微藻基因工程在高价值化合物生产上的应用

微藻在生产蛋白质、油脂、色素等方面具有作为细胞工厂的潜力,在解决传统生物量生产和市场未来的一些局限性方面发挥着推进作用.基因工程促进了微藻的改良,推动了微藻的产业化进程.本文综述了近年来微藻基因工程的研究进展以及基因工程在微藻生产生物燃料、医药等方面的应用.本文能为基因工程技术在微藻中的研究及应用提供思路,从而使微藻以及微藻产品变得更具有经济竞争力.     

转基因微藻作为新型生物反应器的研究进展

转基因微藻作为生物反应器生产生物活性物质已成为基因工程研究的热点之一。目前以转基因微藻作为生物反应器的技术并不十分成熟,然而许多科研人员及生物医药公司将微藻作为新型生物反应器生产有用的外源蛋白。本文对微藻生物反应器构建中的有效核转化方法的建立、转基因微藻中所用的启动子、筛选标记、稳定表达等问题进行了综述,同时介绍了目前转化成功的以及未来可能转化成功的有潜在应用价值的微藻。     

缺氮培养条件对胶球藻C-169油脂积累及其脂肪酸组成的影响

随着石油资源短缺的加剧,利用微藻生产生物柴油获得了全世界范围的关注,其中筛选高含油藻种是微藻能源产业的基本环节。本文研究了缺氮培养对胶球藻C-169在生长速率、油脂含量以及脂肪酸组成等方面的影响,结果显示,氮缺乏条件下,C-169从第3天开始生长速率明显低于正常培养组,10d后细胞密度维持在大约1.6×107cells/mL,为初始细胞密度的约33倍。而根据尼罗红荧光显微观察其在培养的第12天油脂积累达到最高,此时总脂中脂肪酸的含量由开始的0.089ng/1 000cells增长到1.135ng/1 000cells,而三酰甘油(TAG)占总脂比例达到的74.6%,其中以C16或C18饱和或单不饱和脂肪酸为主,其中油酸(18:1)的量占据了中性脂TAG的一半以上,符合生产高品质生物柴油的要求。     

我国富油微藻制油取得初步成果

我国利用微藻生产生物能源具有潜在的应用前景。目前,在山东省的实验室获得了初步成果,培育出的富油微藻,最高含油比已经达到68％,可在此基础上制取生物柴油。有专家认为,海洋微藻的能源化利用,有望成为“后石油时代”破解能源危机的一把钥匙。     

基于熵权的产生物柴油微藻开发潜力评价

结合青岛地区不同季节室外温度变化特点,采用熵权法对9株微藻利用发电厂废气生产生物柴油的户外开发潜力进行评估。选取油脂产率、油脂组成、CO2耐受性、破壁难易度和温度适应性5项指标,根据实验室测得的数据进行计算,得出春冬季以上5项指标的权重分别为0.261、0.002、0.059、0.211和0.467,而夏秋季以上5项指标的权重分别为0.098、0.001、0.022、0.079和0.801。在此权重的基础上,得出在春冬季节开发潜力最大的藻株为微拟球藻(Nannochloropsis sp.ZL-12),在夏秋季节开发潜力最大的藻株为球等鞭金藻(Isochrysis galbana C5001)。本方法为户外大规模开发生物柴油的微藻藻种选择提供了一个有效的思路。     

一种能源微藻IOAC689S的筛选和优化培养

利用氯仿-甲醇(2:1)提取和气相色谱技术,对采集自渤海、黄海,东海、南海海域以及实验室现有的海洋微藻进行了总脂和脂肪酸检测,从中筛选到一株高产油微藻 IOAC689S,其油脂含量在快速生长阶段达到37.5%,其中可作为生物柴油开发的18C以下脂肪酸占总脂肪酸的91.03%.通过对其ITS和5.8S rDNA全序列进行...     

