缺氮和营养方式对Parachlorella kessleri TY油脂积累的影响研究

发布时间：2020-04-27 23:51

【摘要】：随着人们对能源需要的不断增加,具有燃烧率高、污染性小的清洁能源—生物柴油得到了广泛关注。而微藻由于其自身的诸多优点,特别是能贮存足够的油脂,因此有很大潜质成为生物柴油原料。目前,已有许多有潜力的富油微藻被筛选,并且通过诸多调控手段(例如,营养元素限制以及环境因子和营养方式的调控等)提高了微藻中的油脂含量。目前,山西省现在正处于能源结构调整阶段,发展新型可再生能源迫在眉睫,而微藻就是一种不错的选择。基于前述研究进展,本研究筛选获得一株山西本土富油藻株Parachlorella kessleri TY。然而,有关该藻种的报道较少,尤其鲜有该藻种油脂方面的相关研究。因此,本研究以一株采自山西本地的土著微藻为研究对象,旨在探究氮元素限制以及营养方式调控对其油脂积累的影响,主要研究结果如下:(1)本研究首先从山西省境内的土壤中筛选出一株单细胞绿藻,然后对其进行形态学观察和分子系统的鉴定,确定其为凯氏拟小球藻,并命名为Parachlorella kessleri TY。同时,对其脂质相关特性进行了分析。结果表明,该藻株油脂含量达到33.27%,油脂产率为34.62 mg·L~(-1)d~(-1)。脂质组成以棕榈酸(C16:0)、亚油酸(C18:2)和亚麻酸(C18:3)为主,其C16和C18系总脂肪酸也很高,高达88.15%,并符合生物柴油相关标准。由此可见,该藻株有非常大的潜质可以作为生物柴油的原料。(2)对其进行缺氮培养,发现缺氮条件下P.kessleri TY的生长速率下降、叶绿体降解、光合活性降低、蛋白质合成也下降,但其藻细胞内总碳水化合物含量升高,中性脂及总脂的含量都有所提高,且适于作为生物柴油的C16:0、C18:1、C18:2和C18:3含量明显上升,饱和脂肪酸(saturated fatty acids,SFA)及单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA)含量也都有所提高。转录组测序结果发现,缺氮条件相比氮正常条件所涉及脂肪酸合成与不饱和脂肪酸合成的关键限速酶相关基因(accC、fabF、fabH、FAD2、SCD)呈显著上调,涉及脂肪酸延长与脂肪酸降解的关键限速酶相关基因(ACAA1、ECHS1、MECR)呈显著下调。基于生理生化及转录组学结果,不难发现,缺氮有益于P.kessleri TY的油脂积累。(3)以葡萄糖为有机碳源,对P.kessleri TY进行了异养和兼养的实验。结果发现,异养培养的藻株生物量为0.55 g·L~(-1),生物量产率为78.57 mg·L~(-1)d~(-1);兼养条件下,藻株生物量达到了1.53 g·L~(-1),生物量产率提高至218.57 mg·L~(-1)d~(-1)。但是,异养和兼养条件下的色素含量、光合活性以及蛋白质含量均显著低于自养,说明添加了葡萄糖的培养基不利于色素与蛋白的合成且会严重抑制光合活性。然而,异养和兼养培养却能积累更多油脂(总脂含量分别为:39.85%和42.92%),尤其是中性脂含量明显增高。而且,异养和兼养培养里适合作为生物柴油原料的脂肪酸含量均上升,尤其是C18:1的含量显著增加。此外,相比于兼养培养,由于异养培养的生物量较低,导致其总的油脂产率降低。综合以上结果,我们认为,兼养条件更有利于P.kessleri TY的油脂积累。(4)缺氮-兼养联合培养该产油藻株,以期得到更高的油脂产率。结果阐明,缺氮-兼养联合培养的藻株干重(1.15 g·L~(-1))、生物量产率(164.29 mg·L~(-1)d~(-1))、色素含量和叶绿素荧光均高于缺氮培养且低于兼养培养。但是,其油脂积累能力明显强于缺氮培养和兼养培养。上述结果说明,油脂的累计兼具了缺氮培养与兼养培养的共同优势,从而达到较高的积累量。此外,其碳水化合物含量和蛋白质含量却显著低于其他两组,表明在缺氮与添加额外碳源的联合作用下,会大大削减其蛋白质含量,而将大部分新同化的碳源转向油脂,从而有利于油脂的积累,且其油脂含量的增加量远大于生物量的减少,所以,其油脂产率也较高。脂肪酸组成分析显示,C16与C18系脂肪酸总和、C16:0、C18:1、SFA与MUFA含量在缺氮-兼养联合培养里也很高。因此,缺氮-兼养联合培养可以极大程度地提高油脂的积累。综上所述,对P.kessleri TY进行缺氮及兼养条件下的联合培养,可以最大程度地提高其油脂产率,并能得到相对含量较高的可用于生物柴油制备的脂肪酸。
【图文】：

太原,山西,圆形,红色

图 1 太原地区研究区域图（太原，山西，，中国）（填充红色圆形）Figure 1 The map of study area in Taiyuan (TY, Shanxi, China) (filledred circle)的形态学观察

似亲孢子,照片,藻株,结合法

每组实验设置三个重复，所有被测数值都用平均标准MInc，Chicago，IL，美国）中的单因素方差分析结合法）进行显著性分析，当 P < 0.05 表示在统计学上具有析征分析微观察微镜下，该分离的藻株具有以下特征：单细胞，黄绿色，球m。叶绿体周生，不规则片状，占据大部分细胞外围，一胞中看到。藻株成熟后，母细胞分裂产生 2 个或 4 个似释放的孢子有的相邻发育并形成不定群体。根据其形态绿球藻中的小球藻类[107]（图 2.1）。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q949.9

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