不同培养模式对雨生红球藻细胞绿色生长以及虾青素积累的影响

研究了分批培养、pH反馈补料培养、定量补料培养与培养基完全更换培养4种培养模式对雨生红球藻绿色生长以及虾青素积累的影响。结果表明:当在绿色细胞阶段采用培养基完全更换的培养模式,能够有效的促进雨生红球藻细胞的分裂,同时藻细胞保持了较高活性。其中培养9d后藻细胞数目达到8.60E+05个/mL,游动细胞所占比例达到98.26%,细胞干重为1.12g/L,而且胁迫条件下培养10d后虾青素的产量达到53.21mg/L,明显高于其他培养模式。因此培养基完全更换培养是一种适合雨生红球藻生长与积累虾青素的培养模式。     

藻际可培养细菌对雨生红球藻生长和虾青素积累的影响

为探究雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)藻际可培养细菌多样性及可培养细菌对雨生红球藻生长和虾青素积累的影响,本实验采用培养分离法,在乙酸钠兼养条件下,共分离到8株雨生红球藻藻际细菌,通过16S rDNA测序鉴定,并在NCBI网站比较序列发现,编号为DBQ、HS、BTH、DBB、XBL、HB、FH、JH的菌株分别与Pseudomonas sp.、Methylobacterium sp.、Chryseobacterium sp.、Bacillus sp.、Paracoccus sp.、Planctopirus hydrillae、Rhodobacter vinaykumarii、Brevundimonas vesicularis的16S rDNA序列具有最高的相似性。分别将8株细菌与通过抗生素处理获得的纯种雨生红球藻共培养,测定了8株藻际细菌对雨生红球藻细胞密度、藻液pH、叶绿素及虾青素含量的影响。实验发现,HS处理组在绿色阶段培养第9天获得最高细胞密度,为3.65×10~5cells/mL,且显著高于对照组;DBB处理组虽然能够促进藻细胞密度增加,但与对照组并无显著差异;DBQ处理组藻细胞密度显著低于对照组及其他处理组。第1～7天,藻液叶绿素浓度的变化与藻细胞密度变化趋势有一定相似性,绿色阶段后期,叶绿素浓度呈现下降趋势,也说明藻细胞内部叶绿素向其他色素转变,同时标志着绿色阶段的结束。绿色阶段培养过程中,藻液pH变化幅度较大,由初始值7.0左右上升到9.30左右,但是培养后期处理组与对照组藻液pH并无显著差异。在测定藻液虾青素含量时,仅HS处理组虾青素含量略高于对照组,但并无显著差异;通过计算单个藻细胞虾青素含量发现DBQ处理组单个藻细胞虾青素含量显著高于对照组。     

红球藻藻株对光强适应及在工程培养中的应用

于2007～2008年在云南楚雄,利用叶绿素连续荧光分析等技术方法,对比研究了3株雨生红球藻藻株(Haematococcus pluvialis)(H_0、H_2、H_3)不同类型细胞对光强适应能力和光化学机制、生长速率和虾青素累积情况,对比研究了红球藻细胞转化过程的光化学特性与能量分配机制。结果表明,3株雨生红球藻游动细胞、绿色不动细胞和红色不动细胞光合作用对光强需求存在明显差异性,其中绿色游动细胞H_0、H_2和H_3光饱和点分别为750、1000、750 μmol/(m~2·s),绿色不动细胞H_0、H_2和H_3光饱和点分别为750、750、500 μmol/(m~2·s),而红色不动细胞H0、H_2和H_3的光饱和点分别为500、750、500 μmol/(m~2·s)。上述数据意味着红球藻光合作用对光强需求以游动阶段细胞最高,其次为绿色不动细胞,而红色不动细胞对光需求最弱;3株红球藻光合作用对光强需求的顺序为H_2H_0H_3。从实际培养效果来看,H_0藻株游动细胞在9月、11月到次年5月生长最好,其中4月、11月比生长速度为藻株H_3的2.19倍和2.17倍,而在6～8月和10月份中,藻株H_2生长比较迅速,但是藻株之间差异性相对较小。针对3株红球藻虾青素累积而言,1～2月、4月、6月、9月、11～12月藻株H0的虾青素含量最高,3月、5月更适宜H_3积累虾青素,其余7～8月和10月H_2藻株积累虾青素更多。综合雨生红球藻细胞生长和虾青素累积二个决定产量的主要因素,作者认为,在秋末、冬、春和夏初等温度和光照相对较低季节,选择藻株H_0规模化培养可获得更好的生产效果,而在光照较强、温度较高和多雨的夏季和秋初季节,应选择藻株H_2培养产量更高。     

