棕鞭金藻异养-光照耦合高密度培养生产岩藻黄素条件优化

为探究棕鞭金藻生产岩藻黄素的综合性能,以期建立高效合成岩藻黄素的发酵工艺,研究首先对金藻发酵培养基中的碳氮比、维生素添加量进行优化。结果表明,当碳氮比为24、维生素添加量为3.75 mg/L维生素B_(1)和1.25 mg/L维生素B_(12)时,有利于金藻细胞内的岩藻黄素高效合成。此外,通过调控金藻光/暗培养模式,对其在不同条件下的细胞生长、最大光合效率和岩藻黄素积累情况进行比较研究,结果显示从种子培养到上罐发酵全过程进行光诱导后,胞内岩藻黄素含量显著提升。通过系统优化,金藻发酵后的胞内岩藻黄素含量和产量分别达到1.79 mg/g和33.6 mg/L,比优化前的发酵水平提高33.6%和31.2%。研究利用发酵优化技术强化了棕鞭金藻的岩藻黄素积累,为后续进一步进行大规模过程放大奠定了前期基础,也为其他微藻生产岩藻黄素提供了借鉴和参考。

一株高产水溶性β-1,3-葡聚糖的棕鞭藻高密度异养培养

棕鞭藻作为一种淡水藻类,能够用于生产水溶性β-1,3-葡聚糖。为了提高棕鞭藻的生物量,增加其水溶性β-1,3-葡聚糖的产量,笔者在7.5 L发酵罐中对棕鞭藻的异养培养基和异养培养条件进行了优化,同时也在125 L发酵罐中进行工艺放大验证。实验结果表明:采用优化后的培养基和培养条件,棕鞭藻在7.5 L发酵罐中培养,生物量达到61.25 g/L,与优化前相比提高了2.4倍;在125 L发酵罐中放大培养,棕鞭藻的生物量与7.5 L发酵罐中的培养结果相比无显著差异,水溶性β-1,3-葡聚糖的平均生产速率达到0.36 g/(L·h),较外籍文献报道的产率最高值0.13 g/(L·h)提高了1.8倍。该研究为棕鞭藻异养培养生产生物活性物质β-1,3-葡聚糖提供了依据,也为棕鞭藻在食品、医药和饲料等领域的应用创造了条件。

产卟啉杆菌对棕鞭藻絮凝收获的影响机制

生物絮凝法收获微藻细胞具有毒性小、成本低、效率高等优点。为揭示产卟啉杆菌(Porphyrobacter)对棕鞭藻絮凝收获的影响机制,比较在BG11培养基、含5 g/L葡萄糖的BG11(glu+BG11)培养基中纯藻体系以及其与Porphyrobacter共培养体系中的棕鞭藻絮凝效率,并对不同体系中的胞外有机物(AOM)产量与组成及藻际细菌群落结构进行分析。结果表明:在BG11、glu+BG11纯藻培养体系中微藻絮凝效率分别为62.40%和19.02%,而当棕鞭藻与Porphyrobacter在glu+BG11体系中共培养时絮凝效率则高达93.42%,且此时AOM产量及AOM中多糖产量显著降低;对于glu+BG11体系,AOM中的阿拉伯糖、鼠李糖产量均在藻菌共培养时较高,且AOM所含的单糖种类与BG11体系相同;Porphyrobacter可使AOM中的蛋白质酰胺基团发生峰偏移,引起色氨酸、酪氨酸等蛋白质类物质的改变;相比纯藻培养体系,Porphyrobacter能适应棕鞭藻glu+BG11培养体系并成为优势菌属,同时存在芽孢杆菌属(Bacillus)、黄杆菌属(Flavobacterium)、短波单胞菌属(Brevundimonas)等细菌。产卟啉杆菌可显著降低棕鞭藻AOM产量并影响其组成,促进棕鞭藻絮凝。

