一种盐藻培养过程中光供给的方法及应用技术

本发明专利技术属于海洋微藻培养技术领域，具体涉及一种盐藻培养过程中光供给的方法及应用。在盐藻培养周期过程中按渐变形式（正弦光）持续对藻种进行光照输出，使藻种实现快速分裂繁殖，实现生物量快速积累。本发明专利技术通过使用连续的正弦光进行盐藻细胞高密度培养，以促进其高效利用光能进行CO2固定，降低细胞损伤，实现快速分裂繁殖，达到生物量快速积累的目的；本发明专利技术的方法具有高效、节能、简单、成本低等优点，为盐藻的高效培养提供依据，具有重要经济价值。值。值。

【技术实现步骤摘要】
一种盐藻培养过程中光供给的方法及应用


[0001]本专利技术属于海洋微藻培养
，具体涉及一种盐藻培养过程中光供给的方法及应用。

技术介绍

[0002]微藻生物资源因具有光合效率高、富含多种高值代谢产物、可集约化高密度培养等优势，成为重要的生物资源，服务于食品、医药、能源、环境等领域。通过高密度培养实现微藻生物量的采收是进行下游开发和利用的前提。目前，已经实现工业化生产的经济微藻包括盐藻、雨生红球藻等，其生产工艺一般采用两步法：第一步在最优化的培养条件（主要包括适宜的光照、温度、营养等）下，实现细胞生物量的快速积累；第二步将积累了足够生物量的微藻转入逆境条件（强光照、寡营养、高盐度等）下，进行次级代谢产物（例如β
‑
胡萝卜素、虾青素等）的快速诱导，采收后进行下游加工。
[0003]因此，微藻细胞生物量的快速和高效积累是微藻规模化养殖的重要环节，只有确保足够的生物量，才能为后续的高值代谢产物的诱导提供物质基础。正因如此，诸多研究围绕生物量的快速积累展开。要从根本上突破微藻细胞生物量的增加，必须基于生物积累的机理进行相关条件优化。微藻细胞生物量的积累依赖于细胞光合作用固碳过程。其光合固碳的关键酶——Rubisco，也是世界上含量最多的蛋白质，催化了光合作用中CO2固定的关键步骤，是光合作用效率的限制生物酶。Rubisco可进行双向反应：既可以与CO2结合，发生羧化反应，进行CO2的固定，合成有机物；亦可以同O2结合，发生加氧反应，消耗有机物，降低了光合作用固定CO2的效率。据Singh等人发表在Current microbiology上的研究，表明该过程可导致30%生物量的损失，成为了光合作用重要限制因素之一。为提高光合作用效率，微藻利用碳浓缩机制（CCM）提高Rubisco周围CO2浓度，以促进羧化反应的发生。但是CCM的效率因物种和培养条件的不同而受限制。
[0004]盐藻作为生产天然β
‑
胡萝卜素的重要微藻，其生产过程使用较高盐度的培养基；由于高盐碱环境中，溶解性CO2浓度较低，培养液中的碳酸盐多以CO3‑
和HCO3‑
形式存在，导致可用于光合作用的CO2浓度较低。针对此，可通过向溶液中额外添加碳酸氢钠（如专利CN201810283248.1所述）、通入空气（如专利CN202210496090.2中所述）或者CO2（如专利CN202110715799.2所述）以克服这一瓶颈，但是上述操作均会增加生产成本。需通过其它形式以低成本提高CO2浓度并维持相对较低的O2浓度，进而促进盐藻Rubisco酶进行固定CO2的羧化反应，实现生物量的快速积累。
[0005]同时，光合作用进行必须依赖光照。在人工高密度培养盐藻过程中，为提高生产效率，需要额外补给光照，在光照阶段多以恒定强度的光照补给。例如，“一种杜氏盐藻的优化培养方法”（CN201910750711.3）描述了在盐藻生物量积累阶段使用光照与黑暗交替形式补给光照，时长比值范围是光照：黑暗=3～5:1；“一种杜氏盐藻的连续培育方法”（CN202010240030.5），则采用恒定的光照：黑暗=1:1进行培养。这些已知技术多采用恒定强度的光照。基于光合作用的基本原理，盐藻在光照阶段接受光照，从培养液吸收CO2，同时放
出O2；导致培养液中CO2浓度逐渐降低，O2逐渐升高；同时，持续间断的恒定光照，在光照阶段光强超出细胞所能吸收的能量，则会引起光合膜蛋白的光氧化损伤，而在黑暗阶段没有光照，细胞无法进行光合作用，进而最终导致光合效率的降低。
[0006]因此，通过改变光供给的形式，可提高盐藻细胞生物量，如Yimei Xi等人发表的题为“Effects of different light regimes onDunaliella salinagrowth andβ
‑
