高密度培養(yǎng)紫球藻生產(chǎn)花生四烯酸的研究.pdf

1、非可再生化石資源的大量消耗導(dǎo)致了嚴重的環(huán)境問題和氣候問題，這使得可再生且碳中性的生物質(zhì)資源日益受到人們的關(guān)注。生物質(zhì)可作為一種再生資源，在替代化石資源獲取燃料、化學(xué)品和材料等領(lǐng)域具有廣闊前景。其中，微藻具有將廢棄物轉(zhuǎn)化成生物燃料、食品、飼料原料以及其他高附加值生化產(chǎn)品的巨大潛能。海洋食物鏈中，微藻可作為多不飽和脂肪酸(PUFAs)的初級生產(chǎn)者，其種類繁多、含量豐富，具有諸多優(yōu)點并且富產(chǎn)多種高附加值的生物活性物質(zhì)。特別是近年來微藻已成為人

2、們獲取花生四烯酸(Arachidonic acid，ARA)非常重要的來源。ARA的傳統(tǒng)來源是從動物肝臟、豬腎上腺、動物血液、魚油和蛋黃等中提取的，但因其含量極低導(dǎo)致ARA的產(chǎn)量低成本高;另外，微生物發(fā)酵法是目前常用的ARA生產(chǎn)方法，雖然微生物具有生物量大、油脂含量豐富和不飽和脂肪酸組成比較合理等優(yōu)點，但它易受外界環(huán)境變化或其他因素的影響而退化，降低產(chǎn)油量和油脂產(chǎn)量;利用微藻制取ARA不僅能夠降低成本，又可以提高ARA的產(chǎn)量，還能彌補動

3、、植物資源的緊缺問題，更有利于ARA大規(guī)模地被使用，這樣生產(chǎn)廠家與消費者均可從中受益。紫球藻是微藻的一種，其富含藻紅蛋白，油脂，維生素，色素以及胞外多糖。特別是紫球藻富含長鏈不飽和脂肪酸，包括占總脂肪酸含量高達36％的ARA及17％的EPA。本論文以廈門大學(xué)篩選得到的富含ARA的紫球藻（Porphyridium purpureum CoE1）為研究對象，選擇適合該藻種生長的培養(yǎng)基，通過培養(yǎng)條件的優(yōu)化以及關(guān)鍵因子的調(diào)控，使細胞在較高的生長

4、速度條件下達到高密度，進而大大提高ARA和總脂肪酸的產(chǎn)量。
　　首先，研究不同濃度的外源細胞分裂素6-芐氨基嘌呤(6-BA)對紫球藻生長及合成脂肪酸含量與成分的影響。在人工海水培養(yǎng)基(ASW)中，添加不同濃度的6-BA，在一定條件下進行光照培養(yǎng)（25℃，110μmol/m2s連續(xù)光照，1L/min通氣量），誘導(dǎo)藻細胞合成并積累多不飽和脂肪酸。結(jié)果表明:隨著培養(yǎng)時間的延長，紫球藻的生物量逐漸增加;與對照相比，添加0.6mg/L～6.

5、0mg/L6-BA對紫球藻的生長有不同程度的促進作用，其中0.6mg/L6-BA對藻細胞生長的促進作用最顯著，促進效果隨6-BA濃度升高依次遞減，當濃度增加到9.0mg/L時，6-BA抑制了紫球藻的生長;添加6.0mg/L細胞分裂素不僅促進紫球藻總油脂的積累，還有利于紫球藻合成不飽和脂肪酸。添加適當濃度的細胞分裂素可明顯促進藻細胞生長，同時也增加了不飽和脂肪酸的產(chǎn)量。
　　其次，考察了通氣量(0.5～3L/min)、光照強度（11

6、0～220μmol/m2s）、溫度（25℃，30℃和33℃）和培養(yǎng)時間這幾個單一變量因子對紫球藻生物量積累和脂肪酸合成的情況的影響。研究結(jié)果表明，高通氣量和適中溫度(30℃)不僅可以促進紫球藻生物量的積累，還可以促進總脂肪酸和ARA的合成。而過高的光照強度沒有促進紫球藻生物量的積累，反而抑制了脂肪酸的合成。所以，紫球藻在ASW培養(yǎng)基中，3L/min通氣量，165μmol/m2s的光照強度，30℃條件下生長最好，并且在這些培養(yǎng)條件下，培養(yǎng)

7、至穩(wěn)定期，藻細胞生產(chǎn)的總脂肪酸最多，在接近穩(wěn)定期時收獲的ARA產(chǎn)量最高。
　　最后，考察了NaHCO3(0.04～1.2g/L)濃度和KH2PO4(0.00～0.14g/L)濃度對紫球藻生物量積累和脂肪酸合成的情況的影響。實驗結(jié)果如下:提高培養(yǎng)基中NaHCO3濃度可以提高紫球藻的生物量，在0.8g/L NaHCO3濃度時，紫球藻生長得最好，紫球藻合成的總脂肪酸和ARA產(chǎn)量最高，分別達408.90mg/L和104.35mg/L。另外

8、，培養(yǎng)基中KH2PO4的含量對紫球藻中總脂肪酸和ARA的產(chǎn)量影響很大，當磷酸鹽濃度為0.035g/L時，總脂肪酸和ARA的產(chǎn)量可以提高到666.38mg/L和159.74mg/L;同時KH2PO4濃度對紫球藻脂肪酸組成也有明顯的影響，當磷酸鹽濃度降低時，UFA/TFA和ARA/EPA的比例都被提高，說明在磷限制條件下有利于紫球藻中不飽和脂肪酸和ARA的合成。在低磷條件下，能促進C16∶0合成C18∶2的Δ6-去飽和酶的酶活性可能會增強，