一种共培养促进微藻快速生长的方法与流程

本发明涉及微藻生长技术领域，具体涉及一种菌藻共培养促进微藻快速生长的方法。

背景技术：

伴随全球的能源危机、环境污染等问题，能源已成为限制我国经济发展、生态健康和社会进步的关键因素之一，寻求和发展可替代能源是当前我们亟待解决的重要课题。生物柴油是以生物体油脂为原料，经过分解和酯化得到的长链脂肪酸甲酯(FAME)。生物柴油作为化石燃料的替代品，与普通柴油相比，具有燃烧性能好、效率高、环境友好等优点；同时，生物柴油来源于植物油脂 (大豆油、玉米油、棕榈油等)、动物油脂 (各种动物脂肪)、微藻油脂等，是一种可再生的能源。因此，生物柴油作为一种绿色可再生的能源，近十几年来受到世界各国的普遍关注。

油脂原料是生物柴油价格的主要决定因素，占总成本的70%以上。目前，生物柴油主要来源于植物和动物油脂，世界各国根据自身国情选择合适的原料，欧盟各国以菜籽油为原料，美国、南美洲的巴西 (世界第三大生物柴油产地，2011年250万吨) 和阿根廷 (世界第四大生物柴油产地，2011年230万吨) 主要以大豆油为原料，东南亚国家主要利用棕榈油生产生物柴油，日本则以餐厨废油为主要原料。稳定的油脂原料供应是当前国外生物柴油产业快速发展的关键之一，但现有的产量在第一大产区欧盟也仅有5%的市场份额，生物柴油的进一步发展将消耗大量的油脂原料，这对农业和林业的健康发展将造成巨大的压力；特别在人口众多、人均耕地面积稀少的中国，大豆和粮油主要依靠进口，生物柴油的发展需在“不与民争粮油、不与粮油争地”的原则下积极开发非粮油原料来源。面对植物原料生产生物柴油的诸多问题，微藻生物柴油越来越受到各国的重视。微藻是含有叶绿素a并能进行光合作用的微小生物的总称，包括真核藻类和原核的蓝细菌。微藻培养简单、生长速度快、光合作用转化效率高、菌体含油量可达50%以上，是生产生物柴油的理想原料，具有广阔的开发应用前景。因此，微藻生物柴油成为当前国内外研究的热点之一。

微藻需要通过光合作用固定CO₂为细胞生长和油脂合成提供碳源，微藻固定的CO₂的速率决定了细胞生长和油脂合成的速率。为了提高微藻细胞的生长速率和合成油脂的速率，很多研究通过改变微藻培养方式来达到这一目的，如利用小球藻兼性化能异养的生长特性，通过添加葡萄糖、木薯淀粉水解液、玉米粉水解液、甘油等有机物为碳源，促进小球藻生长和油脂积累。因此，研究提高微藻细胞生长的技术和方法，对节约微藻生产成本，发展生物柴油工业有重要意义。

技术实现要素：

针对微藻光合自养生长慢的特点，利用微藻兼性化能异养的生长特性，本发明提供了一种共培养促进微藻快速生长的方法，细菌和微藻细胞同时接种至含木聚糖的培养基中进行光照培养，共培养过程中，细菌的木聚糖降解产物为微藻的快速生长提供有效的碳源，微藻光合作用为细菌生长代谢提供充足的氧气。本方法促进微藻细胞生长的同时减少光照培养过程中能源的损耗，为微藻生物柴油的生产提供大量低成本的原料。

本发明提供了一种共培养促进微藻快速生长的方法，该方法将细菌和微藻细胞同时接种至含木聚糖的培养基中进行光照培养，共培养过程中，细菌将木聚糖降解，降解产物为微藻的快速生长提供有效的碳源，微藻光合作用为细菌生长代谢提供充足的氧气。

进一步地，所用的细菌菌种为纤维弧菌Cellvibrio pealriver（纤维弧菌PR1），保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏号为CGMCC 1.14955，保藏日期为2014年12月21日。

