Der Einfluss der Stickstoffkonzentration auf das Wachstum und die Synthese bioaktiver Produkte von Purpuralgen unter Grünlichtbedingungen
Porphyridium cruentum ist eine relativ primitive einzellige Rotalge, die zur Familie der Porphyridiaceae und zur Gattung Porphyridium gehört. Sie ist die einzige einzellige Mikroalge in der Gruppe der Makroalgen. Purpuralalgen können bioaktive Substanzen wie Phycobiliproteine, mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) und extrazelluläre Sulfatester-Polysaccharide synthetisieren. Ismail et al. verwendeten Phycobiliproteine zur Herstellung von Silbernanopartikeln, und experimentelle Ergebnisse zeigten, dass die Partikel stärkere antibakterielle, antioxidative und antivirale Aktivitäten aufwiesen als die ursprünglichen Phycobiliproteine. Was die PUFAs betrifft, so haben zahlreiche klinische Studien bestätigt, dass der Verzehr von PUFAs die Entwicklung von Nervenzellen und -geweben fördern und das Auftreten von Tumoren, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und anderen chronischen Krankheiten verringern kann. Das Polysaccharid Purpuralgensulfat hat verschiedene biologische Funktionen, wie z. B. antivirale, strahlungshemmende, antioxidative und krebshemmende Eigenschaften. Daher ist die Entwicklung bioaktiver Substanzen aus Purpuralgen von großer Bedeutung für die Entwicklung von Branchen wie Biomedizin, Kosmetik und gesunder Ernährung in China.
Frühere Studien haben gezeigt, dass Leuchtdiodenlampen (LED) im Vergleich zu anderen Lichtquellen wie Glühbirnen und Halogenmetalldampflampen eine längere Lebensdauer (etwa 50000 Stunden) und ein umweltfreundlicheres Produktionsverfahren haben. Sie werden häufig für die Kultivierung von Mikroalgen verwendet. Unsere Forschungsgruppe hat kürzlich herausgefunden, dass Porphyrium cruentum (FJ-12) unter grünem LED-Licht am besten wächst, verglichen mit blauem, rotem und weißem LED-Licht. Daher wurde in dieser Studie als Lichtquelle für die Kultivierung von Purpuralgen grünes LED-Licht verwendet.
Es gibt Studien, die darauf hinweisen, dass ein signifikanter Zusammenhang zwischen den Wachstumseigenschaften von Purpuralgenzellen und der Produktion ihrer Wirkstoffe sowie der Konzentration von Stickstoffquellen besteht. Guih é neuf et al. fanden heraus, dass Purpuralgen im Vergleich zu stickstoffarmen Bedingungen die Synthese von Phycoerythrin oder Phycobiliprotein unter stickstoffreichen Bedingungen (1g/L) fördern können; unter stickstoffarmen Bedingungen sind Purpuralgen jedoch vorteilhaft für die Synthese von PUFAs und die Sekretion von extrazellulären Polysacchariden. Auch frühere Studien haben ähnliche Ergebnisse erbracht. Diese Studien deuten darauf hin, dass die Stickstoffkonzentration das Gleichgewicht des Protein-, Öl- und Kohlenhydratstoffwechsels in den Zellorganellen der Mikroalgen reguliert und die Richtung der in den Mikroalgen gespeicherten Substanzen beeinflusst. Wie frühere Untersuchungen gezeigt haben, kann die Stickstoffregulierung nur die Synthese von Phycocyanin oder PUFAs und extrazellulären Polysacchariden durch Porphyromonas reinhardtii regulieren. Daher ist es sehr wichtig, die Prozessbedingungen für die Kultivierung von Porphyromonas reinhardtii so zu regulieren, dass sich sein Stoffwechsel im Körper in einem optimalen Gleichgewichtszustand befindet und somit die synergistische Synthese von Phycocyanin, PUFAs und extrazellulären Polysacchariden erreicht wird.
Studien haben gezeigt, dass unter ungünstigen Lichtqualitätsbedingungen der Gehalt an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) in Mikroalgen ansteigt, was die Oxidation oder den Abbau von Phycoerythrin oder Phycobiliprotein beschleunigt, die Absorption von Lichtphotonen verringert und die Effizienz der Lichtsammlung und der Photosynthese beeinträchtigt. Unsere vorläufigen Untersuchungen ergaben, dass grünes LED-Licht die am besten geeignete Lichtqualität für die Kultivierung von Porphyridium cruentum (FJ-12) ist. Daher ist es notwendig, die Auswirkungen verschiedener Konzentrationen von Stickstoffquellen auf das Wachstum und die Synthese von Wirkstoffen in Purpuralgen unter LED-Grünlichtbedingungen zu untersuchen. Suche nach dem am besten geeigneten Kultivierungsverfahren für die synergistische Synthese von Phycocyanin, PUFAs und extrazellulären Polysacchariden aus Porphyromonas aeruginosa. Zurzeit gibt es noch keine Forschungsergebnisse auf diesem Gebiet. Auf der Grundlage der bisherigen Forschung unserer Forschungsgruppe wurde Porphyridium cruentum (FJ-12) als Algenart ausgewählt. Unter LED-Grünlichtbedingungen wurden die Auswirkungen verschiedener Konzentrationen von Stickstoffquellen auf das Wachstum von Porphyridium cruentum-Zellen und die Synthese von Phycobiliproteinen, PUFAs und extrazellulären sulfatierten Polysacchariden systematisch bewertet, um den technischen Engpass der synergistischen Synthese bioaktiver Substanzen durch Porphyridium cruentum zu lösen und eine praktische Grundlage für die industrielle Kultivierung der synergistischen Synthese bioaktiver Substanzen durch Porphyridium cruentum zu schaffen.
Unter LED-Grünlichtbedingungen wurden die Auswirkungen verschiedener Stickstoffkonzentrationen (0, 0,5, 1 und 1,5 g/L) auf das Wachstum und die Synthese aktiver Produkte in Purpuralgenzellen untersucht. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die maximale Biomasse der Purpuralgenzellen (3,09 g/L) bei einer Stickstoffkonzentration von 1 g/L erreicht werden konnte. Bei Stickstoffkonzentrationen von 1 g/L und 1,5 g/L können die Purpuralgenzellen höhere Konzentrationen und Erträge von APC, B-PE, R-PC, extrazellulären Polysacchariden, ARA und EPA erzielen. Darüber hinaus zeigte diese Studie im Gegensatz zu anderen früheren Studien keine abnehmende Tendenz bei der Synthese dieser Wirkstoffe durch Porphyromonas sp. unter Bedingungen hoher Stickstoffkonzentration unter grünem LED-Licht. Es kann die synergistische Synthese von Phycobiliproteinen, extrazellulären sulfatierten Polysacchariden und PUFAs durch Porphyromonas sp. erreicht werden, was eine praktische Grundlage für die Entwicklung bioaktiver Substanzen in der groß angelegten Aquakultur von Porphyromonas sp. darstellt.