專利名稱：有效光捕獲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高光合生物利用光的效率。
2.
背景技術(shù)：
光合生物使用來自光的能量形成化學鍵。化學鍵中蘊藏的能量可在日后使用。如此，化學鍵提供了與入射光有關(guān)的能量的儲藏機制。光源通常在一段特定時間內(nèi)是有限的。對于入射光的一定能量密度，光合生物可用光的一部分進行光合作用。一些光不能用于光合作用。一些光可轉(zhuǎn)化成熱。一些光可被吸收，再發(fā)射(例如發(fā)熒光)。一些光可破壞生物。不能用于光合作用的光可能不能轉(zhuǎn)化成生物體內(nèi)儲藏的化學能，因此與這種未轉(zhuǎn)化的光有關(guān)的能量不能用于后續(xù)用途。提高入射光轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)量(例如提高入射光轉(zhuǎn)化成化學鍵的百分比)可提高生物質(zhì)產(chǎn)率，從而提高能后續(xù)使用的入射太陽能的量。
發(fā)明概述各個方面提供了選擇天然和/或野生型光合生物。野生型生物的細胞可能具有與光傳播通過細胞相關(guān)的第一透明度。對所述生物進行誘變，產(chǎn)生一或多種突變的光合生物。 可測定突變生物的細胞透明度，可選擇比野生型生物透明度高的突變生物。在一些情況下，可測定生長速率。一種突變生物和/或多種突變生物(例如生物懸液)可具有比類似野生型更高的生長速率。在一些情況下，多種透明生物或細胞可具有更高的總體生長速率?？梢钥偵镔|(zhì)量(例如干物質(zhì))和/或一些成分或化學物質(zhì)(糖類、 蛋白質(zhì)、脂類、核酸等)的量來測定生長速率。生長速率可包括或?qū)θ肷漭椛?例如光或陽光)的量定標。生物可包括作物，例如玉米、水稻、小麥、甘蔗等。生物可包括喬木，例如白楊、針葉樹、麻風樹屬、棕櫚等。生物可包括禾本科植物，例如大網(wǎng)茅草、柳枝稷、芒草等。生物可包括單細胞生物，例如藻類、硅藻、藍細菌等。在一些情況下，可任選用例如熒光鑒定突變生物。在一些情況下，更透明的生物可比較不透明生物的綠色更淺。可用多種反應(yīng)，例如光系統(tǒng)I反應(yīng)、光系統(tǒng)II反應(yīng)、非光化學淬滅、光合速率、照射閾值等鑒定生物。在一些實施方式中，可改變生物來減少一種或多種光捕獲器官和/或機制的靈敏度。在一些情況下，可改變(例如與光系統(tǒng)II有關(guān)的)光捕獲天線，使其與未改變(例如野生型)生物相比有效性或效率下降。在一些情況下，改變生物可得到對改變光條件適應(yīng)能力下降的改造生物。在一些示例中，這種降低的能力可體現(xiàn)為對低光照條適應(yīng)能力減弱。 可將一些細胞和/或生物描述成“被鎖定為”與高光照水平相關(guān)的適應(yīng)狀態(tài)，盡管其接觸低光照水平?？墒股锿蛔?例如使用誘變)來產(chǎn)生一種或多種生物的突變形式?？筛鶕?jù)一種或多種性質(zhì)篩選突變的形式。在一些情況下，多個突變生物(例如藻類或硅藻的懸液)可比其它等同的野生型生物具有更高透明度和更高的生長速率。
附圖簡要說明

圖1顯示了一些實施方式中光合細胞的示范性飽和反應(yīng)。圖2A和2B顯示了示范性的多個光合細胞光強度的改變。圖3A顯示了示范性懸液。圖;3B是示意圖，顯示經(jīng)多個細胞(例如懸液內(nèi))的光強隨深度的示范性改變。圖4是示意圖，顯示了一些實施方式中透明度提高的效應(yīng)。圖5顯示了一些實施方式中兩種光合速率反應(yīng)的示意性比較。圖6顯示了一些實施方式中光損失隨著光強函數(shù)而變化的示意性比較。圖7顯示了一些實施方式中光化學反應(yīng)的示意性比較。圖8顯示了一些實施方式中透明度隨著細胞密度而變化的示意性比較。圖9顯示了一些實施方式中改變和未改變細胞的轉(zhuǎn)變閾值的示意性比較。圖10顯示了一些實施方式中最大光合速率的示意性比較。圖11顯示了示范性方法。圖12A、12B和12C顯示了野生型(標為WT)和突變的(標為979)樣品在生長1