进一步地，所述纤维弧菌Cellvibrio pealriver产的木聚糖酶包括内切β-木聚糖酶、β-木糖苷酶、α-呋喃阿拉伯糖苷酶、乙酰木聚糖酯酶和α-葡萄糖醛酸苷酶，且木聚糖酶降解木聚糖的产物不是还原性的糖木糖、半乳糖与葡萄糖，且其木聚糖的降解产物不是木糖、半乳糖、葡萄糖等还原性的糖。

进一步地，所涉及的微藻藻种为以下一种或多种：Chlorella pyrenoidosa、Scenedesmus obliquus、Chlamydomonas reinhardtii、Chlorella vulgaris、Chlorella protothecoides、Botryococcus braunii等。

进一步地，所涉及的微藻有微弱的木聚糖代谢能力，但均不能利用木糖进行生长。

进一步地，所用培养基为BG11培养基中添加木聚糖为碳源。

进一步地，采用的培养方式为光照静置培养。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点与技术效果：

1、本发明的共培养方法促进了微藻快速生长，共培养过程中，细菌的木聚糖降解产物为微藻的快速生长提供有效的碳源，微藻光合作用为细菌生长代谢提供充足的氧气。

2、本发明的共培养方法促进微藻细胞生长的同时减少光照培养过程中能源的损耗，为微藻生物柴油的生产提供大量低成本的原料。

附图说明

图1为几种微藻在BG11、木聚糖和木糖培养基，以及木聚糖培养基共培养时的生长情况图，横坐标为Culturing time（培养时间），纵坐标为Chl a（叶绿素a的浓度）。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术内容作进一步的说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

实施例一：

BG11培养基中添加1g/L的木聚糖为菌藻共培养培养基，按5%（v/v）的接种量分别接种纤维弧菌PR1和Chlorella pyrenoidosa FACHB-11（购买自武汉中国科学院野生生物种质库——淡水藻种库）进行共培养；对照组分别以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.5g/L木糖为培养基培养C. pyrenoidosa FACHB-11。培养到第2和4d，取5ml培养液提取藻叶绿素a（Chl a），测定结果如图1所示，培养2d后，共培养中微藻Chl a达到1.13mg/L，是对照组①的1.8倍；培养4d后，共培养中微藻Chl a达到3.79mg/L，是对照组①的3.3倍；对比①和②的结果，培养4d后，木聚糖对C. pyrenoidosa FACHB-11的生长有微弱的促进作用；对比①和③的结果，木糖对C. pyrenoidosa FACHB-11的生长有抑制作用。综合上述结果我们可知，共培养大大促进了C. pyrenoidosa FACHB-11的生长，木聚糖对该藻生长有微弱的促进作用，但木糖对该藻生长有抑制作用。

实施例二：

BG11培养基中添加1g/L的木聚糖为菌藻共培养培养基，按5%（v/v）的接种量分别接种纤维弧菌PR1和Scenedesmus obliquus FACHB-39（购买自武汉中国科学院野生生物种质库——淡水藻种库）进行共培养；对照组分别以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.5g/L木糖为培养基培养S. obliquus FACHB-39。培养到第2和4d，取5ml培养液提取藻叶绿素a（Chl a），测定结果如图1所示，培养2d后，共培养中微藻Chl a达到1.15mg/L，是对照组①的3.9倍；培养4d后，共培养中微藻Chl a达到2.48mg/L，是对照组①的2.3倍；对比①和②的结果，培养4d后，木聚糖对S. obliquus FACHB-39的生长没有明显的促进作用；对比①和③的结果，木糖对S. obliquus FACHB-39的生长有抑制作用。综合上述结果我们可知，共培养大大促进了S. obliquus FACHB-39的生长，木糖对该藻生长有抑制作用。

实施例三：

BG11培养基中添加1g/L的木聚糖为菌藻共培养培养基，按5%（v/v）的接种量分别接种纤维弧菌PR1和Chlamydomonas reinhardtii FACHB-265（购买自武汉中国科学院野生生物种质库——淡水藻种库）进行共培养；对照组分别以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.1g/L木糖为培养基培养C. reinhardtii FACHB-265。培养到第2和4d，取5ml培养液提取藻叶绿素a（Chl a），测定结果如图1所示，培养2d后，共培养中微藻Chl a达到0.82mg/L，是对照组①的2.5倍；培养4d后，共培养中微藻Chl a达到1.95mg/L，是对照组①的2.2倍；对比①和②的结果，培养4d后，木聚糖对C. reinhardtii FACHB-265的生长有一定的促进作用；对比①和③的结果，木糖对C. reinhardtii FACHB-265的生长有抑制作用。综合上述结果我们可知，共培养大大促进了C. reinhardtii FACHB-265的生长，木聚糖对该藻的生长有一定的促进作用，但木糖对该藻生长有抑制作用。

实施例四：

BG11培养基中添加2g/L的木聚糖为菌藻共培养培养基，按5%（v/v）的接种量分别接种纤维弧菌PR1和Chlorella vulgaris FACHB-8（购买自武汉中国科学院野生生物种质库——淡水藻种库）进行共培养；对照组分别以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.1g/L木糖为培养基培养C. vulgaris FACHB-8。培养到第2和4d，取5ml培养液提取藻叶绿素a（Chl a），测定结果如图1所示，培养2d后，共培养中微藻Chl a达到1.40mg/L，是对照组①的1.7倍；培养4d后，共培养中微藻Chl a达到5.36mg/L，是对照组①的2.4倍；对比①和②的结果，培养4d后，木聚糖对C. vulgaris FACHB-8的生长有微弱的促进作用；对比①和③的结果，木糖对C. vulgaris FACHB-8的生长有抑制作用。综合上述结果我们可知，共培养大大促进了C. vulgaris FACHB-8的生长，木聚糖对该藻的生长有微弱的促进作用，但木糖对该藻生长有抑制作用。

实施例五：

BG11培养基中添加1g/L的木聚糖为菌藻共培养培养基，按5%（v/v）的接种量分别接种纤维弧菌PR1和Chlorella protothecoides FACHB-3（购买自武汉中国科学院野生生物种质库——淡水藻种库）进行共培养；对照组分别以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.1g/L木糖为培养基培养C. protothecoides FACHB-3。培养到第2和4d，取5ml培养液提取藻叶绿素a（Chl a），测定结果如图1所示，培养2d后，共培养中微藻Chl a达到1.42mg/L，是对照组①的2.2倍；培养4d后，共培养中微藻Chl a达到2.68mg/L，是对照组①的2倍；对比①和②的结果，培养4d后，木聚糖对C.vulgarisFACHB-8的生长没有明显的促进作用；对比①和③的结果，木糖对C. protothecoides FACHB-3的生长有抑制作用。综合上述结果我们可知，共培养大大促进了C. protothecoides FACHB-3的生长，木聚糖对该藻的生长没有明显的促进作用，但木糖对该藻生长有抑制作用。

实施例六：

BG11培养基中添加2g/L的木聚糖为菌藻共培养培养基，按5%（v/v）的接种量分别接种纤维弧菌PR1和Botryococcus braunii FACHB-357（购买自武汉中国科学院野生生物种质库——淡水藻种库）进行共培养；对照组分别以① BG11、② BG11+1g/L木聚糖和③ BG11+0.5g/L木糖为培养基培养B. braunii FACHB-357。培养到第2和4d，取5ml培养液提取藻叶绿素a（Chl a），测定结果如图1所示，培养2d后，共培养中微藻Chl a达到2.23mg/L，是对照组①的3.1倍；培养4d后，共培养中微藻Chl a达到3.99mg/L，是对照组①的3.8倍；对比①和②的结果，培养4d后，木聚糖对B. braunii FACHB-357的生长有一定的促进作用；对比①和③的结果，木糖对B. braunii FACHB-357的生长有抑制作用。综合上述结果我们可知，共培养大大促进了B. braunii FACHB-357的生长，木聚糖对该藻的生长有一定的促进作用，但木糖对该藻生长有抑制作用。