本發(fā)明屬于微生物工程領(lǐng)域,具體涉及一種耐受高PH的凱氏擬小球藻及其培養(yǎng)應(yīng)用。
背景技術(shù):
隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,大量的化石能源的使用和消耗,導(dǎo)致能源的短缺和環(huán)境的日益惡化,特別是CO2的急劇增加引起的溫室效應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)重,微藻的生長(zhǎng)周期短、光合效率高,CO2固定效率高,一定條件下可達(dá)陸生植物的10 倍以上,不僅可以減少CO2排放,同時(shí)也降低了培養(yǎng)成本;除CO2外,廢氣中的一些SOx、NOx 等成分也隨著微藻的代謝被凈化處理,有效減少有害氣體排放,因此利用微藻油脂作為原料生產(chǎn)的生物柴油是目前最有可能滿足世界運(yùn)輸所需燃料的可再生能源。
目前對(duì)于小球藻、柵藻等產(chǎn)油微藻研究的較多。CN20110144545.6公開了一株?yáng)旁逶逯辏撛逯甑纳L(zhǎng)可利用人工培養(yǎng)基或經(jīng)適當(dāng)處理的廢水生長(zhǎng),其特點(diǎn)是油脂產(chǎn)率高于目前大多數(shù)分藻株,該藻株應(yīng)用領(lǐng)域包括CO2的固定,廢水的凈化,油脂、蛋白質(zhì)、色素、淀粉、多糖、核酸的生產(chǎn)。CN20120154470.4公開了一株富油海洋微藻微擬球藻( Nannochloropsis gaditana )藻株及其應(yīng)用,該藻株可在pH=4.5的環(huán)境下正常生長(zhǎng),其油脂含量可達(dá)35%。CN20111019480.X公開了一株微藻藻株(Mychonases sp .)及其用于生產(chǎn)生物柴油的應(yīng)用,利用該藻株可生產(chǎn)高附加值的多不飽和脂肪酸,包括亞麻酸 C18:3和神經(jīng)酸C24:1,其在獲得生物柴油的同時(shí),獲得高附加值的副產(chǎn)品。CN102703326A公開了一種高CO2耐受性和固定率的微藻及其選育方法,但該專利所提供的藻株并未涉及該藻株的油脂含量。上述專利要么不能高效利用CO2生產(chǎn)油脂,要么獲得的生物質(zhì)中油脂含量不夠高。特別是在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)環(huán)境中CO2體積分?jǐn)?shù)大于5v%時(shí),大部分微藻的生長(zhǎng)將受到抑制,固碳效率低;同時(shí)一般微藻在中性條件下適宜生長(zhǎng),在偏酸性或者偏堿性的條件下不利于微藻的生長(zhǎng),而微藻利用CO2一般是以溶解在水中的HCO3-離子形式存在的,二氧化碳在中性環(huán)境下溶解度低,不利于藻類吸收利用。
擬小球藻屬是由Krienitz, et al.提出的一個(gè)新的屬,他通過(guò)對(duì)小球藻屬的凱氏小球藻科核糖體小亞基團(tuán)(SSU rDNA)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)分析,提出將小球藻屬中的凱氏小球藻(C. kessleri)劃分到小球藻屬,改名為凱氏擬小球藻,與擬小球藻(P. beijerinckii)、胡斯擬小球藻(P.hussii)共同構(gòu)成了一個(gè)新屬擬小球藻屬。擬小球藻屬與小球藻屬之間的形態(tài)極為相似,僅在細(xì)胞壁的超微結(jié)構(gòu)方面有細(xì)微差異,與小球藻屬相比,凱氏擬小球藻細(xì)胞壁的電子透明度較低。但在18S rDNA及ITS序列上差異明顯。
目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于凱氏擬小球藻的報(bào)道比較少,江麗麗等人在(一株產(chǎn)油微藻的篩選及分子鑒定,水生生物學(xué)報(bào),2013年第4期 606-612頁(yè))報(bào)道一株產(chǎn)油微藻HY-6,為球狀單細(xì)胞,具有1個(gè)明顯的蛋白核,杯狀色素體周生,從而初步判斷該藻株可能屬于小球藻屬(Chlorella)或擬小球藻屬(Parachlorella);18S rDNA及ITS系統(tǒng)學(xué)分析表明HY-6與小球藻屬分為兩個(gè)不同的進(jìn)化支,但與凱氏擬小球藻(Parachlorella kessleri)的親緣關(guān)系較近,且具有較高的自展支持率,因此將其鑒定為凱氏擬小球藻(P.kessleri),總脂單位體積產(chǎn)率最高達(dá)50.8mg/(L.d),是一株具有潛力的產(chǎn)油微藻。