天后的實驗結(jié)果。圖13A、13B和13C顯示了野生型(標為WT)和突變的(標為979)樣品在生長2
天后的實驗結(jié)果。圖14A、14B和14C顯示了野生型(標為WT)和突變的(標為979)樣品在生長4 天后的實驗結(jié)果。圖15A、15B和15C顯示了野生型(標為WT)和突變的(標為979)樣品在生長7
天后的實驗結(jié)果。圖16顯示了野生型(標為WT)和突變的(標為979)樣品中光照與細胞密度的比較。圖17顯示了野生型(標為WT)和突變的(標為979)樣品中測定的砍與細胞密度的比較。圖18顯示了野生型(標為WT)和突變的(標為979)樣品中測定的Pmax與細胞密度的比較。
發(fā)明詳述許多生物包含進行光合作用的細胞、細胞器、膜等?？筛淖児夂霞毎?，以改變(例如增加或減少)其對光的透明度。細胞的改變包括細胞突變，可包括在細胞上進行PCR誘變、轉(zhuǎn)座子誘變、定點誘變、定向誘變、隨機誘變、插入誘變、靶向誘變等?？赏ㄟ^改變光捕獲天線(LHA)的大小改變透明度。在一些情況下，可通過改變與光系統(tǒng)II (PSII)有關(guān)的LHA提高透明度。第一細胞透明度下降可導致通過第一細胞的光量大于通過第二細胞的光量。如果被第一細胞消散的一部分光沒有通過第一細胞，則第二細胞可加以有效利用。多個透明度提高的細胞可能比類似的透明度下降的(例如天然的)多個細胞具有更高的總光化學效力。可通過減少被吸收、散射、轉(zhuǎn)化、或被非光合反應(yīng)消耗的入射光總量來提高光合細胞群的光捕獲效力。在一些情況下，更透明的細胞群的總或整體生長速率可與較不透明的細胞群的生長速率相等或更高。在一些情況下，更透明的細胞較不容易被破壞，特別是在明亮光照條件下。更透明的細胞更能適應(yīng)改變的光照條件(例如從低光照條件移到高光照條件下)。光合細胞群捕獲光的效力可提高轉(zhuǎn)化成化學鍵的入射能的量。光捕獲效力的提高可體現(xiàn)為產(chǎn)生生物質(zhì)所需的入射能量的減少，這可體現(xiàn)為產(chǎn)生生物質(zhì)衍生產(chǎn)品所需能量的同時減少，例如生物化學物質(zhì)、生物燃料、乙醇、酯、烷烴、營養(yǎng)物、食物、補充物、和/或其它衍生自光合生物的產(chǎn)品。許多光合細胞利用入射光進行光合作用的能力是有限的?？捎行Ю玫蛷姸裙?(例如基本轉(zhuǎn)化成化學能，或與量子或生理學限度所允許的一樣有效轉(zhuǎn)化)。更高強度的光可能會使得生物的光合能力“過載”，導致入射光的相當部分不能為光合作用所用。這些未被使用的光可被吸收，產(chǎn)生熱，破壞生物，或還可被“浪費”。在一些情況下，高強度光會破壞細胞，導致光合效力下降，生長速度減慢，或甚至使細胞死亡。圖1顯示了一些實施方式中一個光合細胞的示范性飽和反應(yīng)。圖1顯示了示意性反應(yīng)100，描述了光合速率110隨著光強120而變化。光合速率110可代表或由以下表示 光合產(chǎn)率、光合效率、電子傳輸速率、脂類產(chǎn)率、生物質(zhì)產(chǎn)率、氧生產(chǎn)、CO2隔離等。光合速率 110可與光系統(tǒng)I和/或II生產(chǎn)相關(guān)。在一些情況下，光合速率110可代表與PSII相關(guān)的電子傳輸速率。反應(yīng)100可包括基本“線性”的模式130和飽和模式140。閾值150可分隔線性模式 130和飽和模式140。閾值150可寬可窄，可憑經(jīng)驗與模式之間的切換相關(guān)。閾值150在多種光合生物-喬木、禾本科植物、玉米、甘蔗、藻類、硅藻、根莖等例如柳枝稷(黍(Panicum))、 大網(wǎng)茅草(例如芒草(Miscanthus))等之間可以是不同的。對于一些藻類(例如微綠球藻 (Nannochloropsis))，閾值150可以接近200 μ mol量子/m2_秒。在一些情況下，可限定相對“最大”光合速率Pmaxl52。閾值150可與光強，例如EklM相關(guān)，其可表示實現(xiàn)最佳光合速率的光照水平。線性模式130可與一定區(qū)域的光強相關(guān)，其中光合速率110與光強120近似線性相關(guān)。線性模式130可鑒定為“光限制性”模式，其中光合產(chǎn)率表觀上被可得的光限制，而不是被細胞本身限制。