小球藻生物技术研究应用现状及展望

本文概述了小球藻的培养技术和小球藻生物活性物质、小球藻天然药物及其它小球藻天然产物的开发利用现状,介绍了小球藻基因工程和利用生物技术将小球藻作为能源开发以及利用小球藻生物技术治理环境污染的最新进展,并对小球藻生物技术的研究应用提出了展望。     

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本文概述了小球藻的培养技术和小球藻生物活性物质、小球藻天然药物及其它小球藻天然产物的开发利用现状,介绍了小球藻基因工程和利用生物技术将小球藻作为能源开发以及利用小球藻生物技术治理环境污染的最新进展,并对小球藻生物技术的研究应用提出了展望。     

小球藻的营养及药用价值

微藻因具有丰富的营养价值和产油能力,因而已被广泛研究。小球藻属于单细胞绿藻,分布广泛,种类多达十余种,在食品、医药、饲料、能源和环保等多个领域具有广泛的应用价值。小球藻不仅可以光自养生长,还可以利用有机碳源进行异养生长。小球藻细胞壁坚厚,胞内含有丰富的蛋白质、必需氨基酸、多糖、色素、脂肪酸,并富含多种维生素,以及铁、钙、锌、钾等矿物元素,具有全面而均衡的营养价值。小球藻属中的蛋白核小球藻已被我国卫生部列为新资源食品。小球藻特有的促生长因子（CGF）具有提高免疫力、抗肿瘤等多种特殊功效,近年来研究证明小球藻在临床上可作为治疗多种疾病的辅助药物,被认为是绿色天然的营养保健食品。本文从小球藻的生物学特性、营养价值、药理和保健作用等方面进行了论述。     

利用固定化技术探究光质对小球藻的影响

采用海藻酸钙凝胶包埋法对小球藻进行固定化,探究不同光质对小球藻生物量和溶解氧产生的影响。结果表明,白光对小球藻生物量的影响大于黄红光,但差异不显著,小球藻可能主要吸收利用黄红光;固定化小球藻制约了小球藻生物量的高速增长,但固定化能显著提高小球藻的产氧速率。通过让学生参与完整的科学探究活动,落实STS教育,培养学生的创新精神和实践能力,达成生物学学科核心素养的培养。     

小球藻的简易培养法

一、小球藻的食品价值小球藻含有20％以上的脂肪,50％以上的蛋白质,35％的碳水化合物,10％的矿物鹽类,和各种的維生素。它的营养价值比一般粮食高4—5倍,等于花生米的2倍,鷄蛋白的5倍,和奶粉的营养价值相等,凡是人体里所需要的醣类、維生素、无机鹽和氨基酸等都应有尽有。奶牛吃了可增加产奶量10—15％,鷄吃了重量增加成倍,生蛋多,抗病力强。故它不但是魚类的天然食料,而且是家畜家禽的良好飼料,如果用100克粗制的小球藻摻入面粉做餅干,可以頂得一个人一天的粮食。故在缺乏蛋白質、脂肪、维生素的情况下,应大量培养应用。     

谷氨酸对异养培养小球藻生长的影响

在不添加其他氮源的小球藻异养培养基中,谷氨酸可促进小球藻的生长,但基本不增加叶绿素的合成;在以铵盐为氮源时,谷氨酸可明显促进小球藻对铵盐的利用,促进小球藻生物量增加和叶绿素合成;在以硝酸盐为氮源时,谷氨酸可增加小球藻的生物量,对叶绿素含量无明显影响。     

