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(yán)重的環(huán)境問(wèn)題和氣候問(wèn)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(jí)生產(chǎn)者，其種類(lèi)繁多、含量豐富，具有諸多優(yōu)點(diǎn)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(lái)微藻已成為人

2、們獲取花生四烯酸(Arachidonic acid，ARA)非常重要的來(lái)源。ARA的傳統(tǒng)來(lái)源是從動(dòng)物肝臟、豬腎上腺、動(dòng)物血液、魚(yú)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(diǎn)，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(bǔ)動(dòng)

3、、植物資源的緊缺問(wèn)題，更有利于ARA大規(guī)模地被使用，這樣生產(chǎn)廠家與消費(fèi)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(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸，包括占總脂肪酸含量高達(dá)36％的ARA及17％的EPA。本論文以廈門(mén)大學(xué)篩選得到的富含ARA的紫球藻（Porphyridium purpureum CoE1）為研究對(duì)象，選擇適合該藻種生長(zhǎng)的培養(yǎng)基，通過(guò)培養(yǎng)條件的優(yōu)化以及關(guān)鍵因子的調(diào)控，使細(xì)胞在較高的生長(zhǎng)

4、速度條件下達(dá)到高密度，進(jìn)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(xì)胞分裂素6-芐氨基嘌呤(6-BA)對(duì)紫球藻生長(zhǎng)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(jìn)行光照培養(yǎng)（25℃，110μmol/m2s連續(xù)光照，1L/min通氣量），誘導(dǎo)藻細(xì)胞合成并積累多不飽和脂肪酸。結(jié)果表明:隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，紫球藻的生物量逐漸增加;與對(duì)照相比，添加0.6mg/L～6.

5、0mg/L6-BA對(duì)紫球藻的生長(zhǎng)有不同程度的促進(jìn)作用，其中0.6mg/L6-BA對(duì)藻細(xì)胞生長(zhǎng)的促進(jìn)作用最顯著，促進(jìn)效果隨6-BA濃度升高依次遞減，當(dāng)濃度增加到9.0mg/L時(shí)，6-BA抑制了紫球藻的生長(zhǎng);添加6.0mg/L細(xì)胞分裂素不僅促進(jìn)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(dāng)濃度的細(xì)胞分裂素可明顯促進(jìn)藻細(xì)胞生長(zhǎng)，同時(shí)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(qiáng)度（11

6、0～220μmol/m2s）、溫度（25℃，30℃和33℃）和培養(yǎng)時(shí)間這幾個(gè)單一變量因子對(duì)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(jìn)紫球藻生物量的積累，還可以促進(jìn)總脂肪酸和ARA的合成。而過(guò)高的光照強(qiáng)度沒(méi)有促進(jìn)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(qiáng)度，30℃條件下生長(zhǎng)最好，并且在這些培養(yǎng)條件下，培養(yǎng)

7、至穩(wěn)定期，藻細(xì)胞生產(chǎn)的總脂肪酸最多，在接近穩(wěn)定期時(shí)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(duì)紫球藻生物量積累和脂肪酸合成的情況的影響。實(shí)驗(yàn)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(shí)，紫球藻生長(zhǎng)得最好，紫球藻合成的總脂肪酸和ARA產(chǎn)量最高，分別達(dá)408.90mg/L和104.35mg/L。另外

8、，培養(yǎng)基中KH2PO4的含量對(duì)紫球藻中總脂肪酸和ARA的產(chǎn)量影響很大，當(dāng)磷酸鹽濃度為0.035g/L時(shí)，總脂肪酸和ARA的產(chǎn)量可以提高到666.38mg/L和159.74mg/L;同時(shí)KH2PO4濃度對(duì)紫球藻脂肪酸組成也有明顯的影響，當(dāng)磷酸鹽濃度降低時(shí)，UFA/TFA和ARA/EPA的比例都被提高，說(shuō)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(jìn)C16∶0合成C18∶2的Δ6-去飽和酶的酶活性可能會(huì)增強(qiáng)，