Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 链带微藻的诱变及培养条件对其产油的影响 | |
| 张轶 | |
| 出版年 | 2016 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 王长海 |
| 学位授予单位 | 南京农业大学 |
| 中文摘要 | 产油微藻因具有光合效率高,油脂积累快,适应性强,可高值综合利用等优点,成为生物柴油的理想来源。在微藻生物柴油开发工艺流程中,获得高产高油的优质藻株是基础。与海洋产油微藻相比,沙漠微藻具有更强的抗逆性,能够耐受更剧烈的温差变化、较高的盐碱度以及强光照射,因此更适合于低成本的大规模户外培养,是较为理想的产油藻种,但目前对该方面的研究报道较少。本文选用两株分离自新疆沙漠地区的产油微藻,对其进行化学诱变育种及筛选,并对突变株培养条件进行调控,研究了产油藻株在碳流分配、光合利用情况及油脂脂肪酸成分方面产生的变化。结合不同温度条件对藻细胞生理生化特性的影响,对荒漠产油微藻进行了研究探索,主要结果如下:1、2株沙漠微藻经18srDNA鉴定为链带藻(Desmodesmus sp.),分别命名为 Desmodesmus sp. S81 和 Desmodesmus sp. G41。通过甲基磺酸乙酯(EMS )诱变与尼罗红荧光快速检测法的初步筛选,得到5株具有高中性脂相对含量的诱变株。然后经过生长情况和油脂积累特性的测定,筛选出2株高产高油突变株,分别为Desmodesmus sp. S5和Desmodesmus sp. G3。二者的生物产量、总脂含量和油脂产率分别为 778.10 mg·L-1、8.41%、19.83 mg·L-1·d-1 和 739.52 mg·L-1、46.01%、17.92 mg·gL-1·-1,与野生株相比,在生物量积累和产油能力上有显著提高。而且突变藻株具有较高的单不饱和脂肪酸含量和较低的多不饱和脂肪酸含量。在所含油脂类别上,突变株有较多的中性脂和较少的糖脂,并经过多代继代培养验证了突变藻株在生物质积累及油脂含量方面的稳定性。2、Desmodesmussp. S5 和 Desmodesmus sp. G3 在以硝酸钠为氮源,初始氮浓度为47.2mM,光强为200 μmol m-2 s-1的培养条件下获得了最高的生物量、总脂产量和单细胞脂含量。此时S5的生物产量和单细胞生物量分别为1414.26 mg·L-1和33.54 pg,比未经优化前的藻株提高了 81.76%和100.04%; G3的生物产量和单细胞生物量分别为1302.86 mg·L-1和32.42 pg,比初代诱变株提高了76.18%和58.46%。在油脂积累方面,S5的总脂产量和单细胞脂含量分别为702.86 mg·L-1和16.67 pg,是初代S5的1.87倍和2.10倍;G3的总脂产量和单细胞脂含量为632.86 mg·L-1和15.75 pg,分别为初代G3的1.86和1.68倍。可见光强和初始氮浓度的调整对产油微藻具有非常积极的作用。3、当培养条件经过调整后,藻细胞内碳流分配发生了变化。除了油脂加速积累外,蛋白含量上升,而碳水化合物含量明显下降。另外,藻细胞脂肪酸成分比例发生了变化,主要表现在单不饱和脂肪酸的增加。通过对微藻光合特性参数的测定,发现最大光量子产量(Fv/Fm)、最大相对电子传递速率(rETRmax)及对强光的耐受力(Ik)都有所提高,说明光强及初始氮浓度的增加有助于提高藻株的光合活性。但是在强光辐射下,藻细胞的光能利用率下降,表明藻细胞会通过降低对光能的吸收来避免过度光损伤。4、高油藻株对不同温度条件的响应结果表明,30℃最利于藻株的生物量积累。此时S5和G3优化株的生物产量分别为1664.29 mg·L-1和1595.71 mg·L-1。30℃下S5优化株的生物产量是25℃和温差条件下的1.18和1.51倍,G3优化株的生物产量分别是25℃和温差条件下的1.22和1.77倍。同时,藻株在30℃时具有最高的总脂含量及产量。30℃下S5优化株的脂含量为53.13%,比25℃℃和20℃ /35℃分别高3.42和6.77个百分点。G3优化株在30℃下的脂含量为50.40%,分别比其他两种温度条件下的脂含量高1.83 (25℃)和8.34 (20℃ /35℃)个百分点。总脂产量的变化也很明显:30℃下S5和G3的总脂产量分别为884.29 mg·L-1 和 804.29 mg·L-1,分别是25℃ 和20℃/35℃ 条件下总脂产量的 1.26和1.73倍,1.27和2.12倍。除此之外,30℃藻株的单不饱和脂肪酸含量明显高于其他两种温度条件下的藻株,而多不饱和脂肪酸含量最低。通过对微藻生物柴油性能的测定,发现各藻株油脂的冷滤点相近,都低于-16℃,符合欧盟(EN14214)标准,表明各藻株在生物柴油低温性能上表现良好。但只有30℃藻株的十六烷值符合美国(ASTMD6751 )标准,并且微藻油脂的不饱和度需进一步降低。5、当生存环境存在剧烈温差时,藻株的光合能力下降,而30℃和25℃恒温培养的藻株具有较高的光合活性。当温度适中时,藻株对强光的耐受力好,温度的上调或下调都会削弱藻株对强光的忍耐力。藻细胞的暗呼吸和净光合放氧速率的测定结果表明,微藻的暗呼吸速率随培养温度的增加而加快,净光合放氧速率则随温度的增加而降低。通过对藻株的抗氧化酶活力检测,发现30℃时超氧化物歧化酶(SOD)的活力最高,温差条件下SOD活力最低,但30℃和温差藻株的过氧化物酶(POD)活力都高于25℃藻株。25℃和温差条件下藻株的CAT活力相近,低于30℃藻株。另外,藻株在温差条件下的丙二醛(MDA)浓度最高,说明藻细胞在该温度条件下的氧化损伤程度最严重。光合作用减弱以及严重的氧化损伤可能是导致温差条件下微藻的脂积累量明显下降的部分原因。 |
| 中文关键词 | 链带藻 ; EMS诱变 ; 生物量 ; 总脂 ; 脂肪酸成分 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| URL | http://kns.cnki.net/kns/detail/detail.aspx?FileName=1017275090.nh&DbName=CDFD2017 |
| 来源机构 | 南京农业大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/256696 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张轶. 链带微藻的诱变及培养条件对其产油的影响[D]. 南京农业大学,2016. |
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