细菌群体感应信号分子对微藻油脂产量的影响与机制

发布时间：2020-05-13 21:13

【摘要】：微藻生物质能源与污水处理耦合技术在解决能源与环境危机方面具有潜力。微藻和细菌之间的关系决定了该体系的稳定性与效率。从本质上来说,藻-菌之间的相互作用取决于胞间通讯行为及其所引发的群体感应作用。群体感应信号分子(Quorum sensing molecules,QSMs)是胞间通讯的媒介。目前,关于细菌QSMs对微藻油脂产量的影响和机制尚未见报道。论文以藻-菌胞间通讯作用为切入点,探讨了QSMs对单一微藻纯培养和多藻共培养体系的油脂产量的影响,并阐明了相关机制。首先,研究了活性污泥中提取的QSMs对小球藻.纯培养体系油脂产量的影响。结果表明在QSMs刺激下,小球藻细胞内的油脂含量在对数期和稳定期分别比对空白(未添加QSMs)提高95%和84%,油脂含量提前2天达到了峰值。同时,在QSMs作用下,小球藻生物量降低了77%,最大比增长速率降低了53%。转录组分析发现,在QSMs的刺激下小球藻油脂合成途径的关键酶普遍上调,如编码乙酰辅酶A羧化酶和脂肪酸合成酶等在内的14个酶的40个转录本表达上升了2-8倍。然而,小球藻细胞DNA复制的重要前体物质5-磷酸核糖的合成明显受阻,参与合成DNA复制过程的DNA聚合酶、DNA连接酶等重要酶的41条转录也显著下调2-9倍。这种生长抑制现象在生长稳定期得到解除。培养第4天时,QSMs实验组的油脂产率和油脂产量分别提高88%和84%。其次,探讨了典型QSMC_6-HSL,对小球藻和栅藻的共培养体系的影响。研究发现,在400 nmol/L C_6-HSL刺激下,共培养体系中小球藻和栅藻的生长和线粒体活性则几乎不受C_6-HSL的影响,最终使油脂产量和产率提高209%。而纯培养体系小球藻和栅藻的生物量比对照组分别降低50%和35%。抗氧化酶分析结果表明,共培养体系中的抗氧化酶含量没有显著变化,而纯培养中,小球藻和栅藻在添加C_6-HSL后的4小时内抗氧化酶含量上升55%-300%。同时,在C_6-HSL的影响下的纯培养体系中的小球藻仅能形成4个成熟孢子,栅藻的细胞也开始膨大趋于圆形,而共培养体系中的藻细胞却并未受到C_6-HSL的胁迫。因此,微藻共培养体系可显著缓解QSMs对藻细胞生长的抑制作用,提高油脂产量。
【图文】：

微藻,光生物反应器,跑道

第 1 章绪论4而以自养的方式进行规模化培养时往往需要很大的占地面积（图1-2）。此外，光照强度过高也会影响光合电子传递链，对细胞内的氧化还原状态造成胁迫，进而抑制微藻的生长和油脂合成。图1-2 大型户外跑道池和开放塘微藻光生物反应器Figure 1-2 The large outdoors raceway and open ponds microalgaephotobioreactor②细菌在起初人们认为，由于细菌的生长速度远高于微藻，因而会威胁微藻的优势生态地位。但随后人们发现，细菌的适量生长会消耗微藻生产的氧气或胞外多聚物，随后产生促进微藻生长的物质、分解微藻产生的自身抑制物、提供微量元素等，对微藻生长、油脂积累、脂肪酸种类和生长环境等方面都有促进的作用[24-26]。如de-Bashan等将Chlorella vulgaris和一种固氮菌Azospirillum brasilense共同培养，，发现Azospirillum brasilens可作为一种植物生长促进菌促进微藻的生长

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因此，若利用富含营养成分的污水来培养微藻，不仅可以大幅度地降低微藻培养成本，还可以同时去除污水中的氮、磷，降解有机物和吸附重金属，为污水处理提供了更具环境效益和社会效益的方法。1.1.3 微藻生物柴油生产与污水处理的耦合技术利用微藻去除污水中污染物的想法最早在1957年由Oswald和Gotass提出[31]，如图 1-3 所示，微藻在生长过程中需要大量氮磷元素，因而在污水处理，尤其是氮磷的去除方面具有很大潜力。故以微藻为媒介实现污水深度处理和资源化利用，可实现微藻生物质能源和高价值化学品的获取。根据微藻生长和生物质积累所需要的环境条件，适于培养微藻的污水类型需要具备 2 个特点：①包含适宜微藻生长所需的营养元素；②影响微藻生长的有毒有害物质浓度低。目前，农业污水[32]、市政污水[33]、部分工业污水[17, 34-36]等已被证明可运用于微藻培养。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;X172

【参考文献】