“ 细菌型”pepc2基因反向表达载体构建及在莱茵衣藻中表达

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC, EC 4.1.1.31)在植物碳代谢中处于代谢纽的关键位置,是调节细胞蛋白质和脂肪酸含量的关键酶,通过抑制pepc基因的表达,可以提高细胞的含油率。通过克隆莱茵衣藻“细菌型”pepc2基因的部分序列（简称Crpepc2）和莱茵衣藻融合启动子Hsp70A-RBCS2（简称HR）,将HR和Crpepc2片段插入pSP124s中,获得Crpepc2反向表达的莱茵衣藻高效表达载体pSP124s-HR-reve- Crpepc2。利用基因枪将pSP24s和pSP124s-HR-reve-Crpepc2分别转入莱茵衣藻cc-503藻株,得到空质粒型和反向型突变藻株。利用qPCR检测莱茵衣藻野生型、空质粒型和反向型藻株“细菌型”pepc2基因的相对表达量,结果表明空质粒的导入对莱茵衣藻pepc2基因的相对表达量影响很小,为野生型的92.95%;而反向型pepc2基因的导入明显降低了莱茵衣藻pepc2基因的相对表达量,仅为野生型的2.94%。该结果一方面说明我们建立了利用qPCR快速检测莱茵衣藻pepc2基因相对表达量的方法,另一方面也证明利用Crpepc2反向表达的方法（即“反向载体技术”）可以有效的抑制莱茵衣藻pepc2基因的表达,为进一步筛选稳定的含油量高的藻株奠定了良好的基础。     

莱茵衣藻MAPK4基因RNAi载体的构建及鉴定

[目的]构建莱茵衣藻2A38的MAPK4基因的RNAi载体。[方法]提取莱茵衣藻细胞总RNA,利用PCR扩增出编码MAPK4的基因片段,用基因工程技术将MAPK4基因片段连接载体p MD18-T上,经过2次不同的双酶切后,与RNAi中间载体p T282连接,最后连接到干涉载体p Maa7IR/XIR上,用酶切及测序鉴定MAPK4基因RNAi载体并转化莱茵衣藻。[结果]经限制性内切酶酶切及测序鉴定,证实为重组质粒,并且该重组载体可在莱茵衣藻中表达。[结论]构建的MAPK4基因RNAi载体结构正确,为进一步利用RNAi技术使MAPK4基因沉默表达,研究MAPK4在莱茵衣藻中的生物学功能奠定了试验基础。     

“细菌型”pepc2基因反向表达载体构建及在莱茵衣藻中的表达

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC, EC 4.1.1.31)在植物碳代谢中处于代谢纽的关键位置,是调节细胞蛋白质和脂肪酸含量的关键酶,通过抑制pepc基因的表达,可以提高细胞的含油率。通过克隆莱茵衣藻“细菌型”pepc2/基因的部分序列（简称Crpepc2）和莱茵衣藻融合启动子Hsp70A RBCS2（简称HR）,将HR和Crpepc2片段插入pSP124s中,获得Crpepc2反向表达的莱茵衣藻高效表达载体pSP124s-HR-reve-Crpepc2-。利用基因枪将pSP24s和pSP124s-HR-reve-Crpepc2分别转入莱茵衣藻cc 503藻株,得到空质粒型和反向型突变藻株。利用qPCR检测莱茵衣藻野生型、空质粒型和反向型藻株“细菌型”pepc2/基因的相对表达量,结果表明空质粒的导入对莱茵衣藻pepc2/基因的相对表达量影响很小,为野生型的92.95%;而反向型pepc2/基因的导入明显降低了莱茵衣藻pepc2/基因的相对表达量,仅为野生型的2.94%。该结果一方面说明我们建立了利用qPCR快速检测莱茵衣藻pepc2/基因相对表达量的方法,另一方面也证明利用Crpepc2反向表达的方法（即“反向载体技术”）可以有效的抑制莱茵衣藻pepc2/基因的表达,为进一步筛选稳定的含油量高的藻株奠定了良好的基础。     

莱茵衣藻氮胁迫基因数字表达谱分析

以正常培养条件下的莱茵衣藻为对照,通过数字表达谱技术对缺氮诱导3 d的藻细胞进行转录水平上的检测,并结合pathway分析。结果表明:差异表达基因共有482个,其中上调表达基因108个,下调表达基因374个;这些差异表达的基因共分布在85个pathways中。此结果为进一步揭示氮元素缺乏诱导微藻油脂积累的分子机理提供有用信息。     

