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第234期:浮游植物——漂浮的“弹簧圈”

2017-03-15 | 来源:科普开放部| 【  

  说起“弹簧圈”,很多人都不陌生,大人小孩都喜欢玩,我小时候就梦想着哪一天也能拥有这么一个小东西,可惜的是,至今也没能真正的拥有一个。不过后来,我就发现了一个更好玩的漂浮在水中的“弹簧圈”,不信你看,下图的二位是不是有些神似呢?

弹簧圈和螺旋藻

图a来源网络

  它就是螺旋藻,顾名思义,因其藻丝成螺旋状而得名。在正式开始之前,首先要为“螺旋藻”正个名,我们通常所说的“螺旋藻”和市面上能见到的大部分“螺旋藻”产品,从生物学角度来看,并不是真正的螺旋藻,它们都是节旋藻。关于螺旋藻与节旋藻的分类与命名之争长达一个多世纪,那二者到底有哪些共性与区别呢?接下来我们就通过几幅小漫画和显微图来认识一下节旋藻和螺旋藻。

  首先,二者都属于蓝藻门颤藻目颤藻科螺旋藻亚科,原核生物,藻丝柱状、规则的螺旋状卷曲,能旋转运动,藻丝断裂形成能动的藻殖段。上面这句话专业术语太多,估计大部分看官看完还是懵懵哒,下面小编用人话翻译一遍:节旋藻与螺旋藻来自同一个家族,长像相似,性格也相似。

  不过再相似也有不同点,节旋藻与螺旋藻的最大的区别就是在光学显微镜下,是否能看到藻体上的横壁。虽然二者都是多细胞,但节旋藻有在光镜下可见横壁,而螺旋藻没有。当然除了这一点之外,二者在细胞大小,螺距、螺径上都有区别,想知道的可以从下面的图仔细找找看哦。

节旋藻与螺旋藻

(a)节旋藻(b)螺旋藻

  既然在外形上这么好区分,为什么节旋藻与螺旋藻的命名还是如此混乱呢?这是因为第一个为螺旋藻命名的人观察到的其实是细胞间有可见横壁的节旋藻,后人又发现一种没有横壁的螺旋状藻,为了区分,就把带横壁的藻重新命名为节旋藻。生产上使用的种均是节旋藻,但都是以螺旋藻命名的,所以这种叫法一直延续至今,小编希望各位看官知道,我们平时买的叫“螺旋藻”的保健品其实都是节旋藻,所以今天的主角其实也是节旋藻了!不过为了符合大家的习惯,下文中一律用“螺旋藻”来指代节旋藻。

  下面我们来扒一扒螺旋藻(其实是节旋藻!节旋藻!节旋藻!重要的事情说三遍!再啰嗦一句,后文中的螺旋藻也都是节旋藻!)的八卦吧。你们知道吗,螺旋藻并不都是螺旋形的,还有直的呢。虽然大部分螺旋藻的藻丝是螺旋形的,但在一定环境条件下,螺旋形可转化成直线形,而且两种形态可以相互转换。螺旋形和直线形各有用武之地,螺旋形藻丝通过自身螺旋的遮挡可以抵御自然环境中的紫外辐射,想想一圈圈的小螺旋,像不像戴着一顶顶小帽子呢?直线型藻丝在水体中下沉较慢,相比螺旋形,直线型不易被捕食者捕食:藻体团成小螺旋只有那么一点,捕食者一口就可以吞掉,而直线型看起来就大多了,这就叫竖起脊梁,挺直腰板,让自己高大威猛起来,敌人自然不敢靠近,不过这种小把戏也就骗骗那些吃螺旋藻的小动物们喽。

  

  哪里有螺旋哪里就有谜之方向。通常自然界中一种带有螺旋的生物的螺旋方向是终生不变的,但螺旋藻的螺旋方向在一定的条件下却可以相互转变的。比如在高温胁迫下,某些螺旋藻的螺旋方向会发生逆转,当温度恢复时,螺旋方向也随之恢复到原来状态。在个别藻丝中还有左手和右手螺旋同时存在的情况,至于它为什么有这种变化,仍是个迷。

  

  不知大家是否记得关于蚯蚓一家人的段子,儿子把自己切成两段打羽毛球,妈妈把自己切成四段打麻将,爸爸喜欢踢足球把自己跺成了肉泥,哈哈哈哈~~~其实这个段子用在螺旋藻身上同样适用,每一段断裂的藻体都可长成一条完整的藻丝,长成以后它们是不是也可以跟自己打羽毛球、搓麻将和踢足球了呢?

