[发明专利]一种用于提高微藻固碳效率的方法及转基因衣藻和应用

说明书

本发明公开了一种提高微藻固碳效率的方法。通过对衣藻叶绿体型甘油醛‑3‑磷酸脱氢酶基因进行过表达，强化衣藻光合固碳能力。具体包括甘油醛‑3‑磷酸脱氢酶基因重组表达载体构建，并通过电击转化将所述甘油醛‑3‑磷酸脱氢酶基因重组载体转化至莱茵衣藻细胞中，筛选获得甘油醛‑3‑磷酸脱氢酶强化表达转基因莱茵衣藻。微藻通过光合固碳可以合成油脂、蛋白质、淀粉和类胡萝卜素等生物质，而加快微藻生物质生产效率对下游产业有着重要作用。本发明将目的基因转入莱茵衣藻，加快固碳效率，提升其生长速率，在微藻生物工程领域具有显著的应用前景。

技术领域

本发明属于生物基因工程技术领域，涉及将目的基因转入莱茵衣藻基因组中并加快了莱茵衣藻的生长速率的方法，尤其涉及一种用于提高莱茵衣藻固碳作用的转基因衣藻、构建方法及其用途。

背景技术

随着人类社会的发展，工业化进程的推进和人口的增多，CO₂的排放日益增多，温室效应日益严重；因此，减少CO₂的排放和积累是解决全球气候变暖的重点。而生物体生命过程中的光合作用完成生物固碳，是自然界实现碳循环的途径。然而，树木、植物只能缓慢吸收大气中的CO₂，受土地面积的限制，其消纳CO₂的总量与人类生产活动的排放量比，十分有限。而与农作物相比，微藻的光合速率高、繁殖快、环境适应性强、可实现高效、立体、高密度的培养，是地球上分布最广、种类最多、结构简单的一类形态微小的单细胞或多细胞光合自养生物，目前，地球上存活的微藻已超过20万种，藻类(包括大型海藻和微藻)每年可固定CO₂约0.95×1011t，占全球净光合作用产量的47.5％；其产量远高于大豆和麻风树籽，含油率可达50％以上，被公认为是最具发展潜力的第三代生物能源原料。

世界各国已积极的就CO₂处理工作展开研究，方法主要包括两类:①物化法，如溶液吸收法、膜分离法、分子筛吸附法、碳封存法及电化学处理法等；②生物法，主要利用林业和农业的吸收大气中的CO₂及利用微生物固定CO₂，其中微藻固碳技术已经得到越来越多的关注。

微藻固定CO₂技术，是世界上最主要和最有效的固碳方式之一，从长远角度考虑，其是一种经济可行、环境友好和可持续性发展的CO₂固定技术。微藻作为一种高效固定CO₂的微小细胞工厂，具有以下独特的优点：(1)能直接利用太阳能，与物理化学法相比节省了大量的能源；(2)光合作用效率高，微藻利用太阳能固定CO₂的效率是其他陆生植物的10～50倍；(3)生长速率快，微藻繁殖快速(几个小时繁殖一次)，远远高于高等植物；(4)能够循环利用CO₂，CO₂可以通过微藻的光合作用转化为生物能源，生物能源使用时产生的CO₂又可被微藻固定转化，因此该方法具可持续性发展；(5)环境适应性强，微藻能忍耐和适应多种极端环境，能够在沿海滩涂、盐碱地和沙漠等地培养，不占用可耕地；(6)能利用发电厂烟道废气和其他工业尾气为无机碳源，并利用市政废水和工农业生产废水为营养源(N、P等)低成本培养微藻；(7)能同时生产具有高附加值的微藻产品，用于制备食品、动物及水产养殖饲料、化妆品、医药品、肥料、有特殊用途的生物活性物质及生物燃料(包括生物柴油、生物氢、航空用油、甲烷)等。

一般来说，提高微藻固定CO₂的能力可以从生物和工程两方面着手，生物方面主要包括高效固定CO₂优良藻种的筛选和驯化以及应用现代基因工程手段从分子水平上改造微藻细胞，从而从根本上提高微藻固碳效率；工程方面主要包括微藻培养基配方的改良、最佳培养条件的优化和高效微藻培养反应器的设计等。