富油微藻筛选技术

1.国内外的研究概况

在过去的50年里，各国开展了大量有关微藻筛选方面的工作。美国水生生物物种计划（ASP）是规模最大的微藻筛选计划，该计划从1978年持续至1996年，研究内容主要包括利用微藻生产生物柴油和一些富含油脂微藻的生理学和生物化学研究。经过多年的发展，从不同的环境中筛选和分离得到3000株藻株，并对微藻的生长和油脂含量进行了评价，其中筛选到生长速度比较快、油脂含量较高的微藻藻株 300余株，为大范围利用微藻生产生物燃料和开展微藻生物学研究奠定了坚实的基础。

我国由于人口众多，环境条件急需改善，发展生物燃料对我国经济发展的意义重大。我国近年来也开展了在能源微藻选育领域的基础研究工作，取得了巨大的成绩，尤其以中国科学院各研究所为代表的相关研究机构在藻种的筛选领域开展了大量的工作，目前筛选出富油富烃微藻60多株。针对目前微藻生物柴油产业化道路中所面对的技术问题，研究人员建议从以下几方面进行产油微藻的筛选（表10-2）：

表10-2　筛选大规模培养微藻的藻株特点

2.影响微藻细胞生长和油脂积累的因素

微藻在正常的生长条件下，其生长符合一般微生物的生长规律，包括延滞期、对数期、稳定期和衰亡期。微藻细胞内油脂的合成属于初级代谢的一部分和次级代谢，是一个由多酶催化的复杂过程，微藻油脂的积累则分为两个阶段：培养的前期为细胞大量增殖期，该时期微藻消耗培养基中的营养元素，以满足其自身生长、代谢和增殖的需要，同时也合成部分油脂，但主要用于细胞骨架的组成，即以脂质体形式存在；培养后期，当培养液中的营养元素消耗殆尽（特别是氮、磷），但碳元素供给充足的条件下，藻细胞不再进行生长和繁殖，吸收的碳元素在藻细胞细胞质中，经糖酵解途径进入三羧酸循环，转化为甘油三酯，储存在细胞内。大量研究结果表明，生长过程中，环境因子和营养元素可以调控微藻细胞的生长和油脂含量。光照强度直接影响微藻细胞的油脂含量，且能够调节脂肪酸的组成。温度、通气量和环境pH也能够影响微藻的正常生理代谢，从而影响到微藻的生长和油脂的积累。

培养液的营养成分，特别是一些必需营养元素如氮、磷、硅等对微藻生长和油脂的含量有较大影响。目前普遍认为，氮缺乏会直接导致微藻的生物量较低，微藻细胞内大量积累油脂。磷是构成DNA、RNA、ATP和细胞膜的必需元素，与微藻细胞生长和代谢密切相关。通过研究在磷元素缺乏条件下微藻细胞内油脂含量的变化情况发现，磷缺乏会导致三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）、鲁兹帕夫藻（Pavlova lutheri）和角毛藻（Chaetoceros sp. ）的细胞内油脂含量的增加，但是绿色鞭毛藻如微绿球藻（Nannochloris sp.）和四爿藻（Tetraselmis sp.）的油脂含量会降低。硅是硅藻生长必不可少的营养元素，除了作为细胞壁结构成分外，还参与光合色素、蛋白质和细胞分裂等多种生长和代谢过程。硅缺乏会导致新吸收的碳更多地用于脂类合成，而先前吸收的碳也会逐渐地由非脂类化合物转变为脂类，从而促进藻体内油脂的积累。