海藻酸钙凝胶包埋法制备固定化小球藻

采用海藻酸钙凝胶包埋法对普通小球藻进行固定化,考察了海藻酸钠浓度、Ca Cl2浓度、胶球直径和胶球培养密度对固定化小球藻生长的影响,比较了游离和固定化小球藻细胞的生长特性,并测试了固定化小球藻的连续培养性能。结果表明,小球藻适宜的固定化条件为:海藻酸钠浓度2%(W/V)、Ca Cl2浓度1.5%(W/V)、凝胶球直径3 mm、凝胶球培养密度200粒/100 m L;与游离态小球藻相比,固定化小球藻的生长周期较长,在对数期后期和稳定期的生长态势优于游离态细胞,并可实现重复循环利用;连续培养实验显示,在优化条件下制备的固定化小球藻可连续使用200 h左右,有望用于生物催化和生物转化中的连续反应体系。     

探究南美蟛蜞菊不同器官浸提液对小球藻的化感作用

通过对小球藻进行细胞密度的测定,分析不同浓度南美蟛蜞菊根、茎和叶浸提液对小球藻生长的影响。结果表明:根和茎的浸提液对小球藻的种群密度有明显的抑制效果,其中根浸提液的抑制效果好于茎浸提液,1g/L的根浸提液对小球藻的抑制率就可高达80%。叶浸提液在受试范围内对小球藻的种群密度的抑制效果不明显,低浓度的叶浸提液对小球藻种群密度还有一定的促进作用。     

小球藻吸附镍离子的研究

在小球藻液中分别添加含不同浓度的Ni^2 ,NH4^ N,PO4^3--P溶液,研究小球藻吸附Ni2 的能力。实验结果表明,小球藻对Ni^2 的生物吸附经历了一快一慢两个过程。随着Ni^2 的浓度的增加,小球藻对Ni^2 的吸附量不断增加,在最佳pH为8.0-8.5的条件下,低氮磷浓度的组合,升高温度或加强光照有利于小球藻对Ni^2 的吸附。20℃和30℃下,小球藻对Ni^2 的吸附符合Fluendlich等温模型,小球藻在对数生长期时对Ni^2 的富集能力最强。     

不同来源小球藻对岩溶水Ca2+、HCO3-利用的初步研究

以外源小球藻和岩溶区筛选出的土著小球藻为研究对象, 在封闭体系中比较研究了两种不同来源小球藻对典型岩溶水中Ca2+、HCO3-的利用、藻细胞数量与其对Ca2+、HCO3-的利用率的关系和体系pH的变化。结果表明, 土著小球藻利用Ca2+、HCO3-的能力强于外源小球藻, 但外源小球藻对Ca2+的利用量高于土著小球藻, 而二者对HCO3-的利用量相同, 并且外源小球藻能够以胞外CaCO3形式产生沉淀, 而土著藻则不能形成沉淀。其次两体系中pH的变化显示, 两种小球藻光合作用都是先以水体中CO2为光合作用碳源, 然后利用HCO3-。外源小球藻能将岩溶水中29.648%的HCO3-吸收, 而土著藻能将40.625%的HCO3-通过其在食物链中的初级生产地位将岩溶碳汇转化进入到生态系统, 表现为净碳汇效应。       

小球藻净化污水中氮磷能力的研究

在小球藻液中分别添加不同浓度的N、P溶液,研究小球藻净化氮、磷的能力。实验结果表明,氮磷组合浓度不同时对小球藻吸收氮、磷有一定影响;在最佳pH为8.0-8.5的条件下,吸收率可达80％左右;升高温度或加强光照有利于小球藻对磷、氮的吸收。小球藻对氮、磷的吸附随着培养时间的延长而逐渐升高。     

蒲公英提取物对普通小球藻Hg^2＋毒害保护作用的研究

本文研究了Hg^3 对普通小球藻的致毒效应与蒲公英提取物的保护作用,试验显示,普通小球藻的生理代谢活动对H^2 g敏感,单H^2 g处理系列组,随着H^2 g浓度提高,普通小球藻生长量降低,叶绿素A含量降低,自发荧光度强度减弱,显示出H^2 g的毒害效应,H^2 g加蒲公英物取复合处理普通小球藻结果表明,蒲公英提取物可以显著提高普通小球藻的生物量,促进普通小球藻的生长,提高普通小球藻叶绿素a含量与其自发荧光强度,从而显著减轻H^2 g的毒害作用,藻公英叶提取物作用效果最好,花序次之,根相对较弱。     