但是,該凱氏擬小球藻只適合在中性PH下生長(zhǎng),并未涉及該凱氏小球藻耐受高PH的能力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種耐受高PH的凱氏擬小球藻及其培養(yǎng)應(yīng)用。本發(fā)明選育的凱氏擬小球藻在高PH值下能夠更好的吸收利用二氧化碳,快速生長(zhǎng)繁殖,解決了現(xiàn)有凱氏擬小球藻只能在中性PH下生長(zhǎng),而中性PH條件下存在二氧化碳溶解度小、固定二氧化碳效率低的問(wèn)題。
本發(fā)明耐受高PH的凱氏擬小球藻,為凱氏擬小球藻突變株FSH-Y3,其分類命名為Parachlorella kessleri,已于2014年5月26日保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心,保藏編號(hào)為CGMCC No. 9238。
本發(fā)明提供的凱氏擬小球藻FSH-Y3在顯微鏡下藻細(xì)胞為球形、橢圓形,內(nèi)有一個(gè)周生、杯狀或片狀的色素體;無(wú)性繁殖,每個(gè)細(xì)胞可以產(chǎn)生2、4、8或16個(gè)似親孢子,成熟時(shí)母細(xì)胞破裂,孢子逸出,長(zhǎng)大后即為新個(gè)體。
本發(fā)明提供的凱氏擬小球藻FSH-Y3可以耐受的PH值為10~12,在此PH值條件下的生長(zhǎng)速率比原始凱氏擬小球藻快2~5倍。
本發(fā)明提供的凱氏擬小球藻FSH-Y3藻株的18S rDNA基因測(cè)序分析結(jié)果見序列表。根據(jù)序列比對(duì),本發(fā)明FSH-Y3藻株與已公布的擬小球藻藻株的18S rDNA數(shù)據(jù)存在差異。
本發(fā)明提供的凱氏擬小球藻FSH-Y3,在高PH生長(zhǎng)時(shí)能增加二氧化碳的溶解度,增加擬小球藻光合作用中對(duì)二氧化碳的固定,對(duì)二氧化碳的減排有顯著作用。凱氏擬小球藻的生長(zhǎng)需要吸收二氧化碳,一般來(lái)說(shuō),二氧化碳的溶解性與溶液的酸堿性有一定的關(guān)系,二氧化碳在堿性溶液中溶解度顯著升高。因此,所獲得凱氏擬小球藻FSH-Y3可耐受高PH值的環(huán)境,而在高PH值環(huán)境下可以溶解更多的二氧化碳,提高了藻株對(duì)二氧化碳的固定效率,對(duì)控制二氧化碳污染的溫室效應(yīng)具有重要意義。
本發(fā)明耐受高PH的凱氏擬小球藻的選育方法,包括以下內(nèi)容:
(1)配制凱氏擬小球藻生長(zhǎng)的BG11培養(yǎng)基;
(2)接種原始凱氏擬小球藻,經(jīng)光照和黑暗周期誘導(dǎo),對(duì)原始凱氏擬小球藻進(jìn)行活化;
(3)取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的凱氏擬小球藻進(jìn)行紫外誘變,然后進(jìn)行暗培養(yǎng);
(4)將暗培養(yǎng)后的藻液用新鮮培養(yǎng)液稀釋后涂布到固體培養(yǎng)基上進(jìn)行光照培養(yǎng);
(5)挑取生長(zhǎng)迅速的單藻落接種到BG11培養(yǎng)液中進(jìn)行初篩,培養(yǎng)液的PH為8.0~9.0;
(6)將步驟(5)初篩的藻液,接種到逐級(jí)提高PH的培養(yǎng)液中進(jìn)行馴化培養(yǎng),每次PH提高0.5~1.0,篩選獲得耐受高PH的藻株。
在步驟(1)中,將配制好的BG11培養(yǎng)基分裝在50~250mL的錐形瓶中,每瓶裝液量為20~100mL,用透氣膜封口,包上牛皮紙。將上述培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌,在溫度121℃,壓力0.1MPa下滅菌20~30分鐘。
在步驟(2)中,按接種液與培養(yǎng)液的體積比為1:10~1:5接種,操作在無(wú)菌間進(jìn)行,接種后將培養(yǎng)液搖勻,用透氣膜包好。所述的光照和黑暗周期誘導(dǎo)是在22~32℃的恒溫光照反應(yīng)搖床中進(jìn)行,光暗反應(yīng)周期為24h,光暗時(shí)間比為14:10;搖床轉(zhuǎn)速為80~160rpm,培養(yǎng)4~7天,獲得活化的原始凱氏擬小球藻藻液。
