富油脂微藻育种技术研究进展

微藻因生长迅速、光合作用效率高、分布范围广和油脂积累能力强等优势,已被认为是生产生物柴油的理想原料。诱变育种可改善野生型微藻生长缓慢、油脂含量低和环境适应能力弱等缺陷,提高了以微藻生产生物柴油的可行性。概述了物理、化学和基因工程三类诱变育种方法的研究现状,介绍了低场核磁共振和荧光激活细胞分选两种富油脂微藻筛选技术以及一种测定诱变藻株致死率的方法,讨论了三种诱变方法的应用前景,供相关研究人员参考。     

最新专利文摘

CN102485889A紫外诱变获得的栅藻属微藻突变株及其应用本发明公开了一种栅藻属微藻突变株的方法。该菌株是由野生型栅藻属微藻0301A通过紫外诱变而获得的,是生长速度更快、产油量更高和/(或)虾青素产量更高的突变株。本发明还涉及野生型栅藻属微藻0301A及其突变株在生产生物柴油、处理污水、生产虾青素、生产鱼虾饵料或家禽家畜饲料和固定CO2中的     

基于常压室温等离子体技术的金藻诱变筛选方法

以高生长速率或高油脂含量藻株为目标,以湛江等鞭金藻为例,报道了一种基于常压室温等离子体技术的微藻诱变及快速分级筛选方法。即以叶绿素荧光动力学参数F_v/F_m大于0.68的金藻为出发藻株、以致死率90%为阈值确定最适诱变电流为1.4~1.5A,诱变时间为24~30s。分别在室温常光及胁迫条件(高温常光和高光室温)下,按照孔板至摇瓶至反应器三级培养进行筛选。在孔板培养过程中以比生长速度结合尼罗红荧光强度变化实现高通量初筛,最终在反应器培养中进行提取验证,并以候选藻株为出发进行二次诱变筛选。结果表明,室温常光条件诱变株筛出率为0.7%,胁迫条件筛出率为0.9%;一次诱变诱变株筛出率为0.6%,二次诱变筛出率为1.2%;二次诱变和胁迫条件筛出率更高,更易得到性状变化的诱变株。     

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。     

不同氮源及氮浓度对真眼点藻纲微藻生长及油脂积累的影响

以真眼点藻纲8株微藻(类波氏真眼点藻(Eustigmatos cf. polyphem)、大真眼点藻(Eustigmatos magnus)、波氏真眼点藻(Eustigmatos polyphem)、魏氏真眼点藻(Eustigmatos vischeri)、斧形魏氏藻(Vischeria helvetica)、点状魏氏藻(Vischeria punctata)、星形魏氏藻(Vischeria stellata)和眼点拟微绿球藻(Nan-nochloropsis oculata))为研究材料, 用3种氮源(硝酸钠、碳酸氢铵或尿素)和4种氮浓度(18、9、6和3 mmol) 在改良的BG-11培养基中对藻细胞进行培养。比较分析这8株微藻在不同培养条件下的藻液pH、生物量、油脂含量、脂肪酸组成的差异, 从而筛选出适合该类微藻生长和油脂积累的最适氮源与最佳氮浓度。结果表明, 这8株微藻均能在3种氮源中生长, 但是随着培养时间延长, 以碳酸氢铵和尿素为氮源时藻液pH逐渐降低, 其变化范围为5.0—6.0, 而以硝酸钠为氮源时藻液pH保持在7.0—8.0, 变化不大。当以尿素为氮源培养时, 能获得较高的生物量, 但是不同藻株在不同尿素浓度时达到最高生物量。最高生物量是波氏真眼点藻(E. polyphem)在9 mmol时达到, 为10.96 g/L。总脂含量分析发现, 在低氮浓度下均能促进8株微藻油脂的积累, 真眼点藻属中的魏氏真眼点藻(E. vischeri)在8株藻中获得最高油脂含量, 达到59.24%。进一步对脂肪酸分析发现, 8株微藻总脂肪酸含量为细胞干重的50%—58%, 主要脂肪酸组成为豆蔻酸(C14鲶0)、棕榈酸(C16鲶0)、棕榈油酸(C16鲶1)、油酸(C18鲶1)和二十碳五烯酸(C20鲶5), 其中拟微绿球藻(N. oculata)细胞中棕榈酸的含量最高占总脂肪酸50%左右; 其他7株微藻细胞中棕榈油酸的含量较高, 其占总脂肪酸含量范围在40%—60%。8株微藻均表现出较高的生物量与油脂积累能力, 以尿素为氮源, 氮浓度为6 mmol时更有利于该类微藻生物量和油脂的积累。总体来说, 真眼点藻纲的微藻是一类极具潜力适合于微藻生物燃料生产的微藻, 而真眼点藻属藻株表现更为明显的优势。     

