耐低温节旋藻新品系的培育

作     者：关剑 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈颂东

授予年度：2017年

学科分类：0710[理学-生物学] 071001[理学-植物学] 07[理学] 

主      题：节旋藻 低温耐受性 诱变育种 EMS DXR MEP 

摘      要：节旋藻是一种丝状原核蓝藻,现已被全世界大规模商业化养殖。但在节旋藻商业化养殖中,最常采用的是顿顶节旋藻和极大节旋藻,他们最适生长温度是35C-38C,生长下限温度是18C,低于18C其生长就会受到抑制。为了降低节旋藻养殖成本、扩大节旋藻地理养殖范围和延长节旋藻养殖时间,实现节旋藻可在高纬度国家地区商业化养殖以及中低纬度国家地区全年商业化养殖,我们通过甲基磺酸乙脂(EMS)化学诱变和逐级低温筛选,最终通过多级固体平板分离和微细管分离,分离筛选出Arthrospira sp.(GMPA1,GMPA7,GMPB1,GMPC1,GMPC3)五株耐低温节选藻。经过低温耐受性生长测定,这五株节旋藻可在低于14°C和43.75μmol photons m·s光照条件下快速生长,并可在2.5°C和8.75μmol photons m·s光照条件下进行藻藏保种。通过对这五株节旋藻传统形态学和分子生物学鉴定,鉴定Arthrospira sp.(GMPA1,GMPA7,GMPB1,GMPC1)是顿顶节旋藻,Arthrospira ***3是极大节旋藻。在43.75μmol photons m·s和光暗周期12h:12h条件下,采用不同低温培养和定期测定干生物产量,发现在16°C培养时,GMPA1,GMPB1和GMPC1低温耐受性最好,其最大干生物产量和平均生长速率分别是2057±80 mg·l68.7±2.5 mg·l·d,1839±44 mg·l60.6±1.8 mg·l·d,和2113±64 mg·l77.7±2.5 mg·l·d。为进一步检测节旋藻低温耐受性和温度偏好性,选取Arthrospira ***1作为实验藻种,利用苏州冬天低温和夏天高温的自然气候条件进行20L大规模室外培养。实验结果表明,在冬天GMPB1在平均气温低于10°C条件下仍可快速正常生长,生物产量由原来的68mg(dw)增加到采收时的3258 mg(dw);在夏天GMPB1不仅可在平均气温高于28°C条件下快速正常生长,而且生物产量也由原来的240 mg(dw)增加到采收时的1140 mg·l(dw)。另外对GMPB1植物营养成分分析,结果发现GMPB1类胡萝卜素和C-藻蓝蛋白含量均高于正常节旋藻野生株。节旋藻有许多营养物质,而这些营养物质有很多都与萜类合成相关,而在蓝藻中仅有一条MEP途径萜类前体合成途径。我们克隆了GMPB1 MEP途径中的一个关键酶基因DXR,并对其基本生物信息学分析。通过对NJ系统进化聚类分析,GMPB1与Oscillatoria nigro-viridis PCC711进化关系最为接近;同时系统进化聚类结果也支持了“Cavalier-Smith质体内共生学说。我们为了进一步探讨研究MEP途径关键酶基因和不同藻类间质体内共生关系,选取了红藻中的坛紫菜进行了如附录的相关实验。