光語帶你認(rèn)識微藻
第十篇——裸藻（Euglena）
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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(nèi)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(shí)際上，裸藻門下的眼蟲屬種如纖細(xì)裸藻（又名小眼蟲，Euglena ?gracils）作為生物學(xué)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(shí)驗生物學(xué)的模式種。
多數(shù)眼蟲屬種類的細(xì)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(jī)物（吸收可溶性有機(jī)物如氨基酸或直接吞噬有機(jī)物顆粒）進(jìn)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(zhì)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(jìn)化學(xué)中認(rèn)為來源于一個被吞噬的綠藻細(xì)胞，這一點(diǎn)觀點(diǎn)同時得到分子生物學(xué)研究技術(shù)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(gòu)成，眼蟲依靠此儲能物質(zhì)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(xì)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(xué)顯微鏡下即可觀察到，在許多種中，這根長鞭毛起到幫助細(xì)胞運(yùn)動的作用。
眼蟲個體小而復(fù)雜，包含了諸多生存、生活和繁殖的機(jī)制，并為生物仿生學(xué)所關(guān)注，眼蟲的特征有：靈活柔軟的外膜、在水中快速的運(yùn)動（螺旋轉(zhuǎn)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(jìn)行運(yùn)動外還能扭動細(xì)胞進(jìn)行運(yùn)動、能利用太陽能進(jìn)行光合自養(yǎng)也能直接利用有機(jī)物進(jìn)行異養(yǎng)、能跟植物一樣進(jìn)行光合作用但又沒有植物特有的纖維素質(zhì)細(xì)胞壁。
2.眼蟲名字的起源
眼蟲（Euglena）由德國自然學(xué)家Christian G. Ehrenberg (1795–1876)命名，1838年之前即已對其特征進(jìn)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(diǎn)而得名，眼點(diǎn)為眼蟲的感光器官。小眼蟲（E. gracilis）的科學(xué)研究工作從1900年就已經(jīng)開始了，Zumstein首先實(shí)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(guān)于這個眼點(diǎn)多說幾句，最初的科研最這個眼點(diǎn)眼點(diǎn)非常感興趣，做了些研究，探討視力發(fā)生的原初起源。眼點(diǎn)可以感光，并根據(jù)外界的光照強(qiáng)弱等因素，調(diào)整自身的運(yùn)動，太強(qiáng)了，就走開點(diǎn)，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(qiáng)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(shí)用就是根據(jù)裸藻具有眼點(diǎn)的生物學(xué)特性，利用趨光性將藻細(xì)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(dāng)然也可能被城管和掃地阿姨罵?。?/span>
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?。。。巯x以縱裂的方式進(jìn)行細(xì)胞復(fù)制，首先在母細(xì)胞內(nèi)講細(xì)胞核、鞭毛、液泡等細(xì)胞器復(fù)制一份，然后細(xì)胞從“頭部”開始，分成兩半（葉綠體、細(xì)胞質(zhì)、淀粉核等也跟著分開），每份都形成母細(xì)胞的一份拷貝。
4.微觀世界下的眼蟲
在光學(xué)顯微鏡及電子顯微鏡的幫助下，我們能看到眼蟲更為細(xì)致的一些細(xì)節(jié)，以下展示一些圖，給大家一些感性認(rèn)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(jī)物的異養(yǎng)能力，常在湖泊河溝形成綠色水華，尤其是有機(jī)質(zhì)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(biāo)志。
根據(jù)報道，某些眼蟲屬的種株能產(chǎn)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(chǎn)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(xué)保存的顆粒裸藻（E. Granulata，UTEX LB2345）具有生產(chǎn)神經(jīng)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(chǎn)毒的顯現(xiàn)還是比較少見，水產(chǎn)養(yǎng)殖中池塘出現(xiàn)裸藻水色，往往被認(rèn)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(dá)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(rèn)有毒的藻種并沒有引起水生動物中毒反應(yīng)，同時某些野外產(chǎn)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(chǎn)毒與其生長環(huán)境有關(guān)。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(yīng)用
近幾年微藻市場出現(xiàn)了一種名為“裸藻”的產(chǎn)品，并被開發(fā)應(yīng)用為保健食品。這種藻即為小眼蟲（纖細(xì)裸藻）。
小眼蟲體型呈長棒狀，寬度一般為10-20μm，長度可達(dá)100μm，具有眼點(diǎn)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(xì)胞中生物活性物質(zhì)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(xì)胞蛋白的來源。含副淀粉的小眼蟲干粉已經(jīng)通過美國FDA的GRAS認(rèn)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(rèn)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(xì)菌和真菌中的一種物質(zhì)，尤其是在裸藻中，是主要的儲能物質(zhì)，在小眼蟲中可達(dá)到干重的60~70%。β-1,3-葡聚糖一直被認(rèn)為能起到免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)物質(zhì)的作用，對人體具有增強(qiáng)免疫的功效。研究還發(fā)現(xiàn)，此物質(zhì)具有抗癌、抵抗細(xì)菌感染、激活巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)細(xì)胞因子分泌、促進(jìn)造血、抗輻射、治療燒傷、促進(jìn)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(jīng)開發(fā)出一系列產(chǎn)品，并進(jìn)入了歐美和中國市場。