产油微藻筛选和鉴定及其产油性能的研究

为了筛选具有产油能力的微藻,从自然界水体中分离出14株微藻,根据形态特点对它们进行了初步鉴定。对其中12株微藻在自养和异养条件下的生长特性和产油性能进行了比较。通过微藻的生长曲线,生物量和油脂含量等指标,从中筛选出高产藻株并对该藻株进行了分子生物学鉴定。结果表明:藻株Y06在12种微藻中的油脂产量和产率最高,经18S rDNA鉴定确定为栅藻(Scenedesmus abundans)。藻株Y06在自养条件下的油脂产率为9.40 mg/(L.d),在异养条件下的油脂产率为201.29 mg/(L.d)。     

共培养对布朗葡萄藻764、765株生长的影响

以布朗葡萄藻(Botryococcus braunii )764 株(B764 )和765 株(B765 )为实验材料,研究了株间共培养(接种比例为纯B764 、1 :9 、3 :7 、5 :5 、7 :3 、9 :1 、纯B765 )对藻细胞生物量、总烃含量、总脂肪酸含量的影响,以及添加另一株的藻滤液对其生长的影响.结果表明:两株布朗葡萄藻的混合培养能够增加藻细胞群体的生物量,且布朗葡萄藻764 株占主体,同时存在一定量765 的混合培养群体生物量明显高于纯培养的布朗葡萄藻(P＜0.05);布朗葡萄藻株间共培养可以发生互利促进效应, 低浓度的布朗葡萄藻765 藻滤液对布朗葡萄藻764 的生长具有显著促进作用(P＜0.05).布朗葡萄藻能够向胞外培养液中释放化感物质,藻滤液中的低浓度的化感物质可以对受体微藻产生一定促进作用.     

生长速度快且油脂产率高的湛江等鞭金藻诱变株的筛选

【目的】筛选生长速度快的高产油湛江等鞭金藻诱变株。【方法】利用常压室温等离子体射流诱变技术对湛江等鞭金藻进行诱变,通过96孔板、摇瓶和反应器培养对诱变株进行筛选。【结果】传至第13代,600 m L反应器培养7 d,诱变株IM110020最大比生长速率、细胞密度和油脂产率可分别达0.72 d-1、16 750×104 cells/m L、109.8 mg/(L·d),分别比野生株提高12.5%、20.8%和17.9%。【结论】获得了一株生长速度快且油脂产率高的诱变株IM110020,且经过多次传代性质稳定。     

