[發(fā)明專利]一種利用碳酸氫鹽強(qiáng)化微藻固碳路徑提高積脂效率的方法

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• 申請日: 2022-10-19
• 公開（公告）號: CN115558627A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李玉芹;任站;賈權(quán)威;陳賽蘭;羅媛媛
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號: C12N1/36
• 分類號: C12N1/36;C12N1/38;C12P7/6463;C12R1/89
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所(普通合伙) 43108
• 代理人: 冷玉萍

本發(fā)明公開了一種利用碳酸氫鹽強(qiáng)化微藻固碳路徑提高積脂效率的方法。該方法包括如下步驟：(1)以低濃度碳酸氫鹽馴化培養(yǎng)微藻株獲得低濃度碳酸氫鹽適應(yīng)性種子液；(2)將馴化微藻種子液接入以中濃度碳酸氫鹽為唯一碳源的培養(yǎng)體系調(diào)控強(qiáng)化微藻C4固碳路徑；(3)解析微藻C4固碳路徑調(diào)控酶酶活與胞內(nèi)脂質(zhì)含量相關(guān)性，確定強(qiáng)化C4固碳路徑對積脂效率的提高作用。本發(fā)明利用碳酸氫鹽作為碳源，可使培養(yǎng)體系pH維持在利于微藻生長范圍內(nèi)，并且強(qiáng)化了微藻C4固碳路徑，為脂質(zhì)合成積累提供了前驅(qū)物，大大提高了油脂富集效率，操作簡便，成本較低，可輻射應(yīng)用于具有C4固碳路徑的相關(guān)藻類生產(chǎn)脂質(zhì)及其他需碳有益功能組分。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微藻生物技術(shù)和微藻培養(yǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種利用碳酸氫鹽強(qiáng)化微藻固碳路徑提高積脂效率的方法。

背景技術(shù)

微藻(如綠藻屬、硅藻屬、鹽藻屬、金藻屬、柵藻屬等)具有生長周期短、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)及光合作用效率高等優(yōu)勢，能通過光合作用將固定的碳轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)，其不僅是煉制生物柴油的理想原料，而且是醫(yī)藥、食品、化妝品等領(lǐng)域功能脂質(zhì)的重要來源。目前，微藻脂質(zhì)產(chǎn)率與工業(yè)化應(yīng)用尚存在較大差距，其主要原因之一在于對微藻固碳機(jī)制認(rèn)知不足，無法從其根本有效地提高微藻油脂合成積累效率。

近年來，國內(nèi)外研究學(xué)者針對微藻固碳路徑開展了大量研究，證實根據(jù)微藻最初固碳產(chǎn)物不同可將微藻固碳路徑分為C3和C4路徑。微藻C3固碳路徑研究已較為透徹，而C4固碳路徑存在的證據(jù)和功能作用也正逐漸被發(fā)掘。尤其隨著諸多藻株，如N.oceanicaIMET1、N.gaditana CCMP526和N.oceanica CCMP1779基因組測序的完成，相繼在IMET1和CCMP526中發(fā)現(xiàn)了潛在的C4固碳基因(如磷酸烯醇丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、丙酮酸磷酸雙激酶、NADP-蘋果酸酶、NAD-蘋果酸酶、NAD-蘋果酸脫氫酶等)。進(jìn)一步研究證實，將C4固碳路徑酶基因?qū)胨竞蜔煵莸菴3植物，其生物量積累有顯著性提高；對C4固碳植物(如高粱、玉米、大黍等)進(jìn)行高溫、缺水、干旱處理后，發(fā)現(xiàn)除生物量有所提高外，氮更多地流向C4固碳路徑，生存性能獲得進(jìn)一步提高，說明具有C4固碳路徑的植物對高溫、干旱具有更強(qiáng)的耐受性。在大型藻類中，C4固碳路徑的功能作用和植物有相似之處，都有增加碳固定、促進(jìn)生長和耐受某些脅迫的作用。

然而，目前微藻中C4固碳路徑的調(diào)控及功能作用研究鮮有報道。那么微藻中C4固碳路徑如何啟動、加強(qiáng)以及C4固碳路徑的加強(qiáng)對微藻的脂質(zhì)積累會否有增強(qiáng)作用呢？據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報道發(fā)現(xiàn)：通過磷酸烯醇丙酮酸羧化酶酶活表征并結(jié)合基因表達(dá)分析得出黑藻C4固碳途徑在低濃度CO₂誘導(dǎo)條件下被啟動；在不同溫度、CO₂濃度和氮源濃度條件下，通過對東海原甲藻細(xì)胞中的碳酸酐酶、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶酶活的測定，發(fā)現(xiàn)低濃度CO₂條件下也可啟動C4固碳路徑。然而，盡管低濃度CO₂能有效啟動微藻C4固碳路徑，但因低濃度CO₂供給易造成CO₂分壓低，直接作為碳源應(yīng)用于pH接近中性的微藻培養(yǎng)時，CO₂溶解傳質(zhì)能力不足，將造成部分CO₂損失；此外氣液相CO₂接近平衡，培養(yǎng)液pH偏低，對微藻固碳過程產(chǎn)生抑制作用，最終導(dǎo)致微藻固碳效率低以及微藻利用固定的碳轉(zhuǎn)化胞內(nèi)高附加值效率低。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的微藻固碳效率低以及微藻利用固定的碳轉(zhuǎn)化胞內(nèi)高附加值效率低等技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種利用碳酸氫鹽強(qiáng)化微藻固碳路徑提高積脂效率的方法，采用碳酸氫鹽作為唯一碳源，能夠使培養(yǎng)體系pH維持在利于微藻生長范圍內(nèi)，并且強(qiáng)化了微藻C4固碳路徑，驅(qū)動碳流流向脂質(zhì)路徑，為脂質(zhì)合成積累提供了前驅(qū)物，顯著提高了油脂富集效率，操作簡便，成本較低，可輻射應(yīng)用于具有C4固碳路徑的相關(guān)藻類生產(chǎn)脂質(zhì)及其他有益功能組分。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：