常見的產(chǎn)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(jīng)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(qiáng)附會、功效夸大宣傳、所謂的應(yīng)用功效無科學(xué)依據(jù)，就如裸藻這個產(chǎn)品，市面上已經(jīng)宣傳成包治百病，秒殺各種神藥了。老俞還是希望讓產(chǎn)品回歸真實(shí)、功效回歸科學(xué)、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(xué)研究，小眼蟲的特征及主要成分β-1,3-葡聚糖在增強(qiáng)免疫力方面具有相當(dāng)?shù)纳飳W(xué)功效，目前也是一個研究小熱點(diǎn)，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(rèn)證及國內(nèi)的新資源認(rèn)證，也為小眼蟲的市場化鋪平了道路?？梢灶A(yù)見小眼蟲將在幾年內(nèi)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(xué)家實(shí)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(yīng)用開拓了新方向。
7.小眼蟲的養(yǎng)殖生產(chǎn)
“裸藻”這個產(chǎn)品問世的時候，有些朋友滿世界的找這個產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)還沒有規(guī)?；a(chǎn)，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(chǎn)。
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(chǎn)此產(chǎn)品，可見的產(chǎn)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(chǎn)企業(yè)）通過了該藻的ISO9001-HACCP認(rèn)證和猶太認(rèn)證，而Euglena公司主頁公示出來的生產(chǎn)基地也是位于石垣島，網(wǎng)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(chǎn)品為光養(yǎng)生產(chǎn)。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(chǎn)資質(zhì)進(jìn)行生產(chǎn)。
而從科技文獻(xiàn)看，在上世紀(jì)六、七十年代小眼蟲的規(guī)模養(yǎng)殖技術(shù)已經(jīng)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(dāng)?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(zhì)。此領(lǐng)域的研究工作，雖然少，其實(shí)國內(nèi)也有高手，深圳大學(xué)王江新老師在這塊領(lǐng)域做的相當(dāng)前沿。
想投資小眼蟲生產(chǎn)尋求技術(shù)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(shù)、工程和市場基礎(chǔ)，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(shè)定幾個指標(biāo)，找到合適的藻種，食用安全性、生長速度、目標(biāo)產(chǎn)物等（如副淀粉含量），這些基本指標(biāo)都需要考察；其次，設(shè)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(shè)施和設(shè)備類型，當(dāng)然藻種和目標(biāo)品質(zhì)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(chǎn)環(huán)境相結(jié)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(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品安全性和品質(zhì)穩(wěn)定的問題，關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)依此而確定（這塊做過質(zhì)控的朋友會特別有體會）；其四，充分研究好相關(guān)的法律和行政條例，尤其是資質(zhì)方面的內(nèi)容，這塊工作的難度怎么高估都不是高估，項目運(yùn)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(chǎn)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(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)和市場鋪墊是項目長期發(fā)展的基礎(chǔ)。
老俞接觸到的大部分人，也就考慮到養(yǎng)殖問題，其實(shí)就整個項目來說，養(yǎng)殖生產(chǎn)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(nèi)容太大，在此不細(xì)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(fù)提到了血紅裸藻，老俞決定在本篇最后重點(diǎn)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(diǎn)。
血紅裸藻特點(diǎn)之一就是胞體顯示紅棕色，但是關(guān)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(dá)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(zhì)（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(xì)胞的顏色經(jīng)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(guān)系。在池塘中血紅裸藻的水華經(jīng)常可見，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(chǎn)品的市場做的如何，跟長相絕對有關(guān)系，就算沒有整容臉那種技術(shù)感，跟馬教主那樣有張藝術(shù)臉也是很賣座的；第二，有賣點(diǎn)，副淀粉為一個主角，同時蝦青素領(lǐng)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(chǎn)技術(shù)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(dān)部分糧食供給安全的任務(wù)。
目前，血紅裸藻產(chǎn)業(yè)化的研究工作已經(jīng)有學(xué)者在進(jìn)行，泰國梅州大學(xué)對血紅裸藻進(jìn)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(jìn)行進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的工作，同時梅州大學(xué)Srinuansom等開始進(jìn)行將之應(yīng)用于錦鯉增色和紅羅非魚養(yǎng)殖的實(shí)驗。國內(nèi)目前有開始進(jìn)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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