棕鞭藻及其培养滤液对铜绿微囊藻生长及生理特性的影响

为探究藻类之间的可能存在的信息传递,研究了棕鞭藻(Ochromonas sp.)及其培养滤液对铜绿微囊藻的生长及生理特性的影响。结果发现, 3种不同接种比例(1﹕4、1﹕1和4﹕1)的棕鞭藻与微囊藻共培养下,微囊藻细胞密度到第4天均下降到最低值,而棕囊藻细胞密度则显著增加。同时,棕鞭藻培养滤液能够抑制微囊藻的生长、导致丙二醛(MDA)含量和过氧化氢酶(CAT)活性。此外,棕鞭藻培养滤液也能促进微囊藻胞外多糖(EPS)含量显著增加。这表明棕鞭藻不仅能吞噬微囊藻,而且可能释放某些化感物质抑制微囊藻生长及生理参数。这暗示了棕鞭藻可作为潜在的藻类水华控制生物,抑制早期藻类大量增殖。

IAA对球等鞭金藻和棕鞭藻生长及总脂含量的影响

本文研究了0.1~5mg/L的3-吲哚乙酸(IAA)对球等鞭金藻(Isochrysis galbana)和0.1~3mg/L的IAA对棕鞭藻(Ochromonas neopolitana)的叶绿素荧光参数(PSII最大光能转化效率Fv/Fm、相对电子传递速率rETR、光化学淬灭qP)、细胞密度、叶绿素含量、总脂含量及脂肪酸组成的影响。研究表明,球等鞭金藻和棕鞭藻进行光合作用和生长的最适IAA浓度分别为0.1和0.25mg/L。此条件下,2株藻的Fv/Fm、rETR、qP、细胞密度和叶绿素含量均显著高于对照组和其它处理组。其中,球等鞭金藻的细胞密度和叶绿素含量分别比对照组增加了32.6%和37.1%,总脂含量显著高于其它处理组,但与对照组差异不显著(P>0.05);棕鞭藻的细胞密度和叶绿素含量在IAA浓度为0.25mg/L时分别比对照组增加了48.7%和34.4%,总脂含量在IAA浓度为0.5mg/L时显著高于对照组和其它处理组,但与0.25mg/L处理组差异不显著(P>0.05)。0.1mg/L的IAA浓度对球等鞭金藻DHA(二十二碳六烯酸)的合成有促进作用,但对其它各脂肪酸(14:0、16:0、16:1n-7和18:1n-9)含量均无显著影响;0.25mg/L的IAA浓度促进了棕鞭藻DHA和多不饱和脂肪酸的合成。研究结果表明,球等鞭金藻和棕鞭藻进行生长和油脂积累的最适IAA浓度分别为0.1和0.25mg/L,此结果为2株藻的大规模培养提供了理论依据。