在步驟(3)中,取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的藻液5~10mL置于無(wú)菌培養(yǎng)皿中進(jìn)行紫外誘變,藻液在培養(yǎng)皿底面鋪一薄層,培養(yǎng)皿放在無(wú)菌的暗室中,打開皿蓋。在磁力攪拌下,用30w的紫外燈照射誘變,照射時(shí)間為10~20min,紫外燈與培養(yǎng)皿的距離為15~25cm,照射致死率為60%~80%。照射后蓋上皿蓋,用不透光的紙包好培養(yǎng)皿進(jìn)行暗培養(yǎng),暗反應(yīng)的培養(yǎng)溫度為20~30℃,培養(yǎng)時(shí)間為24~72h。
在步驟(4)中,將步驟(3)暗反應(yīng)后的藻液用BG11新鮮培養(yǎng)基稀釋10~10000倍,吸取0.1~0.3mL涂布到BG11固體瓊脂平板(瓊脂含量為1%~2%)上。在光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng),培養(yǎng)溫度為20~30℃,光照強(qiáng)度為1000~5000Lux,光暗反應(yīng)周期為24h,光暗時(shí)間比為14:10,培養(yǎng)時(shí)間為10~15d。挑選在平板上長(zhǎng)得比較大、顏色比較深、生長(zhǎng)迅速的單藻落進(jìn)行篩選。
在步驟(5)中,在恒溫光照搖床中培養(yǎng),搖床轉(zhuǎn)速為60~180rpm,光照強(qiáng)度為1000~5000Lux,光暗反應(yīng)周期為24h,培養(yǎng)溫度為20~30℃,光暗時(shí)間比為14:10,培養(yǎng)時(shí)間為10~15d天。培養(yǎng)結(jié)束后,測(cè)定藻液的OD680值,由于與生物量細(xì)胞干重具有很好的線性關(guān)系,根據(jù)OD680的大小來(lái)進(jìn)行藻種的篩選,選出OD值比較大的耐受高PH的藻株,進(jìn)行馴化篩選。
在步驟(6)中,以1:10~1:5的比例將步驟(5)中挑選的藻落接種到培養(yǎng)基中。采用逐級(jí)提高PH值的方式進(jìn)行馴化培養(yǎng),初始PH為8.0~9.0,每次PH提高0.5~1.0,每提高一次在相同條件下培養(yǎng)24~96h,選擇出OD值比較大的耐受高PH的藻液,獲得耐受PH為10~12的藻株。
本發(fā)明的凱氏擬小球藻在固定CO2中的應(yīng)用。該藻株能夠耐受高達(dá)40v%的CO2濃度,具有較高的CO2固定效率。
本發(fā)明的凱氏擬小球藻在生產(chǎn)微藻油脂中的應(yīng)用。該藻株在PH為10~12的生長(zhǎng)條件下,細(xì)胞總脂含量可占細(xì)胞干重的40%以上,能夠進(jìn)行生物柴油的生產(chǎn)。
本發(fā)明的凱氏擬小球藻在高PH下生產(chǎn)微藻油脂同時(shí)固定CO2中的應(yīng)用。該藻株可以在PH為10~12的生長(zhǎng)條件下固定二氧化碳并進(jìn)行光照自養(yǎng)生長(zhǎng)獲取富含油脂的生物質(zhì),該藻株可以利用BG11、SE等淡水培養(yǎng)基培養(yǎng),培養(yǎng)的光照強(qiáng)度1500~20000Lux,溫度為15~40℃,培養(yǎng)液的初始PH為8.0~9.0,每次PH提高0.5~1.0,直至提高至10~12,培養(yǎng)7天進(jìn)入穩(wěn)定期,收獲藻細(xì)胞。經(jīng)檢測(cè),細(xì)胞總脂含量占細(xì)胞干重的40%以上。
與現(xiàn)有藻株相比,本發(fā)明可以帶來(lái)以下有益效果:
1、通過(guò)紫外誘變和逐級(jí)提高PH馴化篩選的方法選育獲得凱氏擬小球藻,獲得耐受高PH的凱氏擬小球藻突變株。與原始藻株相比,原始藻株在PH達(dá)到10以上時(shí)生長(zhǎng)緩慢,或者停止生長(zhǎng)甚至死亡,而本發(fā)明選育的凱氏擬小球藻能夠耐受的PH可達(dá)10~12,在PH值為10~12的條件下生長(zhǎng)速率提高了2~5倍。
