白雪茫茫下的色彩世界——「天然色素」

2020-12-04 唯鉑萊

南極洲的環境惡劣，是世界最冷的地區，同時又因其為「白色的世界」，對光線的反射能力較強，導致了該地區的紫外輻射十分強烈。即便如此，也仍有部分生物能夠在南極頑強地生存下去，如企鵝、海豹、磷蝦等。


▲ 南極及部分生存在南極的生物

除此之外，在南極洲的湖泊、池塘、河流、溪流、巖石、土壤等所有生境中均能檢測到微生物。而微生物能夠在如此惡劣的環境下生存的原因之一就是它們自我產生的色素。微生物生產的一些色素具有在冷脅迫下調節膜流動性的功能，以此來促進微生物的代謝進程；有些色素可以降低紫外線輻射、超氧化物與氮反應等對微生物造成的損害；有些色素還能吸收光照以提高微生物的光合作用效率，促進微生物的生長繁殖；有些色素甚至還可以充當抗生素，以調節微生物群落。




微生物會產生各類功能豐富的色素



一、類胡蘿蔔素


類胡蘿蔔素（Carotenoid）是來自類異戊二烯類化合物組的有機脂溶性色素，在自然界中大多呈現為黃色、橙色或紅色。按照結構特性，類胡蘿蔔素可分為三類：

(ⅰ) 胡蘿蔔素，一類羥類化合物，如番茄紅素、β-胡蘿蔔素、γ-胡蘿蔔素等；

(ⅱ) 葉黃素，是胡蘿蔔素的非酸性氧衍生物，如蝦青素、玉米黃質、隱黃質等

(ⅲ) 類胡蘿蔔素酸，是胡蘿蔔的羧酸衍生物，如藏花素、胭脂樹橙等。


類胡蘿蔔素在早期生命出現的過程中是葉綠素的一種輔助色素，但同時它也可以從更廣泛的可見光光譜中收集能量，以此來增加光合效率。除此之外，有些微生物生產的類胡蘿蔔素還能夠保護自身免受紫外輻射的影響，蝦青素（Astaxanthin）就是其中之一，前段時間報導的南極「西瓜雪」就是因為溫室效應形成的南極臭氧空洞導致紫外輻射增加，使得南極微生物為了保護自身不被紫外射線損害而大量產生紅色蝦青素。


▲ 南極「西瓜雪」——南極微生物為了保護自身不被紫外射線損害而大量產生紅色蝦青素的現象

（圖源：網絡）


二、藻膽蛋白


藻膽蛋白（Phycobiliprotein）是通過硫醚鍵與半胱氨酸殘基共價結合的蛋白質，可分為藻藍蛋白(Phycocyanin，PC)、藻紅蛋白(Phycoerythrin，PE)和別藻藍蛋白(Allophycocyanin，APC)，在自然界中分別呈藍色、紅色和綠色。


▲ 一種藻藍蛋白

（圖源：網絡）


大量研究資料顯示，藻膽蛋白通常由藻類微生物生產得到，是藻類提高對光照利用率所必需的一類色素，對促進藻類微生物的新陳代謝起著至關重要的作用。除此之外，藻膽蛋白對藻類抵抗極端環境起到了不可忽視的作用。


三、黑色素


黑色素是一種深色生物高分子量色素，在自然界中通常呈現為深綠色至棕色或完全呈現為黑色。黑色素應該是我們最熟悉的色素之一，除了部分微生物可以生產外，它還廣泛存在於我們的皮膚、毛髮、羽毛、鱗屑、眼睛和一些內膜中。


黑色素的產生與紫外線和可見光照射抗性、氧化和還原劑防護、細胞壁酶攻擊抗性、抗病毒活性以及環境壓力下的存活率和競爭能力增強都有著密不可分的關係，產黑色素微生物除了在南極洲外，通常還分布在高輻射環境、空間站、反應器冷卻水等極端、惡劣的環境中，為生物體提供了強大的保護能力。


四、黃酮類化合物


黃酮類化合物（黃色）是一類具有15碳骨架一般結構的次級代謝產物，可分為查爾酮、黃酮類、異黃酮、黃酮醇、黃酮類和異黃酮化合物等幾類亞類產品，在自然界中通常呈現為黃色。


