CN114774285A - 一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法和微藻的培养方法 - Google Patents
一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法和微藻的培养方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114774285A CN114774285A CN202210287841.XA CN202210287841A CN114774285A CN 114774285 A CN114774285 A CN 114774285A CN 202210287841 A CN202210287841 A CN 202210287841A CN 114774285 A CN114774285 A CN 114774285A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microalgae
- rate
- chlorophyll
- controlling
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 title claims abstract description 33
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000049 pigment Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000012136 culture method Methods 0.000 title abstract description 5
- 238000001814 protein method Methods 0.000 title description 2
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 claims abstract description 53
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000010362 genome editing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 108010004729 Phycoerythrin Proteins 0.000 claims abstract description 6
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 37
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 19
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 claims description 17
- 108050006476 Chlorophyll A-B binding proteins Proteins 0.000 claims description 13
- 108091000085 chlorophyll binding Proteins 0.000 claims description 12
- 241000224474 Nannochloropsis Species 0.000 claims description 7
- 241000159660 Nannochloropsis oculata Species 0.000 claims description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 5
- 241000195649 Chlorella <Chlorellales> Species 0.000 claims description 4
- 241000195663 Scenedesmus Species 0.000 claims description 2
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 abstract description 20
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 abstract description 20
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 abstract description 20
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 abstract description 13
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 abstract description 6
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 abstract description 6
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 abstract description 6
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 abstract description 6
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 abstract description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 9
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 3