微藻脂肪酸生物合成的研究进展

本文概述了微藻脂肪酸生物合成的研究进展,主要包括微藻脂肪酸生物合成途径的解析、影响脂肪酸积累的因素以及微藻脂肪酸生物合成基因工程的研究进展等3个方面的内容。具体阐述了化学因素和物理因素对脂肪酸积累的影响,总结了当前通过基因工程手段提高微藻脂肪酸含量的发展思路,同时结合自身的研究成果对微藻脂肪酸生物合成的研究进行了展望。     

培养基限氮和添加钨酸钠对微拟球藻脂肪酸组成的影响

微藻的脂肪酸组成与环境条件密切相关.选取微拟球藻(Nannochloropsis oculata)为对象,比较研究了对培养基限氮和添加钨酸钠时,其脂肪酸组成的变化.结果表明:培养基限氮时,16∶0、16∶1、和18∶1占总脂肪酸的比例均显著提高,其中16∶0和18∶1均在限制96h达到最高值,分别提高了24.77％和95.27％,而20∶4和20∶5则显著降低.添加钨酸钠培养时,16∶0、16∶1、和18∶1占总脂肪酸的比例均显著提高.在钨酸钠浓度为0.1mmol/L时,与对照组相比,18∶1含量提高了1.13倍.该结果与培养基限氮培养时一致.因此,添加钨酸钠可实现氮限制.本研究旨在通过改变培养条件,探索微藻生物量积累后富集油脂的可能性,为微藻生物柴油大规模生产提供理论基础.     

微藻基因诱变研究及应用进展

微藻是单细胞小型光合生物,是自然界最重要的初级生产者,在食品、能源、医药和环境等行业领域有重要应用。微藻生物技术产业发展所需要的优良微藻株系,除了通过筛选获得外,还可以利用基因诱变或者基因工程等方法获得。利用基因诱变方法获得的突变株,不是转基因作物,且具有更适宜生产需要的优良性状。本文主要综述基因诱变在微藻育种中最新的应用研究进展,为微藻产业化研发工作提供参考。     

一株蹄形藻(Kirchneriella sp.)的生长和油脂积累潜力评价

优质产油藻种是实现微藻油脂产业化生产的基础,蹄形藻可以积累高含量的储藏性三酰甘油,但其是否具有微藻油脂开发潜力,目前仍然缺少系统的评价。利用形态学和分子技术对分离自暨南大学南湖的一株微藻进行鉴定,通过设置4种硝酸钠浓度(3.6、9.0、18.0和36.0 mmol/L),测定生物质浓度、总脂含量、脂肪酸组成、光合效率等指标,评价该藻株的产油能力,并利用现有模型,计算生物柴油的质量参数。经鉴定该藻株为蹄形藻JNU-3201 (Kirchneriella sp. JNU-3201),在整个培养周期内,其碳水化合物含量(干重)均低于20%,蛋白质含量呈降低趋势,总脂含量逐渐增加,说明脂类是该藻的主要储能物质;主要脂肪酸包括油酸(C18︰1)、棕榈酸(C16︰0)和亚油酸(C18︰2);该藻株的生长和油脂含量明显受氮素水平影响,在最低氮浓度条件下(3.6mmol/L),获得最高总脂含量(46.92%±1.52%,干重),在最高氮浓度条件下(36.0mmol/L),获得最高生物质浓度[(6.53±0.11)g/L],在18.0 mmol/L条件下,获得最高总脂产量[(2.43±0.06) g/L...     

微藻制氢的研究进展

化石能源的不可再生性和使用过程中造成的环境污染使开发新能源变得非常迫切。氢是理想的能源,因此,利用微藻制氢具有诱人前景。本文综述了微藻光合制氢技术的研究历史、固氮酶和可逆产氢酶的产氢机制及研究进展;介绍了基于微藻的硫缺乏生理调控而发展起来的一步法与两步法光解制氢的方式;指出了利用微藻可逆产氢酶两步法间接光水解制氢最具开发潜力;分析了实现微藻光合制氢的限制因子和存在的问题;归纳了今后的主要研究方向。     

