光語帶你認識微藻
第十篇——裸藻（Euglena）
單位：上海光語生物科技有限公司
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作者：俞建中（微信號：Scophy117）
1.裸藻概述
裸藻門（Euglenophyta）下僅一個裸藻綱，下轄裸藻目和柄裸藻目，共四個科（裸藻科、變胞藻科、袋鞭藻科、柄裸藻科），約包含了40多個屬1000多個種，多數(shù)種類為淡水種，通常大量的生存在平靜的內陸水體，在池塘、水溝的表面形成綠色或者紅色的水華。
裸藻這個名字對大部分人來說都很陌生，而實際上，裸藻門下的眼蟲屬種如纖細裸藻（又名小眼蟲，Euglena ?gracils）作為生物學研究對象的歷史非常悠久，可以說是目前研究最透徹的物種之一，列為實驗生物學的模式種。
多數(shù)眼蟲屬種類的細胞長度為幾十到幾百微米，具有光合作用的葉綠體，使的得它們具有光自養(yǎng)的能力（植物性），而同時也具有利用有機物（吸收可溶性有機物如氨基酸或直接吞噬有機物顆粒）進行異養(yǎng)的能力（動物性）。眼蟲的葉綠體中含有葉綠素a和葉綠素b，眼蟲的葉綠體有三層質膜，而常見綠色陸地植物和綠藻類的葉綠體為兩層膜。因此眼蟲的葉綠體在生物進化學中認為來源于一個被吞噬的綠藻細胞，這一點觀點同時得到分子生物學研究技術的支持。眼蟲葉綠體中含有淀粉核，為副淀粉（β-1,3葡聚糖）構成，眼蟲依靠此儲能物質可以生存在無光的不利生存環(huán)境中，淀粉核是裸藻中屬的分類特征之一（如淀粉核的數(shù)量、位置等），可用以區(qū)別不同的裸藻種類，如鱗孔藻屬（Lepocinclis）和扁裸藻屬（Phacus）。
所有的眼蟲都有兩根鞭毛，位于細胞體的前端的一個小空穴（胞窩，reservoir）中，眼蟲屬的一根鞭毛短，不能突出到空穴外，而另一根鞭毛非常長，光學顯微鏡下即可觀察到，在許多種中，這根長鞭毛起到幫助細胞運動的作用。
眼蟲個體小而復雜，包含了諸多生存、生活和繁殖的機制，并為生物仿生學所關注，眼蟲的特征有：靈活柔軟的外膜、在水中快速的運動（螺旋轉動）、一個能感光的蛋白晶體、利用脂囊泡和淀粉核儲能（且以副淀粉的方式而非淀粉）、除了用鞭毛進行運動外還能扭動細胞進行運動、能利用太陽能進行光合自養(yǎng)也能直接利用有機物進行異養(yǎng)、能跟植物一樣進行光合作用但又沒有植物特有的纖維素質細胞壁。
2.眼蟲名字的起源
眼蟲（Euglena）由德國自然學家Christian G. Ehrenberg (1795–1876)命名，1838年之前即已對其特征進行了描述，“Euglena”這個詞由兩個希臘語詞“eu”和“glene”組成，意思分別是“好”與“眼球”，因在顯微鏡下明顯可見的眼點而得名，眼點為眼蟲的感光器官。小眼蟲（E. gracilis）的科學研究工作從1900年就已經開始了，Zumstein首先實現(xiàn)了這個物種的無菌培養(yǎng)，并發(fā)表了研究報告。直到今天，多數(shù)研究依然在使用Zumstein所培養(yǎng)的株系，因此將這個藻株稱為“Z”株系。