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 241000894007 species Species 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 1
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 1
- 108010060806 Photosystem II Protein Complex Proteins 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 238000012364 cultivation method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 235000012054 meals Nutrition 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000019935 photoinhibition Effects 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
- C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/84—Biological processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07K—PEPTIDES
- C07K14/00—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
- C07K14/405—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from algae
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/95—Specific microorganisms
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Zoology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Virology (AREA)
- Botany (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Gastroenterology & Hepatology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开了一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法和微藻的培养方法，涉及二氧化碳减排和微藻培养领域。包括以下步骤：(1)取微藻进行培养，控制藻液的pH，控制CO2浓度为40％‑70％，控制光照强度为70μmol·m‑2·s‑1‑90μmol·m‑2·s‑1；(2)利用基因编辑技术向微藻细胞内引入褐藻红素与叶绿素a‑c结合蛋白基因、叶绿素a‑b结合蛋白基因，并将两个蛋白表达量上调，得到改良藻株。本申请从基因层面改良微藻的固碳速率，通过光照强度和CO2浓度耦合刺激调控基因表达，使卟啉与叶绿素代谢通路、以及脂肪酸代谢通路中的主要基因上调，最终使微藻固定二氧化碳速率显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳减排和微藻培养领域，尤其涉及一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法和微藻的培养方法。
背景技术
由于工业生产的快速发展以及对化石燃料需求的不断增加，由二氧化碳引起的全球变暖已成为主要的环境问题之一。微藻作为吸收和利用CO2最有前景的重要方法之一，它具有生长速率快、环境耐受性强和经济价值高等优势，已成为环境领域的研究热点。
有研究表明：在中高CO2浓度下微藻表现出很强的CO2固定能力，有利于生物量的积累(Zhuang et al.2018)；而当CO2浓度大于阈值(约10％)时，微藻生长受到抑制(RobertoRamos-Ibarra et al.2019)。关于光照强度对微藻生长的影响也有很多研究，许多藻种例如微拟球藻和小球藻(Wahidin et al.2013)都表现出微藻生物量随着光照强度增加先增加后减少的普遍规律。如果光照强度不高于阈值(取决于物种)，则光照强度越高时生物量和脂肪酸含量越高(Nzayisenga et al.2020；Da Fontoura et al.2017)。否则，光系统II破坏和酶失活导致的光抑制效应会导致生物量减少和生长停滞(Juneja et al.2013)。
然而，很少有研究关注光照强度和CO2浓度对微藻的耦合影响。尽管一些研究人员分别使用了光照强度和CO2浓度作为两个单独变量，但通常专注于寻找某一藻种的综合最佳生长条件(Kitaya et al.2005)。这些方法都只是通过改变环境条件来提高微藻的生长固碳速率，它们对于微藻细胞自身并没有任何改变。因此，结合微藻基因层面改良来提高其生长固碳速率的研究十分有限。
发明内容
本发明提供了一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法和微藻的培养方法，结合微藻的基因层面改良其自身的生长固碳能力，以提高微藻的固碳速率。
为了解决上述技术问题，本发明目的之一提供了一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，包括以下步骤：
(1)取微藻进行培养，控制藻液的pH，控制CO2浓度为40％-70％，控制光照强度为70μmol·m-2·s-1-90μmol·m-2·s-1；
(2)利用基因编辑技术向微藻细胞内引入褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白基因、叶绿素a-b结合蛋白基因，将褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白基因表达量上调，将叶绿素a-b结合蛋白基因表达量上调，得到改良藻株。