温度及pH对自絮凝小球藻JSC-7生长的影响（英文）

微藻是可广泛用于健康食品及水产养殖的饵料,同时,微藻细胞内积累的油脂可作为可再生生物燃料,因此微藻的生长和代谢受到广泛关注。温度和pH对微藻的生物量积累有很大影响,考察不同温度和pH条件下微藻细胞的生长有助于寻找最佳的条件进行微藻的培养。自絮凝小球藻JSC-7(Chlorella vulgaris JSC-7)可实现自沉降采收,有利于降低微藻生产成本,优化其生长条件对更好地利用该微藻具有重要意义。考察了温度(22~40℃)及pH(6.0~10.0)对其细胞生长、叶绿素含量和油脂产量的影响。在所选取的温度及pH范围内,JSC-7细胞均可生长,显示该藻种可以适应广泛的温度和pH条件。适合细胞生长的温度依次为31℃28℃35℃25℃,pH依次为7.08.06.0。pH 8.0时生物量和油脂的积累量最多,说明该藻株在弱碱条件下更适合生长和产油。当温度为31℃、pH为7.0时,可获得最高的生长量(OD690=0.941)、叶绿素含量(19 mg/L)及油脂产量(39.07%/克干重)。     

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。     

重离子诱变创制高产油微拟球藻新品种

以具有产业化前景的微拟球藻Nannochloropsis oceanica OZ-1为实验材料,利用碳重离子进行诱变育种,采用Imaging-PAM和酶标仪进行大规模筛选,最终获得两株高生长速率微拟球藻突变藻株(HP-1和HP-2),进一步分析显示两株突变藻株(HP-1和HP-2)生物量积累较野生型藻株大幅提高,在18d培养末期生物量分别提高了18％和26％,两株突变藻株油脂产率分别为295 mg/(L·d)和275 mg/(L·d),而野生型藻株为247 mg/(L·d).所获两株突变藻株生长速度快、油脂产率高,较野生型藻株优势明显.     

高、低氮浓度对2株真眼点藻的生长和油脂积累的影响

【目的】研究氮浓度对真眼点藻纲(Eustigmatophyceae)的2株高产油微藻大真眼点藻(Eustigmatos magnus,EM)和波氏真眼点藻(Eustigmatos polyphem,EP)的细胞形态、生长、总脂含量、脂质组成和脂肪酸组成与含量的时序变化规律。【方法】利用高氮(18.0 mmol/L NO3?-N)和低氮(3.6 mmol/L NO3?-N)浓度培养微藻。【结果】形态观察结果表明,大真眼点藻(E. magnus)和波氏真眼点藻(E. polyphem)营养细胞具有1个周生的裂叶状叶绿体,细胞质中有液泡,内含能够振动的颗粒物,以及一个较为明显的红色色素体;生殖方式通过形成2个D形或4个四角形的似亲孢子;随着培养周期的延伸和营养盐的消耗,细胞中油体逐步形成,其数量不断增加,体积不断增大。实验结果表明,初始氮浓度对2种微藻的总脂积累及生长均有显著影响(P<0.05),低氮浓度下2种微藻的生物质浓度分别为9.0 g/L和8.5 g/L,均低于高氮浓度下的生物质浓度。而低氮浓度下2种微藻的总脂、中性脂和总脂肪酸的含量以及总脂、中性脂与总脂肪酸的单位体积产率均明显高于高氮浓度组,其最高值分别为：59.10%、51.90%、46.95%和0.28、0.24、0.22 g/(L·d) (EM);64.20%、56.80%、50.01%和0.32、0.28、0.25 g/(L·d) (EP)。脂肪酸分析结果表明,两种微藻的脂肪酸主要成分均为棕榈酸(C16:0)、棕榈油酸(C16:1)、油酸(C18:1)和二十碳五烯酸(C20:5,EPA),四者的总含量(占总脂肪酸)分别达到85.83%和85.48%,其中棕榈油酸的含量最高。【结论】低氮浓度胁迫有利于大真眼点藻和波氏真眼点藻细胞内油脂的积累,两种微藻均为适合于生产生物柴油的油脂生产藻株。     

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.     