钨酸钠浓度对球等鞭金藻和棕鞭藻生长、总脂含量和脂肪酸组成的影响

将指数生长期的球等鞭金藻(Isochrysisg albana)H24和棕鞭藻(Ochrosphaero neopolitana)H32接种到1000 m L三角烧瓶的2f培养基中,第8 d添加0 mmol/L(对照组)、0.5 mmol/L、1.5 mmol/L、2.5 mmol/L和5.0mmol/L的钨酸钠(Na_(2)WO_(4)),光强为100μmol·m^(-2)s^(-1),连续光照、充气,水温25℃,盐度31下培养5 d,探讨不同浓度Na_(2)WO_(4)对2株海洋金藻的生长及脂质积累的影响。结果表明,Na_(2)WO_(4)浓度对2株金藻的细胞密度、叶绿素含量、叶绿素荧光参数Fv/Fm(光系统II最大光化学效率)、r ETR(相对电子传递速率)、q P(光化学猝灭)和脂肪酸组成均有显著影响(P<0.05)。Na_(2)WO_(4)浓度对球等鞭金藻的总脂含量有显著影响(P<0.05)。0 mmol/L及0.5mmol/L Na_(2)WO_(4)浓度组2株金藻的最终细胞密度最大。在2.5 mmol/L Na_(2)WO_(4)浓度组,球等鞭金藻Fv/Fm值最高(第4~5 d),在0 mmol/L和2.5 mmol/L Na_(2)WO_(4)浓度组棕鞭藻的Fv/Fm值最高(第1~2 d)。2种金藻的总脂含量随Na_(2)WO_(4)浓度升高而增加,在5.0mmol/L时达到最大值(分别为31.91%和25.55%),分别比对照组高38.21%和25.24%。在5.0 mmol/L Na_(2)WO_(4)时,球等鞭金藻的18∶1(n-9)(34.54%)、饱和脂肪酸(SFA)(37.59%)和单不饱和脂肪酸(MUFA)(42.65%)含量达最大值;对照组多不饱和脂肪酸(PUFA)含量最高(36.23%),之后随Na_(2)WO_(4)浓度增高呈下降趋势。棕鞭藻的16∶0(14.69%)和SFA(32.15%)含量在5 mmol/L达最大值,对照组18∶1(n-9)含量最高(37.33%);二十碳五烯酸(EPA,20∶5(n-3))和PUFA含量随Na_(2)WO_(4)浓度升高先增加后降低,2.5 mmol/L时达最大值,分别为10.72%和31.96%。

营养盐浓度对棕鞭藻叶绿素荧光参数、细胞密度和总脂含量的影响

利用生物化学方法和叶绿素荧光动力学分析技术,研究了棕鞭藻在一次性培养过程中,不同营养盐浓度(f/4、f/2、f、2f、4f)对其叶绿素荧光参数、叶绿素含量、细胞密度、单位体积干质量、总脂含量和总脂收获量的影响。试验结果表明,营养盐浓度为2f时,该藻的最终细胞密度、叶绿素含量、单位体积干质量、总脂含量和总脂收获量均显著高于其他各处理组,由此可以看出,在本试验条件下,最适合棕鞭藻生长和油脂积累的营养盐浓度是2f。不同营养盐浓度对棕鞭藻的叶绿素荧光参数有显著影响,培养6～10d,f/4处理组的叶绿素荧光参数(光系统Ⅱ的最大光能转换效率;光系统Ⅱ的潜在活性;光系统Ⅱ的实际光能转化效率;相对电子传递效率和光化学淬灭)最低,其次为f/2处理组(P<0.05)。培养7～10d,2f处理组的光系统Ⅱ的实际光能转化效率、相对电子传递效率和光化学淬灭显著高于其他处理组(P<0.05)。培养结束时(第10d),各处理组细胞密度和总脂含量依次为:2f>4f>f>f/2>f/4。相关性分析结果表明,营养盐浓度为f/4～2f时,棕鞭藻的细胞密度、叶绿素含量、单位体积干质量和总脂含量与营养盐浓度均呈显著的正相关;营养盐浓度为2f～4f时,上述各值与营养盐浓度则均呈显著的负相关。

混合营养型马勒姆杯棕鞭藻的重描述及其系统发育分析

马勒姆杯棕鞭藻(Poterioochromonas malhamensis)是典型的混合营养型单细胞鞭毛藻,因个体微小且形态多变,该鞭毛藻的正确鉴定十分困难,且至今针对该物种一直没有详细全面的形态描述。从小球藻的大规模培养中分离出一株捕食性鞭毛藻P. malhamensis CMBB008,利用荧光染色、扫描和透射电镜等方法,对其形态学特征进行了详尽的描述,并获取该物种的SSU rDNA和rbc L基因序列用于探讨该物种的系统发育地位。文章在前人形态描述的基础上,详细记录了囊壳和叶绿体的形态:囊壳柄长18.3—47.5μm,杯体宽8.5—11.3μm,深6.3—10.7μm;叶绿体1—2个,为中间桥接的二裂片状。文章还结合光镜和电镜观察首次报道了该物种的硅质胞囊,发现其具有独特的三层领状结构和顶端孔塞结构,并揭示了其主要细胞器的超微结构及重要代谢产物,如油滴和金藻昆布多糖液泡等。通过不同种株间的比较研究发现,作为Poterioochromonas属重要形态特征的囊壳和叶绿体,由于形态变异性高,不适合用于P. malhamensis的鉴定,而胞囊形态很可能作为Poterioochromonas种间区分的重要形态特征。分子系统发育分析显示Poterioochromonas所有株系聚为一大支,表明该属是单系类群。P. malhamensis CMBB008位于模式株P. malhamensis SAG933-1a所在的大分支内。Poterioochromonas支系可分为P. malhamensis和P. stipitata两个姊妹群, P. malhamensis支系可进一步分为两个姊妹支,其中CCMP3181可能并不是P. malhamensis。研究补充和完善了P. malhamensis的形态和分子数据,并从形态学和分子系统发育学角度为Poterioochromonas属的分类研究提供重要的参考信息。