PP333用于藻类培养影响异养小球藻的生长及蛋白质含量

用植物生长物质PS333处理异养小球藻,研究了PP333对异养小球藻的生长及蛋白质含量的影响,实验结果表明,PP333能抑制异养小球藻的生长,同时也能显著提高小球藻的蛋白质含量,选取适当浓度的PP333处理异养小球藻可达到小球藻的细胞密度较高,其蛋白质含量又接近自养水平的目的。用50mg/L PP333处理异养小球藻,摇瓶批次培养时,小球藻的蛋白质含量与生物量分别为47.88%和3.60g/L,而对照的分别为37.34%和4.21g/L,摇瓶分批流加培养时,小球藻的蛋白质含量与生物量分别为50.96%和6.97g/L,而对照的分别为38.56%和10.99g/L,蛋白质量促进率和生物量抑制率摇瓶批次培养时分别为28.2%和14.5%,摇瓶分批流加培养时分别达32.2%和36.6%。     

植物激素IBA与6-BA对摇瓶分批流加异养培养小球藻的生长及化学组成的影响

研究了植物激素IBA与6-BA对摇瓶分批流加异养培养小球藻的生长及化学组成的影响。结果表明,IBA与6-BA处理摇瓶分批流加异养培养的小球藻,促进了小球藻的生长,提高了小球藻的生物量(15．0％)与对糖转化率(14．8％),同时也提高了小球藻的蛋白质含量(16．3％)。氨基酸分析结果表明,IBA与6-BA能提高摇瓶分批流加异养培养的小球藻的α-氨基酸含量(含量达31．2％,而对照的仅26．0％),增加必需氨基酸的含量及比例,尤其两种重要α-氨基酸Arg和Lys的含量分别提高达22．9％和30．1％,强化了异养小球藻的营养价值。IBA与6-BA能提高摇瓶分批流加异养培养的小球藻叶绿素及类胡萝卜素含量。培养工艺研究与化学组成分析将为植物激素应用于小球藻的异养培养奠定基础。     

小球藻高密度培养

<正>小球藻(Chlorella)为绿藻门、小球藻属的单细胞绿藻。小球藻富含蛋白质、多种色素、B族维生素、必需氨基酸、微量元素和一些生物活性代谢产物,而且同时具有抗癌、抗辐射、抗感染、抗氧化、防治高血脂症、防治便秘以及骨髓抑制等一系列生理保健功能,是较为理想的保健食品。传统上小球藻的生产采用光自养培养方式,离不开光照,产量很低,限制了小球藻的开发利用。采用异养培养无需光照,同时能使细胞浓度达到较高水平,大大降低分离成本,小球藻异养培养成为人们研究的重点[1]。     

进化与未进化小球藻响应苯酚的转录组学分析

苯酚是工业废水中典型的环境污染物。小球藻(Chlorella sp.)由于其生长快、抗逆性强,可以有效利用废水中的酚类化合物,是最有潜力的含酚废水处理藻株。但是高浓度苯酚产生的氧化压力会造成小球藻细胞的氧化损伤。通过实验室适应性进化已经得到了可以耐受500mg/L苯酚的小球藻藻株(L5)。通过无参比较转录组学数据,在基因组尺度上考察了原始小球藻(L3)和进化后小球藻对高浓度苯酚的响应差异。无参比较转录组学结果表明,进化后小球藻能够耐受并降解高浓度苯酚是多个代谢途径整体调控的结果。相比于原始小球藻,进化后小球藻在500mg/L苯酚浓度下对苯酚氧化胁迫的响应增强,主要体现在细胞信号转导、ABC转运蛋白、热休克蛋白、氮代谢和三羧酸循环(TCA)等相关的转录水平明显上调。进化后小球藻通过这些响应降低高浓度苯酚产生的氧化压力。     