低浓度蒽对两种海洋微藻生长的兴奋效应

以两种海洋微藻金藻 870 1(Isochrysisgalbana 870 1)和骨条藻 (Skeletonemacostatum )为材料 ,研究了低浓度蒽 (1 5～ 6 μg·L-1)对两种海洋微藻生长的影响 .结果表明 ,在一定浓度蒽作用下 ,两种微藻的生长均呈现出较明显的“兴奋效应” ,细胞密度有所增加 ,但达到最佳刺激作用的浓度与时间有所不同 .在刺激浓度作用下 ,两种微藻体内的蛋白质、叶绿素a(chla .)、类胡萝卜素 (car.)含量都有所增加 ,其变化趋势与细胞密度的变化类似 .在整个实验过程中 ,微藻体内清除活性氧的关键性酶超氧化物歧化酶 (SOD)始终处于较高水平 ,其变化趋势类似于细胞密度的变化     

八株海洋微藻Nannochloris sp.生长及生化性状评价

通过对从南海海域筛选分离纯化的8株Nannochloris sp.海洋微藻进行生长和生化特性分析,评估该属微藻的生产应用潜力。采用干重法、索氏提取法、凯氏定氮法、苯酚硫酸法、气相色谱质谱联用分别测定微藻生长以及油脂、蛋白质、多糖含量及脂肪酸组成。结果表明,8株微藻的最大生物量干重为0.39-0.91 g/L,生长最快的为SCS-761藻株;总脂含量为(19.06-33.67)%,其中SCS-249、SCS-589、SCS-655藻株总脂含量超过25%,且SCS-655藻株油脂产率高达22.23±0.71 mg/(L·d);SCS-249、SCS-325、SCS-355、SCS-640、SCS-769藻株蛋白质含量超过30%,其中SCS-640藻株蛋白质含量最高(36.70±2.20)%;而各株藻的多糖含量介于19.23%-29.34%,其中SCS-761最高,SCS-655最低。另外,脂肪酸组成分析结果显示8株微藻的脂肪酸组成结构相似,主要为C16饱和脂肪酸和C18系脂肪酸。不饱和脂肪酸以亚油酸相对含量最高,SCS-249、SCS-355、SCS-761藻株亚油酸相对含量超过40%。海洋微藻Nannochloris生物活性物质资源丰富,含有较高的脂质、蛋白质和亚油酸含量,应用潜力可观,应对该属微藻进行更为深入的研究开发,为该属微藻高值化综合性开发奠定基础。     

C、N、P对杜氏盐藻突变藻株Zea1生长和积累玉米黄素的影响

通过UV辐照和NTG诱变处理杜氏盐藻野生型藻株得到一株杜氏盐藻高产玉米黄素突变株Zea1,以此突变藻株为实验材料,系统研究了光照强度、盐浓度、碳源、氮源、磷源等对Zea1生长和玉米黄素积累合成的影响。葡萄糖在10mmol/L时既适合Zea1生长,又有利于其玉米黄素的积累。KNO3浓度为1mmol/L时最适合突变株藻细胞生长,而(NH4)2SO4浓度为1mmol/L最有利于藻细胞内玉米黄素的积累。综合来看,1mmol/L(NH4)2SO4为最优氮源。KH2PO4浓度为0.1mmol/L时Zea1藻细胞积累玉米黄素含量最高,同时在此浓度下也最适宜藻细胞的生长。讨论了此结果的机理和意义,为利用杜氏盐藻大规模生产玉米黄素提供了理论依据。     

紫外诱变对微绿球藻生长和营养成分的影响

微绿球藻是一种海洋单细胞微藻,含有丰富的EPA、DHA等活性代谢产物,为了获得生长快、高产EPA的优良藻株,利用紫外诱变技术对微绿球藻进行诱变,筛选出生长较快的突变株2株（MN-1和MN-2）,并与出发株就生物量、粗蛋白、多糖、总脂及脂肪酸进行了比较。结果表明：突变株MN-1与出发株相比,生长速率增加21．08％,生物量增加14．55％,粗蛋白含量增加2．54％,总脂含量增加9．81％,EPA增加1．81％,SFA增加2．70％;突变株MN-2的生长率增加6．25％,生物量增加5．62％,多糖增加13．26％,总脂增加7．93％,SFA增加28．9％。     

