产油微藻的筛选评价与诱导油脂积累研究

化石能源的贮备日渐枯竭以及其燃烧所带来的环境中温室气体的增加，是人类面临的两大问题；生物柴油具有碳中性，可再生的的特点，因此其开发利用受到了广泛的关注。在众多的生物质能源中，微藻具有光合速率高、生长速率快、油脂含量高等优点。而且，与其他油料作物相比，微藻单位面积产量高，还可以在海水、咸水或半咸水中生长，被认为是化石燃料唯一的潜在的替代品。然而，生产成本高制约了微藻生物柴油的规模化生产。 藻种的筛选是降低成本的首个关键环节，藻株的性状直接决定了生物柴油制备各环节的技术要求，而且为了实现规模化培养，在筛选时需要对藻株耐受性进行评价。同时，通过环境调控提高微藻细胞内油脂含量也是降低成本的途径之一。已有大量研究表明，微藻生物量和油脂含量易受环境条件的调控。为此我们进行了藻株分离纯化及产油微藻的筛选，获得到具有生产生物柴油的潜力藻株；研究了不同盐度、光照、温度变化条件下富油微藻的光合能力，细胞生长的变化。并在此基础上优化培养条件，提高微藻油脂产量。研究了缺氮培养对五株微藻生长和油脂积累的影响，并进一步研究了低氮浓度对东营小球藻生长及油脂积累的影响。获得的主要结果如下： 首先，对中国境内山东、四川、云南、海南等多个地区及渤、黄海采集的水样进行藻种的分离筛选,得到单克隆200余个，纯化藻株52株。用三角锥形瓶逐级扩大培养藻株，对其中48株微藻的生长、油脂含量、脂肪酸的组成进行了测定。48株微藻的总脂含量在6%-32%之间；总脂含量20%以上的有19株。其中海洋微藻平均总脂含量为18%，高于淡水微藻的平均总脂含量13%。筛选得到总脂含量大于30%，且生长速率快的一株东营小球藻(Chlorella sp.，编号IOAC746S)。 在大量筛选的基础上，选取5株富油微藻：金藻724S（Isochrysis sp.），球等鞭金藻(Isochrysis galbana Parke)，微拟球藻（Nannochloropsis sp.）、东营小球藻(Chlorella sp.)，小球藻688S（Chlorella capsulata Guillard），利用叶绿素荧光仪研究其对盐度、光照及温度的耐受性。研究结果表明，高盐胁迫条件下，5株微藻的最大光化学效率（FV/FM），光合性能指数（PIABS）均呈现显著的下降但是下降的幅度不同，5株微藻最适合的盐度范围分别是：20‰，20~32‰，32~40‰，20~32‰，20‰。可以看出微拟球藻（Nannochloropsis sp.）表现出较好的盐度适应性。进一步细化盐度范围，通过生长曲线得出最佳的盐度条件分别为：18‰，25‰，35‰，28‰，20‰。 通过分析强弱光驯化后的快速光曲线，对5株微藻的强光耐受性进行初步比较，结果表明：经强光驯化后，两株金藻最大电子传递效率rETRmax，半饱和光强IK及光抑制参数β下降的幅度均高于三株绿藻，而初始斜率α下降的幅度小于后者，表现出较好的强光可塑性，其中以球等鞭金藻(Isochrysis galbana Parke)的耐受性最高，微拟球藻及东营小球藻无显著性差异，小球藻688S（Chlorellacapsulate Guilllard）强光耐受性最差。 温度实验结果表明：高温胁迫条件下，最大光化学效率FV/FM，光合性能指数PIABS均明显降低，且随着胁迫温度的升高，下降的幅度逐步增大。五株藻下降的幅度不同，其中微拟球藻和东营小球藻下降的幅度最大。J点的可变荧光VJ、QA被还原的速率MO随着胁迫温度的增高而上升，五株藻上升的幅度不同：微拟球藻和东营小球藻上升的幅度最大，其次为小球藻688S，以金藻724S上升的幅度最小。结果表明三株绿藻对温度的耐受性低于两株金藻，金藻724S为温度耐受性高的潜力藻株。 氮浓度梯度实验表明：缺氮是诱导油脂积累最有效方法之一。5株微藻在二步缺氮培养中，除球等鞭金藻外，其他藻株在缺氮培养中，油脂含量均显著高于正常培养组，其中，东营小球藻（Chlorella sp.）缺氮下油脂含量达到39.3%，比正常培养提高了23.7%。更进一步对东营小球藻进行氮浓度梯度实验，结果表明：18.75mg/L的NaNO3浓度下，小球藻的生物量及油脂含量均高于其他处理组。