一些情況下，可用線性模式130的斜率132鑒定生物。對于一些生物，光合速率對強度反應(yīng)的斜率132與光系統(tǒng)II光化學的量子場有關(guān)。斜率132可用一個或多個量度確定(例如參與的02摩爾數(shù)/入射量子數(shù)，轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)的(X)2質(zhì)量/輸入能量等)。飽和模式140的特征可以是一定的光合速率，其低于根據(jù)線性模式130中的反應(yīng)外推(至更高的強度)估計的速率。例如，在強度162下觀察到的光合速率160可低于外推的光合速率164(基于從線性模式130使用例如斜率132外推)。在飽和模式140中接受一定強度(例如強度162)的生物與線性模式130中的生物相比可使用較少百分數(shù)的入射光進行光合。這類接觸可超過生物的光合能力，導致相對較大量的光不被光合作用利用。 這類接觸的特征可以是產(chǎn)率損失170，其可能與實際光合速率和根據(jù)較低強度(例如在光限制性模式中)的產(chǎn)率反應(yīng)預(yù)期的光合速率之間的差異相關(guān)。
可讓光合細胞接觸各種各樣的光強。一些情況下，一種生物可具有一些接觸強光的細胞，而另一些細胞接觸弱光。在一些情況下，單細胞或單細胞生物(例如藻類、硅藻等) 可接觸一定范圍的光強。例如，水中的藻類可從表面(光強處)循環(huán)到光微弱的表面下一定深度。一些實施方式包括使接觸鄰近(或小于)閾值150的生物數(shù)量最大化。圖2A和2B說明了對于示范性的多個光合細胞的光強改變。圖2A顯示了喬木200， 其中一些細胞210接觸強光，而其它細胞220接觸弱光。在一些情況下，細胞210可能至少部分遮蔽細胞220。示范性生物包括杉木、松樹、白楊和其它植物。圖2B顯示了細胞接觸不同光強的光合生物群。作物230可包括一種或多種植物， 其中一些細胞240接觸較強光，而其它細胞250接觸較弱光。示范性作物230包括玉米、燕麥、小麥、大麥、水稻、甘蔗、甜菜、竹、棕櫚、麻風樹、各種禾本科植物，例如大網(wǎng)茅草、鹽生植物(例如米草屬(Spartina)、鹽角草屬(Salicornia)等)和/或其它植物。圖3A顯示了示范性懸液。在該示例中，示范性池塘300有邊和底部，有足夠深度能容納深度為320的懸液310。懸液310的特征是“面朝”光源的表面。在圖3A中，懸液310 的頂面朝向以一定入射方向入射的光330(例如日光)。懸液310的接觸面(例如頂面)的特征是面積340。懸液310可包含液體350和懸浮相360。液體350可包括水介質(zhì)，例如水、海水、淡水、稍帶咸味的水、生長培養(yǎng)基等。懸浮相360可包括懸浮的光合生物，例如藻類、硅藻等。示范性藻類可包括微綠球藻屬的成員。示范性硅藻可包括下列屬的成員舟形藻屬(Navicula)、月形藻屬(Amphora)、 海鏈藻屬(Thallasiosira)、角毛藻屬(Chaetoceros)、菱形藻屬(Nitzschia)、小環(huán)藻屬(Cyclotella)、骨條藻屬(Skeletonema)、褐指藻屬(Phaeodactylum)、曲殼藻屬 (Achnanthes)、圓篩藻屬(Coscinodiscus)、細柱藻屬(Cylindrotheca)、擬菱形藻屬 (Pseudo-Nitzschia)、· _ ■ M (Thalassionema) > M IS. ig M (Hantzschia)、才喬胃■ M (Cymbella)、和/或I3Sammodictyon屬。液體350可包括水性液體，例如水、海水、合成海水、 微咸水、生長培養(yǎng)基等。圖IBB是示意圖，顯示經(jīng)多個細胞(例如懸液內(nèi))的光強隨深度的示范性改變。圖 3B顯示了一組條件下光強120和深度320之間的關(guān)系370。例如關(guān)系370可代表在特定入射光強下，對于具有確定組成的液體內(nèi)一定濃度的某種生物，在懸液310內(nèi)不同深度下測定的光強。第一強度380可能與較淺的深度382(例如在頂面上或附近)有關(guān)，可能是較強的光照條件。