作为优选方案，在步骤(2)中，以常规光照法培养的微拟球藻为参照，将所述褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白表达量上调6-10倍。
作为优选方案，在步骤(2)中，以常规光照法培养的微拟球藻为参照，将所述叶绿素a-b结合蛋白表达量上调5.37-7.07倍。
作为优选方案，常规光照法培养微拟球藻的条件为：控制藻液pH为7-8，控制CO2浓度为5％-15％，控制光照强度为15μmol·m-2·s-1-25μmol·m-2·s-1。
作为优选方案，在步骤(1)中，控制藻液的pH为7.3-7.7。
作为优选方案，在步骤(1)中，微藻培养时间为7d。
作为优选方案，所述微藻为微拟球藻、小球藻和栅藻中的一种。
作为优选方案，还包括步骤(3)，将改良藻株置于光生物反应器中扩大培养，测试微藻生长速率和藻粉生物质中的碳元素含量，评估计算藻株固定二氧化碳的速率，选取最高速率的藻株。
作为优选方案，在步骤(3)中，改良微藻在光生物反应器的培养条件为：控制藻液的pH为7.3-7.7，控制CO2浓度为40％-70％，控制光照强度为70μmol·m-2·s-1-90μmol·m-2·s-1。
为了解决上述技术问题，本发明目的之二提供了一种生长固碳速率高的微藻的培养方法，包括以下步骤：取所述改良藻株进行培养，控制藻液的pH为7.3-7.7，控制CO2浓度为40％-70％，控制光照强度为70μmol·m-2·s-1-90μmol·m-2·s-1。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本申请预先采用高光照强度和高CO2浓度耦合刺激微藻适应调整后的生长环境，随后利用基因编辑技术向微藻细胞内引入捕光蛋白基因，从基因层面改良微藻的固碳速率，以常规低碳低光照培养的微藻为参照，将褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白、叶绿素a-b结合蛋白均上调，在后续培养过程中通过较高光照强度和高CO2浓度耦合刺激调控基因表达和叶绿素荧光参数，最终光合电子相对传递速率rETR上调、叶绿素基本荧光Fo下降，卟啉与叶绿素代谢通路、以及脂肪酸代谢通路中的主要基因上调，从而使微藻在光生物反应器中扩大培养收获时的生物质产量和微藻生长速率提高，微藻固定二氧化碳速率显著提高。
附图说明
图1-本发明实施例中一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，包括以下步骤：
(1)初始以常规低碳低光照法培养微拟球藻共7天，控制藻液pH值为7.3，CO2浓度为5％，光照强度为15μmol·m-2·s-1，此时叶绿素荧光参数为：光合电子相对传递速率rETR为5μmol·m-2·s-1，叶绿素基本荧光Fo为60。
(2)取该藻株调整生长条件继续培养共7天，控制藻液pH值为7.5，控制CO2浓度为40％，光照强度为70μmol·m-2·s-1；培养后利用基因编辑技术向微藻细胞内引入褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白基因、叶绿素a-b结合蛋白基因，将褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白表达量上调至8倍，将叶绿素a-b结合蛋白表达量上调至6倍，此时叶绿素荧光参数为：光合电子相对传递速率rETR上调至25μmol·m-2·s-1，叶绿素基本荧光Fo下降至20，获得改良藻株。
(3)将改良藻株置于光生物反应器中扩大培养，控制藻液pH值为7.5，控制CO2浓度为40％，光照强度为70μmol·m-2·s-1，测试微藻生长速率和藻粉生物质中的碳元素含量，评估计算藻株固定二氧化碳的速率，选取最高速率的藻株。
微藻固碳速率检测：
a、取藻株置于光生物反应器中进行扩大培养共7天，每天采集藻液样品10毫升，用离心机7500转/分钟离心5分钟，倒掉上清液，加入去离子水冲洗后再离心，如此反复冲洗离心3次，倒掉上清液后置于80℃的鼓风干燥箱中烘干24小时至恒重，称量并计算生物质密度DW(g/L)。
b、微藻生长速率的计算方法如下：μ(g/L/day)＝(DW2-DW1)/(t2-t1)，其中DW2为t2＝培养4天时的生物质密度(g/L)，DW1为t1＝培养2天时的生物质密度(g/L)。
c、藻粉生物质中的碳元素含量Cm测试方法：微藻扩大培养7天后，采集微藻悬浮液10毫升进行离心洗涤和脱水，收集藻泥在80℃下干燥72小时后得到藻粉生物质，使用元素分析仪测量藻粉生物质中的碳元素含量。
d、计算统计固碳速率：
微藻固定二氧化碳速率＝微藻生长速率μ×藻粉生物质中的碳元素含量Cm×44/12。
本实施例实验得到微拟球藻在光生物反应器中扩大培养7天，通过步骤(2)中适宜光照强度和CO2浓度耦合最大限度刺激与光合碳积累相关的代谢通路的基因表达，使卟啉与叶绿素代谢通路中75％的基因上调，脂肪酸代谢通路中75％的基因上调。收获的生物质产量由步骤(1)初始藻种0.78g/L提高到步骤(3)改良藻种2.3g/L，生长速率由0.12g/L/day提高到0.3g/L/day，藻粉生物质中的碳元素含量由55％提高到60％，微藻固定二氧化碳速率由0.24g/L/day提高到0.66g/L/day。
实施例二
一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，包括以下步骤：
(1)初始以常规低碳低光照法培养小球藻共7天，控制藻液pH值为7.0，CO2浓度为15％，光照强度为20μmol·m-2·s-1，此时叶绿素荧光参数为：光合电子相对传递速率rETR为7μmol·m-2·s-1，叶绿素基本荧光Fo为65。
(2)取该藻株调整生长条件继续培养共7天，控制藻液pH值为7.3，控制CO2浓度为50％，光照强度为80μmol·m-2·s-1；培养后利用基因编辑技术向微藻细胞内引入褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白基因、叶绿素a-b结合蛋白基因，将褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白表达量上调至10倍，将叶绿素a-b结合蛋白表达量上调至5.37倍，此时叶绿素荧光参数为：光合电子相对传递速率rETR上调至23μmol·m-2·s-1，叶绿素基本荧光Fo下降至25，获得改良藻株。