光照强度和温度对雨生红球藻生长、虾青素及内源脱落酸积累的影响

本文探讨了光照强度和温度2个生态因子对雨生红球藻(Haematococcus plivialis)生长、虾青素及内源脱落酸积累的影响。研究表明,光照强度、温度及二者交互作用对雨生红球藻的生长、虾青素及内源脱落酸的积累均有显著影响(P0.05)。温度23℃时,细胞密度随光照强度的升高呈先上升后下降趋势,在200μmol/(m~2·s)时达到最大值4.9×105个/mL。适当的高光照强度和高温均能促进雨生红球藻中虾青素和内源脱落酸的积累,过高则起抑制作用。培养期间雨生红球藻中虾青素和内源脱落酸的最大峰值分别为6.266mg/L和322.641ng/g(干重),且最大峰值均出现于27℃、200μmol/(m~2·s)处理组。脱落酸含量的最大值出现在虾青素快速积累前,且在雨生红球藻的生活周期中,孢囊形成期的内源脱落酸含量最高。本研究所得到的规律对规模化培养雨生红球藻具有一定的指导意义。     

不同碳氮浓度对雨生红球藻生长及虾青素累积的影响

研究了不同二氧化碳浓度和硝酸钾浓度对雨生红球藻生长及虾青素累积的影响。结果表明,较高浓度的CO2(600×10-6)能够显著促进雨生红球藻的生长、光合作用的进行和虾青素的累积。红球藻单个细胞内的虾青素含量随着培养液中硝酸钾浓度的降低而增加,绿色游动藻种和绿色不动藻种培养12 d后获得的最大虾青素值分别为10.93 pg/个和12.64 pg/个。连续通气是促进雨生红球藻生长及虾青素累积的一种有效碳源提供方式。     

玉米素和水杨酸对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生长及虾青素积累的影响

虾青素是一种具有强抗氧化活性的类胡萝卜素,而雨生红球藻是天然虾青素的主要来源。本文以雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)为材料,研究了植物激素玉米素和水杨酸对雨生红球藻的生长、虾青素含量及相关基因表达的影响。分别添加5种浓度的玉米素或水杨酸,结果发现0.05mg/L玉米素或25mg/L水杨酸处理5d后雨生红球藻虾青素积累最多。该浓度玉米素或水杨酸可显著提高光胁迫下藻细胞密度,最高分别达到3.4×10~5cell/mL和3.0×10~5cell/mL;同时玉米素与水杨酸组中虾青素含量显著上升,分别为1.7%和1.6%,比对照组分别增加29.2%和25.6%。玉米素缓解了高光逆境条件下光合作用基因——Rubisco大亚基(rbcL)及其活化酶(rca)、碳酸酐酶(ca)的下调表达,但对虾青素合成途径β-胡萝卜素酮化酶基因(bkt)的表达量没有显著影响;而水杨酸则相反,在胁迫后期不能缓解光合作用相关基因的下调表达,但可使bkt基因显著上调,最高可达对照组的2.5倍。本研究首次比较了玉米素和水杨酸对雨生红球藻生长和虾青素积累的影响,发现玉米素比水杨酸具有更好的促进雨生红球藻中虾青素积累的效果。     

