颗石类微藻固定二氧化碳和积累油脂的机理研究

颗石类微藻（颗石藻）在大气二氧化碳循环和海洋生态系统中起着重要作用，因其能够在细胞表面积累碳酸钙从而长期封存二氧化碳；同时，颗石藻还能合成大量油脂用于生产生物燃料，因此具有潜在的经济价值。然而，有关颗石藻的生长条件、碳酸钙和油脂积累的机理的研究工作尚不够完善，适用于颗石藻大量培养的光生物反应器还少有报道。为了填补这些研究的不足，为开发利用颗石藻提供理论基础和技术指导，本项目将应用藻类生物技术的手段，选取两个常见的颗石藻种（Pleurochrysis carterae 和 Emiliania huxleyi），开展相关的生理生化研究，阐明其最佳生长条件，探讨碳酸钙和油脂积累的机理，测量它们吸收固定二氧化碳的效率，并在此基础上进行扩大培养实验，以展示它们在平板式光生物反应器中开展大量养殖的可行性。本项研究的成果将为今后综合开发利用颗石藻进行二氧化碳减排和生物燃料的生产提供理论指导。

本项目以颗石藻Pleurochrysis carterae为实验材料，对其培养过程中所涉及到的主要营养物质和培养条件进行了优化，以获取颗石藻P. carterae的最佳培养条件。在此基础上，本项目还开展了颗石藻P. carterae在室内和室外条件下的扩大培养工作，为实现颗石藻P. carterae的规模化培养提供理论依据。另外，我们还深入研究了P. carterae的长链不饱和脂肪酸和类胡萝卜素的成分。主要结果如下：.1. 确定了P. carterae生长所需的最佳NaNO3浓度为225 mg L-1， 5.65 mg L-1的NaH2PO4•2H2O就足够满足细胞生长的需要。细胞最大比生长速率(μmax) (0.57 day-1)和生物量产率(134.13 mg L-1 day-1)均达到最大值。.2. 低光照强度限制颗石藻P. carterae细胞的生长。但高光强并没有对颗石藻P. carterae的生长表现出明显的光抑制。当培养温度高于30℃时，颗石藻P. carterae的生长就会受到抑制，甚至会引起细胞的解体死亡。低温(15℃)会延长细胞的延滞期，但对细胞最大比生长速率和细胞产率的影响不大。.3. 颗石藻P. carterae具备大规模培养的潜力。室外条件下，最大细胞密度可达1×106 cells•mL-1，最大细胞干重可达0.35g L-1，其最大比生长速率和细胞产率分别可达0.32 day-1和28.30 mg L-1 day-1。.4. 无氮和无磷培养下，P. carterae细胞内DHA和总脂肪酸的合成并未受到诱导；高温32 ℃抑制了细胞内DHA和总脂肪酸的合成。高光强下，P. carterae细胞内C18:1n9（油酸）大量累积。.5. 确定了颗石藻P. carterae中主要的黄色色素为岩藻黄素。10 μM的二苯胺对P. carterae细胞的生长没有显著影响，却能抑制细胞内岩藻黄素的合成，诱导八氢番茄红素phytoene大量积累。另外用二苯胺导致细胞内的总脂肪酸含量略有下降，C18:1n9（油酸）大量积累，18:3n3（α-亚麻酸）、18:3n6（γ-亚麻酸）和DHA 都有不同程度的下降。此结果说明二苯胺抑制C18:1进一步转化成其它脂肪酸。