(3)将改良藻株置于光生物反应器中扩大培养，控制藻液pH值为7.3，控制CO2浓度为50％，光照强度为80μmol·m-2·s-1，测试微藻生长速率和藻粉生物质中的碳元素含量，评估计算藻株固定二氧化碳的速率，选取最高速率的藻株。
微藻固碳速率检测方法：
1)取藻株置于光生物反应器中进行扩大培养共7天，每天采集藻液样品10毫升，用离心机7500转/分钟离心5分钟，倒掉上清液，加入去离子水冲洗后再离心，如此反复冲洗离心3次，倒掉上清液后置于80℃的鼓风干燥箱中烘干24小时至恒重，称量并计算生物质密度DW(g/L)。
2)微藻生长速率的计算方法如下：μ(g/L/day)＝(DW2-DW1)/(t2-t1)，其中DW2为t2＝培养4天时的生物质密度(g/L)，DW1为t1＝培养2天时的生物质密度(g/L)。
3)藻粉生物质中的碳元素含量Cm测试方法：微藻扩大培养7天后，采集微藻悬浮液10毫升进行离心洗涤和脱水，收集藻泥在80℃下干燥72小时后得到藻粉生物质，使用元素分析仪测量藻粉生物质中的碳元素含量。
4)计算统计固碳速率：
微藻固定二氧化碳速率＝微藻生长速率μ×藻粉生物质中的碳元素含量Cm×44/12。
本实施例实验得到微拟球藻在光生物反应器中扩大培养7天，通过适宜光照强度和CO2浓度耦合最大限度刺激与光合碳积累相关的代谢通路的基因表达，将卟啉与叶绿素代谢通路中85％的基因上调，脂肪酸代谢通路中85％的基因上调。收获的生物质产量由步骤(1)初始藻种0.7g/L提高到步骤(3)改良藻种2.5g/L，生长速率由0.10g/L/day提高到0.33g/L/day，藻粉生物质中的碳元素含量由56％提高到62％，微藻固定二氧化碳速率由0.20g/L/day提高到0.75g/L/day。
实施例3
(1)初始以常规低碳低光照法培养微拟球藻共7天，控制藻液pH值为8.0，CO2浓度为10％，光照强度为25μmol·m-2·s-1，此时叶绿素荧光参数为：光合电子相对传递速率rETR为10μmol·m-2·s-1，叶绿素基本荧光Fo为63。
(2)取该藻株调整生长条件继续培养共7天，控制藻液pH值为7.7，控制CO2浓度为70％，光照强度为90μmol·m-2·s-1；培养后利用基因编辑技术向微藻细胞内引入褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白基因、叶绿素a-b结合蛋白基因，将褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白表达量上调至6倍，将叶绿素a-b结合蛋白表达量上调至7.07倍。此时叶绿素荧光参数为：光合电子相对传递速率rETR上调至20μmol·m-2·s-1，叶绿素基本荧光Fo下降至23，获得改良藻株。
(3)将改良藻株置于光生物反应器中扩大培养，控制藻液pH值为7.7，控制CO2浓度为70％，光照强度为90μmol·m-2·s-1,测试微藻生长速率和藻粉生物质中的碳元素含量，评估计算藻株固定二氧化碳的速率，选取最高速率的藻株。
微藻固碳速率检测方法：
1)取藻株置于光生物反应器中进行扩大培养共7天，每天采集藻液样品10毫升，用离心机7500转/分钟离心5分钟，倒掉上清液，加入去离子水冲洗后再离心，如此反复冲洗离心3次，倒掉上清液后置于80℃的鼓风干燥箱中烘干24小时至恒重，称量并计算生物质密度DW(g/L)。
2)微藻生长速率的计算方法如下：μ(g/L/day)＝(DW2-DW1)/(t2-t1)，其中DW2为t2＝培养4天时的生物质密度(g/L)，DW1为t1＝培养2天时的生物质密度(g/L)。
3)藻粉生物质中的碳元素含量Cm测试方法：微藻扩大培养7天后，采集微藻悬浮液10毫升进行离心洗涤和脱水，收集藻泥在80℃下干燥72小时后得到藻粉生物质，使用元素分析仪测量藻粉生物质中的碳元素含量。
4)计算统计固碳速率：
微藻固定二氧化碳速率＝微藻生长速率μ×藻粉生物质中的碳元素含量Cm×44/12。
本实施例实验得到微拟球藻在光生物反应器中扩大培养7天，通过适宜光照强度和CO2浓度耦合最大限度刺激与光合碳积累相关的代谢通路的基因表达，将卟啉与叶绿素代谢通路中80％的基因上调，脂肪酸代谢通路中80％的基因上调。收获的生物质产量由步骤(1)初始藻种0.90g/L提高到步骤(3)改良藻种2.0g/L，生长速率由0.14g/L/day提高到0.36g/L/day，藻粉生物质中的碳元素含量由57％提高到64％，微藻固定二氧化碳速率由0.29g/L/day提高到0.84g/L/day。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取微藻进行培养，控制藻液的pH，控制CO2浓度为40％-70％，控制光照强度为70μmol·m-2·s-1-90μmol·m-2·s-1；
(2)利用基因编辑技术向微藻细胞内引入褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白基因、叶绿素a-b结合蛋白基因，将褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白表达量上调，将叶绿素a-b结合蛋白表达量上调，得到改良藻株。
2.如权利要求1所述的一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，其特征在于，在步骤(2)中，以常规光照法培养的微拟球藻为参照，将所述褐藻红素与叶绿素a-c结合蛋白表达量上调6-10倍。
3.如权利要求1所述的一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，其特征在于，在步骤(2)中，以常规光照法培养的微拟球藻为参照，将所述叶绿素a-b结合蛋白表达量上调5.37-7.07倍。