一种高效的莱茵衣藻电转化方法

【目的】为了探明莱茵衣藻Chlamydomonas reinhardtii最佳的转化条件。【方法】将融合基因4CL-3aSTS与绿色荧光蛋白(GFP)分别作为目的基因,以aphVIII为抗性基因,采用电转化法将两种目的基因分别转入野生型(WT)莱茵衣藻和细胞壁缺失型莱茵衣藻(CC425)中。【结果】用巴龙霉素抗性筛选以及通过PCR验证与荧光共聚焦显微镜检测,证实目的基因在两种莱茵衣藻中成功表达。【结论】获得了一种高效的莱茵衣藻电转化方法,野生型衣藻转化率为11.07%,细胞壁缺失型衣藻转化率为49.67%。     

莱茵衣藻“细菌型”pepc2基因叶绿体表达及其对油脂蛋白质含量的影响

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC,EC 4.1.1.31)在植物碳代谢中有重要作用,高等植物中PEPC可以调控蛋白质和脂肪酸含量,但是对绿藻PEPC的研究还较少.莱茵衣藻是绿藻中的模式生物,其基因工程中外源基因的转化以叶绿体转化效率最高,为了提高外源蛋白表达和获得高产油莱茵衣藻,利用叶绿体转化法能进一步提高表达效率.因此,本研究首先克隆了莱茵衣藻“细菌型”PEPCCS Ⅰ (conserved sequence Ⅰ)的639 bp,构建了pASapI-reve-Crpepc2和pASapI-forw-Crpepc2正反向叶绿体表达载体,并用基因枪法转化莱茵衣藻cc-400获得了空质粒型,正向型和反向型转基因藻株.其次,应用RT-qPCR方法检测Crpepc2的相对表达量,结果表明反向型Crpepc2的表达量减少了89.97％,而正向型增加了201.16％.最后,检测了总蛋白和脂质含量的变化,正向型突变株的总蛋白增加了37.03％;而反向型突变株的脂质含量增加了70.32％,且不饱和脂肪酸含量明显增加.以上结果证明莱茵衣藻“细菌型”PEPC的叶绿体表达不仅可以进一步提高蛋白质与脂肪酸含量,也可为今后外源蛋白的表达和高产油工程藻的应用做贡献.     

莱茵衣藻“细菌型”pepc2基因叶绿体表达及其对油脂蛋白质含量的影响

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（Phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC,EC 4.1.1.31）在植物碳代谢中有重要作用,高等植物中PEPC可以调控蛋白质和脂肪酸含量,但是对绿藻PEPC的研究还较少。莱茵衣藻是绿藻中的模式生物,其基因工程中外源基因的转化以叶绿体转化效率最高,为了提高外源蛋白表达和获得高产油莱茵衣藻,利用叶绿体转化法能进一步提高表达效率。因此,本研究首先克隆了莱茵衣藻“细菌型”PEPCCSⅠ（conserved sequenceⅠ）的639 bp,构建了pASapI-reve-Crpepc2和pASapI-forw-Crpepc2正反向叶绿体表达载体,并用基因枪法转化莱茵衣藻cc-400获得了空质粒型,正向型和反向型转基因藻株。其次,应用RT-qPCR方法检测Crpepc2的相对表达量,结果表明反向型Crpepc2的表达量减少了89.97%,而正向型增加了201.16%。最后,检测了总蛋白和脂质含量的变化,正向型突变株的总蛋白增加了37.03%;而反向型突变株的脂质含量增加了70.32%,且不饱和脂肪酸含量明显增加。以上结果证明莱茵衣藻“细菌型”PEPC的叶绿体表达不仅可以进一步提高蛋白质与脂肪酸含量,也可为今后外源蛋白的表达和高产油工程藻的应用做贡献。     

一步法构建莱茵衣藻叶绿体表达载体

为简化莱茵衣藻叶绿体表达载体构建步骤,将莱茵衣藻叶绿体中表达所需的DNA 元件组合,构建入可一步 TA 克隆插入靶基因的载体pTBNK,可直接用于在莱茵衣藻叶绿体表达靶基因。将EGFP 克隆至表达载体pTBNK,经 蓝白班筛选获得阳性转化子pTBNK-EGFP,通过基因枪转化衣藻叶绿体并获得阳性克隆。通过PCR 鉴定,EGFP 成 功整合至衣藻叶绿体基因组中。     