进化与未进化小球藻响应苯酚的转录组学分析

苯酚是工业废水中典型的环境污染物。小球藻(Chlorella sp.)由于其生长快、抗逆性强,可以有效利用废水中的酚类化合物,是最有潜力的含酚废水处理藻株。但是高浓度苯酚产生的氧化压力会造成小球藻细胞的氧化损伤。通过实验室适应性进化已经得到了可以耐受500mg/L苯酚的小球藻藻株(L5)。通过无参比较转录组学数据,在基因组尺度上考察了原始小球藻(L3)和进化后小球藻对高浓度苯酚的响应差异。无参比较转录组学结果表明,进化后小球藻能够耐受并降解高浓度苯酚是多个代谢途径整体调控的结果。相比于原始小球藻,进化后小球藻在500mg/L苯酚浓度下对苯酚氧化胁迫的响应增强,主要体现在细胞信号转导、ABC转运蛋白、热休克蛋白、氮代谢和三羧酸循环(TCA)等相关的转录水平明显上调。进化后小球藻通过这些响应降低高浓度苯酚产生的氧化压力。     

高静水压对小球藻的生理生化效应

对小球藻(Chlorella Vulgaris)进行高静水压处理,分别通过80MPa,300MPa静水压处理,观察高静水压处理时小球藻生理生化效应。实验结果表明,300MPa压力处理1h能够导致小球藻的大量死亡,少量存活的藻细胞经过5d的“停滞期”后开始正常生长。80MPa的压力下处理2h、6h、12h后小球藻的初期的生长速度明显加快,而到生长末期小球藻生长开始趋于平缓。小球藻干质量为12h实验组最大,而单位蛋白含量随着干质量的增加而下降,几种抗氧化酶活性为6h实验组具有最大活性。经过300MPa压力预处理1h后的小球藻再在80MPa压力下进行处理,发现小球藻干质量为2h再处理实验组最大,蛋白含量为6h再处理实验组最高,抗氧化酶的活性随着压力处理时间的增加而下降。     

普通小球藻对养殖污水脱氮除磷的效果研究

随着我国养殖业的不断发展,养殖污水排放量的日益增加,养殖污水的高氮、磷含量导致水体富营养化问题日趋严重。小球藻是光能自养生物,能有效同化氮、磷,使污水中的氮、磷减少。本研究通过在实验室模拟不同氮、磷含量的养殖污水环境,分析小球藻对氮、磷的去除效果;在此基础上,用小球藻处理某养殖场污水;并联合膨润土与小球藻,探究两者脱氮除磷的协同作用能力及膨润土对小球藻细胞沉降的效果。结果表明,小球藻对模拟污水的氨氮去除率可达80%,对磷酸根的最高去除率接近100%;对养殖污水中的氮、磷也有一定的去除效果;但养殖污水成分复杂,小球藻的生长被抑制。膨润土与小球藻的结合,能够提高污水中的氮磷去除率并帮助藻细胞快速沉降,为污水处理后藻细胞的收集处理提供了有效方法。     

小球藻去除水产加工废水中氨态氮的初步研究

目的：确定小球藻去除水产行业加工废水中氨态氮的优化环境条件,为利用小球藻处理此类废水的规模化发展提供基础的实验数据。方法：在静止摇瓶培养方式下,逐一改变废水与小球藻培养液的混合体系的初始pH、温度或光照强度等条件,定时测定体系的氨态氮含量,并根据其随培养时间的变化确定优化环境条件。结果：当小球藻藻液的初始浓度为1×10~6个/mL左右,且小球藻培养液与水产加工废水的配比为3：2时,小球藻去除氨态氮的优化环境条件为：初始pH 7．5、培养温度25℃、光照时间12h/d,光强5300k,此时氨态氮的去除率达到77%。结论：实验条件下小球藻能够较好地去除水产加工废水中的氨态氮,为小球藻规模化处理此类废水提供了基础数据。