微擬球藻中的dcmu抗性的制作方法
【專利摘要】本文提供控制水生環(huán)境中生長的藻類密度的示例性方法。一些示例性方法包括向水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的3-(3,4-二氯苯基)-1,1-二甲基脲(DCMU)應(yīng)用于，其中所述藻類包括微擬球藻屬。所述藻類還包括扁藻屬和/或小球藻屬藻類。有效量的施加可導(dǎo)致水生環(huán)境中DCMU的大致濃度為100納摩爾-1500納摩爾。此外，所述水生環(huán)境可包括海水、淡水或其混合物。
【專利說明】微擬球藻中的DCMU抗性
[0001]發(fā)明人:B?維克(Bertrand Vick), S ?百利(Shaun Bailey)和 J ?莫斯利(JeffreyMoseley)
[0002]相關(guān)申請的交叉引用
[0003]本申請要求2011年6月7日提交的題為“DCMU Resistance inNannochloropsis (微擬球藻中的DCMU抗性)”的美國臨時專利申請序列號61/494，330的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，所述專利申請通過引用納入本文。
[0004]發(fā)明背景
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005]本發(fā)明涉及生化，更具體地涉及藻類養(yǎng)殖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文提供控制水生環(huán)境中生長的藻類密度的示例性方法。一些示例性方法包括向水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的3-(3，4-二氯苯基)-1，1-二甲基脲(DCMU)，其中所述藻類包括微擬球藻(Nannochloropsis)屬。所述藻類還可包括扁藻(Tetraselmis)屬和/或小球藻(Chlorella)屬。所述有效量的施加可引起水生環(huán)境中DCMU的大致濃度為100納摩爾-1500納摩爾。此外，水生環(huán)境可包括海水、淡水或其混合物。
[0007]控制水生環(huán)境中生長的藻類密度的其它示例性方法可包括向該水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU，其中所述藻類包括微擬球藻屬，且其中所述有效量的施加引起水生環(huán)境中DCMU的大致濃度`為100納摩爾-1500納摩爾，且其中所述有效量抑制不超過約20%的微擬球藻生長。
[0008]控制水生環(huán)境中生長的藻類密度的其它示例性方法可包括向該水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU，其中所述藻類包括微擬球藻屬，且其中有效量的施加引起水生環(huán)境中DCMU的大致濃度為0.38微摩爾-1.55微摩爾，且其中所述有效量抑制不超過約20%的微擬球藻生長，且其中DCMU的有效量抑制超過約75%的扁藻生長。
[0009]附圖簡要說明
[0010]圖1顯示在微擬球藻屬藻類(“W2” )上施加50微摩爾量子HT25T1光化光。
[0011]圖2顯示在小球藻屬藻類上施加50微摩爾量子HT25T1光化光。
[0012]圖3是對比圖2所示的小球藻屬藻類的污染物種百分比的相對熒光上升圖。
[0013]圖4顯示微擬球藻(“W2” )中更高DCMU耐受程度的遺傳基礎(chǔ)。
[0014]圖5顯示向水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU的示例性方法的流程圖。
[0015]圖6顯示扁藻屬藻類在6個100萬升開放池管道系統(tǒng)中的存在。
[0016]發(fā)明詳述
[0017]如本文所證明，發(fā)明人已開發(fā)并創(chuàng)新了系統(tǒng)和方法以研究微擬球藻屬藻類對3-(3，4-二氯苯基)-1，1-二甲基脲(DCMU)的高抗性。他們發(fā)明了用于從多種生長系統(tǒng)保持DCMU敏感性入侵光養(yǎng)生物的系統(tǒng)和方法。此外，發(fā)明人定量了培養(yǎng)物受入侵藻類物種污染的程度，包括證明在低水平DCMU存在下，培養(yǎng)物中入侵物種的分?jǐn)?shù)與低光化輻照度下的熒光上升之間有線性關(guān)系。此外，發(fā)明人鑒定了微擬球藻對DCMU的更高耐受程度的遺傳基礎(chǔ)。
[0018]3-(3，4-二氯苯基)_1，1-二甲基脲(“DCMU”)是有效針對大部分已知產(chǎn)氧光養(yǎng)生物的寬范圍植物除草劑。其作用模式是通過結(jié)合光系統(tǒng)II ( “PSII”)上的QB結(jié)合口袋來抑制光合電子傳遞。一旦結(jié)合，DCMU阻礙質(zhì)體醌結(jié)合，從而阻止電子從PSII傳遞出去。
[0019]DCMU通常在0.1微摩爾-50微摩爾的濃度范圍即時有效。然而，本文中發(fā)明人發(fā)現(xiàn)微擬球藻屬藻類一般需要更高濃度和相對較長孵育期以發(fā)生DCMU作用。濃度為100納摩爾時，微擬球藻在24小時孵育期后似乎對DCMU完全耐受。
