小球藻 （小球藻科小球藻属植物，单细胞绿藻）

简介

小球藻细胞呈球形，直径为3-8微米，无鞭毛。细胞壁较坚固，被分成两个部分，分别是嵌入在基体和纤维的长丝，其主要成分是纤维素、葡糖胺、脂质和蛋白质。另外，某些小球藻的细胞壁中还含有包囊素，小球藻的内含物含有一个色素体，杯状或紧贴细胞膜周生，多数种类的细胞内含有一个蛋白核。

小球藻是被最早开发的藻类蛋白，20世纪60年代初，日本就已经开始工厂化生产。其细胞内中富含多种高价值活性物质，因此在食品、营养品和饲料等领域具有广泛的应用价值。小球藻的叶绿素含量是植物中最高的，已被联合国粮农组织 (FAO) 列为21世纪人类的绿色营养源健康食品。该属的蛋白核小球藻是研究较多的一个种，由于细胞内蛋白质含量高，中国卫生部已于2012年批准其为新资源食品。

分类

分类变动

1890年小球藻属被Beijerinck首次描述，相关学者将小于15微米的无特殊附属物的形态特征 （如刺、毛等） 的球形、椭圆形单细胞绿藻都归为小球藻，多个来自淡水、海洋和土壤生境中的种被描述。然而，随着分类学方法的变化，这些物种中的大多数都已被修订或有待修订，许多种已被转移到其他科或属。1965年，学者Shihira和Krauss基于在细胞生长周期内是否需要维生素，将小球藻属分成2个亚属，分别为小球藻亚属和异养小球藻亚属，异养小球藻亚属后来被作为1个单独的属。

小球藻属的种类经过多次调整。1999年，一些分类学家基于生化和分子数据把小球藻属减少至4个种，分别为普通小球藻、凯氏小球藻 （C.kessleri） 、分叶小球藻 （C.lobophora） 和沙堆小球藻 （C.sorokiniana）。2004年，基于分子生物学研究，凯氏小球藻被转移到了类小球藻属（Parachlorella）。2011年，旋动小球藻 （C.heliozoae） 和多变小球藻 （C.variabilis）被加入小球藻属成员，此时小球藻属有5个种。后来又有多个新种加入小球藻属。

下级分类

截至2023年，小球藻属共包括43个种，模式种为普通小球藻，如表。

近缘类群

小球藻属属于小球藻科。Krienitz等 (2004)基于分子数据研究认为可将小球藻科分为2个独立的分支，即小球藻分支和类小球藻分支。小球藻分支中，除了小球藻属外，还包括集星藻属（Actinastrum）、对囊藻属（Didymogenes）、黑氏球藻属（Hegewaldia）、亨氏球藻属（Hindakia）、海尼球藻属（Heynigia）、迈耶球藻属（Meyerella）、微芒藻属 （Micractinium） 。

培养历史

小球藻生态分布广，易于培养，生长速度快，而且营养丰富，是很好的单细胞蛋白来源，具有很高的应用价值。20世纪60年代，美国、苏联等国家开发小球藻作为饲料蛋白用于饲料添加剂；70年代日本率先开发小球藻作为人类的健康食品，80年代又相继开发出小球藻饮料、小球藻化妆品和小球藻医药制品等。美国、日本、以色列和中国台湾等国家和地区开发出现代化的小球藻培养技术，已成为小球藻的主要生产地。在水产养殖生产中，小球藻一般用于培养或强化培养轮虫、枝角类、桡足类等生物饵料。

形态特征

小球藻细胞呈球形，直径为3-8微米，无鞭毛。细胞壁较坚固，有时会分泌粘质使多个细胞连在一起，胞壁的组成中含有孢囊素 （一种类胡萝卜素衍生物） 。细胞壁被分成两个部分，分别是嵌入在基体和纤维的长丝，其主要成分是纤维素、葡糖胺、脂质和蛋白质。小球藻的内含物含有一个色素体，杯状或紧贴细胞膜周生，多数种类的细胞内含有一个蛋白核。

分布栖息

小球藻的分布十分广泛，不论是温带或热带，海水或淡水，都有小球藻生长；海水里的小球藻悬浮在水中，有时附着在礁石或贝壳上，有时还会寄生在纤毛虫和水螅体上。分布在温带淡水中的小球藻，无论池塘、沟渠、沼泽、水游、水糟、水缸等积水中都有。

