一種共培養促進微藻快速生長的方法與流程
2023-11-11 20:49:27
本發明涉及微藻生長技術領域，具體涉及一種菌藻共培養促進微藻快速生長的方法。
背景技術：
伴隨全球的能源危機、環境汙染等問題，能源已成為限制我國經濟發展、生態健康和社會進步的關鍵因素之一，尋求和發展可替代能源是當前我們亟待解決的重要課題。生物柴油是以生物體油脂為原料，經過分解和酯化得到的長鏈脂肪酸甲酯(FAME)。生物柴油作為化石燃料的替代品，與普通柴油相比，具有燃燒性能好、效率高、環境友好等優點；同時，生物柴油來源於植物油脂 (大豆油、玉米油、棕櫚油等)、動物油脂 (各種動物脂肪)、微藻油脂等，是一種可再生的能源。因此，生物柴油作為一種綠色可再生的能源，近十幾年來受到世界各國的普遍關注。
油脂原料是生物柴油價格的主要決定因素，佔總成本的70%以上。目前，生物柴油主要來源於植物和動物油脂，世界各國根據自身國情選擇合適的原料，歐盟各國以菜籽油為原料，美國、南美洲的巴西 (世界第三大生物柴油產地，2011年250萬噸) 和阿根廷 (世界第四大生物柴油產地，2011年230萬噸) 主要以大豆油為原料，東南亞國家主要利用棕櫚油生產生物柴油，日本則以餐廚廢油為主要原料。穩定的油脂原料供應是當前國外生物柴油產業快速發展的關鍵之一，但現有的產量在第一大產區歐盟也僅有5%的市場份額，生物柴油的進一步發展將消耗大量的油脂原料，這對農業和林業的健康發展將造成巨大的壓力；特別在人口眾多、人均耕地面積稀少的中國，大豆和糧油主要依靠進口，生物柴油的發展需在「不與民爭糧油、不與糧油爭地」的原則下積極開發非糧油原料來源。面對植物原料生產生物柴油的諸多問題，微藻生物柴油越來越受到各國的重視。微藻是含有葉綠素a並能進行光合作用的微小生物的總稱，包括真核藻類和原核的藍細菌。微藻培養簡單、生長速度快、光合作用轉化效率高、菌體含油量可達50%以上，是生產生物柴油的理想原料，具有廣闊的開發應用前景。因此，微藻生物柴油成為當前國內外研究的熱點之一。
微藻需要通過光合作用固定CO2為細胞生長和油脂合成提供碳源，微藻固定的CO2的速率決定了細胞生長和油脂合成的速率。為了提高微藻細胞的生長速率和合成油脂的速率，很多研究通過改變微藻培養方式來達到這一目的，如利用小球藻兼性化能異養的生長特性，通過添加葡萄糖、木薯澱粉水解液、玉米粉水解液、甘油等有機物為碳源，促進小球藻生長和油脂積累。因此，研究提高微藻細胞生長的技術和方法，對節約微藻生產成本，發展生物柴油工業有重要意義。
技術實現要素：
針對微藻光合自養生長慢的特點，利用微藻兼性化能異養的生長特性，本發明提供了一種共培養促進微藻快速生長的方法，細菌和微藻細胞同時接種至含木聚糖的培養基中進行光照培養，共培養過程中，細菌的木聚糖降解產物為微藻的快速生長提供有效的碳源，微藻光合作用為細菌生長代謝提供充足的氧氣。本方法促進微藻細胞生長的同時減少光照培養過程中能源的損耗，為微藻生物柴油的生產提供大量低成本的原料。
本發明提供了一種共培養促進微藻快速生長的方法，該方法將細菌和微藻細胞同時接種至含木聚糖的培養基中進行光照培養，共培養過程中，細菌將木聚糖降解，降解產物為微藻的快速生長提供有效的碳源，微藻光合作用為細菌生長代謝提供充足的氧氣。
進一步地，所用的細菌菌種為纖維弧菌Cellvibrio pealriver（纖維弧菌PR1），保藏於中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，保藏號為CGMCC 1.14955，保藏日期為2014年12月21日。
進一步地，所述纖維弧菌Cellvibrio pealriver產的木聚糖酶包括內切β-木聚糖酶、β-木糖苷酶、α-呋喃阿拉伯糖苷酶、乙醯木聚糖酯酶和α-葡萄糖醛酸苷酶，且木聚糖酶降解木聚糖的產物不是還原性的糖木糖、半乳糖與葡萄糖，且其木聚糖的降解產物不是木糖、半乳糖、葡萄糖等還原性的糖。
進一步地，所涉及的微藻藻種為以下一種或多種：Chlorella pyrenoidosa、Scenedesmus obliquus、Chlamydomonas reinhardtii、Chlorella vulgaris、Chlorella protothecoides、Botryococcus braunii等。