[0020]圖1顯示在微擬球藻屬藻類(“W2” )上施加50微摩爾量子HT25T1光化光。
[0021]圖2顯示在小球藻屬藻類上施加50微摩爾量子HT25T1光化光。
[0022]就發(fā)明人從墨西哥場地受入侵的池分離的小球藻而言，DCMU在100納摩爾濃度時具有強除草作用。這在圖2中得到證明，其中50微摩爾量子HT25T1光化光完全關(guān)閉了小球藻中的PSII反應(yīng)中心，但對微擬球藻幾乎沒有影響，如圖1所示。
[0023]圖3是對比圖2所示的小球藻屬藻類的污染物種百分比的相對熒光上升圖。圖3中，通過強飽和脈沖期間觀察到的相比最大產(chǎn)出熒光的相對熒光上升發(fā)現(xiàn)光化光的影響，在用于小球藻培養(yǎng)物的低水平光化光處理期間，微擬球藻培養(yǎng)物中沒有出現(xiàn)相同上升。在此，如圖3所示，發(fā)明人觀察到污染藻類程度和熒光上升之間的線性關(guān)系。
[0024]圖4顯示微擬球藻(“ W2”)對DCMU的更高耐受程度的遺傳基礎(chǔ)。圖4明確地顯示相較其它生物而言的微擬球藻中PSII的Dl多肽的氨基酸序列。該蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)結(jié)合質(zhì)體醌并因此結(jié)合DCMU。如圖4所示，所有產(chǎn)氧光養(yǎng)生物中的Dl多肽在氨基酸水平極高度保守，所述產(chǎn)氧光養(yǎng)生物包括高等植物、藻類和藍細(xì)菌。將微擬球藻肽序列與來自其它光養(yǎng)生物的Dl序列對齊時，在227-231位明顯具有四氨基酸取代(即EDGV)。已知此區(qū)域在Dl多肽的QB結(jié)合口袋中。
[0025]圖5顯示向水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU的示例性方法500的流程圖。
[0026]在步驟510中，對水生環(huán)境或藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)接種微擬球藻(注:若已存在微擬球藻，例如有微擬球藻的現(xiàn)有池、容器、光生物反應(yīng)器等，則可跳過步驟510)。根據(jù)不同的示例性實施方式，所述藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)可以是開放池、封閉池和/或光生物反應(yīng)器。此外，微擬球藻培養(yǎng)可包括一種或多種微擬球藻屬種類。戶外微擬球藻培養(yǎng)可由添加初始少量的微擬球藻的純單種藻(幾乎不含不需要的污染生物)來起始。如此接種物可在受控環(huán)境(如實驗室或封閉系統(tǒng))中廣生。
[0027]在步驟515中，使微擬球藻在藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)中生長。根據(jù)不同的實施方式,微擬球藻培養(yǎng)可需要光(天然或人工供給)以供生長和營養(yǎng)提供。其它參數(shù)如PH應(yīng)在可接受范圍內(nèi)。微擬球藻生長通常需要的基本元素可包括碳、氧、氫、氮、硫、磷、鉀、鎂、鐵和痕量的數(shù)種其它元素。
[0028]可使微擬球藻生長所需的營養(yǎng)物包含在水中，隨后在稀釋水中供給，或獨立于稀釋水來供給，所提供的濃度足以使微擬球藻生長并達到所需終密度。產(chǎn)生指定的微擬球藻密度所需的營養(yǎng)物的量可由該營養(yǎng)物的細(xì)胞份額確定。即，通過由營養(yǎng)物中所含元素組成的藻類干重百分比來確定。細(xì)胞份額的倒數(shù)稱為該營養(yǎng)物或元素的藻類生長潛力。例如，若所需終密度是I克/升并且考慮微擬球藻種類在其生物質(zhì)中包含百分之十(10%)的氮(即細(xì)胞份額為0.1)，則培養(yǎng)中的氮原子的初始濃度應(yīng)至少為0.1克/升。可對所有營養(yǎng)物進行相同計算以確立其在培養(yǎng)中的初始濃度。
[0029]在不同的實施方式中,可就微擬球藻的生長對用于大量培養(yǎng)藻類的各種系統(tǒng)進行優(yōu)化。微擬球藻可接觸的時間平均光強度可通過設(shè)備的混合強度和光學(xué)深度變化來調(diào)整。在面板形模塊光生物反應(yīng)器中，后者可通過控制2個連續(xù)面板間的距離來實行。另一方面，開放池的光學(xué)深度可以是所述池的深度。類似地，封閉光生物反應(yīng)器中的溫度可通過間接熱交換的方式來精確控制。開放池中，可通過調(diào)整培養(yǎng)深度來控制溫度。2-10天后，根據(jù)光強度、溫度和起始接種量，微擬球藻可達到生產(chǎn)操作密度。