不同生境对棕鞭藻自絮凝的影响

微藻细胞高昂的采收成本是微藻生物能源产业化应用的瓶颈所在.针对此问题,本文通过对BG11(BG-11 Medium for Blue Green Algae)、glu BG11(添加10 g/L葡萄糖的BG11)、生活废水三种营养环境中棕鞭藻自絮凝的差异对比,研究了不同营养环境对棕鞭藻自絮凝的影响.结果表明:在较大pH范围(1~8)内,棕鞭藻在生活废水中絮凝效率最高,当pH为2时其絮凝效率可达86.01%,棕鞭藻更适合在低pH条件下的生活废水中絮凝;由于生活废水中Mg 2+含量较低,导致棕鞭藻在高pH(11~12)条件下自絮凝效率仅为30%左右,远低于其在BG11中的自絮凝效率(72.39%);葡萄糖的添加可促进棕鞭藻产生大量的AOM(Algal Organic Matter),从而抑制了棕鞭藻的自絮凝过程.本研究为在复杂废水环境中建立高效的微藻采收体系提供了重要指导.

微藻胞外聚合物与棕鞭藻絮凝效率的关系

细胞采收是微藻能源开发的关键.通过比较棕鞭藻在BG11、glu+BG11、生活污水三种环境的絮凝效率,并对AOM(Algal Organic Matter)进行组成分析,以揭示AOM特性与微藻絮凝的关系.结果表明,生活污水中微藻絮凝效率最高(96%),AOM产量最低(0.036 g/L);glu+BG11中絮凝效率最低(68%),AOM产量最高(0.109 g/L).不同环境中微藻分泌的蛋白质浓度接近,而多糖浓度的显著差异是AOM产量不同的主要原因,其中glu+BG11中AOM所含的阿拉伯糖含量大幅增加,生活污水中AOM单糖组分则以鼠李糖为主.

一株异养鞭毛藻的分离与鉴定

从塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)藻际中分离出一株微型鞭毛藻MMDL4071,经光学显微镜形态学观察发现,该鞭毛藻体长约为3μm,椭球型,头部端具不等长的两条鞭毛;扫描电镜观察揭示了该鞭毛藻的细胞核、色素体、色素体-内质网膜、高尔基体、线粒体以及"9+2"微管结构的鞭毛等亚显微结构.对照培养实验表明该鞭毛藻属于依赖摄食细菌的异养型藻类,并观察到了该藻二分裂的增殖过程.通过对18S rDNA及ITS序列扩增、比对,构建了系统发育树.综合形态学、生态学特征以及系统发育树分析的结果,该藻被确定为棕鞭藻属的一个未定种(Ochromonas sp.).

