高级醇 · 代谢工程文献库

← 返回列表

Enhancing the growth rate and astaxanthin yield of Haematococcus pluvialis by nuclear irradiation and high concentration of carbon dioxide stress

作者
Jun Cheng, Ke Li, Zongbo Yang, Junhu Zhou, Kefa Cen
单位
State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
杂志
Bioresource Technology（2016）
DOI
10.1016/j.biortech.2015.12.076
所属领域
代谢工程
关键词
核诱变生长速率虾青素雨生红球藻高浓度二氧化碳
阅读原文
查看 PDF 原文

解决的核心问题

雨生红球藻生长速率低，导致生物污染，阻碍大规模培养，且虾青素产量有待提高

研究策略

利用60Co-γ射线核辐射诱变获得快速生长突变株，再结合高浓度CO2胁迫协同强光诱导提高虾青素和脂质产量

研究路线图

100%
核心问题：雨生红球藻生长慢、虾青素产量低
策略：60Co-γ射线核辐射诱变 + 高浓度CO₂协同强光诱导
步骤一：核辐射诱变筛选快速生长突变株（4000 Gy γ射线）
步骤二：突变株在6% CO₂条件下培养，提高生长速率与生物量
步骤三：高浓度CO₂ + 强光（108 µmol m⁻²s⁻¹）协同诱导虾青素积累
关键结果：生长速率提高15%，生物量达0.65 g/L，提升30%
关键结果：虾青素产量46.0 mg/L（2.4倍），脂质1.3倍，CO₂固定率2.1倍
机制解析：TEM揭示超微结构变化，碳分配向虾青素/脂质合成偏移
结论：核诱变+高浓度CO₂胁迫高效提升生物量与虾青素，为大规模培养提供新策略
Text is not SVG - cannot display

下载 .drawio 源文件

核心内容

本研究针对雨生红球藻生长速率低、易受生物污染且虾青素产量不足的问题，首次采用60Co-γ射线核辐射诱变筛选快速生长突变株，并进一步结合高浓度CO₂与强光协同胁迫诱导虾青素和脂质积累。经4000 Gy剂量诱变后，突变株平均比生长速率较原始株提高15%；在6% CO₂条件下最大比生长速率达0.60/天，峰值生物量生产率为0.16 g/L/天，较空气条件提高82%，CO₂固定率峰值达0.61 g/L/天，为野生型在空气条件下的2.1倍。在6% CO₂与108 μmol photons m⁻² s⁻¹强光诱导下，突变株虾青素产量达46.0 mg/L，脂质含量为45.9%，分别为野生型的2.4倍和1.3倍；叶绿素与类胡萝卜素含量亦显著提升。透射电镜观察揭示了细胞超微结构变化与碳分配机制。结果表明核诱变结合高浓度CO₂胁迫能有效协同提升生物量与虾青素产量，为雨生红球藻大规模培养提供了可行策略。

创新点

首次将60Co-γ射线核辐射用于雨生红球藻诱变；结合高浓度CO2与强光协同诱导提升虾青素产量；利用TEM揭示细胞超微结构变化与碳分配机制

研究对象（8）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Haematococcus pluvialis FACHB-872 卡尔文循环 — RuBisCO 催化 γ射线辐照上调其表达，提高光合固碳效率
Haematococcus pluvialis FACHB-872 光合磷酸化 — ATP合酶 能量供给 能量代谢相关蛋白，可能被γ射线诱变上调表达
Haematococcus pluvialis FACHB-872 5-氨基乙酰丙酸合成 — 谷氨酸-1-半醛-2,1-氨基变位酶 催化 参与叶绿素前体合成，受γ射线影响
Haematococcus pluvialis FACHB-872 光合作用光反应 — 光捕获叶绿素a/b结合蛋白 能量供给 负责光能吸收与传递，表达量上调
Haematococcus pluvialis FACHB-872 pH稳态 — V-ATPase 转运 将质子泵入液泡，维持胞内pH，与高CO2耐受相关
Haematococcus pluvialis FACHB-872 三酰甘油合成 — 二酰甘油酰基转移酶(DGAT) 催化 可能催化虾青素酯化，促进虾青素积累
Haematococcus pluvialis FACHB-872 虾青素合成 bkt, pds — 催化 文献提及通过克隆转化可提高虾青素含量，本研究未直接操作
Haematococcus pluvialis FACHB-872 光合作用 — 光系统II D1蛋白 调控 虾青素保护D1蛋白免受强光损伤

关键发现

  1. 4000Gy γ射线诱变株的平均比生长速率比原始株提高15%
  2. 突变株在6% CO2下最大比生长速率为0.60/d
  3. 峰值生物量生产率为0.16 g/L/d，比空气条件高82%
  4. 在6% CO2和强光(108 μmol photons m^-2 s^-1)诱导下，虾青素产量达46.0 mg/L，脂质含量45.9%，分别是野生型的2.4倍和1.3倍
  5. 突变株在6% CO2下生物量干重0.65 g/L，比空气高30%
  6. CO2固定率峰值0.61 g/L/d，是野生型空气的2.1倍
  7. 叶绿素和类胡萝卜素含量分别为21.1 mg/L和7.2 mg/L，比野生型空气高23%和63%

研究结论

核诱变结合高浓度CO2胁迫可有效提高雨生红球藻的生物量和虾青素产量，突变株在6% CO2和强光下表现出最佳性能，为大规模培养提供新策略