[发明专利]具高生长速率杜氏藻突变藻株及其复合诱变选育方法

说明书

技术领域

本发明涉及微生物工程领域，具体而言，本发明涉及使用紫外线诱变与高温高光强处理选育杜氏藻的方法，以及由所述方法得到的一株具有高生长速率的杜氏藻诱变株ENN0001-1。

背景技术

由于化石能源的日趋减少以及使用化石能源造成的环境污染的加剧，使科研工作者把注意力集中到可再生能源的开发利用上。在各种可再生能源中，具有广泛实用价值的能源是生物质能。生物质是地球上最普遍的一种可再生能源资源，它包括林业生物质、能源作物、水生植物、农业废弃物、城市垃圾、有机废水和人畜粪便等。在生物质的循环利用中，生物质转化产生的碳与植物生长所吸收的碳的量几乎相等。因此生物质的利用不会造成大气中CO₂的增加。生物质燃料中硫含量极少，不会排放导致酸雨的二氧化硫；而且生物质燃烧产生的灰分较少，这些灰分还可用作农作物肥料。目前，在世界能源消耗中，生物质能占14％，在发展中国家占40％以上。1993年，世界粮农组织(FAO)预测，到2050年，以生物质能源为主的可再生能源将提供全世界60％的电力和40％的燃料，其价格低于化石燃料。

藻类是最低等的、自养的放氧植物，它是低等植物中种类繁多、分布极其广泛的一个类群。无论是海洋、淡水湖泊等水域，或是潮湿的土壤、树干等处，几乎在有光和潮湿的任何地方都能生存。微藻是指一些微观的单细胞、群体或丝状的藻类，大多数是浮游藻类，生物量大、分布广。地球上的生物每年通过光合作用可固定8×10¹⁰t碳，生产1.46×10¹¹t的生物质，其中40％应归功于藻类的光合作用。

科研人员已逐步认识到，微藻作为生物能源，具有多方面的开发价值：繁殖快且所需养分不多，主要是阳光、水和CO₂，不会与农牧业争地；相对于其他植物，藻类含有较高的脂类、可溶性多糖等，可以用来生产生物柴油或乙醇，还可望成为生产氢气的一条新途径；同木质纤维素材料相比，藻类的光合作用效率比树木高；易被粉碎和干燥，预处理成本较低；热解所得生物质燃油热值高，平均高达33MJ/kg，是木材或农作物秸秆的1.6倍；利用光合作用生长繁殖，捕获废气中的CO₂，可起到保护环境的作用。

要生物质能源利用实现工程化、商业化，就必须保证藻类原料的充分供应。结合我国的实际情况，主要通过如下2条途径来获得藻类原料：(1)回收利用富营养化水体中的浮游藻类；(2)大规模户外养殖微藻。前者在很大程度上受到地域和自然环境等很多的限制，而后者则依赖于具有快速生长、高效光合固碳和含油率高等优点的藻种的获得。目前，生物能源产业不断兴起，通过传统方法驯化筛选优良藻种周期较长，但辅以紫外诱变等技术改变生物本身的基因，通过多步筛选确定，有希望得到具有稳定优良性状的可用于产业化的种系。

杜氏藻是世界范围内高盐环境的主要初级生产者，从发现至今已有百余年的历史。杜氏藻为单细胞的真核生物，双鞭毛，单核，没有细胞壁，新陈代谢旺盛。杜氏藻的研究价值主要体现在以下几个方面：(1)由于杜氏藻是最耐盐的真核生物，是进行植物耐盐生理研究理想的模式生物；(2)杜氏藻富含胡萝卜素及高蛋白，可以直接作为食品，或作为精细化工生产胡萝卜素的原料；(3)是抗性基因的供体；(4)可以作为表达外源蛋白的新型生物反应器；(5)杜氏藻是高盐环境的主要初级生产者，具有重要的生态意义；(6)某些杜氏藻总脂含量较高。

紫外线对高等植物具有较强的生物学效应，能够在农业上进行诱变育种，具有操作简单、经济等优点。紫外线育种技术在藻类中已有大量报道，已报道紫外线在小球藻、螺旋藻等诱变育种中都起到很大作用，但在杜氏藻中报道较少。

此外，我国沿海地区是微藻生长的主要环境，但这些地区大都具有高温高光的特点，如何提高微藻在这些地区的生长速率和增加经济效益是微藻养殖的关键问题，对于微藻的高光和高温筛选已有一定报道，但对于杜氏藻的紫外诱变和高温高光处理联合的复合诱变，并针对生长速率进行筛选的方法还未见报道。

本发明待解决的技术问题

目前，基于杜氏藻在生产营养品、甘油、生物柴油以及食品和动物饵料方面的功用，其已成为世界重要的养殖藻类之一。但是微藻大规模养殖仍然面对成本高，生物量累计较为缓慢等一系列问题。因此，在自然选育之外，通过生物技术手段诱变藻株，针对生长速率筛选杜氏藻突变株就显得尤为重要。此外，目前用于藻类育种的诱变育种技术筛选时间较短，通常只经过一次筛选，得到的突变藻株遗传稳定性相对较差，容易出现回复突变。