利用雨生红球藻生产虾青素的研究进展

作为天然虾青素的最佳生物来源，雨生红球藻已成为近年来国内外微藻研究的热点之一．本文综述了国内外雨生红球藻培养及虾青素积累的研究进展，介绍了国外天然虾青素商业生产的现状，并对现存的主要问题和发展方向做出阐述，以期推动国内利用雨生红球藻生产虾青素的商业化进程。     

褪黑素对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)生理和虾青素积累的影响

本实验初步研究了不同浓度褪黑素(melatonin,MLT)对胁迫条件下雨生红球藻Haematococcus pluvialis LUGU生长、虾青素、相关生理指标及基因表达的影响。结果表明,10μmol/LMLT可显著提高藻细胞中虾青素产量(31.32mg/g),是对照组(13.27mg/g)的2.36倍;碳水化合物和蛋白含量同比提高了1.36、1.37倍。此外,虾青素合成相关基因pds和bkt的表达水平分别提高了5.79和12.16倍。研究表明,MLT可显著促进雨生红球藻中虾青素的积累,为利用微藻生产虾青素提供了一种有效的策略。     

温度对雨生红球藻叶绿素荧光特性及虾青素含量的影响

研究了不同温度(5～35℃)对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)叶绿素荧光特性及虾青素含量的影响.测定的主要参数有:PSII的最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)、PSII的实际光能转化效率(ΦPSⅡ)、光合电子传递效率(ETR)、细胞密度、叶绿素相对含量以及虾青素含量.单因子方差分析结果表明:在整个培养周期中,温度对雨生红球藻各叶绿素荧光参数、叶绿素相对含量、细胞密度以及虾青素含量均有显著影响(P<0.05).多重比较结果表明,在本实验条件下,雨生红球藻的最适生长温度是20℃,其单位体积虾青素含量以20℃处理组为最高,而单个细胞中的虾青素含量则以5℃和30℃为最高.相关性分析结果表明:培养天数为3～10天时,叶绿素相对含量与细胞密度均成显著正相关关系.本文还初步探讨了叶绿素荧光技术在筛选耐高温或耐低温微藻品系中的应用.     

microRNA介导雨生红球藻在高光胁迫下次级细胞壁形成和虾青素积累的分子机制

雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)是天然虾青素的最佳来源,它可以在高光胁迫等不利条件下转变成厚壁细胞并积累大量虾青素。然而,目前从微小RNA (microRNA, miRNA)层面来揭示在高光胁迫下雨生红球藻次级细胞壁形成和虾青素合成的机理研究尚未见报道。对高光处理下三个时间点的雨生红球藻样品进行microRNA测序,共鉴定出342个已知miRNA和283个新miRNA。在这625个miRNA中,其中有206个miRNA的表达量受高光影响,这些差异表达的miRNA的靶基因参与了淀粉与蔗糖代谢、甘露糖与果糖代谢、糖酵解和萜类骨架生物合成等重要代谢通路。结合转录组结果发现,高光胁迫下有6个miRNA调控了3个和次级细胞壁形成相关靶基因的表达,有5个miRNA调控了5个和虾青素生物合成相关靶基因的表达。以上结果揭示了雨生红球藻在高光下miRNA调控次级细胞壁形成和虾青素生物合成的潜在机制,为雨生红球藻虾青素的代谢工程奠定了理论基础。     

光强和营养盐对伪矮海链藻昼夜节律变化的影响

于1989年1月 - 1989年8月采用连续培养和半连续培养方法进行了伪矮海链藻细胞分裂、叶绿素a含量和活体荧光特性与光、营养盐关系的研究。结果表明,细胞分裂、活体荧光、叶绿素a均呈现光照期的增长速率明显高于黑暗期的增长速率的日变化规律,荧光增强比则在光照期开始后或黑暗期结束时出现最高值;光强和营养盐不仅影响各指标日变化的幅度,而且还可改变荧光增强比峰值出现时间。因此,在研究细胞分裂、叶绿素a和荧光特性的昼夜节律时,必须考虑光和营养盐这两个重要因素。     