生长习性

小球藻的生态条件依种类而不同。不同种类的小球藻可生活在自然的海水和淡水中，淡水种类较多。海水种类对盐度的适应性很强，在河口、港湾、半咸水中都可生存，也能移植到淡水中。一般的小球藻在自然环境下，能适应的水温范围比较大，可以从10°C左右至36°C左右，最适宜温度在25°C左右。在适温条件下，生长的最适光照强度在10000勒克斯左右。适宜的pH约为6~8。小球藻在含有机质（特别是氮肥）多的水中生长很繁茂，在小球藻繁殖旺盛时，水色变为鲜绿色。

小球藻一般都是独立生活的，并且在正常的状态下是悬浮在水中的。也有一些种类生存在水螅、变形虫、草履虫等无脊椎动物的组织或细胞中，这种关系可以从偶然的共生变成真的寄生。小球藻与其它浮游生物生物也存在竞争关系。小球藻能产生一种抗生素，抵抗和抑制细菌。衰老的小球藻如果被水蚤食用，则能使水蚤生长缓慢甚至死亡。如果小球藻在竞争中占优势，就能抑制其它浮游生物的繁育。若小球藻在竞争中占弱势，则会被其它浮游生物所排挤。

繁殖方式

小球藻的繁殖方法有两种，一种是细胞横分裂法，就是由一个细胞分裂成两个，两个分裂成四个，这样不地分裂下去，不断繁殖新的后代。另一种是似亲孢子繁殖法，在养分比较充足，温度、光照又很适合的条件下，小球藻细胞内就形成很多与母体细胞相同的孢子，最后细胞壁破裂，孢子便散到外面，生长成为许多新的小球藻。这种似亲孢子，在一昼夜之间，可以产生二到三代，小球藻细胞的数量就增加好几十倍。这样繁殖下去，新细胞逐渐变成老细胞，直到培养液中的养分消耗光，它们才被迫停止生产。

培养技术

培养方式

小球藻的培养方式可以分为实验室内少量培养和室外大量培养。在实验室内少量培养时，一般是培养在玻璃瓶中，瓶口用纱布封好。大量培养时，又可分为闭锁时循环法、开放式通气法和半开放式培养法。闭锁式循环法是用有机玻璃或塑料做成密封管道，用泵使管道内的小球藻和培养液不断循环，同时把二氧化碳送入管内。开放式通气法是用露天池塘培养小球藻，把二氧化碳从管道不断地送入池塘内。半开放式培养法是将小球藻培养在几个连在一起的圆形池塘中，用泵抽出小球藻和培养液，加入二氧化碳和空气后，再从地下管道送回池塘。

日常管理

搅拌和充气：在小球藻的培养过程中，必须进行搅拌或充气，使空气中的二氧化碳溶解到培养液中，补充由于光合作用对二氧化碳的消耗，防止水表面产生菌膜。大面积培养过程中一般采用充气的办法，可全天充气或间歇充气。

调节光照：室内保种可利用人工光源，大面积培养一般利用太阳光。一般室内培养可尽量利用近窗口的漫射光，防止强光直射。室外大面积培养一般应有棚式活动白帆布篷调节光照。阴雨天光照不足时，可利用人工光源补充。

调节温度：在培养小球藻的过程中，夏天应注意通风降温，冬天应采取加温的方法提高室温，还应防止昼夜温差过大。

注意酸碱度的变化：在培养过程中测定藻液pH值的变化，防止超出适应范围。如果pH值过高或过低，可用盐酸或氢氧化钠调节。

防虫防雨：傍晚室外开放式培养的容器须加布盖，防止蚊子进入培养容器中产卵，早上应把布盖打开，把浮在水面的黑米粒状的蚊子卵块以及其他侵入的昆虫捞出。下雨时应防止雨水流入培养池；刮大风时应尽可能避免大量泥尘和杂物吹入培养池。

生态

小球藻具有改善水质的作用，是处理污水效果最好的藻类类型之一。小球藻能吸收和同化大量氮、磷，进行光合自养作用，使污水中氮、磷含量减少。其细胞壁带有一定的负电荷，具有较大的表面积和粘性，对铜、锌、镉有吸附作用。小球藻在生长繁殖过程中，能将水体中的有机化合物作为同化碳源、氨源及硫源来富集吸收，故能降解如农药、碳氢化合物、多环芳烃、金属有机物等多种有机化合物。小球藻在处理生活污水、工农业污水、垃圾渗滤液、含油污废水等方面都有一定作用。

