[发明专利]一种高密度、高油脂含量小球藻细胞的培养方法

说明书

技术领域

本发明属于微藻生物质能源领域，涉及一种提高异养小球藻油脂产量的方法。

背景技术

微藻因其生长速率快、营养利用效率高、极端环境适应能力强等优势特性，成为极具潜力的生物柴油原料[Chisti Y.Biotechnology Advances，2007，25：294-306]。矛盾的是，诸多微藻，如绿藻、硅藻、盐藻，其生长速率和油脂积累呈负相关性(即生长快，油脂含量低；油脂含量高，生长相对缓慢)，导致高效、快速产油无法实现，微藻生物柴油因此成为“贵族”能源。如何提高藻细胞生物量并有效富集胞内油脂一直是微藻能源领域的一大难题，也是微藻生物柴油实现产业化的关键[Ryan Georgianna D and Mayfield SP.Nature，2012，488：329-335]。

目前，微藻培养技术主要集中在自养、异养、联合培养等几种模式[Liang YN et al.Biotechnology Letters，2009，31：1043-1049]。传统自养培养模式存在细胞生物量低、易被它种微生物污染、培养复杂、季节影响因素大、光依赖性强等弊端，难以实现微藻能源的规模化[李元广等.中国科学基础，2009，5：64-70]。同时地，清华大学胡洪营课题组、中国科学院王广策课题组、华南理工大学陈峰课题组等多个研究团队对极端环境条件(如贫营养、低温、高光、高盐、重金属离子)胁迫下藻细胞积累油脂进行了研究，均获得了高油脂含量的藻细胞，有些藻种属油脂含量甚至高达80％以上。尽管氮限制贫营养模式诱导胞内油脂积累的具体机制尚不明确，但其易控性好，因而对其研究较多。法国西英格兰大学Illman等、日本大阪大学Takagi等、加拿大渥太华大学Li等通过限制培养基中硝酸盐浓度，使得藻细胞内油脂含量分别提高63％、50.9％和40％；台湾成功大学Hsieh等采用尿素限制模式，也成功获得高油脂含量小球藻细胞。极端环境胁迫培养利于细胞油脂含量极大地提高，但同时也限制了细胞生长，导致生物量较低，影响整体油脂产量。由此可见，单方面藻细胞生物量或者油脂含量的提高，均不能获得高油脂产量，无法满足微藻作为生物柴油理想原料的要求。

围绕藻细胞生长和油脂积累特性，一些研究学者又相继提出了联合培养技术，如“自养-异养”、“异养-自养”[Xiong et al.Bioresource Technology，2010，101：2287-2293；Fan et al.Bioresource Technology,2012，112：206-211；Mujtaba et al.Bioresource Technology,2012，123：279-283]，此类培养技术可使微藻生物量与油脂积累在异种环境中(分别是利于增大生物量或提高油脂含量的两种环境)分步完成，能有效提高微藻油脂产量。但需考虑藻细胞在异养与自养模式间频繁转换的环境适应性、光能消耗成本、藻细胞生长空间狭小等问题[Mata TM et al.Renewable and Sustainable Energy Reviews，2010，14：217-232]。

较上述微藻培养模式，单纯异养技术在生物量富集、胞内油脂高效积累方面更为有利，可避免光依赖性、复杂培养过程、成本高、生物量低等弊端。尽管如此，微藻生物柴油商业化由于高成本的发酵底物碳源而受到限制。在传统异养培养基中，葡萄糖碳源成本占据了整个培养基成本的80％[Li XF et al.Biotechnology and Bioengineering，2007，98：764-771]。此后，清华大学吴庆余课题组利用木薯淀粉水解液、玉米淀粉水解液、甜高粱汁作为碳源替代葡萄糖异养小球藻方面取得了重要突破，细胞油脂含量高达55.2％，是自养条件下油脂含量的4倍[Xu et al.Journal of Biotechnology,2006，126：499-507；Gao et al.Applied Energy,2010，87：756-761]。然而，由于低浓度碳源的应用致使生物量较低，最终油脂产量并不理想，但提高碳源浓度，又会导致油脂含量较低[Wei et al.J Ind Microbiol Biotechnol，2009，36：1383-1389]，远远不能满足小球藻作为理想生物柴油原料的要求。因而，寻求更为廉价、优质替代碳源及提高异养微藻油脂产量尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高异养小球藻油脂产量的方法。