图片来源网络

  有人可能会说,怎么净来些虚的,我们没有显微镜也没有办法观察啊。那我就给大家普及一下我们入口的保健品到底是生活在一个什么样的条件下。在小编看来,螺旋藻的生活条件可艰苦了,它们大部分是生活在盐湖、碱湖或咸水湖中,而且对pH的要求很高,最佳生长pH为9.5-9.8,怎么来形容它的生长环境呢?对,苏打水(主要成分为NaHCO3),螺旋藻的生活环境基本就是苏打水。生产上也是用NaHCO3作为主要成分对螺旋藻进行培养。螺旋藻虽然对生活环境的pH要求很高,但它体内的pH也只有8.0-8.5,钠离子就是它对抗高pH的利器,没有钠它也不能正常生活,所以培养螺旋藻时要添加适量氯化钠。简单说来,螺旋藻就是喝着苏打水吃着盐长大的,哎呀妈呀,想想这饮食搭配都觉得酸爽。然而,在我们看来如此严苛的生存条件,螺旋藻却生活的最好,其他的藻、细菌、真菌、原生动物和昆虫都只能望而却步了。真是汝之蜜糖,彼之砒霜呐。

  吃瓜群众准备好小板凳了,接下来就是螺旋藻的奋斗史了,看它如何一步一步成为保健品的。

  早在1940年就有探险家发现,住在乍得湖(Lake Chad)畔的土著人从湖中收集一种蓝绿色的漂浮物,在岸上晒干后成为一种叫做“dihé”的饼,并将“dihé”磨碎拌以辣椒和香料作为日常食物食用。后来他们将此发现报告给林奈学会,并将标本寄给藻类学家加以鉴定,最后鉴定证明这是一种螺旋形蓝藻(blue-green alage),命名为钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)。可惜这次发现时运不济,被淹没在战争的隆隆炮火声中。看着下图中乍得湖的螺旋藻水华是不是很眼熟呐,我们周围的很多湖也经常的发生水华,湖面飘着蓝绿色藻体,发出阵阵不愉快的味道,不过我们见到的这些藻可不是螺旋藻,不可以食用,有的还会产生毒素呢,千万不要学人家随便采食湖里的藻喔。

乍得湖畔螺旋藻水华与当地人采收螺旋藻的情景

图片引自Whitton, B. A.(2012)

  故事继续发展,25年后,也就是1964-1965年,比利时探险队再次抵达乍得湖畔时,恰巧又遇上螺旋藻水华。这时全世界人口急剧增长、粮食短缺,一经报道,即可引起藻类学家、企业家、营养学家和政府的高度重视。几乎同时,在墨西哥城附近的Texcoco湖中也发现螺旋藻水华,当地人早在四百年前就有采食螺旋藻的习惯,并用它做成一种名叫“tecuitlatl”的面包,不同的是这里的螺旋藻是极大螺旋藻(Spirulina maxima)。让人惊叹的是这两个地方的人民相隔如此遥远,却不约而同地发现了螺旋藻的营养价值。在这两处天然湖泊中发现的这两种螺旋藻成为日后规模化生产的主力军。

  提起螺旋藻,就不得不提Zarrouk博士,1966年,他的博士论文“螺旋藻的培养研究”完成,提出的Zarrouk培养基为螺旋藻培养奠定了基础,目前螺旋藻规模化生产所用的培养基几乎都是由Zarrouk培养基改良而来。1967年,法国国立石油研究所发表《食品藻类新类型》,第一次全面的阐述了螺旋藻的生态学特性和生化组成,表明螺旋藻蛋白含量高,是很好的食物蛋白源。既然有这么多人免费的做了螺旋藻毒性试验的小白鼠,证明螺旋藻确实是营养丰富,有益于人类身体健康,法国国立石油研究所迅速与墨西哥生产小苏打的公司合作在Texcoco湖建成了世界上第一个螺旋藻工厂,抢占了工厂化生产螺旋藻的先机。

  说了这么多为什么螺旋藻的早期发现都是在外国呢?难道我们国家没有吗?

  我们国家地大物博,当然有啦。1986年云南丽江程海湖螺旋藻发现,程海湖是一个自然生产螺旋藻的苏打湖,利用程海湖的天然水源,中国的螺旋藻产业在程海湖畔蓬勃发展,目前程海地区仍然是中国最大的螺旋藻生产基地,云南果真是好山好水好地方啊,大家去云南旅游的时候可以带一点程海的螺旋藻尝尝哦。1991年以后,我国的螺旋藻产业如雨后春笋般地成长起来,至今仍然在蓬勃发展。1996年,桥辰、李博生在内蒙鄂尔多斯沙区盐碱湖也采集到螺旋藻。

  螺旋藻作为食物的历史悠久,关于它是如何被发现并登上保健品宝座的过程,你是不是也有了新的认识呢!为了避免有打广告的嫌疑,小编仅放一张图来说明螺旋藻的功能,到底有没有效果,请自行试验,小编可不随意打包票喔~~~

  

  PS:图有画的不对的地方还请各位看官指正,画的不好的地方就放过我吧~

  本文所有显微图片均来引自Whitton, B. A. (2012). Ecology of Cyanobacteria II: Springer Netherlands.

  主要参考文献

  胡鸿钧. (2003). 螺旋藻生物学及生物技术原理.

  胡鸿钧, &魏印心. (2006). 中国淡水藻类--系统、分类及生态.

  李夜光:螺旋藻全营养保健价值掀起新一轮应用风潮http://biz.ifeng.com/a/20160925/44457574_0.shtml

  Whitton, B. A. (2012). Ecology of Cyanobacteria II: Springer Netherlands.

作者:刘彩霞;编辑张凡)

 
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