藻菌共生体系的建立及其对造纸废水的处理效果

对棕鞭藻(Ochromonas sp.)培养体系中的共栖细菌进行分离纯化,拟通过藻菌共生体系的建立提高微藻生物量积累能力,并探究藻菌共生体系对造纸废水的处理效果。经16S rDNA基因测序比对,分离获得的5株微藻共栖细菌分别为Porphyrobacter sp.、Hyphomonas sp.、Aquimonas sp.、Agrobacterium sp.和Hydrogenophaga sp.。通过向微藻培养体系添加不同的共栖细菌以验证其对微藻生长效率的影响效果,结果表明,5株微藻共栖细菌中,Aquimonas sp.(水单胞菌)可显著促进棕鞭藻的生长,当藻菌比为1∶3时,水单胞菌对微藻的促生效果最佳,共培养10 d后,体系中微藻干重达到最大值0.78 g/L。利用藻菌共生体系处理造纸废水8 d,废水中化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮量(total nitrogen,TN)、总磷量(total phosphorus,TP)、色度分别从154.13 mg/L、22.42 mg/L、4.90 mg/L、275降至37.5 mg/L、14.53 mg/L、0.48 mg/L、18,去除率分别为75.67%、35.19%、90.2%和93.45%;同时微藻干重可达1.073 g/L。藻菌共生体系对造纸废水深度处理的效果与芬顿法相当,可达到《制浆造纸工业水污染排放标准》(GB 3544-2008),同时可显著降低处理成本,具有良好的应用前景。

棕鞭藻对蛋白核小球藻的摄食及其营养策略

在研究稻草秸秆对蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）的化感作用时,偶然发现一株对蛋白核小球藻具有强烈的取食作用的鞭毛虫,能有效抑制小球藻的大量繁殖。经形态学观察,该种鞭毛虫具有2片淡黄色色素体,片状、周生;虫体呈球形、椭圆形或卵形,能变形,具2根不等长的鞭毛,从细胞顶部伸出;长鞭毛约为虫体的1.5倍,短鞭毛约为虫体的0.5倍;对蛋白核小球藻的吞噬能力极强,每个虫体可以吞噬3-4个小球藻,虫体大小因吞噬物的多少变化较大。初步确定这种鞭毛虫为棕鞭藻（Ochromonas sp.）。在SE、稻草以及麦粒3种培养基中的种群生长表明,这种棕鞭藻在麦粒培养基最易培养,生长速度最快。结果表明,这种棕鞭藻为混合营养类型,但以吞噬营养为主。

不同营养环境下棕鞭藻共栖细菌的群落结构比较

微藻富含油脂,可以用作合成生物柴油的原料,被认为是最具发展前景的生物质能源.微藻的光合培养体系往往是非纯培养体系,现有研究更多地关注微藻生物量的积累及其对废水环境的净化效果,而对体系中广泛存在的共栖细菌缺乏全面深入的认知.本文通过对棕鞭藻共栖细菌的16S rDNA基因进行高通量测序分析,研究棕鞭藻(Ochromonas)在生活废水、BG11及Glu+BG11(BG11中添加10 g·L^-1葡萄糖)3种不同营养环境中共栖细菌的群落结构差异,进而阐明有机物及复杂废水环境对微藻共栖细菌群落结构的影响效果.结果表明,生活废水、BG11及Glu+BG11 3种营养环境中共栖细菌群落结构存在显著差异,生活废水体系中生物多样性显著高于BG11及Glu+BG11体系,生活废水中共栖细菌香浓(Shannon)多样性指数高达4.32,其次是BG11及Glu+BG11,Shannon指数分别为2.13、1.54.从共栖细菌群落的组成上看,3种营养环境中优势菌属差异显著,生活废水中优势菌属有芽殖杆菌属(Gemmobacter)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)及玫瑰球菌属(Roseococcus),相对丰度分别为14.46%、14.9%、14.54%,其中,芽殖杆菌属只在生活废水中有较高丰度.BG11中寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)与玫瑰球菌属的丰度分别高达26.86%、51.03%.Glu+BG11中寡养单胞菌属较BG11中显著增加,达到82.41%,而玫瑰球菌属较生活废水及BG11中则明显降低,菌群丰度仅为6.2%.对比3种营养环境,玫瑰球菌属均具有较高丰度,是棕鞭藻良好的共生菌.