胞外聚合物对莱茵衣藻砷富集和形态转化的影响

为探明胞外聚合物(EPS)对微藻砷的富集和迁移的作用效果,采用1mmol/L乙二胺四乙酸(EDTA)对莱茵衣藻EPS进行提取,测定EPS含量及其主要成分,运用LIVE/DEAD BacLight staining–LSCM观察去除和未去除EPS的莱茵衣藻的生长情况,并对藻细胞进行AsV处理(20μg/L、处理6.0 h),比较有(无)EPS的莱茵衣藻对砷的吸收、吸附和转化的差异。结果表明:莱茵衣藻EPS总量为16.12 mg/g,其主要成分为多糖(89.96%),并含有少量的蛋白质(7.41%)和DNA(2.63%),EDTA提取EPS后没有细胞自溶现象产生,不影响微藻的生长;去除EPS后的莱茵衣藻对AsV的还原能力显著降低,且在6.0h内对砷的吸收没有明显变化,但砷吸附量占富集的比例(43.03%～66.23%)显著高于有EPS的砷吸附占比(10.68%～31.90%),表明EPS在莱茵衣藻对砷的富集和形态转化中具有重要作用。     

转基因莱茵衣藻中白藜芦醇的提取工艺

【目的】为了探明一种从单细胞藻类植物中提取和纯化白藜芦醇的有效方法。【方法】以能合成白藜芦的转基因莱茵衣藻为材料,使用酶解与萃取的方法提取白藜芦醇,利用高效液相色谱法检测白藜芦醇浓度。【结果】以肉桂酸为底物诱导转基因衣藻积累白藜芦醇,进行9h酶解后超声萃取30min,接着用60%的甲醇溶液在60℃条件下提取6h。【结论】此方法提取莱茵衣藻中的白藜芦醇效率相对较高,为利用藻类植物生产白藜芦醇奠定了基础。     

紫外诱变热带微藻选育高油脂藻株

为选育高含油量微藻藻种,本试验以优势藻株La4-37为原材料,采用紫外线辐射法对其进行诱变处理,获得了296株藻株。利用尼罗红荧光检测法对获得的藻株进行荧光检测,筛选获得相对含油量最大的诱变藻株M077和M040。通过对诱变株生长及脂荧光强度动态跟踪发现,诱变株生长周期和油脂积累时期基本一样,当达到平稳期时,诱变株油脂积累能力均有较大提高,脂荧光强度分别是原始藻株的6.2倍和1.7倍。     

能源微藻油脂积累及油脂含量检测技术研究进展

对于生物质能源的原料,人们的目光逐渐从陈化粮、木质素、动物油脂等转向微型藻类,因其具有可养殖、可再生、生长周期短、分布广泛、可进行光合作用、环境适应能力强、产量高等突出特点,吸引了国内外众多科研和产业人员的目光。通过综合现有的微藻油脂生产的相关报道,从当前研究报道的产油微藻的种类、影响油脂积累的营养和环境因素的分析,结合油脂含量检测的方法对微藻油脂含量进行评估,对比得出布朗葡萄藻藻和部分链带藻的产脂能力更具优势,其油脂含量能达到细胞干重的60%以上,另外,通过优化培养条件、基因手段干预等措施可以获得高产油脂的微藻,其产油能力要比野生株提高20%以上,并综合阐述了国内外微藻产油的研究进展,为后续的研究计划和产业化提供参考。     

富油微藻Monoraphidium sp.的分离及其油脂提取工艺研究

[目的]研究富油微藻的分离与筛选,探讨其油脂提取的最佳工艺条件。[方法]采用尼罗红荧光染料对分离自海南淡水水体的微藻进行初筛,得到油脂含量较高的Monoraphidium sp.,采用Bligh-Dyer超声法提取该微藻的油脂.以提取溶剂比例、超声功率、提取温度、提取时间为因子,通过单因子试验研究其对出油率的影响,并通过正交试验优化微藻油脂提取的工艺条件。[结果]Monoraphidiumsp经尼罗红染色后荧光强度高,表明该微藻富含油脂,具有作为能源微藻的潜力。正交试验表明,从Monoraphidium sp.提取油脂的最佳工艺条件为：溶剂氯仿、甲醇和水的比例为10∶10∶9,超声功率600 W、提取温度50℃、提取时间30 min。优化后的工艺条件与未优化的相比,该微藻出油率提高了29.01%。[结论]该研究为快速筛选富油微藻及Monoraphidium sp.的应用提供科学依据。     