第二強度390可能是在較深的深度392下較弱的光強度。懸液內(nèi)的光強可與入射光強成比例。例如，在熱帶的晴天正午，第一強度380可能對應(yīng)于飽和模式140下的強度(圖1)(例如圖1的強度162)，而第二強度390可對應(yīng)于一些生物中的“光限制”模式，例如強度130(圖1)。在不太晴朗的日子(例如多云天氣)，第一強度380可對應(yīng)與閾值150 (圖1)或甚至線性模式130相關(guān)的強度，而第二強度390可對應(yīng)于若更低則不會發(fā)生光合作用的光水平。在一些情況下，第二強度390可對應(yīng)于較暗的 “修復(fù)”強度，此時光合細胞修復(fù)自身損傷。在特定的日子和時間，一些細胞可能會“過度接觸”光，一些細胞可能與光“接觸不足”，而一些細胞可能會接受最佳光量(例如在閾值150 處或附近的強度)。許多光合生物適應(yīng)或順應(yīng)不同光照條件。在一些情況下，處于弱光強下相當時間 (例如數(shù)小時或數(shù)天)的細胞可適應(yīng)這些弱光條件，且可提高其對光的靈敏度。處于高強度(例如晴天的強度380)下的細胞可適應(yīng)強光條件，且可降低其對光的靈敏度。在一些情況下，可通過調(diào)節(jié)一種或多種光捕獲天線(LHA)來調(diào)節(jié)靈敏度。可調(diào)節(jié)紫黃質(zhì)-葉綠素a蛋白(VCP)來調(diào)整靈敏度。已適應(yīng)弱光條件的細胞可能具有“敏化”LHA。使這樣的“敏化”細胞接觸亮光可使 LHA飽和或“過載”，可能導致相當部分的入射亮光不能用于光合。在一些情況下，亮光可能導致非光化學淬滅(NPQ)量增加和/或NPQ對光合吸收的比例增加。在一些情況下，高強度可能損傷適應(yīng)弱強度的細胞。適應(yīng)強光的細胞可能不如適應(yīng)弱光的細胞所收集的弱光多。在一些情況下，響應(yīng)強光細胞可能減少光捕獲天線的“收獲”，并導致相對較大部分的光通過細胞而不被天線吸收。在一些情況下，LHA靈敏度的下降可能體現(xiàn)為與具有標準LHA(例如野生型)的細胞的特征性斜率相比，斜率132減小(圖1)。接近入射光源(例如在樹或懸液頂部)的細胞可吸收一些入射光，而一部分入射光可通過細胞到達最近細胞之下或其后的“被遮蔽”的細胞。通過第一細胞的光可被第二細胞吸收。在一些實施方式中，減少單個細胞吸收的光量，或更具體的，通過使經(jīng)非光合途徑 (例如NPQ)吸收的光量最小化，可提高多個光合細胞的總效率。在一些實施方式中，對多個細胞進行工程改造，降低LHA靈敏度從而提高透明度。通過使經(jīng)非光合機制(例如NPQ，光作為熱散逸，離子化，損傷等)的光散射和/或吸收最小化，未用于第一細胞光合作用的光可通過第一細胞，為第二細胞所用。在一些情況下，單個細胞捕獲光的能力降低可提高細胞群的總效率。光捕獲效率的降低導致更多光傳播通過細胞，從而增加其它細胞可獲得的光。LHA效率的降低可體現(xiàn)為細胞(和/或多個這類細胞)透明度的增加。圖4是示意圖，顯示了一些實施方式中提高透明度的效果。圖4顯示了測定的光強120中的兩種變化隨著兩種懸液中的深度410而變化，且可以通過測定懸液不同深度下 (或與面對光的表面的距離)的光強來測定。第一生物WT420可以是天然、野生型或其它未改變的生物。第二生物PGM 430可以包括改變的透明度，在一些情況下，其特征可以是與 WT420相比透明度提高。PGM430細胞的懸液可減弱的光比WT420細胞的對應(yīng)懸液少，如圖 4所示。在一些實施方式中，可通過減少LHA的尺寸和/或數(shù)量提高透明度。在一些情況下，可通過減少細胞中的葉綠素量(例如與一種或多種LHA相關(guān)的葉綠素量)提高透明度。 在一些情況下，可通過減少光系統(tǒng)I相關(guān)器官中的葉綠素量提高透明度。在一些情況下，可通過減少光系統(tǒng)II (PSII)相關(guān)器官中的葉綠素量提高透明度。在一些情況下，可通過減少與LHA結(jié)合/或在其內(nèi)的類胡蘿卜素(例如紫黃質(zhì))量提高透明度。圖5顯示了一些實施方式中兩種光合速率反應(yīng)的示意性比較。