原壳小球藻筛选/异养培养优化及盐胁迫下油脂积累机理研究
发布时间：2021-04-28 08:55
大量和无节制地使用化石燃料使得大气中CO2浓度不断升高,产生温室效应并使全球气候变暖,给全球环境带来了严重的破坏。另外,由于化石燃料的不可再生性,在不久的将来能源危机必然会成为现实。利用生物技术来改变当今由化石燃料和化学工业所主导的世界发展格局具有重要的意义,特别是利用以微藻为首的微生物来解决能源问题具有非常大的潜力和可行性。本文以能够自养和异养生长的原壳小球藻为出发藻,以获得高油脂含量和产率的异养培养过程为研究目标,从藻种的筛选到培养过程的优化进行了系统性研究,并对盐胁迫下胞内油脂过量积累的机理进行了深入的分析。首先,基于低场核磁共振技术,建立了原壳小球藻胞内油脂快速定量的方法。结果表明低场核磁共振信号与原壳小球藻细胞中的油脂量具有显著的线性相关性,信号校正中线性回归相关系数R2达到0.99以上,且油脂定量结果与标准的GC-MS法所测得结果偏差小于2%,结果的相对标准偏差也在2%以内。此外,该技术还能够用于微藻培养液中胞内油脂快速、直接和无损的定量中,并成功地实现了原壳小球藻异养培养过程中油脂浓度实时和动态的监测,对于过程优化有重要的应用价...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 生物能源概述
1.1.1 全球能源现状
1.1.2 生物能源地位
1.1.3 生物柴油性质及用途
1.1.4 生物柴油原料来源
1.2 微藻生物能源研究概况
1.2.1 微藻能源研究内容
1.2.2 微藻的培养模式
1.2.3 可进行产油异养培养的微藻
1.3 优良藻种的选育
1.3.1 藻种的改造
1.3.1.1 诱变育种
1.3.1.2 基因工程改造
1.3.2 油脂的测定方法
1.3.3 藻种的高通量筛选
1.4 微藻产油的代谢研究
1.4.1 微藻中油脂的合成途径
1.4.1.1 脂肪酸的合成
1.4.1.2 TAG的生物合成
1.4.2 影响TAG积累和脂肪酸组成的因素
1.4.3 TAG积累的生理作用
1.4.4 胁迫条件下细胞的生理和生化响应
1.4.4.1 胁迫条件下细胞响应的概述
1.4.4.2 ROS的产生及其生理作用
1.5 微藻异养产油培养过程优化研究
1.5.1 培养基优化
1.5.2 培养过程优化
1.5.3 过程氧代谢研究
1.5.4 基于生理参数的过程优化技术
1.6 组学技术在微藻能源中的应用
1.6.1 系统生物学研究概况
1.6.2 组学技术在微藻能源中的应用进展
1.7 本课题的研究内容与意义
第2章 材料和方法
2.1 实验材料
2.1.1 藻种
2.1.2 常用试剂
2.1.3 主要仪器
2.1.4 培养基
2.1.4.1 常用培养基
2.1.4.2 异养补料培养基
2.2 培养方法
2.2.1 自养培养
2.2.1.1 自养种子保存
2.2.1.2 自养种子培养
2.2.2 异养培养
2.2.2.1 异养种子培养
2.2.2.2 异养孔板培养
2.2.2.3 异养摇瓶培养
2.2.2.4 异养发酵培养
2.3 常规分析测定方法
2.3.1 生物量的测定
2.3.2 比生长速率的计算
2.3.3 葡萄糖浓度测定
2.3.4 细胞中多糖含量测定
2.3.5 细胞中总蛋白浓度的测定
2.3.6 细胞中粗脂含量测定
2.3.7 脂肪酸含量的测定
2.3.8 氮浓度测定
2.3.9 磷浓度的测定
2.3.10 叶绿素浓度的测定
2.3.11 培养基中渗透压的测定
2.3.12 pH,DO的测定
第3章 低场核磁共振技术在微藻油脂测定中的应用
3.1 引言
3.2 材料和方法
3.2.1 低场核磁共振技术油脂测定条件和参数
3.2.2 MnCl_2添加浓度的优化
3.2.3 油脂样品的测定
3.2.4 原壳小球藻的异养培养
3.2.5 基于低场核磁共振技术的油脂在线监测
3.2.6 数据统计分析
3.3 结果和讨论
3.3.1 低场核磁共振技术测定微藻油脂
3.3.2 自由水信号的排除和MnCl_2添加浓度的优化
3.3.3 低场核磁共振信号的校正
3.3.4 测定方法的准确性和精确性分析
3.3.5 微藻培养过程中油脂在线监测的应用
3.4 本章小结
第4章 高产油藻种的筛选和培养基优化
4.1 前言
4.2 材料和方法
4.2.1 藻种的诱变育种
4.2.1.1 尼罗红荧光染料法油脂测定
4.2.1.2 诱变方法
4.2.1.3 筛选方法
4.2.1.4 高产油藻种的放大培养