生物制氢研究进展

目前, 世界上利用的能源90%以上都是“化石能源”(如石油、煤炭和天然气等)。随着人类不断利用这些不可再生的“化石能源”, 它将会逐渐枯竭, 且其燃烧形成的产物(如CO2和SO2等)造成的严重环境污染(如温室效应和酸雨), 也有害于人类健康。因此, 人类正面临着能源紧缺和环境污染的双重压力。为满足能源需求量日益增长和环境保护的需要, 我们必须寻找环保型的可再生能源来替代“化石能源” 以满足人类对能源的需求。 在各种可再生能源中氢能将有可能替代“化石能源”,成为未来能源利用的主要形式。氢能具有许多优点:①氢能燃烧时只生成水, 不产生任何污染物, 甚至连CO2也不会产生, 实现真正的“零污染” 和“零排放”;②氢能的能量密度高, 放热高达122 kJ/g, 是焦炭放热的4.5倍, 汽油的2.68倍;③氢能可经济有效的输送和储存, 可以利用已有的天然气管道输送, 输送成本低, 甚至优于输电, 因为输送氢能不会产生如电能输送过程中所产生的能量损耗;氢能的存储也比较简便, 其中储氢合金材料就是一种非常理想的储氢方法, 该方法储氢能力强、运输方便、操作容易, 且安全可靠。在利用储氢合金进行储氢时, 还可用以进行制冷或采暖(Kulkova et al., 2006), 因为储氢材料在吸氢时放热, 在放氢时吸热。正因为氢能具有如此多的优点, 许多大的跨国公司开始对制氢技术高度关注, 如主要汽车制造商(通用、福特、戴姆勒-克莱斯勒等)对开发以氢能作为燃料的汽车投入大量的人力和物力;宝马公司从20世纪70年代就开始研制以氢能为能源的汽车, 宝马公司现在已拥有了时速达240km的氢能汽车(Munro,2003)。同时, 一些发达国家的科研院所的科学家们对氢能的制备方法、制氢机制以及提高产氢量等进行了大量的研究。     

微藻的应用概述

微藻太阳能利用效率高、个体小、营养丰富、生长繁殖迅速、对环境的适应能力强、容易培养,因此受到人们的重视。微藻的培养开始于18世纪末,当时培养的种类是栅藻和小球藻等淡水藻类,目的是作为植物生理学的试验材料。到了第二次世界大战期间及战后时期,由于粮食缺乏,...     

自然水样微型藻类遗传多样性的方法学研究

以海洋微型藻类为研究材料，探索和建立了适用于自然水样中低浓度微型藻类遗传多样性研究的分子生物学方法，为进一步开展海洋微型藻类多样性研究提供了新的分析手段。并在此基础上，对厦门西海域真核藻部分种群的结构特点进行了初步分析。     

不同适温海洋富油微藻在富碳培养条件下的油脂积累特性研究

本实验分别针对3株低温藻株:微拟球藻Nannochloropsis sp.ZL-12、四爿藻Tetraselmis chui ZL-33和小球藻Chlorellasp.ZL-45,3株中温藻株:球等鞭金藻Isochrysis galbana CCMM5001、等鞭金藻Isochrysis sp.CCMM5002和微拟球藻Nannochloropsis sp.CCMM7001,3株高温藻株:微拟球藻Nannochloropsis sp.JN1、绿色巴夫藻Pavlova viridis JN2和海洋小球藻Chlorellasp.JN3,研究了在通入0.03%(空气)、5%、10%3个CO2浓度梯度条件下的生长特性,同时考察了其总酯及中性脂的累积情况。结果显示,富碳培养有利于不同温度条件下9株藻株的生长,除微拟球藻Nannochloropsis sp.CCMM7001最适生长的CO2浓度为5%外,其余8株藻株最适生长的CO2浓度均为10%。在低温和高温条件下,6株海洋富油微藻在通入10%CO2时具有最大生物量产率,在中温条件下球等鞭金藻和等鞭金藻在通入10%CO2时获得最大生物量产率,而微拟球藻在通入5%时获得最大生物量产率,随着CO2浓度的增加,9株藻株的总脂含量和中性脂含量有明显提高。低温和中温藻株的总脂含量高于高温藻株的总脂含量,从中性脂的累积规律来看,9株藻株均在平台期的累积达到最大值,GC-MS分析结果表明,9株微藻适合制备生物柴油的C14~C18系脂肪酸相对含量在不同CO2条件下基本保持不变,维持在90%左右。实验结果显示,所研究的藻株作为富油高固碳优良藻株,具备用于海洋生物质能耦合CO2减排开发的潜力。     

藻类分子生物技术两年评─—与藻类活性物质研究有关的生物技术

根据１９９２年６月－１９９４年６月国内外发表资料，评述海洋藻类活性物质研究的生物技术及最新成果。认为，海洋生物活性物质研究的重心正转向与海洋生物技术有关的研究。运用生物技术筛选、提取并生产藻类活性物质已经成为这一领域的主流。综合文献表明，藻类活性物质的生物技术正走向成熟，大量的活性物质被发现，光生物反应器将成为主要的下游生产技术，通过藻类基因工程生产药物已初现端倪。