[0030] 一旦微擬球藻生長到所需密度，根據(jù)一些實施方式，其可被移出(并可用新接種物來開始新培養(yǎng))，或可按指定方案或速率進行稀釋。在所述第一種情況下，培養(yǎng)可以成批模式進行并可能需要頻繁再接種。在所述后一種情況下，培養(yǎng)可根據(jù)稀釋實行方式以連續(xù)或半連續(xù)方式進行。例如，假定所需稀釋率是每天百分之五十(50%)的培養(yǎng)體積，培養(yǎng)稀釋可在數(shù)種技術(shù)中的一種或多種中發(fā)生。培養(yǎng)稀釋可以恒定或可變速率在一天(或一天的部分)中連續(xù)發(fā)生?；蛘撸囵B(yǎng)稀釋能每天一次地半連續(xù)發(fā)生(即，每天移出百分之五十(50%)的培養(yǎng)物并在短時間內(nèi)用新的生長培養(yǎng)基替代)；兩天一次半連續(xù)發(fā)生(即，每天在兩個不同時間移出培養(yǎng)物，每次移出百分之二十五(25%)的培養(yǎng)物)；或在一天內(nèi)以任何其它所需的頻率半連續(xù)發(fā)生。在一些實施方式中，培養(yǎng)稀釋可包括從所述生長系統(tǒng)移出微擬球藻培養(yǎng)基(無論在開放池或是封閉光生物反應(yīng)器中)，并用新鮮培養(yǎng)基替代該部分，所述培養(yǎng)基可包含兩次連續(xù)稀釋間足以供所述微擬球藻生長的全部營養(yǎng)物。
[0031]在步驟520中，在所述藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)被接種微擬球藻之后和/或所述微擬球藻生長到所需密度之后，可觀察所述藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)(如用肉眼目測、顯微鏡觀察和/或分析觀察，包括取樣和樣品分析)?？擅糠昼?、每小時、每天、每隔一天、每周三次、每周和/或在任何其它合適的基礎(chǔ)進行這種觀察或取樣。就此過程而言，可關(guān)于與實際和/或所需的微擬球藻密度或微擬球藻優(yōu)勢相比的捕食者和/或入侵者的相對水平或量來做出一個或多個確定。
[0032]在步驟525中，對藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)中的微擬球藻優(yōu)勢是否受到捕食者和/或入侵者的挑戰(zhàn)做出確定。根據(jù)此確定，可決定是否施加有效量的DCMU。如果捕食者和/或入侵者的水平或量少于指定水平，則可繼續(xù)觀察所述藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)而不需施加DCMU。
[0033]在步驟530中，若捕食者和/或入侵者的水平或量超過了實際或所需水平，則對所述藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU。一個示例性方法是向所述水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的3-(3,4-二氯苯基)-1，1-二甲基脲(DCMU)，其中所述藻類包括微擬球藻屬。所述藻類還可包括扁藻屬和/或小球藻屬藻類。有效量的施加可導(dǎo)致所述水生環(huán)境中DCMU的大致濃度為100納摩爾-1500納摩爾。此外，水生環(huán)境可包括海水、淡水或其混合物。
[0034]控制水生環(huán)境中生長的藻類密度的其它示例性方法可包括對所述水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU，其中所述藻類包括微擬球藻屬，且其中有效量的施加導(dǎo)致所述水生環(huán)境中DCMU的大致濃度為100納摩爾-1500納摩爾，且其中所述有效量抑制不超過約20%的微擬球藻生長。
[0035]控制水生環(huán)境中生長的藻類密度的其它示例性方法可包括對在所述水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU，其中所述藻類包括微擬球藻屬，且其中有效量的施加導(dǎo)致所述水生環(huán)境中DCMU的大致濃度為0.38微摩爾-1.55微摩爾，且其中所述有效量抑制不超過約20%的微擬球藻生長，且其中DCMU的有效量抑制超過約75%的扁藻生長。
[0036]一般而言，如果微擬球藻的密度或優(yōu)勢增加，而同時捕食者和/或入侵者的存在減少，則可推定DCMU的施加有效(即有效方案)。
[0037]不同的實施方式可包括向水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括通信接口、計算機可讀存儲介質(zhì)和處理器。所述計算機可讀存儲介質(zhì)還可包括由處理器執(zhí)行的指令。所述由處理器執(zhí)行的指令使處理器向藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU。所述處理器可執(zhí)行本文所述的其它指令，并仍保持在所預(yù)期的實施方式的范圍內(nèi)。
[0038]另一個實施方式可包括具有計算機可讀代碼的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀代碼用于操作計算機向藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU。計算機可讀存儲介質(zhì)的示例可包括磁盤、記憶卡、服務(wù)器和/或計算機光盤。指令可由處理器檢索和執(zhí)行。指令的一些示例包括軟件、程序代碼和固件。指令一般在由處理器執(zhí)行時具有操作性，以指導(dǎo)處理器按本發(fā)明實施方式操作。盡管可設(shè)置多種模塊來實施本文所述的一些或所有的各個步驟，可提供更少或更多的模塊，并且仍落在不同實施方式的范圍內(nèi)。
[0039]實施例1