圖5是光合速率 110隨著入射光強120變化的示意圖。在一些實施方式中，光合速率110與光系統(tǒng)II電子傳輸速率相關(guān)。圖5比較了兩種生物，野生型WT420和改造生物PGM430的反應(yīng)。在一些實施方式中，在一種或多種光強下，PGM430可比WT420實現(xiàn)更高光合速率110。在一些情況下，PGM430比WT420具有更高的最大光合速率。PGM 430可具有以斜率532為特征的線性模式，其低于WT420的對應(yīng)斜率522。在一些情況下，PGM430具有的閾值550比WT420的對應(yīng)閾值560高。在高光強下(例如在閾值MO以上)，PGM 430具有的斜率高于WT420。在一些特定高光強下，WT420的光合速率會隨著強度增加而下降，而PGM430在這些強度下的光合速率沒有下降如此多，或甚至完全不下降。圖6顯示了一些實施方式中光損失隨著光強函數(shù)變化的示意性比較。光損失600 定義為入射到一個細胞上不為光合作用使用的光量。光損失600可與各種散逸機制，例如 NPQ，光轉(zhuǎn)化成熱，光誘導離子化等有關(guān)。在一些實施方式中，特定是在高光強下，未改變的生物WT420可能比改變的生物PGM430損失或散逸更多光。圖7顯示了一些實施方式中光化學反應(yīng)的示意性比較。光化學反應(yīng)700可包括諸如光系統(tǒng)I電子傳遞速率的反應(yīng)。在一些實施方式中，WT420和PGM430可能具有相似的光化學反應(yīng)700。在一些情況下，WT420和PGM430可顯示相似的第一光化學反應(yīng)(例如PS I 電子傳遞速率)，而具有不同的第二光化學反應(yīng)(例如PS II電子傳遞速率)。在一些實施方式中，PGM430可顯示與WT420不同的光化學反應(yīng)700(例如更高的斜率和/或更高的最大值)。在一些情況下，這種差異可能隨時間增加(例如接觸時間，生長時間，復(fù)制等)。這種差異可能隨光照強度改變。圖8顯示了一些實施方式中透明度隨著細胞密度變化的示意性比較?？蓽y定透明度800，作為入射光強、深度、細胞密度(例如細胞數(shù)/液體體積)等的函數(shù)?？捎镁哂写_定程長和光強的裝置測定透明度?？赏ㄟ^測定懸液內(nèi)一個或多個點的光強隨著入射強度的變化，測定透明度?？捎眉毎芏葴y定值(例如在一定體積內(nèi)進行的細胞計數(shù))區(qū)分影響透明度的因子(例如細胞透明度對細胞數(shù))。在一些情況下，細胞密度810可包括與細胞復(fù)制相關(guān)的反應(yīng)(例如新細胞生長)和/或適應(yīng)光條件(例如細胞密度)。在一些情況下，細胞密度810可包括與適應(yīng)光的細胞相關(guān)的反應(yīng)(例如高細胞密度和對應(yīng)的平均強度降低可引起LHA器官的適應(yīng))。在一種或多種細胞密度810下，改變的生物PGM430與未改變的生物WT420相比具有提高的透明度。提高的透明度可體現(xiàn)為，與未改變生物的懸液內(nèi)等價的測定值(例如在相等細胞密度下)相比，在改變生物的懸液中一個點處測定的光強提高。圖9顯示了一些實施方式中改變和未改變細胞傳播閾值的示意性轉(zhuǎn)換。圖9示意性比較了改變的生物PGM430反應(yīng)與未改變生物WT420的反應(yīng)。圖9中顯示了作為閾值150 的示范性轉(zhuǎn)換，雖然可能也使用了其它轉(zhuǎn)換(例如mo。在一些情況下，轉(zhuǎn)換可以用最佳光合生產(chǎn)率的光照水平確定。在一些情況下，提高的細胞密度可能與細胞生長有關(guān)。圖10顯示了一些實施方式中最大光合速率的示意性比較。圖10示意性比較了改變的生物PGM430反應(yīng)與未改變生物WT420的反應(yīng)。在該實施例中，顯示Pmax 152的提取值隨著細胞密度810而變化。圖11顯示了示范性方法。在步驟1110中選擇一種起始(例如天然或野生型)生物。在步驟1120中，使生物突變(例如使用誘變)來產(chǎn)生一種或多種突變生物。在步驟 1130中可比較所述生物的一種或多種性質(zhì)，其中包括篩選一種或多種突變的生物。