黄河三角洲关键种泥螺Bullacta exarata对沉积物-水体界面溶解氧和营养盐通量的影响

泥螺自2001因养殖目的引入黄河三角洲以来，随着分布范围的扩大和种群数量的增长，已成为当地潮间带的关键种。泥螺给当地民众带来较高收入，但其对底栖生态系统的潜在影响还不清楚。为了明确该种群的生物扰动对底栖微藻和微生物的初级生产，以及对水体-沉积物界面营养盐交换的影响，开展了该项实验。结果表明，在光照条件下，泥螺能显著影响沉积物-水体界面的溶解氧DO通量；在黑暗及无生物处理组的恢复期，泥螺能显著增加两界面间氨氮的通量。底栖微藻和小型生物在黑暗条件下也能增加氨氮的通量；但在有光照条件下，上述微藻和小型底栖动物对沉积物-水体界面间溶解氧和氨氮通量的影响不明显。实验结果为更深入理解泥螺对生态系统的影响提供重要理论支持。     

兼养对雨生红球藻细胞生长的促进作用及藻株差异性

结合叶绿素荧光技术,对比研究了不同雨生红球藻藻株在兼养(光照+乙酸钠)培养过程中细胞生长和光合作用的共性与差异性反应。结果表明:兼养明显提高红球藻细胞密度和比生长速率;乙酸钠不仅为红球藻提供异养的有机碳源,而且还明显导致藻细胞光自养的光合综合性能指数发生改变,兼养对细胞生长促进作用的贡献在前期主要来自于其中的异养部分,而在后期却明显来自于自养部分;兼养对细胞生长的促进作用在藻株之间存在一定差异,不同藻株对乙酸钠的适应能力和最适质量浓度也存在明显差异,藻株H0可适应的乙酸钠质量浓度较高,而藻株H6对乙酸钠需求和适应性相对较低。上述结果意味着规模化培养红球藻过程中,针对不同藻株采用适宜乙酸钠兼养方式可有效缩短培养周期,提高生产效率。     

气升式反应器培养集胞藻6803过程中光能利用特性研究

在气升式光生物反应器中,对集胞藻 6803 分批培养条件下的光衰减、平均光强、光的分布以及藻细胞生长对光能的利用特性进行分析.结果表明:Lambert-Beer 定律可较好描述细胞浓度及光程对光衰减的影响;随着藻细胞密度的增加,光生物反应器内平均光强不断减小,藻细胞的比光能吸收速率和比生长速率也不断降低,反应器中"暗区"体积在培养 6 d 后超过总体积的 80%;利用 Pirt 细胞生长生物能量模型描述比生长速率和比光能吸收速率的关系,在入射光强为 58.73 KJ/(m2(h),求得基于光能的细胞得率 YG 和维持系数 m 分别为 9.98×10-3g/kJ和0.445kJ/(g(h).     

光强和营养盐对伪矮海链藻昼夜节律变化的影响 Ⅰ.细胞分裂、叶绿素α及活体荧光特性

于1989年1月—1989年8月采用连续培养和半连续培养方法进行了伪矮海链藻细胞分裂、叶绿素α含量和活体荧光特性与光、营养盐关系的研究。结果表明,细胞分裂、活体荧光、叶绿素α均呈现光照期的增长速率明显高于黑暗期的增长速率的日变化规律,荧光增强比则在光照期开始后或黑暗期结束时出现最高值;光强和营养盐不仅影响各指标日变化的幅度,而且还可改变荧光增强比峰值出现时间。因此,在研究细胞分裂、叶绿素α和荧光特性的昼夜节律时,必须考虑光和营养盐这两个重要因素。     

