高脂微藻的選育研究進(jìn)展.pdf

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1、第35卷第4期東北電力大學(xué)學(xué)報Vo1．35．No．42015年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2015文章編號：1005—2992(2015)04-0047-05高脂微藻的選育研究進(jìn)展趙睛瀟，陳雪梅，馬林2(1．東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，吉林吉林132012；2．中國石油吉林石化化工動力一廠，吉林吉林132022)摘要：生物柴油具備與石油柴油相近的性能，最近作為一種可再生的替代能源受到人們的普遍關(guān)注。用藻類生產(chǎn)生物燃料可以保持碳平衡，而且進(jìn)行生產(chǎn)時可利用相對小而貧瘠的荒地，不與農(nóng)爭地。因此，藻類是用來生產(chǎn)生物柴油的最佳原料。本文從野外采集分

2、離篩選、優(yōu)化培養(yǎng)、基因工程構(gòu)建高脂微藻三個方面對高脂微藻的選育的國內(nèi)外進(jìn)展進(jìn)行了介紹，并對構(gòu)建工程微藻過程中面臨的問題和應(yīng)采取的對策進(jìn)行了綜述和展望。關(guān)鍵詞：生物柴油；微藻；基因工程中圖分類號：Q77文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A生物柴油是一種清潔的可再生能源，它是以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黃連木等油料林木果實、工程微藻等油料水生植物以及動物油脂、廢餐飲油等為原料制成的液體燃料，是優(yōu)質(zhì)的石油柴油代用品。目前通過植物作物和動物油脂生產(chǎn)的生物柴油總計只能滿足運輸用油的0．3％。Chisti通過建立數(shù)學(xué)模型和工程計算得出目前來自于作物生產(chǎn)生物柴油取代石化油是不可能的，他指出，唯一可能取代石化油的生物柴油只

3、能是來自于微藻的生物柴油。微藻生物柴油成套技術(shù)涵蓋多個技術(shù)環(huán)節(jié)，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括通過對微藻的篩選和培育以獲得性狀優(yōu)良的高含油量藻種，而后在光生物反應(yīng)器中吸收陽光、CO：等以生成微藻生物質(zhì)，最后經(jīng)過采收、加工，轉(zhuǎn)化為微藻生物柴油。優(yōu)良富油藻種的選育是微藻生產(chǎn)生物柴油效率提高與成本降低的關(guān)鍵，涉及微藻含油量、光合效率、生長速率等的研究，其影響因素包括微藻種類、溫度、pH值、鹽堿度、光照等環(huán)境因子，N、Si、P、S和微量元素等營養(yǎng)因子，以及基因工程改造等。選育時需要滿足油脂含量高、生長速度快、油脂組成品質(zhì)好的要求。其次要易于培養(yǎng)、抗污染能力強、營養(yǎng)要求低、易于采集加工等條件。篩選高脂微

4、藻通常有野外采集分離篩選、優(yōu)化培養(yǎng)、應(yīng)用基因工程技術(shù)構(gòu)建高油脂工程微藻幾種途徑，以下一一詳述。1野外采集分離篩選野外采集分離篩選是指從野外采集分離，進(jìn)而篩選出有產(chǎn)油潛力的株系的一種方法。美國能源部自1978年開始立項利用藻類制備生物柴油的研發(fā)工作，從海洋和湖泊中分離了3000多種藻類，從中篩選出300多種生長快、含油高的硅藻、綠藻和藍(lán)藻等藻種。綠藻屬含油脂量可達(dá)22．5％，硅藻屬含油脂量可達(dá)22．7％，藍(lán)藻屬含油脂量可達(dá)9．8％。在脅迫條件下(光脅迫、營養(yǎng)脅迫)，綠藻屬含油脂量可達(dá)45．7％，硅藻屬含油脂量可達(dá)44．6％，藍(lán)藻屬含油脂量可達(dá)44．6％。而鮮見關(guān)于高油脂藍(lán)藻(原核微藻)的報道

5、。這可能是因為藍(lán)藻大多不以油脂方式儲存能量，很難在生物柴油合成領(lǐng)域被利用。而硅藻和綠藻中碳則多以油脂的形式儲存，經(jīng)過比較簡單的酯交換反應(yīng)就能轉(zhuǎn)化為生物柴油。收稿日期：2015-05-26作者簡介：趙晴瀟(1980一)，女，吉林省吉林市人．東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院高級實驗師，主要研究方向：破骨細(xì)胞分化發(fā)育48東北電力大學(xué)學(xué)報第35卷近年來，中國海洋大學(xué)構(gòu)建的海洋藻類種質(zhì)資源庫，已收集了600余株海洋藻類種質(zhì)資源，目前保存有油脂含量接近70％的微藻品種。以中國科學(xué)院各研究所為代表的相關(guān)研究機構(gòu)在藻種的篩選領(lǐng)域已開展了大量的工作，目前篩選出富油富烴微藻66株。從篩選結(jié)果來看，盡管野生型藻株性狀穩(wěn)

6、定，但在光合效率、生長速度以及抗逆性和能量產(chǎn)出等方面仍無法滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要，相關(guān)性狀有待進(jìn)一步提高。2優(yōu)化培養(yǎng)優(yōu)化培養(yǎng)是指以現(xiàn)有的代謝體系為基礎(chǔ)，通過創(chuàng)造一種生理壓力來調(diào)整代謝流適當(dāng)向油脂合成方向轉(zhuǎn)換，是從生理生化水平對微藻進(jìn)行代謝調(diào)控來增加油脂總產(chǎn)量的方法。通過對碳源、氮源、磷源、鐵離子、硅等的種類或供應(yīng)量的優(yōu)化，摸索出有利于微藻產(chǎn)油的營養(yǎng)條件。2．1碳源對油脂含量的影響Chiu等研究了CO濃度對微綠球藻的生長和脂質(zhì)積累的影響，發(fā)現(xiàn)通入2％CO與通入空氣相比，通人2％CO可以提高微綠球藻的生長速率和生物量，而更高濃度的CO則會抑制微綠球藻的生長。他們對指數(shù)期、穩(wěn)定期早期和穩(wěn)定期的微藻

7、細(xì)胞進(jìn)行脂質(zhì)含量的測定時發(fā)現(xiàn)，脂質(zhì)含量分別占干重的30．8％，39．7％和50．4％[。2．2氮源對油脂含量的影響許多實驗己經(jīng)證明氮缺乏最容易刺激微藻油脂尤其是三酸甘油的積累。YannaLiang等通過對Chlorellavulgaris抑氮培養(yǎng)，藻細(xì)胞脂質(zhì)含量由33％增加到38％。黃建忠等發(fā)現(xiàn)NHNO，、尿素等適合細(xì)胞生長但不適合油脂合成；蛋白胨、牛肉膏不適合細(xì)胞生長但利于油脂合成；酵母膏不僅適宜細(xì)胞生長，也是油脂合成