[发明专利]一种利用碳酸氢盐强化微藻固碳路径提高积脂效率的方法

说明书

本发明公开了一种利用碳酸氢盐强化微藻固碳路径提高积脂效率的方法。该方法包括如下步骤：(1)以低浓度碳酸氢盐驯化培养微藻株获得低浓度碳酸氢盐适应性种子液；(2)将驯化微藻种子液接入以中浓度碳酸氢盐为唯一碳源的培养体系调控强化微藻C4固碳路径；(3)解析微藻C4固碳路径调控酶酶活与胞内脂质含量相关性，确定强化C4固碳路径对积脂效率的提高作用。本发明利用碳酸氢盐作为碳源，可使培养体系pH维持在利于微藻生长范围内，并且强化了微藻C4固碳路径，为脂质合成积累提供了前驱物，大大提高了油脂富集效率，操作简便，成本较低，可辐射应用于具有C4固碳路径的相关藻类生产脂质及其他需碳有益功能组分。

技术领域

本发明属于微藻生物技术和微藻培养领域，具体涉及一种利用碳酸氢盐强化微藻固碳路径提高积脂效率的方法。

背景技术

微藻(如绿藻属、硅藻属、盐藻属、金藻属、栅藻属等)具有生长周期短、环境适应性强及光合作用效率高等优势，能通过光合作用将固定的碳转化为脂质，其不仅是炼制生物柴油的理想原料，而且是医药、食品、化妆品等领域功能脂质的重要来源。目前，微藻脂质产率与工业化应用尚存在较大差距，其主要原因之一在于对微藻固碳机制认知不足，无法从其根本有效地提高微藻油脂合成积累效率。

近年来，国内外研究学者针对微藻固碳路径开展了大量研究，证实根据微藻最初固碳产物不同可将微藻固碳路径分为C3和C4路径。微藻C3固碳路径研究已较为透彻，而C4固碳路径存在的证据和功能作用也正逐渐被发掘。尤其随着诸多藻株，如N.oceanicaIMET1、N.gaditana CCMP526和N.oceanica CCMP1779基因组测序的完成，相继在IMET1和CCMP526中发现了潜在的C4固碳基因(如磷酸烯醇丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶、丙酮酸磷酸双激酶、NADP-苹果酸酶、NAD-苹果酸酶、NAD-苹果酸脱氢酶等)。进一步研究证实，将C4固碳路径酶基因导入水稻和烟草等C3植物，其生物量积累有显著性提高；对C4固碳植物(如高粱、玉米、大黍等)进行高温、缺水、干旱处理后，发现除生物量有所提高外，氮更多地流向C4固碳路径，生存性能获得进一步提高，说明具有C4固碳路径的植物对高温、干旱具有更强的耐受性。在大型藻类中，C4固碳路径的功能作用和植物有相似之处，都有增加碳固定、促进生长和耐受某些胁迫的作用。

然而，目前微藻中C4固碳路径的调控及功能作用研究鲜有报道。那么微藻中C4固碳路径如何启动、加强以及C4固碳路径的加强对微藻的脂质积累会否有增强作用呢？据相关文献报道发现：通过磷酸烯醇丙酮酸羧化酶酶活表征并结合基因表达分析得出黑藻C4固碳途径在低浓度CO₂诱导条件下被启动；在不同温度、CO₂浓度和氮源浓度条件下，通过对东海原甲藻细胞中的碳酸酐酶、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶酶活的测定，发现低浓度CO₂条件下也可启动C4固碳路径。然而，尽管低浓度CO₂能有效启动微藻C4固碳路径，但因低浓度CO₂供给易造成CO₂分压低，直接作为碳源应用于pH接近中性的微藻培养时，CO₂溶解传质能力不足，将造成部分CO₂损失；此外气液相CO₂接近平衡，培养液pH偏低，对微藻固碳过程产生抑制作用，最终导致微藻固碳效率低以及微藻利用固定的碳转化胞内高附加值效率低。

发明内容

针对现有技术的微藻固碳效率低以及微藻利用固定的碳转化胞内高附加值效率低等技术问题，本发明提供一种利用碳酸氢盐强化微藻固碳路径提高积脂效率的方法，采用碳酸氢盐作为唯一碳源，能够使培养体系pH维持在利于微藻生长范围内，并且强化了微藻C4固碳路径，驱动碳流流向脂质路径，为脂质合成积累提供了前驱物，显著提高了油脂富集效率，操作简便，成本较低，可辐射应用于具有C4固碳路径的相关藻类生产脂质及其他有益功能组分。

本发明的技术方案为：