4.2.1.5 数据统计及分析
4.2.2 异养培养基优化
4.2.2.1 不同磷酸盐浓度培养实验
4.2.2.2 不同葡萄糖和硝酸钠浓度培养实验
4.2.2.3 胞内磷含量的测定
4.3 结果和讨论
4.3.1 高产油藻种的筛选
4.3.1.1 不同诱变方法的致死率
4.3.1.2 藻种诱变及筛选
4.3.1.3 高产油藻种的验证
4.3.2 异养培养基的优化
4.3.2.1 磷源对生长和产油的影响
4.3.2.2 碳源和氮源对生长和产油的影响
4.4 本章小结
第5章 基于过程在线监测的原壳小球藻产油培养过程优化
5.1 前言
5.2 材料和方法
5.2.1 异养培养
5.2.2 异养中细胞呼吸生理参数OUR、CER及RQ的测定
5.2.3 自养及双模式培养
5.2.4 数据统计分析
5.3 结果和讨论
5.3.1 异养培养中宏观氧代谢研究和基于过程在线监测的培养工艺优化
5.3.2 异养培养中不同供氧对细胞生长和油脂积累的影响
5.3.3 异养培养中氮限制对细胞生长和油脂积累的影响
5.3.4 两阶段氧供应和氮限制策略促进油脂的积累和转化
5.3.5 两阶段补料分批培养策略进一步提高油脂的产率
5.3.6 新型双模式培养降低CO_2的释放并提高油脂产率
5.4 本章小结
第6章 盐胁迫促进异养原壳小球藻细胞中油脂的积累
6.1 前言
6.2 材料和方法
6.2.1 盐和渗透压胁迫培养实验
6.2.2 胞内ROS,丙二醛(MDA)和酶活的测定
6.2.3 扫描电子显微镜(SEM)的观察
6.2.4 数据统计分析
6.3 结果和讨论
6.3.1 不同NaCl浓度对生长和油脂积累的作用
6.3.2 NaCl胁迫对细胞氧化应激的影响
6.3.3 NaCl胁迫对胞内代谢途径中关键酶活性的影响
6.3.4 NaCl胁迫对脂肪酸组分和细胞形态的影响
6.3.5 盐胁迫和渗透压胁迫效果的比较分析
6.3.6 盐胁迫条件下油脂积累机制的总结
6.4 本章小结
第7章 原壳小球藻异养过程盐胁迫下油脂积累的转录组学研究
7.1 前言
7.2 材料和方法
7.2.1 异养盐胁迫实验和样品准备
7.2.2 样品的准备
7.2.3 RNA的提取
7.2.4 转录组测序和分析
7.2.5 胞内代谢物分析
7.3 结果和讨论
7.3.1 原壳小球藻在5L反应器中异养盐胁迫培养
7.3.2 原壳小球藻De novo转录组测序结果
7.3.3 差异表达基因的聚类和功能分析
7.3.4 盐胁迫前后与氧化应激相关基因表达分析
7.3.5 油脂合成途径及胞内代谢物的分析
7.3.6 基于多水平分析的油脂积累机制总结
7.4 本章小结
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士期间撰写的论文和专利
本文编号：3165192
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 生物能源概述
1.1.1 全球能源现状
1.1.2 生物能源地位
1.1.3 生物柴油性质及用途
1.1.4 生物柴油原料来源
1.2 微藻生物能源研究概况
1.2.1 微藻能源研究内容
1.2.2 微藻的培养模式
1.2.3 可进行产油异养培养的微藻
1.3 优良藻种的选育
1.3.1 藻种的改造
1.3.1.1 诱变育种
1.3.1.2 基因工程改造
1.3.2 油脂的测定方法
1.3.3 藻种的高通量筛选
1.4 微藻产油的代谢研究
1.4.1 微藻中油脂的合成途径
1.4.1.1 脂肪酸的合成
1.4.1.2 TAG的生物合成
1.4.2 影响TAG积累和脂肪酸组成的因素
1.4.3 TAG积累的生理作用
1.4.4 胁迫条件下细胞的生理和生化响应
1.4.4.1 胁迫条件下细胞响应的概述
1.4.4.2 ROS的产生及其生理作用
1.5 微藻异养产油培养过程优化研究
1.5.1 培养基优化
1.5.2 培养过程优化
1.5.3 过程氧代谢研究
1.5.4 基于生理参数的过程优化技术
1.6 组学技术在微藻能源中的应用
1.6.1 系统生物学研究概况
1.6.2 组学技术在微藻能源中的应用进展
1.7 本课题的研究内容与意义
第2章 材料和方法
2.1 实验材料
2.1.1 藻种
2.1.2 常用试剂
2.1.3 主要仪器
2.1.4 培养基
2.1.4.1 常用培养基
2.1.4.2 异养补料培养基
2.2 培养方法
2.2.1 自养培养
2.2.1.1 自养种子保存
2.2.1.2 自养种子培养
2.2.2 异养培养
