本发明涉及生物细胞定向培养及提取技术领域，具体地说，涉及一种调控螺旋藻营养元素积累的方法。
背景技术：
近些年来，营养元素的补充越来越受到人们的关注。根据第三次全国营养调查数据显示，国人的钙摄入量仅有20％-50％，儿童的缺锌率高达60％，中国缺铁性贫血率平均为20％左右，大约2/3的地区缺硒。解决这些营养元素缺乏的传统方法，重者通过药物治疗，轻者通过膳食补充，而食物补充通常难以达到人体所需，药物多为无机成分补充，如氯化钙，硫酸锌等，人体往往吸收利用率低。针对这一现状，利用螺旋藻细胞营养元素吸收与富集的特性，将其作为载体，促进其营养元素积累，在细胞内将无机离子有机化，提高人体的吸收率和利用率，达到为人体补充营养元素的目的。
目前，提高藻类营养元素的方法主要是通过增加外源培养液中离子浓度来达到元素积累的目的。然而，国内外诸多企业在养殖开发螺旋藻，在其养殖过程中，涉及到地域、季节、日温差等的变化对藻类生长与营养物质积累的影响非常大，却未见生长环境对螺旋藻营养元素积累的报道。发明人经过多年研究，结果表明环境因子(温度，环境，pH等)不仅影响螺旋藻的生长，而且影响其生理代谢，物质合成等功能，也对其矿物质营养积累具有深刻的影响。有效调控营养元素在螺旋藻细胞积累对于营养元素有机化，人体营养元素的补充，拓宽螺旋藻应用范围具有重大意义。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种提高螺旋藻营养元素(钙、铁、锌、硒)含量的方法。
为了实现本发明目的，本发明调控螺旋藻营养元素积累的方法，包括以下步骤：
1)将螺旋藻接种到培养基中，于温度20-40℃，光照4-12klx，pH值8.5-10.5的条件下培养3天；
2)将步骤1)中的螺旋藻继续在温度15-35℃，光照2-20klx，pH值8.5-11.0的条件下培养，分别通过向培养基中外源添加钙、铁、锌、硒元素，培养3-7天，获得高营养元素的螺旋藻。
前述的方法，步骤2)具体如下：将步骤1)中的螺旋藻继续培养，调节温度到15-25℃，光照控制在11-20klx，pH控制在8.5-9.0，向培养基中添加外源CaCO3至终浓度0.4-0.8g/L，培养时间为3-7天，获得富含钙的螺旋藻。优选地，将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培养基中添加外源CaCO3至终浓度0.6g/L，培养7天，获得富含钙的螺旋藻。
前述的方法，步骤2)具体如下：将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到25-35℃，光照控制在2-6klx，pH控制在10-11.0，向培养基中添加外源FeSO4·7H2O至终浓度30-60mg/L，培养3-7天，获得富含铁的螺旋藻。优选地，将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在4klx，pH控制在10.5，向培养基中添加外源铁FeSO4·7H2O至终浓度40mg/L，培养3天，获得富含铁的螺旋藻。
前述的方法，步骤2)具体如下：将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到25-35℃，光照控制在6-11klx，pH控制在8.5-9.5，向培养基中添加外源ZnSO4·7H2O至终浓度30-70mg/L，培养时间为3-7天，获得富含锌的螺旋藻。优选地，将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，向培养基中添加外源锌ZnSO4·7H2O至终浓度40mg/L，培养3天，获得富含锌的螺旋藻。
前述的方法，步骤2)具体如下：将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到28-35℃，光照控制在11klx以上，pH控制在9.0-10.0，向培养基中添加外源硒Na2SeO3至终浓度80-120mg/L，培养时间为3-7天，获得富含硒的螺旋藻。优选地，将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在12klx，pH控制在9.5，向培养基中添加外源硒Na2SeO3至终浓度100mg/L，培养5天，获得富含硒的螺旋藻。
优选地，步骤1)具体如下：将螺旋藻接种到培养基中，在30℃，12klx，pH值9.5的条件下培养3天。
在本发明的一个具体实施方式中，调控螺旋藻营养元素积累的方法具体如下：
1)将螺旋藻接种到培养基中，在30℃，12klx，pH值9.5的条件下培养3天；
2)将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培养基中添加外源CaCO3至终浓度0.6g/L，培养7天，获得富含钙的螺旋藻，钙有机化程度达到84.17％；或者，
将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在4klx，pH控制在10.5，向培养基中添加外源铁FeSO4·7H2O至终浓度40mg/L，培养3天，获得富含铁的螺旋藻，铁有机化程度达到89.98％；或者，
将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，向培养基中添加外源锌ZnSO4·7H2O至终浓度40mg/L，培养3天，获得富含锌的螺旋藻，锌有机化程度达到58.28％；或者，
将步骤1)中的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在12klx，pH控制在9.5，向培养基中添加外源硒Na2SeO3至终浓度100mg/L，培养5天，获得富含硒的螺旋藻，硒有机化程度达到70.54％。
前述的方法，步骤1)和2)中所述培养基为Zarrouk氏培养基(表1和表2)。
表1 Zarrouk培养液组成成分
表2 Zarrouk微量元素溶液组成成分
前述的方法，步骤1)中接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。
前述方法中，用质量浓度为0.1mol/L的磷酸调节pH值，所述螺旋藻为钝顶螺旋藻。
本发明向藻液中外源添加的营养元素相对于螺旋藻是过量的，主要目的是提高营养元素的有机化程度，其生长率会有所下降，但不影响其生长。
本发明还提供由上述方法制备的富含营养元素钙、铁、锌、硒的螺旋藻。
本发明进一步提供上述方法在调控螺旋藻营养元素积累中的应用。
本发明通过研究环境因子(温度、光照、pH值)与螺旋藻吸收积累钙、铁、锌和硒元素及其生长的关系，优化螺旋藻营养元素吸收积累的环境条件，进而达到螺旋藻细胞一定生长量的前提下，使营养元素积累量达到最大。即通过环境条件的调控和外液离子浓度的调控的双轨制，实现螺旋藻细胞营养元素的定向积累。这在实际生产中具有重要价值。即以利用不同地域，季节环境条件的变化和光热组合养殖螺旋藻来实现营养元素的定向积累为目标，指导生产实践，生产出不同营养元素含量高及其有机化程度高的藻粉，使螺旋藻产品多元化，不仅极大提高企业的经济效益，而且克服目前营养元素补充的缺陷，推动我国螺旋藻产业和健康产业的发展。