4.如权利要求2或3所述的一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，其特征在于，常规光照法培养微拟球藻的条件为：控制藻液pH为7-8，控制CO2浓度为5％-15％，控制光照强度为15μmol·m-2·s-1-25μmol·m-2·s-1。
5.如权利要求1所述的一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，其特征在于，在步骤(1)中，控制藻液的pH为7.3-7.7。
6.如权利要求1所述的一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，其特征在于，在步骤(1)中，微藻培养时间为7d。
7.如权利要求1所述的一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，其特征在于，所述微藻为微拟球藻、小球藻和栅藻中的一种。
8.如权利要求1所述的一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，其特征在于，还包括步骤(3)，将改良藻株置于光生物反应器中扩大培养，测试微藻生长速率和藻粉生物质中的碳元素含量，评估计算藻株固定二氧化碳的速率，选取最高速率的藻株。
9.如权利要求8所述的一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法，其特征在于，在步骤(3)中，改良微藻在光生物反应器的培养条件为：控制藻液的pH为7.3-7.7，控制CO2浓度为40％-70％，控制光照强度为70μmol·m-2·s-1-90μmol·m-2·s-1。
10.一种生长固碳速率高的微藻的培养方法，其特征在于，用于培养如权利要求1-9任一所述的一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法中获得的改良藻株，包括以下步骤：取所述改良藻株进行培养，控制藻液的pH为7.3-7.7，控制CO2浓度为40％-70％，控制光照强度为70μmol·m-2·s-1-90μmol·m-2·s-1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210287841.XA CN114774285A (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法和微藻的培养方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210287841.XA CN114774285A (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法和微藻的培养方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114774285A true CN114774285A (zh) | 2022-07-22 |
Family
ID=82425621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210287841.XA Pending CN114774285A (zh) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法和微藻的培养方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114774285A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140220638A1 (en) * | 2012-12-06 | 2014-08-07 | Synthetic Genomics, Inc. | Algal mutants having a locked-in high light acclimated phenotype |
| CN104126006A (zh) * | 2011-11-28 | 2014-10-29 | 索拉兹米公司 | 包括原藻脂质通路基因的基因工程化的微生物株系 |
| US20160244770A1 (en) * | 2015-02-19 | 2016-08-25 | Synthetic Genomics, Inc. | High Efficiency Method for Algal Transformation |
| US20170114107A1 (en) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | Synthetic Genomics, Inc. | Enhanced productivity by attenuation of chlorophyll binding protein genes |
| CN115747867A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-03-07 | 广东能源集团科学技术研究院有限公司 | 一种质子陶瓷膜反应器及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-03-23 CN CN202210287841.XA patent/CN114774285A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104126006A (zh) * | 2011-11-28 | 2014-10-29 | 索拉兹米公司 | 包括原藻脂质通路基因的基因工程化的微生物株系 |
| US20140220638A1 (en) * | 2012-12-06 | 2014-08-07 | Synthetic Genomics, Inc. | Algal mutants having a locked-in high light acclimated phenotype |