2.2.2.1 异养种子培养
2.2.2.2 异养孔板培养
2.2.2.3 异养摇瓶培养
2.2.2.4 异养发酵培养
2.3 常规分析测定方法
2.3.1 生物量的测定
2.3.2 比生长速率的计算
2.3.3 葡萄糖浓度测定
2.3.4 细胞中多糖含量测定
2.3.5 细胞中总蛋白浓度的测定
2.3.6 细胞中粗脂含量测定
2.3.7 脂肪酸含量的测定
2.3.8 氮浓度测定
2.3.9 磷浓度的测定
2.3.10 叶绿素浓度的测定
2.3.11 培养基中渗透压的测定
2.3.12 pH,DO的测定
第3章 低场核磁共振技术在微藻油脂测定中的应用
3.1 引言
3.2 材料和方法
3.2.1 低场核磁共振技术油脂测定条件和参数
3.2.2 MnCl_2添加浓度的优化
3.2.3 油脂样品的测定
3.2.4 原壳小球藻的异养培养
3.2.5 基于低场核磁共振技术的油脂在线监测
3.2.6 数据统计分析
3.3 结果和讨论
3.3.1 低场核磁共振技术测定微藻油脂
3.3.2 自由水信号的排除和MnCl_2添加浓度的优化
3.3.3 低场核磁共振信号的校正
3.3.4 测定方法的准确性和精确性分析
3.3.5 微藻培养过程中油脂在线监测的应用
3.4 本章小结
第4章 高产油藻种的筛选和培养基优化
4.1 前言
4.2 材料和方法
4.2.1 藻种的诱变育种
4.2.1.1 尼罗红荧光染料法油脂测定
4.2.1.2 诱变方法
4.2.1.3 筛选方法
4.2.1.4 高产油藻种的放大培养
4.2.1.5 数据统计及分析
4.2.2 异养培养基优化
4.2.2.1 不同磷酸盐浓度培养实验
4.2.2.2 不同葡萄糖和硝酸钠浓度培养实验
4.2.2.3 胞内磷含量的测定
4.3 结果和讨论
4.3.1 高产油藻种的筛选
4.3.1.1 不同诱变方法的致死率
4.3.1.2 藻种诱变及筛选
4.3.1.3 高产油藻种的验证
4.3.2 异养培养基的优化
4.3.2.1 磷源对生长和产油的影响
4.3.2.2 碳源和氮源对生长和产油的影响
4.4 本章小结
第5章 基于过程在线监测的原壳小球藻产油培养过程优化
5.1 前言
5.2 材料和方法
5.2.1 异养培养
5.2.2 异养中细胞呼吸生理参数OUR、CER及RQ的测定
5.2.3 自养及双模式培养
5.2.4 数据统计分析
5.3 结果和讨论
5.3.1 异养培养中宏观氧代谢研究和基于过程在线监测的培养工艺优化
5.3.2 异养培养中不同供氧对细胞生长和油脂积累的影响
5.3.3 异养培养中氮限制对细胞生长和油脂积累的影响
5.3.4 两阶段氧供应和氮限制策略促进油脂的积累和转化
5.3.5 两阶段补料分批培养策略进一步提高油脂的产率
5.3.6 新型双模式培养降低CO_2的释放并提高油脂产率
5.4 本章小结
第6章 盐胁迫促进异养原壳小球藻细胞中油脂的积累
6.1 前言
6.2 材料和方法
6.2.1 盐和渗透压胁迫培养实验
6.2.2 胞内ROS,丙二醛(MDA)和酶活的测定
6.2.3 扫描电子显微镜(SEM)的观察
6.2.4 数据统计分析
6.3 结果和讨论
6.3.1 不同NaCl浓度对生长和油脂积累的作用
6.3.2 NaCl胁迫对细胞氧化应激的影响
6.3.3 NaCl胁迫对胞内代谢途径中关键酶活性的影响
6.3.4 NaCl胁迫对脂肪酸组分和细胞形态的影响
6.3.5 盐胁迫和渗透压胁迫效果的比较分析
6.3.6 盐胁迫条件下油脂积累机制的总结
6.4 本章小结
第7章 原壳小球藻异养过程盐胁迫下油脂积累的转录组学研究
7.1 前言
7.2 材料和方法
7.2.1 异养盐胁迫实验和样品准备
7.2.2 样品的准备
7.2.3 RNA的提取
7.2.4 转录组测序和分析
7.2.5 胞内代谢物分析
7.3 结果和讨论
7.3.1 原壳小球藻在5L反应器中异养盐胁迫培养
7.3.2 原壳小球藻De novo转录组测序结果
7.3.3 差异表达基因的聚类和功能分析
7.3.4 盐胁迫前后与氧化应激相关基因表达分析
7.3.5 油脂合成途径及胞内代谢物的分析
7.3.6 基于多水平分析的油脂积累机制总结
7.4 本章小结
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
攻读博士期间撰写的论文和专利
本文编号：3165192
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/3165192.html
教材专著
