不同 氮源 对异养小球藻生物量和油脂积累的影响

第36卷第6期水生生物学报Vol.36,No.62012年11月ACTAHYDROBIOLOGICASINICANov.,2012收稿日期:2011-08-02;修订日期:2012-07-09基金项目:天津市应用基础及前沿技术研究计划(08JCYBJC10600)资助作者简介:朱义平(1986—),女,山东莒南人;硕士研究生;主要从事微藻生物技术研究。E-mail:zhuyiping417@163.com通讯作者:宋东辉,博士,副教授;主要从事微藻生物技术研究。E-mail:dhsong@tust.edu.cnDOI:10.3724/SP.J.1035.2012.01027不同氮源对异养小球藻生物量和油脂积累的影响朱义平宋东辉杨国兰(天津科技大学海洋科学与工程学院,天津市海洋资源与化学重点实验室,天津300457)摘要:小球藻因其快速生长和易培养等特性可用于制备生物能源。与传统的光自养相比,异养小球藻可获得更多的生物量和更高的油脂含量。低成本的马铃薯淀粉水解液可作为小球藻的理想碳源,在氮饥饿条件下可诱导产生更多的油脂。为了探讨不同氮源对异养小球藻生物量和油脂积累的影响,并筛选出异养条件下的最适氮源,实验研究了不同浓度无机氮源NaNO3以及有机氮源丙氨酸和酪氨酸对异养小球藻生物量和油脂积累的影响。以马铃薯淀粉水解液为唯一碳源,在SE培养基中分别添加不同氮源培养小球藻。设定的NaNO3和丙氨酸浓度均为1.5mmol/L、3.0mmol/L、6.0mmol/L,酪氨酸浓度为0.75mmol/L、1.5mmol/L和3.0mmol/L。所有小球藻培养实验均为暗培养并持续10d时间。实验过程测定的指标为:小球藻的细胞数目、比生长速率、叶绿素含量、中性脂含量和总脂含量。实验结果表明:(1)在异养条件下以硝酸盐为无机氮源时,氮源促进叶绿素积累从而促进小球藻的生长,减少硝态氮可以使小球藻快速进入稳定期积累油脂。在NaNO3中氮含量为1.5mmol/L时,生物量和油脂含量分别为2.65g/L和51.21%,总油脂含量为1.36g/L。(2)在不添加其他氮源的异养培养基中,丙氨酸可促进小球藻的生物量增加,在稳定期仍促进单位细胞的叶绿素含量,但总油脂含量普遍偏低。(3)酪氨酸可抑制小球藻生物量增加,使细胞膨大从而促进单位细胞内叶绿素和油脂合成,油脂含量高达38.78%—47.02%。这些结果表明小球藻可通过诱导氨基酸转运系统适应氮源的变化,其中酪氨酸所在的第三个转运系统在葡萄糖诱导条件下可促进油脂的合成。关键词:小球藻;异养;氮源;丙氨酸;酪氨酸中图分类号:Q142文献标识码:A文章编号:1000-3207(2012)06-1027-08近年来,有很多学者对利用微藻制备生物柴油的可行性进行研究,并取得了一定的成效,但成本居高不下,限制了其工业化生产。降低培养藻类成本最重要的就是降低培养基的成本。培养基成本占异养培养成本的50%,而常用有机碳葡萄糖却占整个培养基成本的80%[1],因此采用廉价的原料如淀粉和纤维素水解液取代葡萄糖是一种很好的策略。减少氮源可以降低成本,同时能促进小球藻油脂的积累,但减氮会一定程度减少生物量,利用有机碳作碳源能有效增加生物量克服这一缺陷。Lu,etal.[2]采用木薯淀粉水解产物代替葡萄糖作为异养小球藻的有机碳源,能够达到较高的产油量。常用的氮源是硝酸盐,如果能研究廉价的氮源也可以降低成本,Shen,etal.[3]在异养条件下采用尿素、酵母提取液、硝酸盐做氮源,发现采用绿色藻种在含2.4g/LKNO3的MB培养基中油脂含积累最多为654mg/L/d。而Xiong,etal.[4]在异养条件下采用甘氨酸、酵母提取液、硝酸钾做氮源,结果是4g/L酵母提取液作为最佳氮源最高油脂含量为8.28g/L。但是酵母提取液成分复杂,含有各种氨基酸、维生素和生长因子,很难解释促进油脂积累的机理。如果能研究具体何种氨基酸促进了油脂的积累,就能选择更合适的氮源。故本实验研究了马铃薯淀粉水解液作碳源异养培养小球藻时,不同浓度无机氮源硝酸盐和有机氮源丙氨酸及酪氨酸对小球藻生物量和油脂积累的影响,旨在选出低成本异养条件下可能的最适氮源,1028水生生物学报36卷并探讨氨基酸对小球藻生长和油脂积累影响。1材料与方法1.1藻种和培养基本实验所用藻种为普通小球藻(Chlorellavul-garisFACHB-7),购自中国科学院水生生物研究所淡水藻种库。培养基为改良的SE培养基[5]:0.75g/LNaNO3,0.23g/LMgSO4·7H2O,0.23g/LK2HPO4,0.53g/LKH2PO4,0.03g/LNaCl,0.01g/LFeSO4·6H2O,2.0mL/LFe-EDTA,1.0mL/LA5solution。马铃薯淀粉水解液的主要制备