营养限制对Heynigia riparia CE14-2油脂积累的影响

[目的]研究营养限制对Heynigia riparia CE14-2油脂积累的影响。[方法]以从海南热带水域分离得到一藻株为材料,通过18SrDNA同源聚类分析对其进行鉴定。通过将其培养在HSM、SE和BG11 3种系列(缺氮、磷、硫元素的培养基)12种培养基上,检测生长速率和油脂含量。[结果]试验鉴定该藻株为Heynigia riparia CE14-2;Heynigia riparia CE14-2在HSM培养基中生长优于其他培养基,N、P、S缺乏可促使Heynigia riparia CE14-2油脂积累,其中,硫和氮营养缺陷促进油脂积累作用明显,但营养限制使微藻生长减缓,使细胞组分的蛋白质、糖和叶绿素的含量降低;在SE-S培养基中添加葡萄糖或乙酸钠,Heynigia riparia CE14-2的生物量、油脂和叶绿素含量在一定范围内有所增加,但葡萄糖的促进作用不如乙酸钠明显。[结论]为微藻的油脂生产提供了理论依据。     

水稻种子内生泛菌促进小球藻生长和油脂积累

【目的】从水稻种子中分离出优势内生菌,研究其对小球藻生长、生化组分及油脂积累的影响,探索植物内生菌作为促进微藻生长和生化品质改良的新微生物资源的可行性。【方法】以收获自大田的粳稻品种日本晴种子为试验材料,采用传统表面消毒法分离获得内生菌。内生菌的鉴定采用形态观察和16S rDNA序列分析法。以蛋白核小球藻为研究对象,采用共培养法评估内生菌对小球藻生长及生化指标的影响,以纯藻为对照,将内生菌与蛋白核小球藻种子细胞按菌藻比（10﹕1）接种至BG11培养基进行共培养。采用血球板计数法测定藻细胞数目。同时以纯菌培养为对照,采用平板稀释菌落计数法测定菌藻共培养体系中菌浓的变化曲线。小球藻细胞中叶绿素a和类胡萝卜素的提取采用甲醇浸提法,定量测定采用紫外分光光度法。小球藻油脂提取采用氯仿甲醇浸提法,脂肪酸组分分析采用气相色谱-质谱联用法。【结果】分离获得一株在水稻种子中常见且数量较多的内生细菌,编号为REY-1。REY-1为革兰氏阴性短杆状,经16S rDNA鉴定属于泛菌属Pantoea sp.。REY-1与蛋白核小球藻共培养14 d后,菌藻共培养组中藻细胞浓度达到1.15×10⁸ cells/mL,是对照组的1.97倍。菌藻共培养组与纯菌培养对照组中水稻内生泛菌REY-1的浓度均呈现峰谷式变化曲线,但菌藻共培养组中REY-1的菌浓同比显著低于纯菌培养对照组。14 d培养结束时,菌藻共培养组的菌藻比反转为1﹕100,说明REY-1促进蛋白核小球藻的生长,其自身增殖又受到藻细胞的抑制,二者存在显著的互作效应。菌藻共培养组藻细胞叶绿素a和类胡萝卜素总浓度与对照差异不显著,但单细胞叶绿素a和类胡萝卜素含量分别比对照组下降42.58%和42.68%,二者差异均显著。菌藻共培养组藻细胞油脂含量达到细胞干重的29.90%,比对照组增加78.00%,差异显著,油脂产率（2.14 mg·L^-1·d^-1）比对照组增加了1.68倍。2种培养体系中藻细胞脂肪酸主要组分相似,均为棕榈酸（16﹕0）、亚油酸（18﹕2）和亚麻酸（18﹕3）。REY-1共培养处理使藻细胞的单不饱和脂肪酸相对含量比对照增加了32.37%,短链脂肪酸肉豆蔻酸（14﹕0）相对含量比对照增加了2.12倍,差异显著。此外共培养组藻细胞新合成一种长链脂肪酸-芥酸（22﹕1）,相对含量达到藻细胞总脂肪酸的1.68%。【结论】水稻种子内生泛菌REY-1能在BG11培养液中长期存活并与蛋白核小球藻产生互作,显著提高小球藻生物量和油脂含量,大幅提高小球藻油脂产率并影响脂肪酸相对组成比例的生物学效应。水稻种子内生菌可以作为开发小球藻共生菌的优良微生物新资源。     