2、本發(fā)明的凱氏擬小球藻在高PH值下能夠增加二氧化碳的溶解度,增加光合作用中對(duì)二氧化碳的固定,更好的吸收利用二氧化碳,對(duì)二氧化碳的減排有顯著作用,解決了現(xiàn)有凱氏擬小球藻只能在中性PH下生長(zhǎng),而中性PH條件下存在二氧化碳溶解度小、固定二氧化碳效率低的問(wèn)題。同時(shí),在高PH值培養(yǎng)凱氏擬小球藻時(shí),可以有效抑制凱氏擬小球藻生長(zhǎng)過(guò)程中雜菌的生長(zhǎng)。
3、本發(fā)明方法采用逐級(jí)提高PH值的方式馴化篩選耐受高PH的藻種,避免了一次提高PH篩選帶來(lái)藻種的損傷,造成誘變篩選的失敗,保證了逐級(jí)馴化的可靠性和提高了誘變?cè)逯甑倪z傳穩(wěn)定性。以O(shè)D680值作為生物量和生長(zhǎng)速率的衡量指標(biāo),具有直觀便捷的特征,保證了在較短時(shí)間內(nèi)較高的篩選量。
生物材料保藏說(shuō)明
本發(fā)明提供的凱氏擬小球藻突變株(Parachlorella kessleri)FSH-Y3,保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心;地址:北京市朝陽(yáng)區(qū)北辰西路1號(hào)院3號(hào) 中國(guó)科學(xué)院微生物研究所;保藏編號(hào):CGMCC No. 9238;保藏日期:2014年5月26日。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明中,v%為體積分?jǐn)?shù)。
實(shí)施例1 凱氏擬小球藻突變株FSH-Y3分離和篩選
本發(fā)明原始凱氏擬小球藻藻株是2011年11月從遼寧省撫順市渾河采集的水樣中通過(guò)平板劃線的方式分離出來(lái)的野生凱氏擬小球藻,編號(hào)為FSH-3。對(duì)原始凱氏擬小球藻藻株FSH-3進(jìn)行紫外誘變和馴化培養(yǎng)選育耐受高PH的凱氏擬小球藻突變株FSH-Y3。
本發(fā)明凱氏擬小球藻突變株FSH-Y3的獲得方式具體如下:
(1)配制BG11培養(yǎng)基,將配制好的BG11培養(yǎng)基分裝在250mL搖瓶中,每瓶裝液量為100mL,用透氣膜封口,牛皮紙包好,置于121℃,0.1MPa下滅菌30分鐘。所述BG11培養(yǎng)基組成如表1、表2所示。
表1 BG11培養(yǎng)基
*表2 表1中A5+Co solution的組成
(2)在無(wú)菌條件下,吸取原始凱氏擬小球藻藻液FSH-3約10mL接種到上述滅菌后的搖瓶中,將搖瓶置于恒溫光照搖床中培養(yǎng)。搖床的轉(zhuǎn)速設(shè)置為120rpm,溫度為25℃,設(shè)置光暗培養(yǎng)周期為24h,光暗反應(yīng)時(shí)間比為14:10,光照強(qiáng)度為5000Lux。
(3)在光照搖床中培養(yǎng)5天后,藻液進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,此時(shí)吸取藻液10mL于滅菌后的培養(yǎng)皿中,使藻液在培養(yǎng)皿底部平鋪一薄層,在磁力攪拌下放在紫外燈下進(jìn)行照射,紫外燈功率為30w,照射距離為15cm,照射時(shí)間15min,照射完后蓋上皿蓋,用不透光的紙包好,在25℃下暗培養(yǎng)2天,致死率為75%。
(4)將暗反應(yīng)培養(yǎng)的藻液用新鮮培養(yǎng)液稀釋10000倍,吸取0.2ml涂布到PH為11的BG11瓊脂固體平板(瓊脂含量為1.5%)上進(jìn)行培養(yǎng),培養(yǎng)溫度為25℃,光照強(qiáng)度為5000Lux,培養(yǎng)在光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行,光暗反應(yīng)周期為24h,光暗時(shí)間比為14:10,培養(yǎng)時(shí)間15天。
(5)挑選平板上體積較大、顏色較綠的藻落進(jìn)行篩選,將其單藻落接種于裝有培養(yǎng)體積為20mL、PH值為9的BG11的培養(yǎng)基的50mL的搖瓶中進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度為25℃,搖床轉(zhuǎn)速為120rpm,光照強(qiáng)度為5000Lux,光暗周期為24h,光暗時(shí)間比為14:10,培養(yǎng)10天后,測(cè)定搖瓶中藻液的OD680值,根據(jù)OD680的大小,選擇出OD值比較大的耐受PH9的藻株進(jìn)行馴化篩選。