▲ 一種黃酮類物質

（圖源：網絡）


黃酮類化合物已被公認為是微生物與植物相互作用事件中的重要信號分子，有助於南極環境中的「植菌交流」，如當植物暴露於紫外輻射時，微生物可以誘導其化學改變，增加碳水化合物、羧酸、黃酮類化合物等，增強植物對外界惡劣環境的抵抗能力。


五、偽枝藻素


偽枝藻素（Scytonemin）一種小的疏水性生物鹼次級代謝產物，在自然界中呈現為黃棕色。


偽枝藻素由通常棲息在高度日光照射的陸地、淡水、沿海環境中的藍細菌產生，是一種高效的保護性生物分子，能夠過濾有害的紫外線輻射，同時還可以輔助藍細菌進行光合作用。



結語


微生物自我生產的色素遠不止我們見到的，它們的功能也不能被完全概括，因此我們應該去發現更多的色素、發掘更多的功能。對於南極，我們一開始的印象都是白雪茫茫的樣子，但實際上有各種各樣的微生物在修飾這個「白色的世界」。色素的產生是微生物的共同特徵，南極產色素微生物的鑑定已有很久遠的報導，它們被認為是繪製白色畫布的調色板，遺憾的是，關於南極微生物色素生態作用的知識還沒有得到適當的應用。因此，我們要將它們創造出的生物價值利用起來，去推動相關行業的發展，以此來提高我們的生活水平。



唯鉑萊也始終致力於對色素的研究，推出了一款新型天然藍色素——谷藍，實現以穀物為原料生物合成，具備自然可降解、可使用、天然抑菌等特性，滿足眾多領域應用要求，並已將其應用於衣料、餐具等日用產品的上色，可根據色素溶液的濃度來控制顏色的深淺，體現了天然色素的利用價值。


▲ 谷藍及其部分應用



參考資料：

Juan José Marizcurrena, María Fernanda Cerdá, Alem D , et al. Living with Pigments: The Colour Palette of Antarctic Life[M].The Ecological Role of Micro-organisms in the Antarctic Environment. 2019.