carotene accumulation”（Algal Research 52 (2020) 102111）的论文，描述了一种模拟自然界光的形式，使得盐藻细胞提高了光能利用效率，实现了10
‑
55%生物量的提高，但是该方案仍然为光照和黑暗交替的形式，会引起黑暗阶段盐藻生物量的损失。Yanan Xu等人发表的题为“The influence of photoperiod and light intensity on the growth and photosynthesis ofDunaliella salina(Chlorophyta) CCAP 19/30”（Plant Physiology and Biochemistry 106 (2016) 305
‑
315）的论文，表明，简单地延长恒定光的照射时间，并不能增加盐藻细胞生物量，且恒定的强光照会引起细胞损伤。
[0007]因此，急需提供一种实现盐藻细胞生物量的高效积累，同时降低培养成本的培养方式。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术存在缺点，提供一种实现盐藻细胞生物量的高效积累，同时降低培养成本的盐藻培养过程中光供给的方法。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：一种盐藻培养过程中光供给的方法，在盐藻培养周期过程中按渐变形式（正弦光）持续对藻种进行光照输出，使盐藻实现快速分裂繁殖，实现生物量快速积累。
[0010]所述渐变形式持续的光照输出强度按下述公式， y=E0+E1×
|sin(π/T)
×
x| 其中，y为时间x时的光强；E0为基础光强；E1为正弦光的最大值；T为正弦光1个循环周期的时间长度。
[0011]所述x为：培养时间（单位：分钟），依据单个盐藻培养周期，即从接种至收获之间的时间确定，按照与生产周期等长的时间确定； E0为：初始接种盐藻为最佳活性时的基础光强（单位：μmol photons m
‑2s
‑1），依据初始接种密度确定； E1为：正弦光最大峰值（单位：μmol photons m
‑2s
‑1），依据培养液最终采收时所需要浓度OD
680
确定； T为：一个光周期的时间长度（单位：分钟），其依据培养液溶氧DO确定。
[0012]所述E0的范围是2
‑
20μmol photons m
‑
2 s
‑1；E1的范围是200
‑
2000μmol photons m
‑
2 s
‑1；x的范围是4320分钟（即最短3天）
‑
14400分钟（即最长10天）；T的范围是1分钟
‑
1440分钟（即一个光周期长度可从5分钟至1天）。
[0013]所述培养体系初始OD
680
为0.02
‑
0.1时，T不超过5分钟；培养体系初始OD
680 为0.1
‑
0.2范围内时，T为5
‑
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盐藻培养过程中光供给的方法，其特征在于：在盐藻培养周期过程中按渐变形式持续对藻种进行光照输出，使藻种实现快速分裂繁殖，实现生物量快速积累。2.按权利要求1所述的盐藻培养过程中光供给的方法，其特征在于：所述渐变形式持续的光照输出强度按下述公式，y=E
0 +E1×
|sin(π/T)
×
x|其中，x为培养时间；y为时间x时的光强；E0为基础光强；E1为渐变形式的最大峰值；T为渐变形式循环1个周期的时间长度。3.按权利要求2所述的盐藻培养过程中光供给的方法，其特征在于：所述E0的范围是2
‑
20μmol photons m
‑
2 s
‑1；E1的范围是200
‑
2000μmol photons m
‑
2 s
‑1；x的范围是4320分钟
‑
14400分钟；T的范围是1分钟
‑
1440分钟。4.按权利要求3所述的盐藻培养过程中光供给的方法，其特征在于：培养体系初始OD
680
为0.02
‑
0.1范围内时，T不超过5分钟；培养体系初始OD
680<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广策，顾文辉，邱琦，郭井瑶，王旭雷，刘雪华，伍松翠，孙坤，李雪，
申请(专利权)人：天津长芦汉沽盐场有限责任公司天津汉盐科瑞生物科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：