篩選包括使用熒光活化細胞篩揀以基于一些光學性質(zhì)選擇細胞。一些實施方式包括基于表型的篩選。在一些情況下，可改變特定的基因序列(例如可將減少光捕獲天線效力的基因序列引入生物)。要篩選和比較的性質(zhì)可包括透明度、閾值、Pmax、PSII性質(zhì)、PSI性質(zhì)、NPQ等。在一些情況下，性質(zhì)可包括光學性質(zhì)，可以包括能迅速篩選和/或測定的性質(zhì)。在一些情況下，可用快速可篩選性質(zhì)(例如透明度)篩選生物。還可進一步篩選所選亞組需要更長評估時間的性質(zhì)(例如生長速率)。在任選步驟1140中，可比較生長速率?？稍诓襟E1150中選擇一種或多種突變的生物。在一些情況下，所選生物比野生型等價物具有更高的生長速率，還可具有某些將其與野生型生物相區(qū)分的性質(zhì)(例如步驟1130中所測定的)。所選突變生物可具有提高的透明度、更高的PSII ETR、較低NPQ、更淺的顏色、不同熒光譜和/或強度等。在一些實施方式，可對細胞進行誘變，并培養(yǎng)突變的細胞?？蛇x擇與天然細胞相比透明度提高的突變細胞。在一些情況下，可進一步根據(jù)生長速率(例如選擇具有最高生長速率的培養(yǎng)物)篩選透明度提高的細胞。在一些情況下，選擇在高光照條件和高細胞密度下具有高生長速率的培養(yǎng)物。實施例1
用ICR-191隨機誘變
對微綠球藻(Nannochloropsis sp.)(例如海洋微綠球藻 (NannochloropsisOceanica))進行突變并測定其性質(zhì)。
ICR-191制成0. IN過濾滅菌的HCl中濃度為lmg/ml的儲液。細胞生長到對數(shù)期中期， 稀釋到IO6細胞/ml。在20ml稀釋的培養(yǎng)液中加入40 μ 1 ICR-191儲液。將燒瓶置于搖床上，以50μπιΟ1量子m2 s—1照明。培養(yǎng)7天后，用生長培養(yǎng)基洗滌細胞兩次，再鋪到瓊脂平板上。在板上生長3-4周后，選擇相對淺綠色的菌落，重懸浮在培養(yǎng)液中，然后重新鋪在新鮮瓊脂平板上。光合作用的熒光和光學顯微鏡分析
用Dual-PAM(WaliEffeltrich，德國)在培養(yǎng)物生長溫度下記錄脈沖調(diào)幅(PAM)熒光。 用Dual-PAM中內(nèi)建的紅色LED對樣品進行可見光照明。在全部測定之前，樣品在樣品室中暗適應(yīng)最少10分鐘。任何給定光化學發(fā)光下PSII的實際光化學效力計算成Fm’-Fs/Fm’。 相對PSII ETR計算成PSII的實際光化學效力和光化學發(fā)光的乘積。NPQ計算成Fm-Fm’ / Fm’。除了 PSII ETR外，同時測量PSI ETR0任何給定光化學發(fā)光下的PSI光化學效力計算成1-(Y(ND)+Y(NA))。然后PSI ETR計算成Y(I)和光化學發(fā)光的乘積。圖12A、12B和12C顯示了生長1日后野生型(標為WT)和突變(標為979)樣品的實驗結(jié)果。圖12A顯示了作為發(fā)光函數(shù)的PSII電子傳遞速率(ETR)數(shù)據(jù)。圖12B顯示了作為發(fā)光函數(shù)的NPQ數(shù)據(jù)。圖12C顯示了作為發(fā)光函數(shù)的PSI ETR0圖13A、13B和13C顯示了生長2日后野生型(標為WT)和突變(標為979)樣品的實驗結(jié)果。圖13A顯示了作為發(fā)光函數(shù)的PSII電子傳遞速率(ETR)數(shù)據(jù)。圖1 顯示了作為發(fā)光函數(shù)的NPQ數(shù)據(jù)。圖13C顯示了作為發(fā)光函數(shù)的PSI ETR0圖14A、14B和14C顯示了生長4日后野生型(標為WT)和突變(標為979)樣品的實驗結(jié)果。圖14A顯示了作為發(fā)光函數(shù)的PSII電子傳遞速率(ETR)數(shù)據(jù)。圖14B顯示了作為發(fā)光函數(shù)的NPQ數(shù)據(jù)。圖14C顯示了作為發(fā)光函數(shù)的PSI ETR0圖15A、15B和15C顯示了生長7日后野生型(標為WT)和突變(標為979)樣品的實驗結(jié)果。圖15A顯示了作為發(fā)光函數(shù)的PSII電子傳遞速率(ETR)數(shù)據(jù)。