植物抗逆诱变育种技术研究进展

随着分子生物学技术的飞速发展,通过基因工程方法可以更快更好地获得农作物抗逆新品种,其首要任务是通过分离相应的表型改变的突变体来鉴定、克隆在胁迫条件下表达模式发生改变的基因。主要介绍几种常用的及最新的突变体诱变和筛选技术,并分析每种技术的优缺点。     

利用基因工程技术提高微藻油脂含量的研究进展

利用微藻油脂制备生物柴油因具有重要的战略意义而受到世界各国的重视,成为近年来的研究热点。利用微藻制备生物柴油具有生长周期短、易于大规模培养、能大量吸收CO2及不占用耕地等优点。但是,由于对藻类油脂合成代谢中的调节机制了解不多,导致微藻基因组研究相对滞后,极大地限制了微藻生物能源的大规模开发和利用。随着现代生物技术的发展,通过基因工程、代谢工程等方法调控微藻脂类的合成代谢,提高藻类含油量和生物量已成为可能。概述了微藻中油脂的合成代谢,归纳总结利用基因工程技术提高微藻油脂含量的研究进展,为获得含油量高的工程微藻及微藻制备生物柴油提供技术储备。     

微藻生产油脂培养新技术

近年来,随着全球性能源短缺和环境污染等问题日益严重,利用微藻开发绿色、清洁的生物能源已成为了研究热点。但是微藻油脂的低合成速率和高成本限制了微藻油脂的大规模生产。为了有效开发利用微藻资源,双阶段及共培养技术被发展并取得了显著进展。此外,除了改变培养条件,更为简单的添加生长代谢调节因子的策略也被证明是一种有效的提高微藻油脂的技术。对各种新发展的微藻培养技术及其技术原理进行了详细介绍,在此基础上,初步展望了微藻产油研究的未来发展方向。     

微藻育种与培养研究概况

微藻类的天然产物具有广泛的遗传变异和潜在的经济价值,但是这些天然产物的获取还依赖于品种的改良和适宜的培养条件。本文概括性地论述了微藻的遗传育种和优化培养。它包括微藻类的遗传多样性、选择育种、诱变育种、细胞融合、基因工程以及固定化培养和生物反应器的应用。这些生物技术为微藻类的利用开辟了广阔的前景。     

低场核磁共振技术快速检测小球藻油脂含量及其在高通量选育中的应用

为了建立一个高效的高产油微藻诱变育种流程,微藻中油脂含量快速和准确的测定在其中具有重要作用。在本研究中,首先利用低场核磁共振技术,建立了直接检测干藻粉和培养液中小球藻油脂含量的方法,其信号强度与细胞中油脂含量存在特异的线性关系,干藻粉和藻液中油脂含量与信号值拟合的R2均高于0.99,说明该方法用于小球藻油脂含量的检测是准确和可行的。同时该方法与传统油脂测量方法相比,具有快速、简便和准确等优点。但其通量不及尼罗红染色法,因此,我们开发了将尼罗红染色法用于初筛,低场核磁共振技术用于复筛的新型高通量藻种复合筛选方法,并将此筛选方法应用于一种异养高产油原壳小球藻的诱变育种过程中。首先从3 098株诱变藻种中初筛得到108株具有较高油脂含量的藻株,然后利用低场核磁共振技术复筛得到9株高产油性能的藻株,其中一株甘油三酯含量超过20%,比原始藻株提高1倍,培养168 h后培养液油脂浓度达到5 g/L,证明此诱变育种流程不仅提高了筛选的效率还可靠且可行。     