[0040]圖6顯示扁藻屬`藻類在6個100萬升開放池管道系統(tǒng)中的存在。發(fā)明人在現(xiàn)場研究地使用市售可得的DCMU來殺死頑固性雜草扁藻屬藻類。向6個100萬升開放池管道系統(tǒng)給予DCMU，其中微擬球藻培養(yǎng)物以每升約270毫克的密度培養(yǎng)。所述池中的扁藻入侵如圖6所示，并在表2中以質(zhì)量百分比定量。所述質(zhì)量百分比越高，扁藻入侵越高。所述6個100萬升開放池管道系統(tǒng)在圖6、表1和表2中標(biāo)為池Al、池A2、池A3、池B1、池B2和池B3。在此時間段內(nèi)觀察到2次扁藻“爆發(fā)”，而表1顯示有效殺死大部分(如果不是全部)攻擊型扁藻的DCMU水平(以克計)。
[0041]表1
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種控制水生環(huán)境中生長的藻類密度的方法，所述方法包括: 向所述水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的3-(3，4- 二氯苯基)_1，1- 二甲基脲(DCMU),其中所述藻類包括微擬球藻(Nannochloropsis)屬。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述藻類包括扁藻(Tetraselmis)屬。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述藻類包括小球藻(Chlorella)屬。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有效量的施加導(dǎo)致所述水生環(huán)境中DCMU的大致濃度為100納摩爾-1500納摩爾。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水生環(huán)境包括海水。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水生環(huán)境包括淡水。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水生環(huán)境包括海水和淡水的混合物。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水生環(huán)境中DCMU的有效量約為100納摩爾。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述DCMU的有效量抑制超過約75%的小球藻生長。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述DCMU的有效量抑制超過約75%的扁藻生長。`
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述水生環(huán)境是開放池。
12.—種控制水生環(huán)境中生長的藻類密度的方法，所述方法包括: 向所述水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU，其中所述藻類包括微擬球藻屬，其中所述有效量的施加導(dǎo)致所述水生環(huán)境中DCMU的大致濃度為100納摩爾-1500納摩爾，且其中所述有效量抑制不超過約20%的微擬球藻生長。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述水生環(huán)境包括海水。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述水生環(huán)境包括淡水。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述水生環(huán)境包括海水和淡水的混合物。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述DCMU的有效量抑制超過約75%的小球藻生長。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述DCMU的有效量抑制超過約75%的扁藻生長。
18.—種控制水生環(huán)境中生長的藻類密度的方法，所述方法包括: 向所述水生環(huán)境中生長的藻類的密集處施加有效量的DCMU，其中所述藻類包括微擬球藻屬，其中所述有效量的施加導(dǎo)致所述水生環(huán)境中DCMU的大致濃度為0.38微摩爾-1.55微摩爾，且其中所述有效量抑制不超過約20%的微擬球藻生長，且其中所述DCMU的有效量抑制超過約75%的扁藻生長。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述水生環(huán)境包括海水。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述水生環(huán)境包括淡水。
【文檔編號】C12N1/12GK103687938SQ201280036398
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月7日
【發(fā)明者】B·維克, S·百利, J·莫斯利 申請人:奧羅拉藻類股份有限公司