佐夫色绿藻高产虾青素突变体的筛选及虾青素合成机理研究

为了提高佐夫色绿藻(Chromochloris zofingiensis)细胞内虾青素含量,研究通过甲基磺酸乙酯诱变构建了含有20000个单克隆的突变体库,并筛选出一株高产虾青素的突变体12C10。在异养正常培养条件下,当葡萄糖耗完时,12C10虾青素含量比野生型提高74%;缺氮诱导第4天时,虾青素含量比野生型高25%。利用广泛靶向代谢组学分析在正常培养条件下12C10与野生型在代谢物水平上的差异。与野生型相比,12C10中除谷氨酸外的氨基酸及脂肪酸的合成普遍下降,但是谷氨酸的水平显著提高。氨基酸和脂肪酸合成减少为虾青素合成提供更多的碳骨架、NADPH和ATP。谷氨酸的积累可能一方面刺激了磷酸戊糖途径中6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性促进NADPH的产生,另一方面导致氧自由基产生促进虾青素合成。代谢物组分析结果还表明12C10中虾青素合成的增强可能与乙烯合成的增强有关。研究为进一步通过代谢调控提高C.zofingiensis虾青素含量奠定了基础,对指导C.zofingiensis虾青素积累新工艺的开发具有重要意义。

不同诱导条件强化佐夫色绿藻积累虾青素

佐夫色绿藻具有多种营养生长方式且可以在诱导条件下合成虾青素,是一种藻源天然虾青素生产的新型替代微藻。本研究系统探讨了以醋酸钠为碳源时,醋酸钠浓度、补料方式、p H以及乙醇对色绿藻积累虾青素的影响,并在室外300L管道光生物反应器中对上述优化的诱导条件进行放大验证。结果表明:采用2.5 g/L醋酸钠、每6 d补加2.5 g/L醋酸钠、培养基p H控制在6.5~8.3和添加2%乙醇时,虾青素的含量最高为3.71 mg/g,较优化前的虾青素的含量提高了31.71%,产量为5.37 mg/L。在室外300 L管道光生物反应器中,其最高虾青素含量和产量分别为3.44 mg/g和1.10 mg/L。本研究采用不同诱导条件强化佐夫色绿藻胞内虾青素的积累,验证了佐夫色绿藻在户外光生物反应器规模诱导培养以生产虾青素的可行性。

佐夫色绿藻高产虾青素的诱导条件及发酵工艺优化

本研究了不同诱导条件及光发酵罐培养工艺对混养佐夫色绿藻的影响,通过参数优化提高了藻细胞生物量和虾青素积累量。本研究首先系统地比较了在摇瓶系统中不同混合碳源和过氧化氢浓度对佐夫色绿藻的生长和虾青素积累的影响,并在光发酵罐中研究了恒定高光强、低光强-高光强以及低光强-高光强-补加过氧化氢三种不同发酵工艺对佐夫色绿藻积累虾青素的影响。结果表明:采用20 g/L葡萄糖和2.50 g/L醋酸钠作为混合碳源取代单一碳源,可以获得最高6.50 g/L生物量,并且添加107.50 mg/L过氧化氢可以将虾青素含量提高到3.23 mg/g,产量最高为72.47 mg/L,是空白组虾青素产量的1.80倍,有效促进了佐夫色绿藻细胞生长和虾青素积累。在5 L光发酵罐中,以20 g/L葡萄糖和2.50 g/L醋酸钠作为混合碳源培养佐夫色绿藻,通过低光强-高光强-补加过氧化氢的组合方式,可获得较优的虾青素含量(3.82 mg/g)和产量(41.41 mg/L),相较于恒定高光强培养,分别提高了36.92%和92.96%。本研究通过诱导条件和发酵工艺优化有效提高了混养佐夫色绿藻生物量和虾青素产量,为利用光发酵罐培养色绿藻生产虾青素提供基础。