Der Einfluss der Lichtqualität auf das Wachstum und die Synthese bioaktiver Produkte von Isoflagellaten
Marine Mikroalgen sind eine multifunktionale zelluläre Fabrik, die verschiedene aktive Produkte wie Pigmente, Polysaccharide und mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) synthetisieren kann. Sie finden breite Verwendung in Lebensmitteln, Medizin, Futtermitteln, Kosmetika und anderen Bereichen. Unter den zahlreichen marinen Mikroalgenarten hat Isochrysis die Vorteile eines schnellen Wachstums, einer hohen photosynthetischen Effizienz, einer starken Fähigkeit zur Synthese von Fucoxanthin und mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFAs, wie z. B. Octadecatetraensäure und Docosahexaensäure) und keiner Zellwandstruktur. Sie hat die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern und Mikroalgenunternehmern auf sich gezogen und wurde bei der Entwicklung von funktionellen Lebensmitteln wie Nudeln, Keksen und Joghurt eingesetzt. Es gibt Forschungsberichte, die belegen, dass Fucoxanthin verschiedene pharmakologische Wirkungen hat, wie z.B. entzündungshemmend, fettleibigkeitshemmend, krebshemmend, antibakteriell, neuroprotektiv, axonales Wachstum fördernd, den Stoffwechsel verbessernd und Atemwegserkrankungen behandelnd; mehrfach ungesättigte Fettsäuren können auch Diabetes und Osteoporose verbessern; extrazelluläre Polysaccharide können den Stoffwechsel fördern und die Immunität des Körpers stärken. Daher ist es von großer Bedeutung, Fucoxanthin und mehrfach ungesättigte Fettsäuren für die Verwendung in Lebensmitteln unter Verwendung derselben Peitschengoldalge zu entwickeln.
Die Lichtqualität ist einer der wichtigsten Faktoren, die das Wachstum und die Produktsynthese von photosynthetischen autotrophen Mikroalgenzellen beeinflussen. Verschiedene Lichtqualitäten haben unterschiedliche Eigenschaften wie Photonenflussdichte und spektrale Wellenlänge, die sich auf die photosynthetische Effizienz und die Leistung der Kohlenstoffbindung photosynthetischer autotropher Mikroalgenzellen auswirken und Unterschiede in der Leistung des Zellwachstums und der Produktsynthese aufweisen. Frühere Studien haben gezeigt, dass es signifikante Unterschiede bei der Auswahl der Lichtqualität zwischen verschiedenen Quellen von Dinoflagellaten gibt. Che et al. fanden zum Beispiel heraus, dass der höchste Ölgehalt (62,5%) erzielt werden kann, wenn die Dinoflagellaten zunächst mit Mischlicht (blaues und rotes Licht) aus dem Korean Marine Microalgae Culture Center kultiviert werden, gefolgt von der Kultivierung mit grünem Licht. Bu et al. fanden heraus, dass Isochrysis zhanjiangensis unter Rotlichtbedingungen in Zhanjiang die höchste Wachstumsrate aufwies; mit Grünlicht kultivierte Mikroalgenzellen haben jedoch den höchsten Chlorophyllgehalt. Es ist erwähnenswert, dass sich die Wissenschaftler bei der Erforschung der Auswirkungen der Lichtqualität auf die Synthese bioaktiver Produkte durch Dinoflagellaten nur auf den Einfluss der Lichtqualität auf die Synthese eines bestimmten aktiven Produkts in Dinoflagellatenzellen konzentrieren. Wie bereits erwähnt, synthetisiert Chlamydomonas reinhardtii jedoch Fucoxanthin und mehrfach ungesättigte Fettsäure-Wirkstoffe. Daher ist es notwendig, durch Forschungsarbeiten eine geeignete Lichtqualität zu ermitteln, um ein Gleichgewicht zwischen der synergistischen Synthese von Fucoxanthin und mehrfach ungesättigten Fettsäuren durch Isoflagellaten zu erreichen, um die Synthese ihrer Wirkstoffe durch Algenzellen zu maximieren.
Frühere Untersuchungen unserer Forschungsgruppe haben gezeigt, dass eine nachhaltige Regeneration von Öl und Fucoxanthin durch eine halbkontinuierliche Kultivierungsmethode (ergänzt durch Stickstoff und Phosphorsäure während des Kultivierungsprozesses) zur Kultivierung von Isochrysis sp. ISO-FJ in einem Säulenphotoreaktor im Pilotmaßstab (50 l) erreicht werden kann. Daher wurde in dieser Studie Isochrysis sp. ISO-FJ als Ausgangsstamm ausgewählt, um die Auswirkungen von drei Lichtqualitäten (weißes Licht, rotes Licht und grünes Licht) auf die synergistische Synthese von Fucoxanthin und mehrfach ungesättigten Fettsäuren durch Isochrysis sp. zu untersuchen, was eine wissenschaftliche Grundlage für die Regulierung des Wachstums von Isochrysis sp. und der Synthese aktiver Produkte im Pilotmaßstab bietet.

In diesem Experiment wurden die Auswirkungen von drei verschiedenen Lichtqualitäten, nämlich weißes Licht (400-700nm), rotes Licht (620-650nm) und grünes Licht (500-580nm), auf das Wachstum und die Akkumulation bioaktiver Produkte von Chlamydomonas reinhardtii untersucht. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass unterschiedliche Lichtqualitäten das Wachstum und die synergistische Synthese bioaktiver Produkte von Isoflagellaten signifikant beeinflussen würden. Was das Wachstum der Mikroalgenzellen betrifft, so ist die Kultivierung von Dinoflagellaten unter weißem Licht im Vergleich zu den Gruppen mit rotem und grünem Licht förderlicher für das Wachstum der Algenzellen und die Aufnahme von Nitrat-Stickstoff-Nährstoffen. Was die Synthese bioaktiver Substanzen anbelangt, so können die Algenzellen unter den drei ausgewählten Lichtqualitäten die größten Mengen an Fucoxanthin, extrazellulären Polysacchariden und PUFAs unter Grünlichtbedingungen synthetisieren. Daraus lässt sich ableiten, dass weißes Licht das Wachstum von Dinoflagellaten fördern kann, während grünes Licht die Anreicherung bioaktiver Substanzen begünstigt. In Zukunft kann eine zweistufige Methode (zuerst Weißlichtkultivierung und dann Grünlichtkultivierung) für die Kultivierung von Isoflagellaten verwendet werden, um zu untersuchen, ob sie das Zellwachstum und die Synthese bioaktiver Substanzen in Isoflagellaten deutlich verbessern und die großtechnische Produktion bioaktiver Substanzen in Isoflagellaten fördern kann.