沙海蜇(Nemopilema nomurai)消亡过程中海水溶解氧变化的模拟研究

采用实验室模拟的方法,研究了不同海水温度、盐度、pH、N/P比下,沙海蜇消亡过程中海水溶解氧的变化特征,这对探讨水母灾害性暴发后消亡的环境影响有重要的科学意义。研究结果表明,沙海蜇的消亡可引起海水溶解氧浓度的显著降低,不同海水温度、盐度、pH、N/P比条件下沙海蜇消亡引起的海水溶解氧浓度的降低无显著差异,但与没有沙海蜇消亡时,海水溶解氧的变化相比则差异显著。沙海蜇消亡一般需要6—7天时间,在高N/P比的海水中,沙海蜇的消亡时间延长。沙海蜇的消亡造成水体的严重缺氧,水体氧饱和度低于20%,从第2天到第3天,本底海水、不同过程温度、盐度、pH条件下,消耗水体氧的量剧增,第6天达到峰值,但不同N/P比条件下,水体溶解氧的降低在第2天即可达到一个耗氧的高值,一直持续到第7天出现峰值;海水温度、盐度、pH、N/P比变化,可导致沙海蜇的消亡过程中水体氧消耗量的变化,就这四种影响因素而言,其平均最大耗氧量从大到小的顺序是:温度(23—30℃区间段)>pH(5.0—9.0区间段)>盐度(21—33区间段)>N/P比(16:1—240:1区间段),分别为39.9、39.7、38.0和35.9mg/(kg.d),相对而言,水体温度和pH对沙海蜇消亡过程中氧消耗量影响较大,水体N/P比和盐度影响较小。所以,沙海蜇消亡过程中,由于海水温度和pH的变化形成的低氧区更为严重,而且在当今富营养化(高N/P比)的近海水域中,水母的消亡高耗氧的时间加长,对海水环境造成的影响更为严重。     

气升式光生物反应器培养裙带菜配子体的初步研究

在升气式光生物反应器中培养裙带菜配子体无性系。比生长速率最高为0.262d^－1，在快速生长期，日平均增重达到30％。通过在线测定DO和pH值变化实时了解配子体光合、呼吸作用的情况，通过测定碱度分析 子体对无机碳的利用情况，表明HCO3一直处于较高浓度，为配子体所利用的主要碳源。测定培养液的盐度、NO3^-和PO4^3-的浓度，其中NO3^-的利用量与配子体的生长相对应，而盐度变化可反映配子体对营养盐的作用。     

雨生红球藻的细胞周期初探

于１９９７年在青岛利用显微镜连续观察技术研究了雨生红球藻的细胞繁殖方式和动力学。结果表明,该藻细胞周期分为流动和不动２个阶段。每一阶段主要以无性生殖产生孢子的方式完成增殖。正常条件下游动细胞主要产生２、４个,偶尔产生２、４个,偶尔产生８个游动孢子,游孢子从孢子囊释放后为游动细胞。环境不适时流动细胞以及流动孢子失去鞭毛转入不动阶段。不动细胞主要形成４、８个,偶尔也能形成２０多个不动孢子,该过程不一定     

红球藻虾青素资源开发历程与趋势展望

经30多年不懈努力与系统创新研发，我国已成功地实现红球藻虾青素资源的规模化生产，开发出新资源食品和功能性生物制品。期间，我们结合微藻产业现状与国情，围绕红球藻资源开发的产业化链条，针对上中下游重要环节的关键性瓶颈问题，开展了基础理论探索、新技术开发、产业化推广与新活性功效发掘等系列工作。借建所70周年所庆成果专刊出版之际，全面回顾总结我们在该藻种质资源、基于细胞周期调控的二步串联培养模式、关键参数优化与控制、光反应器培养设施创制、生物污染危害和防控原理与策略、活性物质开发与新功能挖掘、产业标准与体系建设等方面所取得的进展，同时展望发展趋势，以期促进红球藻以及整个微藻产业的健康可持续发展。