天然色素 白雪茫茫下的色彩世界——“天然色素”

南极洲是世界上最冷的地区，因为它的环境恶劣。同时，由于是“白色世界”，反射光线的能力很强，导致这个区域紫外线辐射很强。即便如此，仍有一些生物，如企鹅、海豹、磷虾等，能在南极顽强生存。

▲南极和一些生活在南极的生物

此外，在南极洲的湖泊、池塘、河流、溪流、岩石和土壤等所有生境中都可以检测到微生物。微生物能在如此恶劣的环境中生存的原因之一是它们自身产生的色素。微生物产生的一些色素在冷胁迫下具有调节膜流动性的作用，从而促进微生物的代谢过程；有些色素可以减少紫外线辐射和超氧物与氮气反应对微生物造成的伤害；有些色素还可以吸收光线，提高微生物的光合效率，促进微生物的生长繁殖；一些色素甚至可以作为抗生素来调节微生物群落。

微生物可以产生各种功能性色素

首先，类胡萝卜素

类胡萝卜素是来自类异戊二烯的有机脂溶性色素，自然界中多为黄色、橙色或红色。根据结构特征，类胡萝卜素可分为三类:

(I)胡萝卜素，一类羟基化合物，如番茄红素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素等。；

(ii)叶黄素是胡萝卜素的非酸性氧衍生物，如虾青素、玉米黄质、隐黄质等。

(iii)类胡萝卜素酸，它是胡萝卜的羧酸衍生物，如番红花苷、胭脂虫橙等。

类胡萝卜素是叶绿素在生命早期过程中的一种辅助色素，但同时也能从更宽光谱的可见光中收集能量，提高光合效率。另外，微生物产生的一些类胡萝卜素可以保护自己免受紫外线辐射，虾青素就是其中之一。前段时间报道的南极西瓜雪是由于南极臭氧空洞形成的温室效应导致紫外线辐射增加，使南极微生物产生大量红色虾青素，以保护自己免受紫外线辐射伤害。

▲南极“西瓜雪”——南极微生物为了保护自己免受紫外线伤害而产生大量红色虾青素的现象

第二，藻胆蛋白

藻胆蛋白是一种通过硫醚键与半胱氨酸残基共价结合的蛋白质，可分为藻蓝蛋白(PC)、藻红蛋白(PE)和别藻蓝蛋白(APC)，性质上有蓝、红、绿三种。

▲一种藻蓝蛋白

大量研究数据表明，藻胆蛋白通常是由藻类微生物产生的，是藻类提高光利用率所必需的一种色素，对促进藻类微生物的代谢起着至关重要的作用。此外，藻胆蛋白在藻类抵抗极端环境中起着重要作用。

第三，黑色素

黑色素是一种深色的生物高分子量色素，自然界中通常为深绿色至棕色或完全黑色。黑色素应该是最常见的色素之一，它可以由一些微生物产生，也广泛存在于我们的皮肤、头发、羽毛、鳞片、眼睛和一些内膜中。

黑色素的产生与抗紫外和可见光照射、抗氧化和还原剂保护、抗细胞壁酶攻击、抗病毒活性以及提高环境压力下的存活率和竞争力密切相关。黑色素生成微生物通常分布在高辐射环境、空站、反应堆冷却水等极端恶劣的环境中。除了为生物提供强大保护的南极洲。

四.黄酮类

黄酮类化合物是一类具有15个碳架的一般结构的次生代谢产物，可分为查耳酮类、黄酮类、异黄酮类、黄酮醇类、黄酮类和异黄酮类，自然界中通常为黄色。

▲一种类黄酮

黄酮类化合物被认为是微生物与植物相互作用的重要信号分子，有助于南极环境中的“植物-细菌交流”。例如，当植物暴露在紫外线辐射下时，微生物会引起化学变化，增加碳水化合物、羧酸、类黄酮等。，增强植物对恶劣外部环境的抵抗力。

V.假钩藤碱

假钩藤碱是疏水性生物碱的一种小的次生代谢产物，性质为黄褐色。

假石竹素是由蓝藻产生的，蓝藻通常生活在陆地、淡水和高日照的沿海环境中。它是一种高效的保护性生物分子，可以过滤有害的紫外线辐射，辅助蓝藻进行光合作用。

结论

微生物产生的色素远比我们看到的多，其功能也不能完全概括，要多发现色素，多探索功能。一开始我们都有白雪的印象，但其实是有各种微生物在修饰这个“白色世界”。色素的产生是微生物的共同特征。南极产色素微生物的鉴定已有很长时间的报道。它们被视为绘制白色画布的调色板。不幸的是，关于南极微生物色素生态功能的知识没有得到适当的应用。因此，我们应该利用他们创造的生物价值来促进相关产业的发展，从而提高我们的生活水平。

威宝来一直致力于色素的研究，引进了一种新的天然蓝色素——谷蓝，由谷物生物合成，具有天然可降解性、可用性和天然抑菌性的特点，满足了许多领域的应用要求。已应用于服装、餐具等日用产品的着色，色深可根据色素溶液浓度控制，体现天然色素的利用价值。

▲顾兰及其部分应用

参考文献:

胡安·何塞·马里斯库瑞纳，玛丽亚·费尔南达·塞尔达，Alem·D，等。与颜料共存:南极生命的调色板[M]。微生物在南极环境中的生态作用。2019.

封面:从网络图片中剪切组合