富油微藻的筛选及其产油能力的评价

【目的】筛选具有较快生长速率及较强产油能力的微藻,探究所获得微藻的生理生化性能及不同培养方式对其生物量、产油能力、碳消耗等生长特性的影响与藻种对pH的适应能力。【方法】通过磷酸香草醛测定法及尼罗红染色对微藻进行初筛复筛,通过设置光合自养、异养和混养等3种培养方式,并采用气质联用等方法,研究不同培养方式对所获微藻生长特性、所产油脂脂肪酸组成以及碳代谢等方面的影响。【结果】筛选出两株产油能力较强的藻株H、Z_8,其油脂产量分别可达1.14±0.05 g/L和1.33±0.10 g/L,经形态观察和分子生物学鉴定初步表明藻株H属布朗单针藻(Chlorolobion braunii)、藻株Z_8属链带藻(Desmodesmus intermedius)。构建了不同培养方式下微藻动力学模型,H、Z_8属于生长偶联型。当培养环境的pH处于6.0–9.0,对藻株H、Z_8的总脂量与生物量无明显差异(P0.05)。【结论】筛选获得的藻株H、Z_8中C16与C18脂肪酸占总脂肪酸的比率能达到90%以上。藻种在混养条件下生物量积累优于异养,但异养条件下更加有利于油脂的积累,且H、Z_8均具有较为宽泛的pH适应能力,是具有一定产业化应用潜力的优良产油藻株。     

微藻育种与培养研究概况

微藻类的天然产物具有广泛的遗传变异和潜在的经济价值,但是这些天然产物的获取还依赖于品种的改良和适宜的培养条件。本文概括性地论述了微藻的遗传育种和优化培养。它包括微藻类的遗传多样性、选择育种、诱变育种、细胞融合、基因工程以及固定化培养和生物反应器的应用。这些生物技术为微藻类的利用开辟了广阔的前景。     

微藻油脂组成的核磁共振碳谱表征

微藻油脂由于富含二十二碳六烯酸(DHA) 等多不饱和脂肪酸,且在培养过程中能吸收二氧化碳,因此在人类营养学和环境保护两个层面受到了前所未有的重视.为了深入考察微藻油脂的培养和提取过程,建立一种不破坏油脂就能区分油脂来源和特征的方法,是必不可少的.本文介绍了一种核磁共振碳谱表征方法.因为不必酯化,所以不仅可以测定双键数目和位置不同的脂肪酰基的摩尔比,而且测定了不同酰基在甘油烷基上的分布状况.本文分析了富含多不饱和脂肪酸的市售微藻油、富含饱和脂肪酸的棕榈油和富含单不饱和脂肪酸的橄榄油的组成,讨论了区分微藻微藻油中饱和脂肪酰基和不饱和脂肪酰基的测定方法和两种酰基的排列方式.     

富碳培养对海洋富油微藻油脂积累特性的影响

实验针对三株海洋富油微藻:球等鞭金藻（Isochrysis galbana CCMM5001）、一种等鞭金藻（Isochrysis sp. CCMM5002）和一种微拟球藻（Nannochloropsis sp. CCMM7001）,研究了它们在通入0.03%（空气）、5%、10%三个浓度CO2培养条件下的生长特性,同时考察了其总油脂及中性脂的累积情况。结果显示,富碳培养有利于这三株海洋微藻的生长,但最适生长的CO2浓度不同。球等鞭金藻（Isochrysis galbana CCMM5001）和等鞭金藻（Isochrysis sp. CCMM5002）在通入10% CO2时具有最大产率,分别达到（182.287.07） mg/（Ld）和（164.227.10） mg/（Ld）,而微拟球藻在通入5%时具有最大产率,达到（122.251.17） mg/（Ld）,随着CO2浓度的增加,三株海洋微藻的总脂含量和中性脂含量有明显提高。在通入10% CO2条件下,球等鞭金藻（Isochrysis galbana CCMM5001）、等鞭金藻（Isochrysis sp. CCMM5002）和微拟球藻（Nannochloropsis sp. CCMM7001）的总脂含量分别达到（45.154.03）%、（47.151.20）%和（41.201.69）%;从中性脂的累积规律来看,三株藻均在平台期的累积达到最大,脂肪酸分析结果表明三株藻种适合制备生物柴油的C14-C18系脂肪酸相对含量在不同CO2条件下基本保持不变,维持在90%左右。实验结果显示,研究的藻株作为富油高固碳优良藻株,具备用于海洋生物质能耦合CO2减排开发的潜力。       

代谢调控在微藻油脂积累中的作用

矿物能源的无节制使用,引起了日益严重的环境问题.随着全球石油耗竭及其价格的上涨,大力发展生物质能源、寻求可再生性新能源,对经济的可持续发展、缓解能源压力、控制环境污染具有重要的战略意义.微藻以其生长周期短,含油量高而引起了人们的广泛关注.但由于对藻类脂肪代谢中的调节机制了解不多,以及微藻基因组研究的相对滞后,极大的限制了微藻生物质能源的大规模开发利用.随着现代生物技术的发展,通过基因工程、代谢工程的方法,调控微藻脂类代谢,提高藻类含油量和生物量已成为可能.该文综述了影响微藻生长和油脂积累的生理生态因素及其调控的研究进展,探讨了代谢调控在微藻油脂积累中的作用及其在生物质能开发中的应用前景.     