用途

食用用途

小球藻蛋白质含量可高达50%-70%，含量超过诸如大豆、牛肉等高蛋白食物，此外细胞内还含有8种必需氨基酸、不饱和脂肪酸、碳水化合物，并富含多种维生素, 及钙、铁、钾、锌等矿物元素。小球藻的叶绿素含量是植物中最高的（可高达2-4%），已被联合国粮农组织(FAO)列为21世纪人类的绿色营养源健康食品。该属的蛋白核小球藻是研究较多的一个种，由于细胞内蛋白质含量高，中国卫生部已于2012年批准其为新资源食品。因此其在食品、营养品和饲料等领域具有广泛的应用价值。小球藻具有坚硬的细胞壁，直接服用难以消化吸收，因而需要破壁后食用。

经济用途

小球藻在亚洲、欧美等国家和地区被广泛用作健康食品添加剂和动物饲料等。在禽类养殖方面，在蛋鸡饲料中添加小球藻粉，可加深蛋黄颜色，提高商品价值；在水禽养殖的水域中接种小球藻，可以改善水体的化学条件，防治水禽患病。在水产养殖方面，小球藻活体或干粉都可用于水产养殖的开口料或幼苗饵料，诱食效果较好，不易败坏水质，达到良好的养殖效果。

药用用途

根据《中华本草（第一册）》记载，蛋白质小球藻和普通小球藻的藻体可作为中药材，清热利水，补血，主治水肿、泄泻、肝炎和贫血。

危害

小球藻可引发绿球藻病，该病为罕见的人畜共患病，人类、牛、绵羊、骆驼、海狸、蛇和鱼类都可能被感染。感染该病的狗内脏组织表现出绿色变色，通过对内脏进行检验发现其肝脏和肺中有小球藻和炎症现象。感染该病的绵羊表现出发烧、厌食、消瘦、呼吸困难和腹胀，经过对羊群施用伊维菌素治疗，大多数绵羊能在几周内恢复。

代表物种

普通小球藻、蛋白核小球藻和椭圆小球藻是中国常见的小球藻属物种。

普通小球藻

普通小球藻（Chlorella vuglaris）别名小球藻，球形或椭圆形，极微小，直径约3～8微米。色素体杯状，占细胞的大部分，具1个蛋白核，有时不是很明显，分布于有机物质丰富的小型水体中，在水洼、池塘及浅水湖湾中较常见，有时也出现在水边潮湿土壤上。

蛋白核小球藻

蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）为球形，壁薄，色素体杯状，几乎充满整个细胞，具1个很明显的蛋白核。直径3~5微米，生殖个体有时可达23微米。生态同普通小球藻。

椭圆小球藻

椭圆小球藻（Chlorella ellipoidea）细胞呈椭圆形，两端钝圆，有时略不对称；细胞壁薄，有1个片状色素体，占细胞的大部分，具1个蛋白核，细胞长为7~12微米。生长在小型淡水水体及湖泊的浅水港湾中，分布十分广泛。

相关研究

• 降血压和降血脂研究

通过让高血压患者服用小球藻产品，3个月后测量心脏舒张血压和血清脂质含量的试验，得出小球藻能降低血压和血清中胆固醇含量的结论。小球藻细胞内富含亚油酸等多种不饱和脂肪酸，能抑制脂肪吸收，刺激脂肪排出。

• 增强免疫力研究

通过对小鼠提供小球藻的活性物质并观察测定其身体变化，得出小球藻能提高小鼠机体免疫力的结论。小球藻具有小球藻生长因子、小球藻多糖等活性物质，这些物质能提高巨噬细胞的吞噬能力，促进淋巴细胞转化，增加淋巴细胞数，增强自然杀伤细胞的活力，从而提高机体免疫力。

• 抗肿瘤研究

通过将小球藻提取物注射给有肿瘤的小鼠，观察其肿瘤变化情况，得出小球藻具有抗肿瘤特性的结论。小球藻富含蛋白质，可作为免疫激活剂，抗肿瘤的机制可能为抑制致癌物的诱变性和基因毒性，增生核细胞，使T细胞增殖和活化等。

• 解毒研究

通过给大鼠饲喂小球藻粉，测量其肝的胆固醇含量，并进行乙基硫氨酸中毒试验，发现小球藻具有调节肠胃吸收，促进毒素排泄的作用。小球藻内丰富的叶绿素和植物纤维素，可吸附、排除体内化学毒素和重金属。