封面：源自網絡圖片的裁剪組合


（文章內容譯自上述參考文獻，同時對該文獻內容進行了一定的補充，若有不足之處，歡迎指正）

相關焦點

  • 吃下來自蟲子、黴菌的天然色素,比吃人工色素更放心?
    拒絕色素反而成了不識趣的異類。 你看色澤鮮豔的與顏色暗淡的同款食物，相信不少人都會毫不猶豫地選擇前者。 添加了食用色素（左）與未添加色素（右）的紅薯幹，相信左邊更能激發食慾 由於天然色素著色穩定性不佳，製作成本也高，人們研發出染色性能更優越的人造色素的，食物的世界才變得繽紛絢爛。
  • 梔子果與薑黃粉是天然色素嗎?
    花可以做茶的香料，亦可泡茶，果實可以消炎祛熱，可入藥，是天然色素。梔子花的花語代表喜悅、堅強、永恆的愛、一生的守候。梔子花會在每年的夏季開花，開出的花朵只有純潔的白色，是一種芳香迷人且高貴淡雅的花，給人以高貴優雅的感覺。香味撲鼻，使人心曠神怡，味道就好像奶油的香味，很濃鬱但卻一點也不膩。
  • 富士山:白雪與櫻花親吻,山峰高聳入雲,日本的旅遊勝地
    關於山真是有數不盡的話題，我們走過巍峨的泰山，高聳的黃山，充滿仙境的峨眉山，還有神秘的阿爾卑斯山，今天小編就帶大家去看看日本的櫻花世界，美麗的富士山！坐落在日本本州中南部的富士山是日本的第一高峰，被人們稱作「聖嶽」。
  • 你需要來點「天然色素」!
    人工的並不等於不好，食品添加劑發明出來是為了給人類提供方便解決問題的，真正應該引起注意的是違法添加，但這個問題已經是法律監管範疇了，跟添加劑本身無關；而天然的也並不一定等於好，很多毒藥都是天然的，比如毒蘑菇。雖然道理大家都懂，但是面對尤其是給孩子吃「人工」色素這種情況，很多人還是會謹小慎微。那麼，為了做出更色彩斑斕讓人更想吃的食物，有哪些「天然」色素能用呢？
  • 攝影美圖,白雪
    雪下得很小，像是江南纖秀的小雪，簌簌地落在零落的枯枝之上，隨後便靜靜消融。一直對雪有著無以言說的偏見，也許，只因為雪是冬天來臨奏響的第一首交響曲。而不知不覺，便又是一季飛雪，又是一季凜冬將至。時間無息地走過，傍晚，再度望向窗外，稀疏的小雪早已變得如同柳絮一般大小，輕柔婉轉相擁而下，飄落在世間每一隅。
  • 食物的色澤來源於哪幾種色素?
    食物的色主要來源於食物的色素和食物發色劑。食物的色素主要有天然食用色素、合成食用色素和人工著色物質三類。1.天然食用色素指未加工的自然界的花、果和草木的色源。常用的天然食用色素主要有∶（1）紅曲色素——用乙醇浸泡紅曲米所得到的液體紅色素。可直接用於紅香腸、紅腐乳、各種醬菜及各種糕點的著色。
  • 結構色:無需色素的神奇呈現
    原標題：國防科技大學文理學院教授楊俊波為您講述——結構色：無需色素的神奇呈現    ●它是一種無需色素的色彩表達方式 ●它具有飽和度高、永不褪色、顏色可控等神奇特性 ●它在軍事偽裝、軍事隱身等方面具有廣闊應用前景
  • 沙漠雪景稱奇,新疆下了一場雪,美哭了全世界!
    撒哈拉沙漠地區號稱「全球最熱」，溫度最高能達57.7攝氏度，它的形成約在250萬年前是世界僅次於南極洲的第2大荒漠，沙漠蒼茫、荒涼的景觀你或許見過，「沙漠下大雪」 ，你一定沒見過。喬夫·羅賓遜 攝三毛：每想你一次，天空飄下一粒沙，從此形成了撒哈拉……荷西：每想擁抱你一次，天空飄落一片雪，至此雪花擁抱撒哈拉！
  • 天然濾鏡下的浩瀚鹽湖,數顆碎裂的綠翡翠一般賞心悅目!
    一、不可錯過察爾汗鹽湖朗日晴空，碧水雪岸天然濾鏡下的浩瀚鹽湖像是一顆落在粗獷高原上的旖旎明珠千百年來察爾汗鹽湖與巍巍崑崙雪山同在與茫茫戈壁共存宛若大漠戈壁中鑲嵌的巨型碧玉目之所及都是由鹽結晶形成的鹽花在太陽的照耀下晶瑩如玉散發著耀眼的光芒這裡的鹽花一叢叢、一片片、一簇簇立於鹽湖中把鹽湖裝點得美若仙境二、不可錯過大柴旦翡翠湖從天空望過去，翡翠湖如同數顆碎裂的綠翡翠一般賞心悅目黑褐色的土地，白色的鹽晶藍綠色的湖水，豔麗繽紛的色彩宛若鏡面般的湖面散布在四處
  • 白雪小如雨滴的插畫,雪花紛紛揚揚地飄落下來,紅牆白雪浩然一片