關于這個眼點多說幾句，最初的科研最這個眼點眼點非常感興趣，做了些研究，探討視力發(fā)生的原初起源。眼點可以感光，并根據(jù)外界的光照強弱等因素，調整自身的運動，太強了，就走開點，光弱了，就靠近光源去，所以池塘的裸藻藻華通常在早晨和傍晚出現(xiàn)，中午的時候光照強就沉入到水深處。前陣某個電視臺的一個節(jié)目做了個很牛逼的事情，利用裸藻做了許多人臉出來，其實用就是根據(jù)裸藻具有眼點的生物學特性，利用趨光性將藻細胞誘集到某個區(qū)域，形成了一幅幅人臉。（生物本能的利用可以做很多事情，比如你用肉包子擺一個心型，會引來一堆野狗幫你示愛，用蜂蜜刷字倒是可能引來螞蟻寫你的山盟海誓，當然也可能被城管和掃地阿姨罵！）
3.眼蟲的繁殖
老俞特意找了一個1926年的圖來說明眼蟲的繁殖（90年前?。。。?，眼蟲以縱裂的方式進行細胞復制，首先在母細胞內講細胞核、鞭毛、液泡等細胞器復制一份，然后細胞從“頭部”開始，分成兩半（葉綠體、細胞質、淀粉核等也跟著分開），每份都形成母細胞的一份拷貝。
4.微觀世界下的眼蟲
在光學顯微鏡及電子顯微鏡的幫助下，我們能看到眼蟲更為細致的一些細節(jié)，以下展示一些圖，給大家一些感性認識。
5.水環(huán)境中的眼蟲
眼蟲多數(shù)種類生活在淡水中，因為具有利用有機物的異養(yǎng)能力，常在湖泊河溝形成綠色水華，尤其是有機質比較豐富的水域較為常見，在水面形成一層綠色、血紅色或黃褐色的水膜，并隨外界的光照等情況變化而形成或散開。水體中眼蟲大量繁殖是水體肥沃的標志。
根據(jù)報道，某些眼蟲屬的種株能產毒，如Bertin等2009年觀察到血紅裸藻（E. Sanguinea）水華會引起池塘中魚類死亡，發(fā)現(xiàn)該藻能產生一種有毒生物堿——裸藻素。Zimba等（2004）發(fā)現(xiàn)一株野生的血紅裸藻和一株德州大學保存的顆粒裸藻（E. Granulata，UTEX LB2345）具有生產神經毒素——魚毒素（ichthyotoxin）的功能。（說的好像是同一種毒素）
不過根據(jù)更多的研究報道和老俞的觀察，裸藻產毒的顯現(xiàn)還是比較少見，水產養(yǎng)殖中池塘出現(xiàn)裸藻水色，往往被認為是一種有益的藻華，藻體可為魚類攝食。老俞以往工作過的幾個地方都看到池塘中出現(xiàn)大面積的血紅裸藻，厚厚的覆蓋了整個塘面，持續(xù)時間長達幾周到幾個月，而養(yǎng)殖的魚類活的好好的，蝦也沒見死亡。同樣一些做赤潮藻研究的同行也發(fā)現(xiàn)，環(huán)境中某些公認有毒的藻種并沒有引起水生動物中毒反應，同時某些野外產毒的藻株在人工培養(yǎng)條件下并未檢測到毒素，也就是說藻類產毒與其生長環(huán)境有關。因此對于眼蟲水華要區(qū)別對待，不需要大驚小怪，看到藻就大呼有毒。
6.小眼蟲的開發(fā)應用
近幾年微藻市場出現(xiàn)了一種名為“裸藻”的產品，并被開發(fā)應用為保健食品。這種藻即為小眼蟲（纖細裸藻）。
小眼蟲體型呈長棒狀，寬度一般為10-20μm，長度可達100μm，具有眼點一個，對光照較為敏感（趨光性/避光性），小眼蟲的體型也會隨著外界光照等情況改變，如在深夜會變成圓球狀。
小眼蟲細胞中生物活性物質種類豐富，如β-胡蘿卜素，維生素Ｃ、維生素Ｅ、β-1,3-葡聚糖和PUFA等，并可作為單細胞蛋白的來源。含副淀粉的小眼蟲干粉已經通過美國FDA的GRAS認證(GRN No. 513)。在中國也于2013年5月通過了小眼蟲的新資源食品認證。