产油微藻的选育及其培养条件优化

为了利用微藻处理废水生产生物质燃料，实现治理环境污染和缓解化石能源短缺的耦合，需要筛选能够适应石家庄本地气候，生产状况良好且油脂产率较高的微藻藻株。从石家庄市自然河流中采样，经过BG11培养基分离纯化后筛选出10株微藻，利用SPASS 19.0软件对培养中的相关数据进行方差分析及LSD多重比较发现，自养条件下藻种DK-3生物量、总脂含量较其他藻株高,分别为：1.86 g·L-1、(10.23 ± 2.63) mg·L-1·d-1，经18S rDNA 鉴定为栅藻（Scenedesmus meyen），构建其系统发育树。利用Box-Behnken Design (BBD)设计耦合响应曲面法（RSM）探索藻种DK-3最佳异养培养条件，最终藻种DK-3最佳培养条件为葡萄糖20 g·L-1、K2HPO4·3H2O 90 mg·L-1、MgSO4·7H2O 200 mg·L-1（其他成分参考BG11培养基），经验证在此培养条件下，经240 h培养后生物量为5.47 g·L-1，油脂产量为1.28 g·L-1，比对照组生物量3.37 g·L-1提高了62.31%，因此，藻种DK-3具有较高的研究潜能。     

基于模糊综合评价的产生物柴油微藻藻种筛选

产生物柴油微藻大规模培养对微藻藻种的性能要求较高。从丰富的藻种资源中筛选到高品质的藻种一直是个亟待解决的问题。通过研究3株产油微藻,从系统工程的角度综合整个微藻生物柴油的技术工艺,建立了以生长速率、含油率、油脂组成等18种指标的二级评价体系,采用二级模糊综合评价的模糊数学方法对产生物柴油微藻的性能进行综和分析、筛选。最终确定供评价的三株微藻二级模糊综合评价集：小球藻LICME001［0.360 0.315 0.192 0.069 0.064］,微绿球藻LICME002［0.277 0.331 0.236 0.104 0.052］和葡萄藻LICME003［0.325 0.371 0.232 0.071 0.060］。根据最大隶属度法则分析得：小球藻LICM001株产生物柴油微藻品质为优等级别,适合产生物柴油的技术工艺要求;微绿球藻LICME002和葡萄藻LICME003为良等级别的产生物柴油藻种。     

微藻降解废水污染物的研究进展

微藻在废水处理方面有着很好的开发潜能和极大的优势,在去除氮、磷、富集重金属和降解有毒有机物质的同时,还能作为食品添加原料和养殖饲料等。重点针对微藻的特点及类型、水处理体系的优缺点、废水中的应用及氮磷的去除、重金属离子的富集和难降解有机物的降解机理进行了介绍,并阐述了微藻处理废水中存在的问题及展望了该领域今后的研究方向。     

海洋微藻溶血毒素研究进展

对海洋微藻溶血毒素的类型、理化性质、生物合成和毒性作用进行了综述,分析了存在的问题和应用前景的展望。     

微藻固定CO2研究进展

空气中CO2浓度升高所导致的温室效应已成为重大的环境问题,受到人们普遍关注.概述了高效固定CO2微藻藻种的筛选和培养方法,分析了微藻固定CO2的无机碳利用形式和浓缩机制,讨论了高效光生物反应器设计和运行目标,简要介绍了微藻(酶)-膜生物反应器集成新技术.并认为今后的研究方向主要是在进一步探索微藻固定CO2有关机理的基础上,构建高效固定CO2的转基因微藻,开发高效膜生物反应集成系统.     

