斜生栅藻和舟形藻生长特性和品质分析及斜生栅藻遗传转化的初步研究

摘要

近年来,随着世界经济的快速增长,能源短缺的危机日渐突显。藻类作为一种非粮食生物质能源材料,无论在能源、食品、医疗还是环保等方面都有着广阔的发展前景。本文主要分析了实验室现有的两种真核微藻:斜生栅藻和舟形藻的细胞结构及其品质;为了合理高效的利用微藻作为能源材料,主要研究了外界因素对斜生栅藻和舟形藻生长的影响;此外,对斜生栅藻遗传转化进行了初步研究,为优良工程藻株的培育奠定了基础。
　　 通过对斜生栅藻、舟形藻和莱茵衣藻的细胞结构及其积累模式的观察发现,斜生栅藻通常成对生长,而其它两种微藻则以单细胞形式存在。与莱茵衣藻细胞悬浮于培养基中积累不同,斜生栅藻和舟形藻细胞沉积底部生长,这将大大节省工业生产过程中收获的成本。利用凯式定氮法和索式抽提法分别测定了斜生栅藻和舟形藻的粗蛋白和总脂含量,结果显示,斜生栅藻和舟形藻的粗蛋白含量分别为45.55%和28.12%,而它们的总脂含量分别为9.53%和8.31%,GC-MS分析脂肪酸结果显示两种微藻都含有种类丰富的饱和及不饱和脂肪酸,其中C16脂肪酸含量都相对较高,并且都含有占其总脂肪酸含量约1/5的C20:5(EPA),这种对人类健康及其重要的多不饱和脂肪酸。
　　 为研究外界因素对斜生栅藻和舟形藻生长的影响,分别利用泵通空气、紫外辐射、低温和黑暗处理、以及不同浓度的细胞表面活性剂SilwetL-77和八种常见抗生素进行处理。结果显示,泵通空气能提高斜生栅藻和舟形藻到达稳定生长期的最大生物量和生长速率;而随着紫外辐射剂量的增强,其对斜生栅藻的抑制作用逐渐增强;利用低温和黑暗处理斜生栅藻、舟型藻和莱茵衣藻细胞一段时间后将其恢复到正常生长条件后,其生物量都会在短时间内快速积累,产生补偿效应;在含浓度为0.001%SilwetL-77的培养基中,莱茵衣藻就几乎不能生长,而当SilwetL-77浓度达到0.1%才会完全抑制斜生栅藻的生长,可见莱茵衣藻较斜生栅藻对SilwetL-77更敏感;抗生素敏感性实验结果显示,斜生栅藻对低浓度的Cm和Str以及中高浓度的G418都非常敏感,而高浓度的Gen和Hyg对其生长也有一定的抑制作用;低浓度的Cm和中高浓度的G418几乎完全抑制舟形藻的生长,高浓度的Hyg对其生长影响也非常明显。这些研究对降低微藻的生产成本,及斜生栅藻和舟形藻遗传转化研究等方面有重要作用。
　　 为了进行斜生栅藻的遗传转化,我们根据抗生素敏感性实验确定其阳性克隆藻株的筛选抗生素,并构建了两个表达载体pGreen0029-CHB和pGreen0029-eGFP,尝试利用农杆菌共培养的方法将目的基因整合到斜生栅藻的基因组当中,目前载体在大肠杆菌和烟草中的表达已经得到验证,并且筛选抗生素浓度也已经确定,斜生栅藻的遗传转化正在进行之中。