進一步地，所涉及的微藻有微弱的木聚糖代謝能力，但均不能利用木糖進行生長。
進一步地，所用培養基為BG11培養基中添加木聚糖為碳源。
進一步地，採用的培養方式為光照靜置培養。
與現有技術相比，本發明具有如下的優點與技術效果：
1、本發明的共培養方法促進了微藻快速生長，共培養過程中，細菌的木聚糖降解產物為微藻的快速生長提供有效的碳源，微藻光合作用為細菌生長代謝提供充足的氧氣。
2、本發明的共培養方法促進微藻細胞生長的同時減少光照培養過程中能源的損耗，為微藻生物柴油的生產提供大量低成本的原料。
附圖說明
圖1為幾種微藻在BG11、木聚糖和木糖培養基，以及木聚糖培養基共培養時的生長情況圖，橫坐標為Culturing time（培養時間），縱坐標為Chl a（葉綠素a的濃度）。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明的技術內容作進一步的說明；下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發明的保護範圍。
實施例一：
BG11培養基中添加1g/L的木聚糖為菌藻共培養培養基，按5%（v/v）的接種量分別接種纖維弧菌PR1和Chlorella pyrenoidosa FACHB-11（購買自武漢中國科學院野生生物種質庫——淡水藻種庫）進行共培養；對照組分別以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.5g/L木糖為培養基培養C. pyrenoidosa FACHB-11。培養到第2和4d，取5ml培養液提取藻葉綠素a（Chl a），測定結果如圖1所示，培養2d後，共培養中微藻Chl a達到1.13mg/L，是對照組①的1.8倍；培養4d後，共培養中微藻Chl a達到3.79mg/L，是對照組①的3.3倍；對比①和②的結果，培養4d後，木聚糖對C. pyrenoidosa FACHB-11的生長有微弱的促進作用；對比①和③的結果，木糖對C. pyrenoidosa FACHB-11的生長有抑制作用。綜合上述結果我們可知，共培養大大促進了C. pyrenoidosa FACHB-11的生長，木聚糖對該藻生長有微弱的促進作用，但木糖對該藻生長有抑制作用。
實施例二：
BG11培養基中添加1g/L的木聚糖為菌藻共培養培養基，按5%（v/v）的接種量分別接種纖維弧菌PR1和Scenedesmus obliquus FACHB-39（購買自武漢中國科學院野生生物種質庫——淡水藻種庫）進行共培養；對照組分別以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.5g/L木糖為培養基培養S. obliquus FACHB-39。培養到第2和4d，取5ml培養液提取藻葉綠素a（Chl a），測定結果如圖1所示，培養2d後，共培養中微藻Chl a達到1.15mg/L，是對照組①的3.9倍；培養4d後，共培養中微藻Chl a達到2.48mg/L，是對照組①的2.3倍；對比①和②的結果，培養4d後，木聚糖對S. obliquus FACHB-39的生長沒有明顯的促進作用；對比①和③的結果，木糖對S. obliquus FACHB-39的生長有抑制作用。綜合上述結果我們可知，共培養大大促進了S. obliquus FACHB-39的生長，木糖對該藻生長有抑制作用。
實施例三：