生物柴油原料资源高油脂微藻的开发利用

生物柴油作为化石能源的替代燃料已在国际上得到广泛应用。至今生物柴油的原料主要来自油料植物, 但与农作物争地的情况以及较高的原料成本限制了生物柴油的进一步推广。微藻作为高光合生物有其特殊的原料成本优势, 微藻的脂类含量最高可达细胞干重的80%。利用生物技术改良微藻, 获得的高油脂基因工程微藻经规模养殖, 可大大降低生物柴油原料成本。介绍了国内外生物柴油的应用现状, 阐述了微藻作为生物柴油原料的优势, 对基因工程技术调控微藻脂类代谢途径的研究进展, 以及在构建工程微藻中面临的问题和应采取的对策进行了综述和展望。     

6种微藻对氯霉素和硫酸新霉素敏感性研究

目的:探讨3种真眼点藻(点状魏氏藻(Visderia punctata)、波氏真眼点藻(Eustigmatos polyphem)、魏氏真眼点藻(Eustigmatos vischeri))和3种绿藻(栅藻(Scnedesmus sp.)、斜生栅藻(Scenedesmus obliqulis)、爪哇栅藻(Scenedesmus jaoaensis))对2种抗生素的敏感性.方法:采用藻液细胞计数法和藻细胞固体平板培养法研究了氯霉素和硫酸新霉素对6种微藻生长的影响.结果:液体培养,3种绿藻对氯霉素敏感性均高于硫酸新霉素,10μg·mL-1氯霉素即可明显抑制3种绿藻的生长(P＜0.05),而硫酸新霉素在浓度为200 μg·mL-1时才显示出明显抑制作用:3种真眼点藻对2种抗生素都不敏感.固体培养,除波氏真眼点藻外,其它5种微藻对氯霉素的致死浓度均为50μg·mL-1;波氏真眼点藻、栅藻、斜生栅藻和爪哇栅藻对硫酸新霉素的致死浓度分别为100 μg·mL-1、200μg· mL-1、50μg·mL-1和50μg·mL-1.结论:氯霉素可作为选育6种微藻抗性突变株的筛选剂.     

微生物谷氨酰胺转胺酶生产菌株的育种研究

在简要介绍微生物谷氨酰胺转胺酶的主要功能、应用和国外研究成果与目前状况后,指出该酶生产微生物菌种选育的重要性以及实际难度和艰巨性,阐述了进行初筛、复筛和常规诱变育种试验的关键技术手段及其成果效益。利用这些有效方法获得性能优良的高产酶突变菌株,进行规模化发酵工艺条件和酶制剂产品分离提纯技术研究,并在此基础之上,进一步开展通过“神舟”四号飞船搭载的微生物空间诱变育种研究强化产酶菌株的各种优良性能,说明了空间多种复合因素引发的综合搭载效果显著。     

燕麦分子育种研究进展

燕麦是一种主要生长在温带冷凉地区的粮饲兼用作物,近年来燕麦的营养价值和降低胆固醇特性的发现使人们认识到燕麦及其制品是一种健康食品,促进了燕麦产业发展,对燕麦品种培育提出了更高要求。在此背景下,现代生物技术与常规育种技术结合是满足这一需求的重要途经。本文综述了国内外燕麦分子育种方面的研究进展:(1)我国燕麦种质资源的收集与遗传多样性研究。我国的燕麦种质资源收集工作起始于20世纪50年代,迄今收集并保存了5282份燕麦种质资源。对这些资源的遗传多样性分析研究表明,国内的燕麦种质资源中内蒙古和山西的资源多样性最高;(2)利用各种分子标记构建燕麦遗传连锁图谱研究;(3)一些重要农艺性状的QTL定位研究以及全基因组关联分析研究。包括产量、含油量、β-葡聚糖含量、蛋白质含量、抽穗期、抗病基因、抗冻性等重要农艺性状;(4)标记辅助基因组选择技术在燕麦中的应用;(5)燕麦遗传工程育种研究进展。同时,本文将国内的主要研究进展与国外相关的最新研究成果进行了比较,并对当前分子育种中存在的问题及今后的研究方向进行了探讨,希望能为今后通过生物技术手段培育燕麦新品种提供一定的参考。