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多通道兼養(yǎng)培養(yǎng)揭示瑪氏骨條藻冬季生態(tài)適應(yīng)性及工業(yè)化利用潛力

閱讀:496      發(fā)布時(shí)間:2024-10-22
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2024年《Physiologia Plantarum》雜志刊登了最新的藻類研究成果:瑞典哥德堡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用多通道藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、藻類葉綠素?zé)晒鈨x、藻類光合放氧測(cè)量?jī)x等儀器,成功揭示了海洋常見(jiàn)硅藻瑪氏骨條藻Skeletonema marinoi下文簡(jiǎn)寫為S. marinoi在北歐冬季條件下的生態(tài)適應(yīng)性和工業(yè)潛力。研究發(fā)現(xiàn):在冬季條件下瑪氏骨條藻能夠通過(guò)混合營(yíng)養(yǎng)方式利用甘油等有機(jī)碳源顯著提高其生物量產(chǎn)量,從而展現(xiàn)了其在惡劣環(huán)境中的生長(zhǎng)潛力。這項(xiàng)研究不僅為揭示微藻在氣候條件下的生物適應(yīng)性提供了新的視角,而且對(duì)于微藻在生物技術(shù)和環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域(廢水處理、生物固碳等)的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。

這項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)過(guò)程可總結(jié)為以下三個(gè)階段:

多通道兼養(yǎng)培養(yǎng)揭示瑪氏骨條藻冬季生態(tài)適應(yīng)性及工業(yè)化利用潛力

 

階段 1初步篩選培養(yǎng)

首先,研究人員選取了具有高生產(chǎn)力潛力的S. marinoi本地菌株Sm142作為培養(yǎng)和研究對(duì)象。在預(yù)培養(yǎng)之后,使用了多通道藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模擬了冬季環(huán)境條件(40μmol photons m?² s?¹5°C),對(duì)不同有機(jī)碳源(甘油、葡萄糖和醋酸)添加條件下的S. marinoi進(jìn)行持續(xù)培養(yǎng),并通過(guò)測(cè)量光密度、葉綠素?zé)晒夂蜕镔|(zhì)濃度來(lái)追蹤微藻的生長(zhǎng)。

多通道兼養(yǎng)培養(yǎng)揭示瑪氏骨條藻冬季生態(tài)適應(yīng)性及工業(yè)化利用潛力

 

階段2 生理檢測(cè)

培養(yǎng)過(guò)程中,研究人員使用藻類葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)量了諸如Fv/Fm(最大光量子產(chǎn)量)、NPQ(非光化學(xué)淬滅)和ETR(電子傳遞速率)等葉綠素?zé)晒鈪?shù);使用藻類光合測(cè)量?jī)x測(cè)定了光合速率和呼吸速率,從而綜合評(píng)估了不同碳源添加對(duì)Sm142的生理學(xué)影響。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)方面:盡管不同有機(jī)碳源添加下進(jìn)行混合營(yíng)養(yǎng)的S. marinoiFv/FmETR保持一致,表明光系統(tǒng)II的效率沒(méi)有受到顯著影響,但與醋酸條件和光養(yǎng)對(duì)照條件相比,NPQ在第10天時(shí)在甘油和葡萄糖條件下顯著降低。這表明在利用甘油和葡萄糖作為碳源時(shí),S. marinoi可能通過(guò)減少能量耗散來(lái)調(diào)節(jié)光合作用和暗呼吸過(guò)程中的能量分配。

藻類光合參數(shù)方面:結(jié)果顯示甘油添加條件下的凈光合速率和光養(yǎng)對(duì)照條件相當(dāng),但暗吸速率顯著高。表明在利用甘油時(shí),S. marinoi細(xì)胞的呼吸活動(dòng)增強(qiáng),這與觀察到的生物量增加相一致。

結(jié)合兩方面的數(shù)據(jù):S. marinoi在異養(yǎng)條件下,尤其是在有甘油作為碳源時(shí),其光合生理反應(yīng)和代謝活性發(fā)生了變化,這些變化有助于提高其在冬季條件下的生長(zhǎng)和生物量生產(chǎn)。

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階段 3 培養(yǎng)條件優(yōu)化

在第三階段,研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在光生物反應(yīng)器中模擬瑞典西海岸的冬季條件,以優(yōu)化大規(guī)模培養(yǎng)的條件。他們比較了僅用空氣、添加甘油和空氣、用富含CO2的空氣以及添加甘油和富含CO2的空氣四種不同條件對(duì)Sm142生長(zhǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,添加甘油和CO2富集空氣的組合條件能顯著提高Sm142的生物量生產(chǎn)力,與僅用空氣的培養(yǎng)條件相比,生物量產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了倍增,這為工業(yè)規(guī)模的微藻培養(yǎng)提供了優(yōu)化的培養(yǎng)條件。

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參考文獻(xiàn)

Villanova, V. et al. (2024) Unveiling the ecological resilience and industrial potential of Skeletonema marinoi through mixotrophic cultivation in Nordic winter condition, Physiologia Plantarum, 176(3), p. e14308.

 

 

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