulinaplatensis)生長的影響，找到最適濃度之后，選擇效果最佳的4種(NAA、2，4-D、6-BA和GA)進行交叉組合，只有NAA與6-BA的組合促進藻的生長。而Bajguz和Piotrowska-Niczyporuk等[53]研究則表明IAA與BRs的組合能顯著促進小球藻(C.vulgaris)的細胞增殖，且比單一作用顯著，細胞數比對照組增加了321%。因此，可根據實際需求及藻種的不同，挑選適宜的一種或多種添加劑，施以適宜的濃度，以達到最佳的培養效果和最低的生產成本。

　　2.2低溫脅迫

　　適宜的溫度是保證藻類正常生長的重要環境因子之一。溫度過高或過低都會影響藻的生理生化特性及代謝過程，進而影響其生長，即高溫脅迫和低溫脅迫。研究表明，低溫脅迫可導致球等鞭金藻(Isochrysisgalbana)細胞內活性氧過量積累，進而造成膜脂過氧化[54]。溫度越低，膜脂損傷程度越大。低溫脅迫還會造成藻體凈光合速率、葉綠素a(Chla)及藻藍蛋白含量下降[55]。大量陸生植物的相關研究顯示，添加劑可以提高植物的低溫抗逆性[56-58]。

　　類似的嘗試在藻類中較少。陳文筆等[59]報道，添加15mg/L的SA對低溫脅迫下提高微擬球藻(Nannochloropsissp.)低溫抗逆性效果最顯著，96h時藻密度、可溶性糖和可溶性蛋白分別比對照組提高了21.97%、29.17%和27.40%，且不飽和脂肪酸含量也比對照組提高了6.27%;此時Δ5和Δ6去飽和酶基因轉錄水平為對照組的8.63、6.14倍。基于以上實驗結果，后續可進行更多嘗試，以期解決低溫環境下藻類培養的難題。

　　2.3高溫脅迫

　　短時間的高溫脅迫下，藻體可啟動自身防御系統，增加光系統II和I的光子捕獲能力和電子傳遞速率以降低損傷，還通過促進mRNA的生成、抑制tRNA的水解，增加擬核蛋白合成來保護和維持DNA的正常遺傳信息傳遞過程[60]。若持續高溫超過藻體承受范圍，藻體內生成的活性氧無法有效清除，膜結構受到嚴重損傷，Chla含量顯著降低，藻體則表現為生長減緩[61]。

　　研究發現，高溫脅迫下，蛋白核小球藻(C.pyrenoidosa)生長受到抑制，新陳代謝活性降低，生長速率變緩;但添加10mg/LSA之后，熱激蛋白70和磷酸甘油酸激酶的表達量明顯上升，SA作用12h后可分別增加2.57和1.56倍，48h時生長速率、可溶性糖、可溶性蛋白分別達到對照組的2.07、1.34和1.18倍，生長抑制明顯得到緩解[62]。

　　探討高溫脅迫下龍須菜(Gracilarialemaneiformi)抗逆性的結果顯示，添加外源SA和EBR都可以提高龍須菜的高溫抗逆性[63-64]。賀亮等[65]研究顯示，高溫造成半葉馬尾藻中國變種(Sargassumhemiphyllumvar.chinense)抗氧化防御系統的損傷，添加Ca2+可得到有效的緩解;且藻體中滲透調節物質含量也明顯增加，從而降低高溫脅迫對細胞膜的傷害。基于這些研究，可以進行更多嘗試，以期解決高溫天氣藻類培養困難、種質降低等問題。

　　2.4酸性脅迫

　　近年來，化石類燃料的大量使用、酸性氣體(CO2、SO2和NOx)的無節制排放和森林的過度砍伐等，引起水體pH下降，給藻類養殖造成了酸性脅迫，影響了藻類生物量積累。張倩[66]發現，培養基pH降低之后，4株小球藻(2株蛋白核小球藻(C.pyrenoidosa)、1株普通小球藻(C.vulgaris)和1株海水小球藻(C.pacifica))的生長速率明顯降低，當pH急劇下降為3.0時，降幅分別為91.52%、90.00%、88.03%和91.39%。

　　史飛飛等[67]將燃燒產生的氣體通入培養液，培養液的pH急劇下降，導致斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)生長受到抑制，添加0-20mg/LGA后，斜生柵藻的生長得到恢復，且培養液pH恢復至正常值。其中，添加10mg/LGA效果最好，可使促進斜生柵藻的干重達到0.45g/L。添加劑在藻類抗酸性脅迫中應用較少，后續研究中可進行更多嘗試，以期為利用酸性水質培養藻類生產更多高附加值產品提供更多的技術指導和理論支持。

　　3展望

　　外源添加劑可通過多種方式緩解非生物脅迫給藻體帶來的傷害，在藻類生長發育和抗逆調節中起重要作用。但目前，添加劑在藻類中的應用研究，尚停留在生長及生理指標的測定等，僅有少部分研究利用分子技術測定防御基因的表達情況，嘗試進一步探究藻類抗逆性分子機制。添加劑在藻類中完整的信號傳導途徑及作用機制尚不清楚[20，47]。

　　目前，藻類的抗逆性研究多側重于高溫和重金屬脅迫，而其他非生物脅迫研究的深度和廣度都較低。由大量陸生植物抗逆性研究可預知，添加劑在提高藻類的抗逆性方面可能具有廣闊前景。外源添加劑對不同藻類抗逆應用的施用濃度、時間及方式等還不明確，且其作為信號分子，是直接參與信號傳遞還是誘導內源物質生成進行信號轉導，又有哪些基因表達得以促進或被抑制，還有待于深入研究。

　　另外，許多藻類研究尚停留在實驗階段，還未進入實際生產中。而實際生產中，藻類培養面臨的往往不是單一非生物脅迫挑戰，故開展多組脅迫綜合分析十分必要。系統化的研究手段已呈多元化發展，因此可根據實際情況開展多組分析研究，尋求更佳的解決方案。隨著添加劑與非生物脅迫相關信號通路和基因誘導表達調控研究的深入，利用分子育種手段有望實現藻類選擇性育種，從而為藻類的實際生產應用提供更有效的理論依據和技術指導。

　　參考文獻

　　[1]陳艷梅,石陽,王明茲,等.海產養殖餌料微藻開發利用進展[J].生物技術通報,2015,31(9)：60-65.

　　[2]HeB,HouL,DongM,etal.TranscriptomeanalysisinHaematococcuspluvialis：astaxanthininductionbyhighlightwithacetateandFe2+[J].InternationalJournalofMolecularSciences,2018,19(1)：175.

　　[3]SheikhzadehN,PanchahIK,AsadpourR,etal.EffectsofHaematococcuspluvialisinmaternaldietonreproductiveperformanceandeggqualityinrainbowtrout(Oncorhynchusmykiss)[J].AnimalReproductionScience,2012,130(1-2)：119-123.

　　[4]陳忠偉,邱潔,李曉玉,等.螺旋藻抗炎和免疫增強作用的研究[J].中國畜牧獸醫,2019,46(7)：2135-2143.

　　[5]AmmarSH,KhadimHJ,MohamedAI.CultivationofNannochloropsisoculataandIsochrysisgalbanamicroalgaeinproducedwaterforbioremediationandbiomassproduction[J].EnvironmentalTechnologyInnovation,2018,10：132-142.

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