[发明专利]一种通过光调节降低光对微藻利用有机碳源的抑制提高其兼养生长速率的方法

说明书

本发明涉及一种通过光调节降低光对微藻利用有机碳源的抑制提高其兼养生长速率的方法，所述方法通过在兼养培养过程不同阶段依据有机碳源的消耗调节合适的光强，在初始阶段有机碳源浓度较高时选择低光强，随着碳源的消耗逐渐提高光强，可以有效地解除光对微藻利用有机碳源的抑制，显著提高微藻在兼养培养下的生长速率及相关产物的积累。本发明提供的方法可以显著提高微藻兼养培养过程有机碳源的利用速率和利用效率，有效地缩短培养周期，提高培养过程中的生物量及相关产物的产率，有效地降低微藻及微藻相关产品的生产成本。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体地，本发明涉及一种通过光调节降低光对微藻利用有机碳源的抑制提高其兼养生长速率的方法。

背景技术

微藻是一类可利用光合作用生长的微生物，可积累大量的蛋白质、油脂、碳水化合物及其他生物活性物质，具有较好的应用前景和经济价值。作为光合自养微生物，微藻通常采用自养培养的方式进行培养，但是自养培养过程由于受光限制，生长速率较慢且最终生物量较低。部分藻类可以利用有机碳源进行异养代谢，通过利用有机碳源作为能量来源和碳源，微藻可以有效地解除自养培养过程中光供应不足的限制，其生长速率远高于自养培养，使得培养周期大大缩短，且细胞密度得到极大提升。兼养培养是一种同时给细胞提供光能和有机碳源的一种培养模式，在此条件下，细胞可以同时进行光合作用和呼吸作用，因此可以将自养和异养培养的优势相结合，在提高细胞生长速率的同时，还可以积累相关的光诱导产物。

在微藻的兼养培养过程中，糖代谢对细胞生长的促进作用较光合作用更加重要，在兼养培养过程中处于主导地位，因此，提高兼养培养过程中糖的利用和代谢效率，对于提高细胞的生长速率及产物的积累具有重要意义。但是，众多研究发现，兼养培养下光对糖的利用效率具有显著的抑制作用(①Kamiya A.,Kowallik W.,Photoinhibition of glucoseuptake in Chlorella.Plant Cell Physiol,1987,28:611–619.②Wan M,Liu P,Xia J,etal.(2011)The effect of mixotrophy on microalgal growth,lipid content,andexpression levels of three pathway genes in Chlorella sorokiniana.ApplMicrobiol Biotechnol 91,835–844.③Xiao Y,Guo J,Zhu H,et al.,Inhibition ofglucose assimilation in Auxenochlorella protothecoides by light.BiotechnolBiofuels,2020,13:146.)。我们之前的研究发现，光不仅影响微藻细胞对糖的利用速率(单位时间消耗糖的量)，对糖的利用率(消耗的糖与初始糖浓度的比)也有显著的抑制作用，比如在利用5g/L的葡萄糖培养小球藻时，在黑暗及低光强(15μmol/m²/s)下，葡萄糖可以完全被利用，但是当光强增加到30和90μmol/m²/s时，葡萄糖的利用率分别降低到了73.90和44.78％。光对糖利用及代谢的抑制作用大大降低了兼养培养过程中糖的利用效率，进而影响微藻生物量的积累，同时使得培养成本增加。

发明内容

本发明的目的是针对微藻兼养培养过程中光对细胞利用有机碳源的抑制作用，通过实时监测培养过程中的有机碳源浓度变化，调节合适的光强，以解除在有机碳源充足条件下光对有机碳源利用的抑制；同时，随着有机碳源的不断消耗，其浓度逐渐降低，在低浓度下，通过增加光强，可弥补由于有机碳源供应不足导致的细胞生长速率的减慢，进而可以大大提高微藻兼养培养过程的细胞产率及有机碳源利用效率，对于提高微藻的培养效率、降低微藻的培养成本具有显著的促进。同时，本发明提供的方法适应范围光，操作简单，易于推广与应用。

为实现上述目的，本发明提供一种通过光调节降低光对微藻利用有机碳源的抑制提高其兼养生长速率的方法，包括以下步骤：

(1)在光生物反应器中，加入含有机碳源的微藻培养基，灭菌；