光合细菌影响微藻生长和油脂代谢的机理研究

It is a green approach to treat aquaculture wastewater by using microalgae. The influence of bacteria is important during wastewater treatment with microalgae. Photosynthetic bacteria can treat wastewater independently and promote the growth of certain microalgae, so the co-culture system of microalgae and photosynthetic bacteria has important research value in both wastewater treatment and biodiesel production. However, studies about algal-bacteria co-culture system pay little attention to oil production, and the interaction mechanism between algae and bacteria is not clear. In this project, photosynthetic bacteria and microalgae are chose as the research objects. Firstly, to maintain the dominant niche of microalgae in the co-culture system and improve the wastewater treatment efficiency of the co-culture system and the biomass productivity of microalgae by manipulating environmental factors. Secondly, to improve the oil productivity by controlling nitrogen, phosphorus and carbon sources, while isotopic labelling will be used to guide this oil-enhancement process. Finally, to explain the mechanism by which photosynthetic bacteria affect the growth and lipid metabolism of microalgae from the perspective of intercellular communication combined with proteomics analysis. The research outcomes will provide the new technical and theoretical basis for aquaculture wastewater treatment and resource recovery.

利用微藻处理水产养殖废水，是一种绿色途径。在利用微藻处理废水过程中，细菌的存在及影响不可忽视。光合细菌具有独立处理废水的能力，而且它还可以促进某些微藻的生长。因此，微藻-光合细菌共培养体系具有重要研究价值。但是，目前关于藻菌体系的研究对产油方面关注较少，而且藻菌间相互作用机制也不明确。本研究以微藻和光合细菌为研究对象，首先，通过控制环境因子调控共培养体系中的藻菌关系，维持共培养体系中微藻的优势生态位，提高共培养体系的废水处理效率和微藻的生物量产率；然后，利用同位素标记碳源分析共培养体系中的碳源流向，来指导碳氮磷调控共培养体系产油，在提高废水处理能力的同时提高微藻的油脂产率；最后，结合微生物组学分析，从藻菌胞间通讯角度解析光合细菌影响微藻生长和油脂代谢的机理。研究成果将为水产养殖废水处理和资源化利用提供新的技术和理论依据。

微藻生物柴油是一种绿色能源，微藻可以在处理废水的同时生产生物柴油。藻菌共生系统具有较大的研究价值，因为微藻和细菌可以优势互补。本项目验证了利用葡萄糖培养微藻过程中氮磷控制的重要作用，并在高效处理大豆加工废水的同时获得高油脂产率。大豆加工废水培养斜生栅藻8天以后，化学需氧量（COD）、总氮（TN）和总磷（TP）的去除率分别为72%、95%和54%。此外，培养8天后，脂肪酸产率高达99.3 mg·L-1·d-1，比使用葡糖培养时高1.15倍。然后，以三类微藻：普通小球藻（Chlorella vulgaris）、蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）、斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）和三类光合细菌：沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）、荚膜红细菌（Rhodobacter capsulatus），类球红细菌（Rhodobacter sphaeroides）为研究对象，构建藻菌共生体系，共筛选出四组有促进作用的藻菌共生体系。结果表明，以蛋白核小球藻/类球红细菌1:1共培养为最佳促进条件，其生物量产率、乙酸吸收率和产油率分别是纯微藻和培光合细菌养体系总和的1.64、1.61和2.79倍。同时，接种比显著影响共培养体系的生长速率和产油率。iTRAQ分析表明，光合细菌对微藻的乙酸利用、TCA循环和乙醛酸循环均有积极作用，但降低了二氧化碳利用率和光合作用，表明光合细菌促进了微藻有机碳代谢，弱化了无机碳代谢。上述工作为理解藻菌体系中藻菌关系以及藻菌共培养体系在废水处理和生产生物柴油上的应用提供了坚实的基础。