圖15B顯示了作為發(fā)光函數(shù)的NPQ數(shù)據(jù)。圖15C顯示了作為發(fā)光函數(shù)的PSI ETR0圖16顯示了野生型(標為WT)和突變的(標為979)樣品中光照對細胞密度的比較。在該實施例中，“發(fā)光”一般描述了給定入射強度下懸液內(nèi)一定點測得的光強。在不同生長時間長度下測定樣品，一般對應(yīng)于圖12-15中所示的天數(shù)。突變的樣品979在給定細胞密度下與野生型樣品WT相比獲得更強的測定光強(更高發(fā)光)。圖17顯示了野生型(標為WT)和突變的(標為979)樣品中測定的砍與細胞密度的比較。在該實施例中，用圖12-15的PSII ETR結(jié)果估計砍。突變樣品979在給定細胞密度下一般顯示更高的砍。圖18顯示了野生型(標為WT)和突變的(標為979)樣品中測定的Pmax與細胞密度的比較。在該實施例中，Pmax是最大表觀光合速率，用圖12-15的PSII ETR結(jié)果估算。 突變樣品979在給定細胞密度下一般顯示更高的Pmax。—些實施方式包括感應(yīng)各種參數(shù)(例如光強、濃度、深度、光合速率、澄清度、pH、 質(zhì)量、等電常數(shù)、透明度、濁度、時間、日期和其它特征)的傳感器。儀器可監(jiān)測各種傳感器， 可用自動控制(螺線管、風動、壓電等)驅(qū)動系統(tǒng)。一些實施方式包括與處理器和內(nèi)存相連的計算機可讀存儲介質(zhì)?？捎商幚砥鲌?zhí)行儲存在計算機可讀存儲介質(zhì)內(nèi)的可執(zhí)行指令，完成本文所述的各種方法。傳感器和致動器可與處理器相連，從而輸入和接受與各種方法相關(guān)的指令。一些指令通過提供輸入的耦合傳感器和接受指令調(diào)節(jié)參數(shù)的耦合致動器提供了各種參數(shù)的閉路控制。一些實施方式包括材料?？捎商穷悺⒅?、和/或其它根據(jù)不同實施方式從細胞和方法衍生的生物質(zhì)合成生物燃料。上述描述是說明性而不是限制性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀了本說明書后將明白本發(fā)明的許多變化。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)參照以上的說明決定，而應(yīng)參照所附權(quán)利要求及其等同物的全部范圍決定。
權(quán)利要求
1.一種篩選光合生物的方法，所述方法包括選擇第一種具有第一透明度的光合生物，所述第一透明度與通過第一光合生物的光傳播有關(guān)；對第一光合生物進行誘變，產(chǎn)生一或多種第二光合生物；測定第二透明度，所述第二透明度與通過至少一種所述第二光合生物的光傳播有關(guān)；禾口選擇一種或多種第二透明度高于第一透明度的所述第二光合生物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 測定第一光合生物的第一生長速率；測定至少一種第二光合生物的第二生長速率；和選擇一種或多種第二光合生物，所述第二光合生物具有大于第一生長速率的第二生長速率。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，至少一種具有大于第一生長速率的第二生長速率的第二光合生物具有比第一透明度高的第二透明度。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，一種或多種生長速率包括總生物質(zhì)量的測量值。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，一種或多種生長速率包括脂質(zhì)生產(chǎn)的測量值。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光合生物包括任何作物、禾本科植物、喬木、根莖、硅藻、藍細菌、和藻類。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光合生物包括藻類。