本发明提供的方法大幅度地增加了螺旋藻中钙铁锌硒四种营养元素的含量，并且使营养元素与细胞内有机质结合，降低对胃肠道刺激性，提高人体吸收利用率。利用本方法培养的螺旋藻细胞的钙铁锌的含量比传统养殖方法分别提高了97％，175％和87％；钙铁锌硒的有机化程度依次为：84.17％，89.98％，58.28％和70.54％。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
实施例1
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，温度调节到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培养基中添加外源钙CaCO3至终浓度0.6g/L，培养3天，获得富含钙的螺旋藻(螺旋藻中钙元素含量为2.52mg/g)。钙的有机化程度为53.57％。螺旋藻生长率K＝0.0465。
实施例2
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，温度调节到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培养基中添加外源钙CaCO3至终浓度0.6g/L，培养5天，获得富含钙的螺旋藻(螺旋藻中钙元素含量为5.64mg/g)。钙的有机化程度为72.14％。螺旋藻生长率K＝0.0448。
实施例3
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，温度调节到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培养基中添加外源钙CaCO3至终浓度0.6g/L，培养7天，获得富含钙的螺旋藻(螺旋藻中钙元素含量为18.21mg/g)。钙的有机化程度为84.17％。螺旋藻生长率K＝0.0411。
实施例4
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天。
2)将步骤1)中的培养3天的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在4klx，pH控制在10.5，向培养基中添加外源铁FeSO4·7H2O至终浓度40mg/L，培养7天，获得富含铁的螺旋藻(螺旋藻中铁元素含量为1538.26ppm)。铁的有机化程度为84.95％。螺旋藻生长率K＝0.0332。
实施例5
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在4klx，pH控制在10.5，向培养基中添加外源铁FeSO4·7H2O至终浓度40mg/L，培养3天，获得富含铁的螺旋藻(螺旋藻中铁元素含量为1634.34ppm)。铁的有机化程度为89.98％。螺旋藻生长率K＝0.0411。
实施例6
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，向培养基中添加外源锌ZnSO4·7H2O至终浓度40mg/L，培养7天，获得富含锌的螺旋藻(螺旋藻中锌元素含量为132.75ppm)。锌的有机化程度为5.34％。螺旋藻生长率K＝0.0376。
实施例7
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，向培养基中添加外源锌ZnSO4·7H2O至终浓度40mg/L，培养3天，获得富含锌的螺旋藻(螺旋藻中锌元素含量为88.30ppm)。锌的有机化程度为58.28％。螺旋藻生长率K＝0.0429。
实施例8
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天，使其达到对数生长期。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，向培养基中添加外源硒Na2SeO3至终浓度100mg/L，培养7天，获得富含硒的螺旋藻(螺旋藻中硒元素含量为350.27ppm)。硒的有机化程度为40.16％。螺旋藻生长率K＝0.0246。
实施例9
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天，使其达到对数生长期。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，向培养基中添加外源硒Na2SeO3至终浓度100mg/L，培养3天，获得富含硒的螺旋藻(螺旋藻中硒元素含量为399.70ppm)。硒的有机化程度为58.62％。螺旋藻生长率K＝0.0277。
实施例10
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天，使其达到对数生长期。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，向培养基中添加外源硒Na2SeO3至终浓度100mg/L，培养5天，获得富含硒的螺旋藻(螺旋藻中硒元素含量为1011.00ppm)。硒的有机化程度为70.54％。螺旋藻生长率K＝0.0265。
比较例1
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在30℃，4klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，温度调节到30℃，光照控制在4klx，pH控制在9.5，培养4天，钙的积累量为244.66ppm。螺旋藻生长率K＝0.0852。
比较例2
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在40℃，8klx，pH＝8.5的培养条件下培养3天。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，温度调节到40℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，培养4天，铁的积累量为192.64ppm。螺旋藻生长率K＝0.0804。
比较例3
1)将螺旋藻接种到Z氏培养基中，接种螺旋藻后，藻液的OD560值为0.3。在40℃，12klx，pH＝9.5的培养条件下培养3天。
2)将步骤1)中培养3天的螺旋藻继续培养，温度调节到40℃，光照控制在12klx，pH控制在9.5，培养4天，锌的积累量为30.06ppm。螺旋藻生长率K＝0.0944。
由上述结果可知，本发明提供的方法能够大大提高螺旋藻几种营养元素的含量和有机化程度，对于降低对胃肠道刺激，提高人体吸收利用率提供了有效手段。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。