具有异养和厌氧特性的小球藻光合机制和代谢产物的定向优化

发布时间：2020-03-31 12:11

【摘要】： 随着微藻生物技术的发展,微藻已经被用于生产许多有价值产品,如食物、饲料、药品、生物柴油和氢气等。然而,传统的自养和开放式培养方式由于其生长速度缓慢和依赖充气以及光照,给生产带来了较高的成本。为了消减成本,微藻的异养和厌氧培养受到广泛关注。首先,本文从一个污水处理池中分离到了一株微藻,利用形态学、生理学和进化分析的方法将其鉴定为Chlorella sorokiniana GXNN01。该藻株可利用多种有机碳源进行异养或混养生长,甚至可以在厌氧条件下生长。该藻蛋白含量最高可达75.32%细胞干重。经研究该藻具有:(1)只有在有光条件下利用D,L-苹果酸的能力,最大生长速率为0.28 d-1;(2)在混养生长时光合作用受抑制;(3)在厌氧生长时仍进行光合作用并在细胞内部产氧。其次,研究了乙酸和无氧环境对藻株生长和光合与呼吸的影响。在将乙酸加入自养藻液后,随着乙酸浓度的增加,细胞生长的延滞期变长,当乙酸浓度为1%时完全抑制了生长。乙酸的添加引起了光合与呼吸的立刻变化,与自养细胞相比,混养细胞的PSII和PSI的活性均受到破坏然后又缓慢恢复。碳酸酐酶和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的活性在起初也受到抑制,相反呼吸作用则得到加强。77-K叶绿素荧光的变化揭示了从状态I到状态II的转换。一个模型被提出来解释这些现象:乙酸的同化过程消耗ATP导致了NADPH剩余,剩余的NADPH被依赖NAD(P)H脱氢酶的环式电子传递链脱氢,因而导致了类囊体膜质子梯度的上升,而升高的质子梯度又导致了PSII的非光化学淬灭和质体醌库的过度还原,还原的质体醌库重新分配PSI和PSII的能量分布从而引起了状态转换。最后,为了阐明异养与油脂产量的关系,研究了碳源对细胞生长和脂肪积累的影响。在加入碳源后,细胞生长迅速,在30℃仅48小时就到达稳定期。葡萄糖和乙酸在稳定期早期对于脂肪积累有明显效果,以葡萄糖为碳源脂肪含量可达0.237 g·g-1细胞干重和0.272 g·L-1培养基,以乙酸为碳源脂肪含量可达0.287 g·g-1细胞干重和0.288 g·L-1培养基,中性脂的含量随着时间变化先下降后上升。为获得最大脂肪含量最适的葡萄糖浓度是20 mM,最适收获时间是稳定期早期。
【图文】：

光系统I,循环式,电子传递链,光合磷酸化

第一章文献综述达电子受体 NADP+，同时一个来源于水的氢质子被结合 NADPH。依据最后是否生成 NADPH，光合磷酸化可分式光合磷酸化。非循环式光合磷酸化是由一条线性通路比较清楚。而循环式光合磷酸化由于涉及较多的未知组热点。在蓝藻中发现的依赖 NAD(P)H 脱氢酶的环式电护的功能，NAD(P)H 脱氢酶(NDH)可能接受了来自铁氧的电子，，并可能通过质子泵产生额外的 ATP，如果 NAD那么可能会存在一个将 NADPH 转换成 NADH 的转换酶还原酶(FQR)介导的环式电子传递是另外一条重要的补互作用如图 1.1 所示。如上所述，是整个光反应的过程

光系统,卡尔文循环,状态转换,超分子结构

增大了 PSI 的光吸收截面，结果导致 PSI 分配的光能增加(图1.2)。当 PSII 优先吸收的光能减少时即发生状态 2 向状态 1 的转换，与上述过程相反，磷酸化的 LHCII 去磷酸化后，重新迁移复位到 PSII 区域，与PSII 结合，从而相对增加了 PSII 的光吸收。总之，状态转换通过 LHCII蛋白磷酸化与去磷酸化来完成，从而使光能在两个光系统之间平衡分配。另外，LHCII 的磷酸化受电子载体 PQ 及细胞色素 b6f 复合体氧化还原状态的调控 (Allen1992a)。只有当细胞色素 b6f 二聚体的高电位电子传递
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X173

【参考文献】