培养液铁离子浓度对单生卵囊藻和月牙藻细胞组成的影响

研究了培养液中添加不同量柠檬酸铁(0、0.0039、0.039和0.39 mg/L)对单生卵囊藻(Oocystis solitaria)和月牙藻(Selenastrum sp.)细胞组成的影响。结果表明,单生卵囊藻和月牙藻分别在柠檬酸铁添加量为0.039 mg/L和0.39 mg/L时具有最大的蛋白、总糖、叶绿素a和类胡萝卜素含量。单生卵囊藻和月牙藻均在柠檬酸铁添加量为0.39 mg/L时具有最大的总脂肪含量,分别为13.76%和22.78%,比相应未添加铁组分别提高了318%和160%。单生卵囊藻富含18:3n3,月牙藻富含18:2n6。培养液中高的铁离子浓度诱导两种藻细胞合成更多的饱和脂肪酸。相比单生卵囊藻,月牙藻对培养液中高铁离子浓度的耐受力更强,更适合作为生物柴油的原料。     

藻类资源在农业种植业中的应用研究进展

随着人们对海洋生物资源研究的日益关注,藻类生物资源的挖掘也越来越受到重视,近年来其在农业领域的应用和价值也日益凸显。目前,人们对藻类资源在农业中的应用研究主要集中在对藻类生物肥料和生物刺激剂的探索,即为农作物寻找新的肥料来源,但对其作用机制的研究还缺乏总结。为此,本文综述了国内外相关研究进展,重点介绍了藻类资源在农业种植业中的利用,阐述了藻类细胞及其产物在农业工程中的应用与发展,包括藻类作为生物肥料和生物刺激剂、藻类资源在农业环境修复以及农作物产品保鲜等方面的应用。此外,本文还总结了藻类资源在农业应用中的主要机理：①藻类的固碳、固氮以及解磷作用,可提高土壤营养物质含量,调节土壤微生物活力,促进植物生长;②藻类分泌的胞外聚合物有助于改善土壤荒漠化及盐碱化,降低农药污染风险和提高土壤肥料利用效率;③藻类细胞的生物吸附性有助于重金属污染土壤的修复;④海藻多糖的抑菌、抗病毒和保鲜功能等。总而言之,藻类资源在农业种植业中具有广阔的应用前景和巨大的开发价值。未来的研究应着眼于藻类细胞活性物质的促生长机理和藻类资源的田间规模评价,重视分子生物学技术的应用,挖掘更多样化的藻类应用潜力,为藻类生物质的开发和农业可持续发展提供理论依据。     

7种试剂对3种饵料微藻絮凝效应的研究

[目的]探讨絮凝剂对牟氏角毛藻、微绿球藻、湛江等鞭金藻3种海洋饵料微藻的絮凝效应。[方法]采用5种无机试剂和2种有机试剂分别以6种不同的浓度处理藻液,连续4h跟踪测定藻细胞的沉淀情况。[结果]5种无机试剂对3种海洋饵料微藻均有一定的絮凝作用,而2种有机试剂的絮凝效果均不明显。硫酸锌和硫酸铝对牟氏角毛藻的絮凝效果明显;明矾、硫酸锌和聚合氯化铝对微绿球藻的絮凝效果明显;硫酸铝对湛江等鞭金藻的絮凝效果较明显。[结论]为生产性海洋饵料微藻的采收提供理论依据。     

基因工程在生物柴油原料中的应用研究

生物柴油由于其燃烧性高、污染小、可再生等优点,是传统化石燃料的理想替代能源,并已在世界范围内得到广泛应用。基因工程技术在生物柴油中的应用,主要集中在提高生物柴油原料的脂类含量上,如对含油植物和含油微藻的研究。结合国内外主要研究进展,综述了运用基因工程技术提高生物柴油原料脂类含量的8种途径,如超量表达乙酰辅酶A羧化酶、脂肪酸合成酶、苹果酸酶等。最后指出:将微藻作为生产原料是我国生物柴油产业发展的必然趋势,通过转录因子途径调控脂类的积累,是未来生物柴油产业发展的重要研究方向。     

高油脂产量微藻的选育方法及研究进展

能源短缺和环境问题已经成为人类面临的全球性重大危机,生物质能作为一种环境友好的可再生能源受到国内外学者的关注。微藻作为生物质能原料有很多优势,但制约微藻生物质能源工业化生产的主要限制因素之一是微藻的油脂含量。选育高油脂含量的微藻株系是目前微藻领域的研究热点之一。在此综述了微藻作为生物质能原料的优势和基于生物质能原料生产的微藻选育的研究进展。