    畫面中，朱牆金瓦在白雪皚皚的映襯下，此情此景真的太美了！◆插畫師辛安小繪畫了雪中的故宮，美麗的畫面帶給人一種靜謐的感受，雪後的故宮別有一番景色。那時經千年的故宮，經歷了風吹、雨雪數千載，它經歷了明清兩朝的興衰往事，故宮見證了時代的變化，見證了歷史的變遷。我們在這樣美妙的插畫作品中，感受到無法想像的藝術境界，似乎再次回到了故宮的宏偉景象，那朝氣篷蓬勃的康乾盛世。
  • 變色龍變什麼色由心情決定,緊張時候色彩更明亮
    Flynn稱：「你所看到的顏色變化源於變色龍皮膚下色素細胞的結構變化，這些細胞反射不同的光線讓變色龍呈現不同色彩。」當變色龍變得激動或興奮時，事情就開始變得有趣。Flynn稱：「當它們感到興奮、受到威脅或想要在伴侶面前積極表現時，這些細胞晶體就會分離或壓縮，讓它們呈現出不同的顏色。」
  • [早安山東]撒哈拉沙漠下大雪 黃沙白雪交相輝映 美不勝收
    [早安山東]撒哈拉沙漠下大雪 黃沙白雪交相輝映 美不勝收 撒哈拉沙漠下大雪，黃沙白雪交相輝映，美不勝收。
  • 天然螺旋藻渾身是寶,連色素都極富健康能量
    天然螺旋藻含有葉綠素、類胡蘿蔔素與藻藍素等天然色素。而天然的色素具有多姿多彩的藥理作用。 高價值的螺旋藻葉綠素 螺旋藻中含有大量的葉綠素。在植物體乾燥時，其所含的因為葉綠素總量，就陸上植物而言，大約為1%或以下。但是，螺旋藻卻含有平均2—3%。當然，含有量會因生育狀況的不同，而有所不同。有時候，是指會超過以上的數值。
  • 《我的世界》罕見種子 出生就集齊鑽石套 茫茫沙漠竟出現詭異村莊
    《我的世界》這款遊戲在每次創建地圖時，都會生成完全不同的隨機地圖，而記錄這個地圖內容的代碼就叫種子。種子可以幫助玩家更輕鬆地獲得物資、見識更多奇特的地形等。今天就來給大家推薦一個非常詭異的種子，茫茫的沙漠之中不但出現了寬闊的河流，還有神奇的鏡像村莊，一起來看看吧。
  • 旅行|一下雪,中國就驚豔了世界!
    旅行|一下雪，中國就驚豔了世界！圖蟲目心 　　小橋、流水、人家 　　在白雪的覆蓋下變得安靜起來 　　就像一幅靜止的中國畫 圖蟲G-伊犁河馬 　　雅致的村舍在雪的映襯下 　　看起來更加的靜謐安詳 　　宛如童話中的世界
  • 色彩的視覺特性與色彩構成!
    色彩的視覺特性色彩的視覺性效果，要求達到功能與形式的內在統一，在兩者有機融合的條件下，將商品性內容與銷售策略巧妙地以色彩展示出來。識別性設計色彩的實施應配合企業識別系統或品牌識別系統的色彩計劃，成為決定競爭品牌彼此差異性的重要因素，使消費者提高色彩識別能力與鞏固記憶力。在世界名牌膠捲中，柯達的黃色、富士的綠色、柯尼卡的藍色、三菱的紅色等，均是利用色彩來擴大彼此的差異，增進了各自獨特的視覺作用。
  • 項目賞析|有一種美,是當藍色跑道遇到皚皚白雪
    凜冬之境的藍色跑道瀋陽市渾南區十二小學我司無溶劑型地材產品，擁有多種的色彩搭配，淺藍，奧運藍，更是我司的常用顏色。北京市師範大學瀋陽附屬中學在北方的12月，溫度一度能夠直降到零下20度，在高寒條件下依然能夠保證運動場的正常使用，發揮正常的性能，保證運動的順利進行，這需要優異的產品力，需要產品對高寒地區的優化，需要完備的施工處理。而這些，我們都有！
  • 芬蘭:樹木被皚皚白雪覆蓋宛若冰柱 北極光照耀下熠熠生輝
    4月30日訊（具體拍攝時間），芬蘭Riisitunturi國家公園，壯麗北極光下，森林樹木被白雪覆蓋。這一自然景象打造出美麗的藍綠色天空。氣溫低至零下20攝氏度，高15英尺的樹木完全被皚皚白雪覆蓋。
  • 美麗的抗衰老色素——蝦青素
    可是這種色素卻被稱作「蝦青素」，為什麼呢？蝦青素分子的化學結構 顯微鏡下的雨生紅球藻細胞由藻類中重要的光合色素β-胡蘿蔔素開始，在羥化酶和酮化酶的作用下形成蝦青素分子。在藻細胞內，蝦青素不僅可以直接清除超氧自由基，還能吸收一定量的藍光，對光合系統起到遮光保護作用，如同「遮陽傘」。同時，蝦青素的生物合成過程也消耗大量的氧分子，從而有效避免超氧自由基的形成 (延伸閱讀： Han et al., 2013 )。
  • 五彩的世界--話說植物與染色--中國數字科技館
    五顏六色的植物將我們的生活帶進了五彩的世界，從用於食品調色的天然色素，到布匹絲綢的印染以及書畫顏料，大多數均源自於植物。正是有了它們，我們的世界才會如此絢麗多彩。　　草木染　　人類很早就開始使用天然的植物染料給紡織品上色。