BG11培養基中添加1g/L的木聚糖為菌藻共培養培養基，按5%（v/v）的接種量分別接種纖維弧菌PR1和Chlamydomonas reinhardtii FACHB-265（購買自武漢中國科學院野生生物種質庫——淡水藻種庫）進行共培養；對照組分別以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.1g/L木糖為培養基培養C. reinhardtii FACHB-265。培養到第2和4d，取5ml培養液提取藻葉綠素a（Chl a），測定結果如圖1所示，培養2d後，共培養中微藻Chl a達到0.82mg/L，是對照組①的2.5倍；培養4d後，共培養中微藻Chl a達到1.95mg/L，是對照組①的2.2倍；對比①和②的結果，培養4d後，木聚糖對C. reinhardtii FACHB-265的生長有一定的促進作用；對比①和③的結果，木糖對C. reinhardtii FACHB-265的生長有抑制作用。綜合上述結果我們可知，共培養大大促進了C. reinhardtii FACHB-265的生長，木聚糖對該藻的生長有一定的促進作用，但木糖對該藻生長有抑制作用。
實施例四：
BG11培養基中添加2g/L的木聚糖為菌藻共培養培養基，按5%（v/v）的接種量分別接種纖維弧菌PR1和Chlorella vulgaris FACHB-8（購買自武漢中國科學院野生生物種質庫——淡水藻種庫）進行共培養；對照組分別以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.1g/L木糖為培養基培養C. vulgaris FACHB-8。培養到第2和4d，取5ml培養液提取藻葉綠素a（Chl a），測定結果如圖1所示，培養2d後，共培養中微藻Chl a達到1.40mg/L，是對照組①的1.7倍；培養4d後，共培養中微藻Chl a達到5.36mg/L，是對照組①的2.4倍；對比①和②的結果，培養4d後，木聚糖對C. vulgaris FACHB-8的生長有微弱的促進作用；對比①和③的結果，木糖對C. vulgaris FACHB-8的生長有抑制作用。綜合上述結果我們可知，共培養大大促進了C. vulgaris FACHB-8的生長，木聚糖對該藻的生長有微弱的促進作用，但木糖對該藻生長有抑制作用。
實施例五：
BG11培養基中添加1g/L的木聚糖為菌藻共培養培養基，按5%（v/v）的接種量分別接種纖維弧菌PR1和Chlorella protothecoides FACHB-3（購買自武漢中國科學院野生生物種質庫——淡水藻種庫）進行共培養；對照組分別以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.1g/L木糖為培養基培養C. protothecoides FACHB-3。培養到第2和4d，取5ml培養液提取藻葉綠素a（Chl a），測定結果如圖1所示，培養2d後，共培養中微藻Chl a達到1.42mg/L，是對照組①的2.2倍；培養4d後，共培養中微藻Chl a達到2.68mg/L，是對照組①的2倍；對比①和②的結果，培養4d後，木聚糖對C.vulgarisFACHB-8的生長沒有明顯的促進作用；對比①和③的結果，木糖對C. protothecoides FACHB-3的生長有抑制作用。綜合上述結果我們可知，共培養大大促進了C. protothecoides FACHB-3的生長，木聚糖對該藻的生長沒有明顯的促進作用，但木糖對該藻生長有抑制作用。
實施例六：
BG11培養基中添加2g/L的木聚糖為菌藻共培養培養基，按5%（v/v）的接種量分別接種纖維弧菌PR1和Botryococcus braunii FACHB-357（購買自武漢中國科學院野生生物種質庫——淡水藻種庫）進行共培養；對照組分別以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.5g/L木糖為培養基培養B. braunii FACHB-357。培養到第2和4d，取5ml培養液提取藻葉綠素a（Chl a），測定結果如圖1所示，培養2d後，共培養中微藻Chl a達到2.23mg/L，是對照組①的3.1倍；培養4d後，共培養中微藻Chl a達到3.99mg/L，是對照組①的3.8倍；對比①和②的結果，培養4d後，木聚糖對B. braunii FACHB-357的生長有一定的促進作用；對比①和③的結果，木糖對B. braunii FACHB-357的生長有抑制作用。綜合上述結果我們可知，共培養大大促進了B. braunii FACHB-357的生長，木聚糖對該藻的生長有一定的促進作用，但木糖對該藻生長有抑制作用。