CN105722971B - 提高藻类生产产量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提高来自含有硅藻的环境的藻类的产量的方法。通过使用尿素循环通路抑制剂，实现对来自混合环境的藻类进行选择性培养。如在本公开中所公开的抑制剂抑制硅藻中的尿素循环通路，从而限制它们的生长以有助于藻类的增殖。
Description
技术领域
本公开涉及藻类及其生产方法
背景技术
活的生物体可以分成两组，一组生物体在其代谢中采用尿素循环通路，另一组不采用这样的尿素循环通路。在其代谢中采用尿素循环通路的生物体包括硅藻、纤毛虫、甲藻、桡足类和轮虫，而在代谢中不采用尿素循环通路的生物体包括蓝绿藻(blue-greenalgae)、绿藻(green algae)等等。
在自然栖息地中，藻类(algae)和硅藻(diatoms)两者以共栖方式共存。由于藻类和硅藻在相同的自然生态系统增殖，所以它们难以分离。硅藻和藻类两者在他们成长的生态系统中利用相同的可获得的养分，从而产生养分的利用竞争。因为硅藻具备尿素循环通路，而藻类缺乏该通路，所以硅藻更有效地利用存在于周围环境中的养分，尤其是碳源和氮源。
随着硅藻总数的增加，藻类总数减少。这可以通过向硅藻-藻类生长环境提供养分的稳定供应来抵消。但是，这不是一个可行的选择，因为由于尿素循环通路硅藻比藻类更高效率地和以快得多的速率消耗养分。
因此，需要一种抑制硅藻的生长同时增加藻类的生长的方法。所要求的方法需要是成本适中的、藻类生长安全的、有效和环境友好的。
发明内容
发明目的
本公开的一些目的是旨在改善现有技术的一个或多个问题或至少提供如下所示的有用的替代方案。
本公开的一个目的是提供在包含硅藻和藻类的环境中提高藻类产量的方法。
本公开的其它目的和优点将从下面的描述中变得更为明显，但这并不意在限制本公开的范围。
发明概述
在本公开提供了提高在混合环境中存在的藻类的产量的方法，其中所述的混合环境包括像硅藻和藻类的生物体。在本公开中公开的方法在混合环境中抑制硅藻的生长而促进藻类生长。
尿素循环是用于将过量的氮结合至尿素中并将其从生物体的身体清除的代谢途径。但是，似乎它在硅藻中发挥更广泛的作用。尿素循环是无机碳和氮的分布和循环的关键，并且也有助于硅藻从养分的短期撤回中恢复。
在硅藻中，尿素循环通路在含碳和含氮化合物的形成中起作用，也可作为无机碳和氮的分布和再包装枢纽，并通过促进从延长的氮限制或养分缺乏或者从短期的养分撤回中快速恢复而显著有助于硅藻的代谢应答，并通过增加它们的代谢和生长速率立即响应于更大食物供应的可用性。因此，该尿素循环通路代表回补碳固定成含氮化合物的关键通路，其中所述的含氮化合物是硅藻生长所必需的。
具体实施方式
相比于像藻类的没有尿素循环的生物体而言，像硅藻的具有尿素循环通路的生物体在快速利用存在的养分(尤其是碳和氮源)方面是高度发达的。因此，相比较而言，像硅藻的生物体生长更快速，从而分流像藻类生物体的生长。
因此按照本发明，提供了通过在由硅藻和藻类的混合环境构成的自然栖息地引入尿素循环通路抑制剂而提高藻类的产量的方法。
该方法包括用至少一种尿素循环通路抑制剂处理混合环境。藻类源可以是在开放的栖息地中生长的藻类。
在一个实施方案中，所公开的方法通过使用至少一种尿素循环通路抑制剂选择性地抑制硅藻的生长，而不影响藻类的生长。在本公开的方法中使用的尿素循环通路抑制剂包括但不限于棕榈酰辅酶A(Palmitoyl coenzyme A，coenzyme A简称CoA)、三羟甲基氨基甲烷(tris(hydroxymethyl)aminomethane，简称tris)、羟乙基哌嗪乙硫磺酸(4-(2-hydroxyethyl)piperazine-1-ethane sulfonic acid，简称HEPES)、酵母氨酸、赖氨酸、植物鸟氨酸类似物、氨、苯甲酸钠和它们的组合。所公开的方法可以包括一种或多种上述的尿素循环通路抑制剂。如在本公开中所公开的这些尿素循环通路抑制剂在更大或更小的程度上抑制一种或多种酶，其中所述酶选自由氨甲酰磷酸合酶、鸟氨酸氨基甲酰基转移酶、精氨琥珀酸合酶、精氨琥珀酸裂解酶和精氨酸酶组成的组。所使用的尿素循环通路抑制剂的量是在相对于该介质的总量为0.1至100mM的范围。棕榈酰CoA的量是在0.25mM至0.58mM的范围内，优选0.41mM。Tris的量为在20mM至50mM的范围内，优选25mM。酵母氨酸的量为在0.1mM至1mM的范围内，优选为0.5mM。苯甲酸钠的量为在1mM至100mM的范围内。