(6)將篩選出的藻株按1:10的比例接入含有100mL的PH為10的BG11培養(yǎng)液的250mL的搖瓶中進(jìn)行馴化培養(yǎng),培養(yǎng)溫度為25℃,搖床轉(zhuǎn)速為120rpm,光照強(qiáng)度為3000Lux,光暗周期為24h,光暗時(shí)間比為14:10,培養(yǎng)3天后,剔除顏色發(fā)黃已經(jīng)死了的藻液,測(cè)定剩余搖瓶中藻液的OD680值,根據(jù)OD680的大小,選擇出OD值比較大的耐受PH10的藻株進(jìn)一步馴化。將PH提高至10.5、11.0、11.5,在上述相同條件下進(jìn)一步馴化,選擇出OD值比較大的藻株,此藻株即耐受高PH的目標(biāo)藻株FSH-Y3。
實(shí)施例2 原始藻株與誘變?cè)逯暝诓煌琍H下生長(zhǎng)速率的比較
將篩選的藻株FSH-Y3的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的藻液和原始藻種FSH-3的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的藻液按一定的比例接入裝有BG11培養(yǎng)基的搖瓶中,接種后初始OD680值相同,均為0.2。從反應(yīng)器底部通入CO2含量為5v%的氣體,不同的PH值下培養(yǎng)7天,測(cè)定OD680值作為衡量生長(zhǎng)速度的指標(biāo),所得的結(jié)果如表3所示。
表3 原始藻株與誘變?cè)逯暝诓煌琍H值下的OD值比較
由表3可見,誘變?cè)逯觌S著PH值的升高OD值變化不明顯,而原始藻株OD值迅速下降,生長(zhǎng)緩慢,甚至死亡。
實(shí)施例3 FSH-Y3和FSH-3的生長(zhǎng)效果的比較
將對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的FSH-Y3和FSH-3的藻液分別接種在BG11培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng),培養(yǎng)在實(shí)驗(yàn)室自制的柱式反應(yīng)器(內(nèi)徑為40mm,高度為500mm)中進(jìn)行,接種后的密度調(diào)整為OD680為0.2。根據(jù)試驗(yàn)需要,組配不同含量的CO2氣體,然后從反應(yīng)器底部通入。培養(yǎng)過(guò)程中光照強(qiáng)度為5000Lux,培養(yǎng)溫度為28℃,PH值控制在11,光照周期為24h,光暗時(shí)間比為14:10,培養(yǎng)時(shí)間為7天,培養(yǎng)結(jié)束后收集藻細(xì)胞,在-60℃條件下真空冷凍干燥至恒重后測(cè)量藻粉干重,計(jì)算生物質(zhì)產(chǎn)量。結(jié)果如表4所示。
表4 不同CO2含量的效果比較
從結(jié)果可以看出,經(jīng)過(guò)馴化篩選的凱氏擬小球藻FSH-Y3比初始藻株FSH-3對(duì)CO2和PH有更好的耐受性,生物量穩(wěn)定性好。
SEQUENCE LISTING
<110> 中國(guó)石油化工股份有限公司
中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
<120> 一種耐受高PH的凱氏擬小球藻及其培養(yǎng)應(yīng)用
<130> 新專利申請(qǐng)
<170> PatentIn version 3.5
<211> 1421
<212> DNA
<213> Parachlorellakessleri
<400> 1
gtagtcatat gcttgtctca aagattaagc catgcatgtc taagtataaa ctgctttata 60
ctgtgaaact gcgaatggct cattaaatca gttatagttt atttgatggt accttactac 120
cggataaccg tagtaattct agagctaata cgtgcgtaaa tcccgacttc tggaagggac 180
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tcacgaatcg catggccttg cgccggcgat gtttcattca aatttctgcc ctatcaactt 300
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