[发明专利]改良螺旋藻关键酶基因提高生长固碳速率的方法

说明书

本发明涉及生物质能利用技术，旨在提供一种改良螺旋藻关键酶基因提高生长固碳速率的方法。包括：利用基因编辑技术对螺旋藻细胞中的四个关键酶的基因表达量进行调整以实现基因改良；取基因改良后的螺旋藻藻株，置于光生物反应器中进行多试管单个藻株纯化和扩大培养；每天采集各试管中的藻液，测试螺旋藻的固定二氧化碳速率，取固定二氧化碳速率的数值最大的样本作为改良后的螺旋藻藻株。本发明能增强螺旋藻的叶绿素合成通路及三羧酸循环通路，提高螺旋藻细胞光合利用效率及能量供给，进而提高螺旋藻的生长固碳速率，是一种高效可行的提高螺旋藻生长固碳速率方法。

技术领域

本发明是关于生物质能利用和二氧化碳减排技术，特别涉及一种改良螺旋藻关键酶基因提高生长固碳速率的方法。

背景技术

随着大气CO₂浓度提高，温室效应问题越来越引起全世界的关注。在众多尝试减排大气CO₂的方法中，利用微藻来减排CO₂的生物工程技术已经被广泛地研究了数十年(Sivakumar et al.2014)。微藻因其高固碳效率及高油脂含量，成为了可被持续利用的生物燃油制备的底物(Breuer et al.2012；Hu et al.2008)。此外，吸收利用燃煤电厂烟气中高浓度的CO₂(15vol.％)可以协助降低CO₂的排放，又可以节省微藻培养基中所需的碳源(Cheng et al.2015)。螺旋藻作为一种生长迅速的蓝藻，提高其生长固碳速率不仅对于吸收CO₂减缓温室效应有很大作用，收获的生物质还可以用作食品或饲料(Panyakampol etal.,2015)。螺旋藻不但具有很高的生长固碳速率，富含蛋白质和色素，而且还可以在高pH及高盐度下生存来减少细菌的污染(Tan et al.2015)，为其户外大规模养殖提供了强大的竞争优势。利用螺旋藻细胞中关键酶基因改良增强代谢通路，可以从根本上改变藻株的固有生长特性，进一步提高其生长固碳速率。

目前已有许多方法试图通过改变外界条件来提高螺旋藻的生长固碳速率。(Ogbonda et al.2007)通过调节CO₂浓度，发现4％-10％浓度的CO₂可以提高螺旋藻的生长固碳速率。此外还有通过调整营养盐添加量，增加光照强度等方法来提高螺旋藻生长固碳速率。但是这些方法都只是通过改变外界条件来提高微藻的生长固碳速率，而对于微藻本身并没有任何改变。对螺旋藻基因层面的改良来提高其生长固碳速率的研究十分有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是克服现有技术的不足，提供一种改良螺旋藻关键酶基因提高生长固碳速率的方法。

为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种改良螺旋藻关键酶基因提高生长固碳速率的方法，包括下述步骤：

(1)利用基因编辑技术对螺旋藻细胞中的四个关键酶bchG、bchP以及DLD、ACO的基因表达量进行调整以实现基因改良：叶绿素合成酶bchG由120～140上调到310～350，双香叶基还原酶bchP由80～100上调到630～670，二氢硫辛酰胺脱氢酶DLD由100～120上调到320～360，乌头酸水合酶ACO由170～190上调到460～500；

(2)取基因改良后的螺旋藻藻株，置于光生物反应器中进行多试管单个藻株纯化和扩大培养；

(3)每天采集各试管中的藻液，测试螺旋藻的固定二氧化碳速率，取固定二氧化碳速率的数值最大的样本作为改良后的螺旋藻藻株。

本发明中，所述步骤(2)中，在光生物反应器中的培养条件为：采用螺旋藻标准培养基，藻液体积为300毫升，控制藻液接种密度为0.1克/升，温度为27℃，光照强度为7000Lux，持续通入空气流量为30毫升/分钟。

本发明中，所述步骤(3)中，螺旋藻固定二氧化碳速率的测试具体包括以下步骤：