开题报告
生物工程
一、选题的背景与意义
虾青素是发现于某些水生动物体内的一种酮式类胡萝卜素，又名虾黄素，是一种具有极强抗氧化活性的类胡萝卜素，超强的抗氧化活性赋予了虾青素突出的生理功能，如提高动物免疫力、抑制肿瘤、清除自由基和活性氧等。虾青素具有广泛的应用价值，不仅可以用作水产养殖的饵料添加剂、人的食品添加剂，在药品、化妆品和高级营养保健品等领域也有非常大的应用潜力。雨生红球藻是一种单细胞淡水绿藻，其在多种不适宜生长的外界环境条件下都会在细胞核周围的细胞质基质中加速积累次生类胡萝卜素，其中80%以上为虾青素及其酯类。雨生红球藻中虾青素的积累量可高达细胞干质量的4% ，是其他生物虾青素合成积累量的一到几个数量级，是目前首选的天然虾青素合成生物。 目前虾青素作为天然素和生物活性物质受到了极大的重视，具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。随着人们对雨生红球藻虾青素认识的逐步清晰以及对虾青素在雨生红球藻中积累的分子机制研究如虾青素合成酶基因应答环境胁迫的表达调控机制将会是新一轮研究的热点，也将是根本性地改变雨生红球藻虾青素生产限制问题的唯一途径。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：
研究的内容
利用UPLC-Q-TOF-MS分析系统，建立雨生红球藻素的分析方法；利用建立的方法对雨生红球藻生活周期不同阶段进行素组成及结构分析。
主要解决问题：
1、确立雨生红球藻素提取方法；
2、建立雨生红球藻素分析方法；
3、利用建立的方法对雨生红球藻生活周期不同阶段进行素组成及结构分析，特
别是虾青素及其酯类化合物的结构分析与定量。
三、研究的方法与技术路线：
研究的方法
本研究首先收集雨生红球藻生长周期不同阶段的藻样，即对数期（绿或游动孢子期）、绿向红转化时期（即刚开始积累虾青素时）、不动细胞时期（全部转红），然后提取素，最后用高效液相谱质
chemostat cultures of Haematococcus lacust ris (Chlorophy-ta) [J] . J Phycol,1995,31:922-924.
[4] Boussiba S, Vonshak A. Astaxanthin accumulation in the green alga Haematococcus pluvialis [J]. Plant Cell Physio, 1991, 32:1077-1082.
[5] Kobayashi M ,Kakizono T. Growth and astaxant hinformation of Haematococcus pl uvialis in heterot rophicand mixot rophic conditions [J] . J Ferment Bioeng,1992 ,74 : 17-20.
[6] Kobayashi M, Kakizono T, Nagai S. Enhanced carotenoid biosynt hesis by oxidative stress in acetate- in-duced cyst cells of a green unicellular alga ,Haematococcus pluvialis [J] .Appl Environ
Microbiol,1993 ,59 : 867-873.
[7] Borowitzka M A ,Huisman J M ,Osborn A. Cultureof the astaxant hinproducing green alga Haematococcus pluvialis [J] ,J Appl Phycol ,1991 ,3 : 295-304.
[8] Tjahjono A E ,Hayama Y. Hyper-accumulation ofastaxant hin ina green alga Haematococcus pluvialis atelevated temperatures[J] . Biotechnol Lett ,1994 ,16 :133-138.
[9] Orosa M ,Franqueira D ,Cid A ,et al . Analysis andenhancement of astaxant hin accumulation in Haematococcus pluvialis [J] . Bioresour Technol ,2005 ,96(3) : 373-378.
[10] Kobayashi M ,Hirai N. Abscisic acid-dependent algalmorphogenesis in the unicellular green alga Haematococcus pluvialis [J] . Plant Growth Regul ,1997,22 : 79-85.
[11] Lu F ,Vonshak A ,Boussiba S. Effect of temperatureand irradiance on growth of Haematococcus pluvialis(Chloropheae) [J] . J Phycol ,1994 ,30 : 829-833.
[12] Kobayashi M,Kurimura Y. Light independent astaxanthinproduction by the green microalgae Haematococcus pluvialis under salt stress [J]. Biotechnol Lett ,1997 ,19 :507-509.
[13] Kobayashi M ,Sakamoto Y. Singlet oxygen quenching ability of astaxant hin esters f rom the green alga Haematococcus pluvialis [J] . Biotechnol Lett ,1999 ,21 : 265-269.
[14] Gudin C ,Chaumont D. Cell f ragility-The key problem of microalgae mass production in closed photo bioreactors [J] . Bioresource Technology ,1991 ,38 :145-151.
[15] Sun Z ,Cunningham F X ,Gantt E. Differential expression of two isopentenyl pyrophosphate isomerases and enhanced carotenoid accumulation in a unicellular chlorophyte[J] . Proc Natl Acad
Sci ,1998 ,95 :11 482-11 488.
[16] Steinbrenner J ,Linden H. Regulation of two carotenoid biosynt hesis genes coding for phytoene synt hase and carotenoid hydroxylase during stressinduceastaxant hin formation in the alga Haematococcuspluvialis [J] ,Plant Physiol ,2001 ,125 : 810-817.
[17] Grunewald K,Eckert M ,Hirschberg J ,etal .
Phytoene desaturase is localized exclusively in the chloroplast and upregulated at the mRNA level during accumulation of secondary carotenoids in Haematococcus pluvialis ( Volvolcales ,Chlorophyceae )
[J] .Plant Physiol ,2000 ,122 : 1 261-1 268.
[18] Lotan T ,Hirschberg J . Cloning and expression inEscherichia coli of the ketocarotenoid cant haxant hinin Haematococcus pluvialis[J] . FEBS Lett ,1995 ,364 : 125-128.
[19] Grunewald K,Hirschberg J ,Hagen C. Ketocarotenoid biosynt hesis out side of plastids in the unicellulargreen alga Haematococcus pluvialis [J] . J Biol Chem,2001 ,276 (8) : 6 023-6 029.
[20] Huang J C ,Cheng F ,Sandmannb G. Stress relateddifferential expression of multiple carotene ketolasegenes in the unicellular green alga Haematococcuspluvialis [J] . Journal of
Biotechnology ,2006 ,122 :176-185.
[21] Steinbrenner J ,Linden H. Light induction of carotenoid biosynt hesis genes in the green alga Haematococcus pluvialis : regulation by photosynt hetic redoxcont rol [J] . Plant Mol Biol ,2003 ,52 (2) : 343-356.
[22] 刘建国，孙艳妮，殷明焱等. 无机碳与雨生红球藻( Haematococcus pluvialis) 细胞调节物质[J] . 海洋与湖沼,2004,5:459-466.
[23] 庄惠如，卢海声等. 雨生红球藻营养细胞的虾青素累积[J] . 水生生物学报,2001,25 ( 4) : 376-378
[24] M Kobayashi,Y Kurimura,Y Sakamoto et al. Selective extraction of astaxanthin and chlorophyll from the green algaeHaematococcus pluvialis [J] . Biotechnology Techniques,1997,11 ( 9) : 657-660
[25] 金传荫，宋立荣等. 红球藻水生748株(Haematococcus sp. HB 748) 培养基的选择与对维生素B12的需求[J] . 应用与环境生物学报,1997,3 ( 2) : 177-179