在美國FDA文件中，著重指出了小眼蟲中含有β-1,3-葡聚糖（副淀粉，paramylon）。β-1,3-葡聚糖是廣泛存在于植物、藻類、細菌和真菌中的一種物質，尤其是在裸藻中，是主要的儲能物質，在小眼蟲中可達到干重的60~70%。β-1,3-葡聚糖一直被認為能起到免疫應答調節(jié)物質的作用，對人體具有增強免疫的功效。研究還發(fā)現(xiàn)，此物質具有抗癌、抵抗細菌感染、激活巨噬細胞，誘導細胞因子分泌、促進造血、抗輻射、治療燒傷、促進傷口愈合、降血脂、抗氧化等作用，而其衍生物（如硫酸化）甚至具有抗HIV病毒的功效。
小眼蟲在日本已經開發(fā)出一系列產品，并進入了歐美和中國市場。常見的產品如下圖17，有膠囊、飲料、小食品、化妝品等類型。
此處額外多扯幾句。作為曾經的保健食品工作人員，對于目前健康品市場的混亂也是無可奈何，尤其是宣傳中的一些措辭，介紹笑話百出、配圖張冠李戴、原理牽強附會、功效夸大宣傳、所謂的應用功效無科學依據(jù)，就如裸藻這個產品，市面上已經宣傳成包治百病，秒殺各種神藥了。老俞還是希望讓產品回歸真實、功效回歸科學、市場回歸理性。
忽略現(xiàn)有的過度宣傳，依據(jù)現(xiàn)有的科學研究，小眼蟲的特征及主要成分β-1,3-葡聚糖在增強免疫力方面具有相當?shù)纳飳W功效，目前也是一個研究小熱點，這將是小眼蟲這個微藻新秀在未來市場開發(fā)的主要方向之一。同時在法律法規(guī)方面，美國FDA的GRAS認證及國內的新資源認證，也為小眼蟲的市場化鋪平了道路?？梢灶A見小眼蟲將在幾年內成為螺旋藻、小球藻、鹽藻、雨生紅球藻和束絲藻之外的第六個商業(yè)化的微藻品種。
另外日本科學家實現(xiàn)了利用裸藻中所含的副淀粉和脂肪酸合成了生物塑料，為小眼蟲開發(fā)應用開拓了新方向。
7.小眼蟲的養(yǎng)殖生產
“裸藻”這個產品問世的時候，有些朋友滿世界的找這個產品，發(fā)現(xiàn)國內還沒有規(guī)?；a，連這塊研究工作都很少人做，更有許多朋友打聽怎么養(yǎng)殖生產。
為了滿足朋友們的要求，老俞去查了下小眼蟲養(yǎng)殖的一些資料。
目前，世界僅見日本Euglena公司有規(guī)?；a此產品，可見的產品或原料均出自該公司。按檢索到的資料，2013年，日本沖繩石垣島的八重山公司（Yaeyama，大名鼎鼎的小球藻生產企業(yè)）通過了該藻的ISO9001-HACCP認證和猶太認證，而Euglena公司主頁公示出來的生產基地也是位于石垣島，網站顯示的圖片是八重山公司的養(yǎng)殖場，對外聲稱該公司“裸藻”產品為光養(yǎng)生產。因此Euglena公司有可能是跟八重山公司合作，租用了其基地和生產資質進行生產。
而從科技文獻看，在上世紀六、七十年代小眼蟲的規(guī)模養(yǎng)殖技術已經研究的比較透徹，光自養(yǎng)、異養(yǎng)以及兼養(yǎng)（光養(yǎng)+異養(yǎng)）的方式都有研究，之后也有相當?shù)难芯酷槍Ω患S生素E、類胡蘿卜素和多不飽和脂肪酸等物質。此領域的研究工作，雖然少，其實國內也有高手，深圳大學王江新老師在這塊領域做的相當前沿。
想投資小眼蟲生產尋求技術合作的人似乎還不少，對于這些朋友，老俞能給的建議是句老話，前途是光明的，道路是曲折的。尤其是對于沒有技術、工程和市場基礎，從頭開始的項目來說，難度還是有不少的，解決問題的過程中需要大把的金錢和時間。