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，第一光合生物包括微綠球藻屬的成員。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述透明度用可見光模式測定。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一光合生物的顏色是第一種綠色， 至少一種所選第二光合生物比第一種綠色淺。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一種所選的第二光合生物比第一光合生物的光捕獲天線效力低。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一種第二光合生物比第一光合生物在第一照射下具有更高的PSII電子傳遞速率。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一照射與第一光合生物的飽和模式有關(guān)。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一種第二光合生物在第一照射下與非光化學淬滅相關(guān)值比第一光合生物小。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一種第二光合生物比第一光合生物的照射閾值高。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，至少一種第二光合生物比第一光合生物的最大光合速率高。
17.一種提高光合生物光捕獲效率的方法，所述方法包括 選擇第一光合生物；對第一光合生物進行誘變，產(chǎn)生一或多種第二光合生物； 測定與第一光合生物的光捕獲器官相關(guān)的第一靈敏度； 測定與至少一種第二光合生物的光捕獲器官相關(guān)的第二靈敏度；和選擇第二光合生物，其中第二靈敏度低于第一靈敏度。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一光合生物包括藻類。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述藻類包括微綠球藻屬的成員。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述靈敏度包括適應(yīng)改變光水平的能力， 且第二光合生物比第一光合生物適應(yīng)改變光水平的能力低。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一和第二靈敏度之間的差異隨著照射強度的降低而增加。
22.多個遺傳改變的光合細胞，所述細胞具有比基本相當?shù)亩鄠€未遺傳改變的光合細胞更高的透明度；和比基本相當?shù)亩鄠€未遺傳改變的光合細胞更高的綜合生長率。
23.如權(quán)利要求22所述的多個細胞，其特征在于，所述細胞是同一生物的一部分。
24.如權(quán)利要求23所述的多個細胞，其特征在于，所述生物包括任何作物、喬木和禾本科植物。
25.如權(quán)利要求22所述的多個細胞，其特征在于，所述細胞包括藻類細胞。
26.如權(quán)利要求22所述的多個細胞，其特征在于，所述細胞包括硅藻。
27.如權(quán)利要求22所述的多個細胞，其特征在于，所述細胞包括藍細菌。
全文摘要
本說明書各方面提供了遺傳改造的光合細胞。在一些情況下，通過減少被吸收但不用于光合作用的入射光量可提高光合細胞的綜合光捕獲效率。在一些情況下，當由于非光合作用的吸收減少時，提高透明度可能與提高的光捕獲效率有關(guān)。各種光捕獲天線器官的接受力減少可提高透明度。在一些情況下，可降低生物適應(yīng)不同光水平的能力，而在另一些情況下，可降低改造生物對低光輻照適應(yīng)的能力。
文檔編號C12N15/01GK102459585SQ201080027531
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月4日
發(fā)明者B·維克, S·貝利, Y·Y·丹 申請人:奧羅拉生物燃料股份有限公司