一株饵料微藻与益生菌混合固定化培养条件的优化

目的:一株饵料微藻与益生菌混合固定化培养条件的优化.方法:在单因素实验基础上,采用U*6(64)均匀设计表,对海藻酸钠浓度、氯化钙浓度、藻的接种量和菌的接种量进行优化实验.并采用DPS软件对实验结果进行分析,以获得适宜的混合固定化条件;并按照此优化条件对混合固定化和单藻、单菌固定化胶球中微藻和益生菌的生长速率进行比较.结果:①获得适宜的混合固定化条件为:海藻酸钠浓度4%,氯化钙浓度1.2%.藻接种量为21.9889×102个细胞,菌接种量为58.7676×109个细胞;②混合固定化胶球中藻细胞的生长速率比单藻固定化胶球中的藻的生长速率提高了18.8%;菌的平均生长速率比单菌固定化胶球中的菌的平均生长速率提高了92.6%:结论:该实验首次对饵料微藻和海洋益生菌的混合同定化培养条件进行优化.发现藻菌混合固定化胶球中藻和菌的生长速率比单独固定化均有较明显提高.实验结果说明,在混合固定化的微环境体系中,特定的藻菌株具有相互促进生长的作用.实验结果为藻菌混合固定化技术的应用和发展提供了必要的实验数据和理论基础.     

单生卵囊藻(Oocystis solitaria)和月牙藻(Selenastrumsp.)的培养条件及其细胞组成

从海滨的淡水池沼中分离得到单生卵囊藻(Oocystis solitaria)和月牙藻(Selenastrum sp.),分别研究了温度、光照强度、盐度对2种微藻生长繁殖的影响,分析了2种微藻的细胞组成、脂肪酸组成及盐度对2种微藻脂肪积累的影响.结果表明:单生卵囊藻和月牙藻的适宜生长温度分别为35.9℃～40.5℃和29.7℃～32.8℃;单生卵囊藻和月牙藻的适宜光照强度分别为46～70μmol · m-2·s-1和17 ～54 μmol·m-2·s-1;单生卵囊藻在淡水培养液中生长最好,月牙藻在盐度为2的半成水培养液中生长最好;在适宜培养条件下,单生卵囊藻细胞蛋白、总糖和总脂肪分别为27.61％、22.00％和3.84％;月牙藻细胞的蛋白、总糖和总脂肪分别为28.06％、21.99％和12.53％;单生卵囊藻的脂肪酸组成中含有丰富的18∶3n3;月牙藻的脂肪酸组成中含有DHA;盐度影响2种微藻的总脂肪含量;单生卵囊藻和月牙藻分别在盐度4和10的半咸水培养液中细胞总脂含量最高.     

Effects of Temperature and pH on Cell Growth of a Flocculating Microalga (Chlorella vulgaris) JSC-7

微藻是可广泛用于健康食品及水产养殖的饵料,同时,微藻细胞内积累的油脂可作为可再生生物燃料,因此微藻的生长和代谢受到广泛关注。温度和pH对微藻的生物量积累有很大影响,考察不同温度和pH条件下微藻细胞的生长有助于寻找最佳的条件进行微藻的培养。自絮凝小球藻JSC-7（Chlorella vulgaris JSC-7）可实现自沉降采收,有利于降低微藻生产成本,优化其生长条件对更好地利用该微藻具有重要意义。考察了温度（22∽40℃）及pH（6.0∽10.0）对其细胞生长、叶绿素含量和油脂产量的影响。在所选取的温度及pH范围内,JSC-7细胞均可生长,显示该藻种可以适应广泛的温度和pH条件。适合细胞生长的温度依次为31℃〉28℃〉35℃〉25℃,pH依次为7.0〉8.0〉6.0。pH 8.0时生物量和油脂的积累量最多,说明该藻株在弱碱条件下更适合生长和产油。当温度为31℃、pH为7.0时,可获得最高的生长量（OD690=0.941）、叶绿素含量（19 mg/L）及油脂产量（39.07%/克干重）。