菌藻共培养促进微藻生长的研究及其相互作用机制探索
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菌藻共培养促进微藻生长的研究及其 相互作用机制探索
随着化石能源的日渐枯竭,寻求一种新型可再生能源已是大势所 趋。微藻由于其生长快、油脂含量高、适应性强等优点,成为生 产生物柴油最有潜力的物种。
微藻除了可以生产生物柴油外,还可以生产藻多糖、藻蛋白、不 饱和脂肪酸等高附加值的产品,有着广阔的应用前景。目前制约 微藻工业化应用的主要原因是生产成本太高,而降低成本一个有 效的手段就是提高微藻的生长速度。
本课题构建了纤维弧菌Cellvibrio pealriver PR1与微藻的共 培养体系,将半纤维素的降解利用与促进小球藻的生长相结合。 利用比较转录组学、比较代谢组学等手段对共培养促进藻细胞 生长的机理进行探讨,并对共培养体系产藻细胞及产油脂进行了 优化。
本研究内容包含如下几个方面:1)对细菌PR1进行生理生化、分 子生物学鉴定,确定该菌属于纤维弧菌属。对该菌进行全基因组 测序,发现PR1基因组大小为4.4Mbp,基因数目为3730个。
利用CAZyme数据库对PR1的多糖水解酶进行进一步分析,发现其 具有完整的木聚糖,琼脂,几丁质,淀粉,甘露聚糖降解酶系。使 用KEGG数据库对PR1的木聚糖代谢途径进行分析绘制,并通过转 录组验证了PR1有关木聚糖的代谢通路。
2)以木聚糖为碳源,研究了PR1与小球藻、莱茵衣藻、斜生栅藻 和杜氏盐藻的共培养效果。发现培养9天后,4株微藻的生物量在 共培养时为无外加碳源纯培养时的1.9-3倍;小球藻、莱茵衣藻、 斜生栅藻共培养与在葡萄糖中纯培养相比,其生物量相当,而中 性油脂含量提高20%-75%;杜氏盐藻共培养与在葡萄糖中纯培养 相比,其生物量提高60%。
共培养条件下,4株微藻淀粉的积累量均得到显著提升。以半纤 维素为碳源时,菌藻共培养体系也可以达到促进微藻生长的效果, 其促进效果与木聚糖为碳源时的共培养效果相当。
3)利用比较转录组学和比较代谢组学对共培养促进小球藻生长 机制进行了研究。基于基因差异表达及差异基因代谢通路的分 析,推测共培养促进小球藻生长的主要原因是PR1为小球藻的生 长提供了有机碳源;除此之外,还发现共培养可以通过为小球藻 提供无机碳源CO2、促进小球藻叶酸的合成,促进小球藻DNA、氨 基酸、叶绿素的合成、通过降低其抗光氧化压力而减少类胡萝 卜素的消耗等方式促进小球藻生长。
4)通过Plackett-Burman因子筛选、显著因子单因素实验和响应 面中心组合设计对共培养体系进行了优化。优化后叶绿素含量 (11.94 mgwk.baidu.comL)相比优化前(5.63 mg/L)提高112%,比小球藻在BG11纯培养(2.53 mg/L)提高372%。
对共培养产油脂体系进行优化,N限制时,200mg/L NaNO3时小球 藻油脂积累量最大,达到192.63mg/L,相比于小球藻在BG-11Xylan中共培养(87.23 mg/L)提高120.82%,相比于小球藻在BG11中纯培养(49.54 mg/L)提高288.83%。P限制时,8mg/L K2HPO4 时小球藻油脂积累量最大,达到116.23mg/L,相比于小球藻在BG11-Xylan中共培养(81.00 mg/L)提高43.49%,相比于小球藻在 BG-11中纯培养(48.46mg/L)提高139.85%。
随着化石能源的日渐枯竭,寻求一种新型可再生能源已是大势所 趋。微藻由于其生长快、油脂含量高、适应性强等优点,成为生 产生物柴油最有潜力的物种。
微藻除了可以生产生物柴油外,还可以生产藻多糖、藻蛋白、不 饱和脂肪酸等高附加值的产品,有着广阔的应用前景。目前制约 微藻工业化应用的主要原因是生产成本太高,而降低成本一个有 效的手段就是提高微藻的生长速度。
本课题构建了纤维弧菌Cellvibrio pealriver PR1与微藻的共 培养体系,将半纤维素的降解利用与促进小球藻的生长相结合。 利用比较转录组学、比较代谢组学等手段对共培养促进藻细胞 生长的机理进行探讨,并对共培养体系产藻细胞及产油脂进行了 优化。
本研究内容包含如下几个方面:1)对细菌PR1进行生理生化、分 子生物学鉴定,确定该菌属于纤维弧菌属。对该菌进行全基因组 测序,发现PR1基因组大小为4.4Mbp,基因数目为3730个。
利用CAZyme数据库对PR1的多糖水解酶进行进一步分析,发现其 具有完整的木聚糖,琼脂,几丁质,淀粉,甘露聚糖降解酶系。使 用KEGG数据库对PR1的木聚糖代谢途径进行分析绘制,并通过转 录组验证了PR1有关木聚糖的代谢通路。
2)以木聚糖为碳源,研究了PR1与小球藻、莱茵衣藻、斜生栅藻 和杜氏盐藻的共培养效果。发现培养9天后,4株微藻的生物量在 共培养时为无外加碳源纯培养时的1.9-3倍;小球藻、莱茵衣藻、 斜生栅藻共培养与在葡萄糖中纯培养相比,其生物量相当,而中 性油脂含量提高20%-75%;杜氏盐藻共培养与在葡萄糖中纯培养 相比,其生物量提高60%。
共培养条件下,4株微藻淀粉的积累量均得到显著提升。以半纤 维素为碳源时,菌藻共培养体系也可以达到促进微藻生长的效果, 其促进效果与木聚糖为碳源时的共培养效果相当。
3)利用比较转录组学和比较代谢组学对共培养促进小球藻生长 机制进行了研究。基于基因差异表达及差异基因代谢通路的分 析,推测共培养促进小球藻生长的主要原因是PR1为小球藻的生 长提供了有机碳源;除此之外,还发现共培养可以通过为小球藻 提供无机碳源CO2、促进小球藻叶酸的合成,促进小球藻DNA、氨 基酸、叶绿素的合成、通过降低其抗光氧化压力而减少类胡萝 卜素的消耗等方式促进小球藻生长。
4)通过Plackett-Burman因子筛选、显著因子单因素实验和响应 面中心组合设计对共培养体系进行了优化。优化后叶绿素含量 (11.94 mgwk.baidu.comL)相比优化前(5.63 mg/L)提高112%,比小球藻在BG11纯培养(2.53 mg/L)提高372%。
对共培养产油脂体系进行优化,N限制时,200mg/L NaNO3时小球 藻油脂积累量最大,达到192.63mg/L,相比于小球藻在BG-11Xylan中共培养(87.23 mg/L)提高120.82%,相比于小球藻在BG11中纯培养(49.54 mg/L)提高288.83%。P限制时,8mg/L K2HPO4 时小球藻油脂积累量最大,达到116.23mg/L,相比于小球藻在BG11-Xylan中共培养(81.00 mg/L)提高43.49%,相比于小球藻在 BG-11中纯培养(48.46mg/L)提高139.85%。