在实地试验中，存在于诸如水池的栖息地中的藻类群体用至少一种尿素循环通路抑制剂处理。所述处理涉及如接触、混合、掺入、添加、喷洒等技术。像硅藻的含有尿素循环的生物体通过尿素循环通路抑制剂被抑制，从而提高藻类产量。
在下面的非限制性实施例的帮助下现将对本公开进行说明。虽然本公开公开了通过引入至少一种尿素循环通路抑制剂提高包含硅藻和藻类的环境中的藻类的产量的方法，本领域技术人员可以探索这些实施例用于抑制其他采用尿素循环的生物体的生长。
实施例1
设立了含有等量藻类和硅藻的对照。类似地，还设立了含有等量藻类和硅藻以及1mM尿素循环通路抑制剂(即酵母氨酸)的测试。
在第1天使用细胞计数技术对对照和测试两者中藻类和硅藻的细胞进行计数。在第1天，发现在对照和测试两者中藻类和硅藻的初始细胞数分别是100和200。
然后在类似的最佳条件下培养对照和测试两者4天，并定期检查对照和测试容器两者中的细胞数。
然后使用细胞计数技术在第4天结束时确定硅藻和藻类细胞数量。在对照中藻类细胞数被发现为119，并且在测试中被发现是450。
另一方面，对照的硅藻细胞数被发现是842，并且测试的细胞数被发现是62。这清楚地表明，藻类细胞数不受尿素循环通路抑制剂的存在的影响；而它有助于藻类生长，同时将硅藻细胞数从842大大减少到62。
相对于对照，本公开的测试中硅藻细胞数减少了69％，如表1所示。
表1：硅藻和藻类的细胞计数。
实施例2：
另一个实验是在自然栖息地进行，即由藻类和硅藻的混合环境组成的池塘。在第1天，使用细胞计数技术对藻类和硅藻进行细胞计数。在第1天，发现藻类和硅藻的初始细胞数分别是1000个细胞/米和2000个细胞/米。
将尿素循环通路抑制剂，即25mM的Tris加入到池塘。
在两个月的跨度中进行周期性的细胞计数读出。然后使用细胞计数技术在所述2个月的跨度结束时确定硅藻和藻类细胞数。藻类细胞数被发现为5300细胞/米，且硅藻细胞数被发现为580个细胞/米。
这清楚地表明，藻类细胞数不受尿素循环通路抑制剂的存在的影响；而它有助于藻类生长，同时将硅藻细胞数从2000细胞/米大大减少到580细胞/米。
相对于第一天时硅藻的细胞数，本公开中池塘中硅藻细胞数减少了71％，如表2所示。
表2：在池塘中硅藻和藻类的细胞数。
使用棕榈酰CoA、Tris、HEPES、酵母氨酸、赖氨酸、植物鸟氨酸类似物、氨、苯甲酸钠进行了类似的试验，并取得了同样成功的结果。
“限定数值范围的任何时候，所限定的范围的最低和最高数值的正负50％范围内的值被包括在本公开的范围中，除非在本说明书中有特定的相反声明”。
尽管本文将相当多的重点放在了优选的实施方式上，但将会理解，可进行很多实施方式，以及可对优选的实施方式作出很多变化而不脱离本公开的原理。根据从本文的公开，优选实施方式的这些和其他的变化以及本公开的其它实施方式对于本领域技术人员将是显而易见的，因此可以清楚地理解，前述描述内容仅仅作为本公开的阐释进行实施的，而不是作为限制。
贯穿本说明书中的词“包括”，或变体如“包含”或“含有”将被理解为暗含所述元素、整数或步骤，或多个元素、多个整数或多个步骤的组，但不排除的任何其他元素、整数或步骤，或多个元素、多个整数或多个步骤的组。
技术进步和经济意义
由本公开提供的技术进步包括实现了：
－一种简单而经济的方法，它不需要对硅藻的抑制高度熟练的技术人员。
－用于抑制硅藻生长的环境友好的方法。
－用于抑制硅藻的生长的但是对藻类的生长没有不利影响的方法。
－在含有硅藻的混合环境中优化藻类的生长的方法。
Claims (2)
1.在含有硅藻和缺少尿素循环的藻类的环境中提高缺少尿素循环的藻类的产量的方法，所述方法包括将尿素循环通路抑制剂引入到该环境中，其中所述尿素循环通路抑制剂选自20mM至50mM的三羟甲基氨基甲烷Tris；0.1mM至100mM的棕榈酰辅酶A、羟乙基哌嗪乙磺酸HEPES、酵母氨酸、苯甲酸钠、赖氨酸、氨；及其组合。
2.在含有硅藻和缺少尿素循环的藻类的环境中提高缺少尿素循环的藻类的产量的方法，所述方法包括将尿素循环通路抑制剂引入到该环境中，其中所述尿素循环通路抑制剂选自0.25mM至0.58mM的棕榈酰辅酶A；20mM至50mM的三羟甲基氨基甲烷Tris；0.1mM至1mM的酵母氨酸以及1mM至100mM的苯甲酸钠。
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