首先，需要設定幾個指標，找到合適的藻種，食用安全性、生長速度、目標產物等（如副淀粉含量），這些基本指標都需要考察；其次，設定養(yǎng)殖工藝路線，光養(yǎng)還是異養(yǎng)，或者先異養(yǎng)后光養(yǎng)，選擇主要設施和設備類型，當然藻種和目標品質也需要跟工藝相互匹配，這些具體的問題也要跟現(xiàn)有的資金、土地、生產環(huán)境相結合，例如土地資源、氣候條件、水電氣交通等等；其三，根據(jù)粗定工藝的各個節(jié)點，重點關注產品安全性和品質穩(wěn)定的問題，關鍵設備和關鍵工藝環(huán)節(jié)依此而確定（這塊做過質控的朋友會特別有體會）；其四，充分研究好相關的法律和行政條例，尤其是資質方面的內容，這塊工作的難度怎么高估都不是高估，項目運作過程中，大部分的時間可能是要消耗在這里，漫長的等待和煎熬是必然的；其五，終端產品的開發(fā)是必不可少的環(huán)節(jié)，單純做原料最后都是死，提前進行產品研發(fā)和市場鋪墊是項目長期發(fā)展的基礎。
老俞接觸到的大部分人，也就考慮到養(yǎng)殖問題，其實就整個項目來說，養(yǎng)殖生產這塊的資金投入或許是最大的，但難度真不是最大的。這塊內容太大，在此不細述，朋友們有興趣，倒是可以私下慢慢探討。
8.血紅裸藻（E. sanguinea）
前面反復提到了血紅裸藻，老俞決定在本篇最后重點描述下這個眼蟲屬的常見種。主要是因為如果讓老俞選擇一個新藻種將之市場化，血紅裸藻絕對是選擇重點。
血紅裸藻特點之一就是胞體顯示紅棕色，但是關于其色素分析的研究報告不多，M. Grung & S. Liaaen-Jensen?(1993)分析了一株血紅裸藻的色素成分，總類胡蘿卜素的含量達到干重的0.7%，其中主要為蝦青素（占干重0.5%），其他還有β-胡蘿卜素、金盞花黃質（adonixanthin），金盞花紅素（adonirubin）、硅藻黃素（diatoxanthin）、硅甲藻黃素（diadinoxanthin）、?綠藻黃素（loroxanthin）和痕量的新黃素（neoxanthin）。血紅裸藻細胞的顏色經常有深淺變化，或黃、或棕、或褐紅等等不一而論，即使同一株系在不同時間也有色彩變化，因此推斷其中的類胡蘿卜素也是多種多樣，何種色素占優(yōu)勢跟培養(yǎng)條件也有關系。在池塘中血紅裸藻的水華經?？梢?，其顏色也是紅棕黃不等，可見明顯的色差。
之所以說血紅裸藻值得開發(fā)，理由有以下一些：第一，有賣相，健康產品的市場做的如何，跟長相絕對有關系，就算沒有整容臉那種技術感，跟馬教主那樣有張藝術臉也是很賣座的；第二，有賣點，副淀粉為一個主角，同時蝦青素領銜的類胡蘿卜素，含量可觀種類多，還有維生素E/C和PUFA等多個配角；第三，光養(yǎng)/異養(yǎng)均可，可利用原料來源豐富；第四，生產技術與工藝有一定門檻，規(guī)避山寨搗亂；第四，宏觀上講，為主糧與果蔬集合體，可分擔部分糧食供給安全的任務。
目前，血紅裸藻產業(yè)化的研究工作已經有學者在進行，泰國梅州大學對血紅裸藻進行了一些養(yǎng)殖方面的研究，并檢測了其中的類胡蘿卜素，正在進行進一步實現(xiàn)產業(yè)化的工作，同時梅州大學Srinuansom等開始進行將之應用于錦鯉增色和紅羅非魚養(yǎng)殖的實驗。國內目前有開始進行小眼蟲養(yǎng)殖的研究者們，既然都是眼蟲，有空捎帶著一起把這個種的研究也做了吧！
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