| US20160244770A1 (en) * | 2015-02-19 | 2016-08-25 | Synthetic Genomics, Inc. | High Efficiency Method for Algal Transformation |
| US20170114107A1 (en) * | 2015-10-20 | 2017-04-27 | Synthetic Genomics, Inc. | Enhanced productivity by attenuation of chlorophyll binding protein genes |
| CN115747867A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-03-07 | 广东能源集团科学技术研究院有限公司 | 一种质子陶瓷膜反应器及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| BEVERLEY R.GREEN: "After the primary endosymbiosis: an update on the chromalveolate hypothesis and the origins of algae with Chlc", PHOTOSYNTH RES, pages 103 * |
| 姚美玲;侯和胜;: "藻类光捕获复合体LHC蛋白结构与功能的进化", 天津农业科学, no. 02, pages 19 - 21 * |
| 毕燕会;周志刚;: "杂色藻类褐藻素-叶绿素a/c结合蛋白的研究现状", 上海水产大学学报, vol. 16, no. 02, pages 186 - 191 * |
| 毕燕会;周志刚;: "海带lhcf4基因克隆和配子体差异表达研究", 华北农学报, pages 41 - 49 * |
| 毕燕会;邹丹燕;周志刚;: "海带配子体18S rRNA基因的克隆、序列分析及其作为内参基因的应用", 华北农学报, no. 01, pages 49 - 54 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Barbosa et al. | Microalgae cultivation in air‐lift reactors: modeling biomass yield and growth rate as a function of mixing frequency | |
| Yuan et al. | Enhancing carbohydrate productivity of Chlorella sp. AE10 in semi-continuous cultivation and unraveling the mechanism by flow cytometry | |
| CN107177505B (zh) | 一株栅藻及其培养方法和应用 | |
| CN111100796B (zh) | 一种富含油脂的栅藻及其培养应用 | |
| CN110885816A (zh) | 一种利用artp诱变以及筛选高产油率微藻的方法 | |
| Parsy et al. | Impact of seasonal variations on Nannochloropsis oculata phototrophic productivity in an outdoor pilot scale raceway | |
| CN108048388A (zh) | 一种胶孢炭疽菌产孢方法 | |
| Jong et al. | Cell size for commitment to cell division and number of successive cell divisions in cyanidialean red algae | |
| Jiang et al. | Formate for enhancing the growth of microalgae and accumulating high-value products | |
| CN104593407A (zh) | 树干毕赤酵母基因表达系统及其构建与应用 | |
| CN114774285A (zh) | 一种改良光合色素结合捕光蛋白提高微藻生长固碳速率的方法和微藻的培养方法 | |
| CN109439580B (zh) | 霍氏肠杆菌l124降解农业废弃物的用途 | |
| CN109825495B (zh) | 一种高通量筛选红曲色素高产菌株的方法 | |
| CN103540602B (zh) | 一种提高植物叶绿素含量以及油菜含油量的基因及应用 | |
| CN107129983B (zh) | 一种微藻快速生长突变体筛选方法及应用 | |
| KR20120127153A (ko) | 글루타치온을 고발현하는 효모 균주 및 이의 용도 | |
| CN115806922A (zh) | 运动发酵单胞菌的基因工程菌株及其应用 | |
| CN110713963B (zh) | 基因缺失型中间气单胞菌 | |
| TWI725439B (zh) | 微生物燃料電池裝置及固定藻株的方法 | |
| Xing et al. | Roles of illumination on distribution of phosphorus in Chlorella vulgaris under mixotrophic cultivation | |
| CN103149211B (zh) | 区分螺旋藻品系生产性状优劣度的方法 | |
| CN107058555B (zh) | 一种高细胞生长密度微藻突变体的筛选方法 | |
| CN107988129B (zh) | 改良螺旋藻关键酶基因提高生长固碳速率的方法 | |
| US11718857B2 (en) | Broad host range genetic tools for engineering microalgae | |
| CN107868797A (zh) | 一种捕光色素蛋白基因Lhcx3在提高三角褐指藻抵御高光强中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |