一种促进雨生红球藻生长和虾青素积累的方法与流程

本发明涉及分子生物学，特别涉及一种促进雨生红球藻生长和虾青素积累的方法。

背景技术：

1、虾青素具有很高的营养价值和经济价值，目前广泛应用于保健品、水产养殖和化妆品等多个领域。雨生红球藻是生产虾青素的理想来源之一，目前雨生红球藻的养殖过程中光源主要是太阳光，自然条件下存在光照条件不可控的问题，造成批次之间培养周期变化大、生长和虾青素含量不稳定。如何同时获得高生物量和高虾青素含量、降低生产成本一直是行业研究的热点。

2、为了进一步促进藻细胞生长和色素合成，人工光源的补加能够实现微藻的可控培养。专利cn110484451b提及一种促进雨生红球藻生长和积累虾青素的方法，通过对光源的光照强度和波长进行优化组合，促进了微藻对光能的吸收、利用。专利cn109825546b通过不同的led灯珠组合，对雨生红球藻在生长时的光照光谱、总光强、光照时间进行了优化。已有专利或文献中对于光强设定往往设定了总光照强度，总光照强度通常指的是入射光强。而藻细胞接收到的光强与入射光强是完全不同的，即使反应器表面提供大量的光子，深层的微藻细胞接收到的光子也会少，因为光在反应器中是不断衰减的，细胞接收到的光强会随着位置、距离、生物量浓度、色素含量的改变而发生变化，缺少更有效的控制指标来衡量其对藻细胞生长和色素积累的影响。人工光源的另一大问题是成本偏高，如何在相同的电力消耗下可以产生更多的产物也是十分有意义的。

3、低光强会促进雨生红球藻绿藻(藻细胞)培养阶段细胞的生长，但不会促进虾青素的积累，因此，需要转换为高光照才会改变细胞形态和积累虾青素，在转变过程中常会引起藻细胞损伤死亡，如何提高细胞胁迫耐受性是亟待解决的关键问题。茶氨酸是茶树最重要的特征性次生代谢产物，有研究报道茶氨酸能够提高植物的抗胁迫毒害的能力。谷胱甘肽是植物中普遍存在的硫醇,植物对环境胁迫的耐受能力与谷胱甘肽水平相关。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足之处，本发明的目的是提供一种促进雨生红球藻生长和虾青素积累的方法；通过在雨生红球藻培养过程中，以平均光强作为光控制的主要参数之一，结合不同培养阶段特定的光照条件，更有效地促进雨生红球藻生长和虾青素积累，同时人工光源更加节能环保；针对雨生红球藻培养过程中藻细胞受环境胁迫造成损伤问题，培养基中添加茶氨酸和谷胱甘肽来提高藻细胞胁迫耐受性，进一步提高生物量和虾青素产量，极大提高了生产效率，具有很好的工业化前景。

2、本发明第一方面提供了一种促进雨生红球藻生长和虾青素积累的方法，采用三阶段培养方式，具体步骤包括：

3、(1)雨生红球藻的藻细胞培养阶段：采用波长为620-640nm红光、闪光频率为40-80hz的频闪光+连续光组合进行光照，确保平均光强为40-80μmol·m-2·s-1。进一步优选的，确保平均光强为55-65μmol·m-2·s-1。更进一步优选的，采用波长为630nm红光、闪光频率为55-65hz的频闪光+连续光组合进行光照。

4、对于上文所述的技术方案，进一步优选的，所述步骤还包括：

5、(2)雨生红球藻不动孢子转化阶段：采用波长为620-640nm红光、闪光频率为40-80hz的频闪光+连续光组合进行光照，确保平均光强为75-125μmol·m-2·s-1。进一步优选的，确保平均光强为95-105μmol·m-2·s-1。更进一步优选的，所述雨生红球藻不动孢子转化阶段，采用波长为625-635nm红光、闪光频率为55-65hz的频闪光+连续光结合方式进行光照。

6、对于上文所述的技术方案，进一步优选的，所述步骤还包括：

7、(3)红藻培养阶段：采用波长为480-510nm蓝光、闪光频率为40-80hz的频闪光、正弦波进行光照，确保平均光强为150-250μmol·m-2·s-1。进一步优选的，确保平均光强为190-210μmol·m-2·s-1。更进一步优选的，所述红藻培养阶段：采用波长为485-495nm蓝光、闪光频率为55-65hz的频闪光、正弦波进行光照。

8、对于上文所述的技术方案，进一步地，所述雨生红球藻藻种不限定种类；一般商业途径获得的均可；例如gy-d2 haematococcuspluvialis(上海光语生物科技有限公司)或haematococcuspluvialis fachb-712(中科院淡水藻种库)；其他本领域常用的藻种也都能实现本发明的使用效果。

9、对于上文所述的技术方案，进一步优选的，所述促进雨生红球藻生长和虾青素积累的方法，在采用上文所述的三阶段培养方式基础上，其培养基为下述的雨生红球藻培养基中的至少一种，即选自雨生红球藻不动孢子转化阶段培养基、用于红藻培养阶段的培养基、雨生红球藻藻细胞培养阶段中的至少一种。

10、对于上文所述的技术方案，进一步优选的，所述雨生红球藻不动孢子转化阶段培养基配方：在bbm培养基中添加230-270mg/l碳酸氢钠、再将氯化钠的浓度改为0.8-1.2g/l，同时添加5-15mg/l的茶氨酸或5-10mg/l的谷胱甘肽。

11、对于上文所述的技术方案，进一步优选的，所述雨生红球藻不动孢子转化阶段培养基配方中的茶氨酸的添加量为10mg/l。

12、对于上文所述的技术方案，进一步优选的，所述雨生红球藻不动孢子转化阶段培养基配方中的谷胱甘肽添加量为5mg/l。

13、对于上文所述的技术方案，进一步优选的，所述红藻培养阶段的培养基配方：在bbm培养基基础上，添加800-900mg/l碳酸氢钠，提高氯化钠的浓度至1.5-2.5g/l，去除磷酸二氢钾和磷酸氢二钾，添加10-15mg/l茶氨酸，添加5-20mg/l谷胱甘肽。进一步优选的，所述碳酸氢钠的添加量为830-870mg/l；所述的氯化钠浓度为2g/l。

14、对于上文所述的技术方案，进一步优选的，所述雨生红球藻藻细胞培养阶段培养基配方：在bbm培养基中添加230-270mg/l碳酸氢钠。

15、对于上文所述的技术方案，具体而言，上文所述bbm培养基配方如下：硝酸钠为250-500mg/l，磷酸二氢钾为0-175mg/l，磷酸氢二钾为40-75mg/l，氯化钠为0-25mg/l，mgso4·7h2o为75-150mg/l，cacl2·2h2o为25-50mg/l，氯化锰为0.04-1.90mg/l，na2edta为0.75-1.0mg/l，zncl2·7h2o为0.005-0.020mg/l，na2moo4·2h2o为0.004-0.20mg/l，fecl3·6h2o为0-0.1mg/l。

16、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、(1)采用平均光强作为光控制的主要参数之一，结合不同培养阶段特定的光照条件，有效提高了光子利用效率，更有效地促进雨生红球藻生长和虾青素积累，采用频闪光的光照模式，相比连续光能够达到更好地效果，同时更加节能环保。

18、(2)三步法培养工艺能够降低细胞转化过程中死亡率，尤其在不动细胞转化阶段和虾青素积累阶段添加茶氨酸或谷胱甘肽都可以提高藻细胞的胁迫耐受性，有效缓解了平均光强增大时对活细胞的损伤，并且进一步提高了不动细胞的转化率，同时提高了虾青素的产量，整个过程操作简单且用量较低；

19、(3)虾青素合成阶段添加避免了藻细胞受环境胁迫造成的损伤问题，雨生红球藻的产量高、生产条件易控、人工光源更加节能环保。