白雪茫茫下的色彩世界——“天然色素”

南极洲的环境恶劣，是世界最冷的地区，同时又因其为“白色的世界”，对光线的反射能力较强，导致了该地区的紫外辐射十分强烈。即便如此，也仍有部分生物能够在南极顽强地生存下去，如企鹅、海豹、磷虾等。

除此之外，在南极洲的湖泊、池塘、河流、溪流、岩石、土壤等所有生境中均能检测到微生物。而微生物能够在如此恶劣的环境下生存的原因之一就是它们自我产生的色素。微生物生产的一些色素具有在冷胁迫下调节膜流动性的功能，以此来促进微生物的代谢进程；有些色素可以降低紫外线辐射、超氧化物与氮反应等对微生物造成的损害；有些色素还能吸收光照以提高微生物的光合作用效率，促进微生物的生长繁殖；有些色素甚至还可以充当抗生素，以调节微生物群落。

类胡萝卜素（Carotenoid）是来自类异戊二烯类化合物组的有机脂溶性色素，在自然界中大多呈现为黄色、橙色或红色。按照结构特性，类胡萝卜素可分为三类：

(ⅰ)  胡萝卜素，一类羟类化合物，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，是胡萝卜的羧酸衍生物，如藏花素、胭脂树橙等。

类胡萝卜素在早期生命出现的过程中是叶绿素的一种辅助色素，但同时它也可以从更广泛的可见光光谱中收集能量，以此来增加光合效率。除此之外，有些微生物生产的类胡萝卜素还能够保护自身免受紫外辐射的影响，虾青素（Astaxanthin）就是其中之一，前段时间报道的南极“西瓜雪”就是因为温室效应形成的南极臭氧空洞导致紫外辐射增加，使得南极微生物为了保护自身不被紫外射线损害而大量产生红色虾青素。

藻胆蛋白（Phycobiliprotein）是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(Phycocyanin，PC)、藻红蛋白(Phycoerythrin，PE)和别藻蓝蛋白(Allophycocyanin，APC)，在自然界中分别呈蓝色、红色和绿色。

大量研究资料显示，藻胆蛋白通常由藻类微生物生产得到，是藻类提高对光照利用率所必需的一类色素，对促进藻类微生物的新陈代谢起着至关重要的作用。除此之外，藻胆蛋白对藻类抵抗极端环境起到了不可忽视的作用。

黑色素是一种深色生物高分子量色素，在自然界中通常呈现为深绿色至棕色或完全呈现为黑色。黑色素应该是我们最熟悉的色素之一，除了部分微生物可以生产外，它还广泛存在于我们的皮肤、毛发、羽毛、鳞屑、眼睛和一些内膜中。

黑色素的产生与紫外线和可见光照射抗性、氧化和还原剂防护、细胞壁酶攻击抗性、抗病毒活性以及环境压力下的存活率和竞争能力增强都有着密不可分的关系，产黑色素微生物除了在南极洲外，通常还分布在高辐射环境、空间站、反应器冷却水等极端、恶劣的环境中，为生物体提供了强大的保护能力。

黄酮类化合物（黄色）是一类具有15碳骨架一般结构的次级代谢产物，可分为查尔酮、黄酮类、异黄酮、黄酮醇、黄酮类和异黄酮化合物等几类亚类产品，在自然界中通常呈现为黄色。

黄酮类化合物已被公认为是微生物与植物相互作用事件中的重要信号分子，有助于南极环境中的“植菌交流”，如当植物暴露于紫外辐射时，微生物可以诱导其化学改变，增加碳水化合物、羧酸、黄酮类化合物等，增强植物对外界恶劣环境的抵抗能力。

伪枝藻素（Scytonemin）一种小的疏水性生物碱次级代谢产物，在自然界中呈现为黄棕色。

微生物自我生产的色素远不止我们见到的，它们的功能也不能被完全概括，因此我们应该去发现更多的色素、发掘更多的功能。对于南极，我们一开始的印象都是白雪茫茫的样子，但实际上有各种各样的微生物在修饰这个“白色的世界”。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久远的报道，它们被认为是绘制白色画布的调色板，遗憾的是，关于南极微生物色素生态作用的知识还没有得到适当的应用。因此，我们要将它们创造出的生物价值利用起来，去推动相关行业的发展，以此来提高我们的生活水平。

唯铂莱也始终致力于对色素的研究，推出了一款新型天然蓝色素——谷蓝，实现以谷物为原料生物合成，具备自然可降解、可使用、天然抑菌等特性，满足众多领域应用要求，并已将其应用于衣料、餐具等日用产品的上色，可根据色素溶液的浓度来控制颜色的深浅，体现了天然色素的利用价值。

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：源自网络图片的裁剪组合

（文章内容译自上述参考文献，同时对该文献内容进行了一定的补充，若有不足之处，欢迎指正）