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杜氏盐藻是一种单细胞无细胞壁的原生植物,也是在目前发现的微藻中实现工业化为数不多的藻种之一,其含有丰富的β-胡萝卜素、油脂、色素。β-胡萝卜素是一种天然的色素,具有抗脂质过氧化、提高人体免疫力以及治疗某些慢性病的功能,同时它也是人体必不可少的一种重要化合物,在保健、医药、化妆品、食品等领域具有广阔的应用前景。本试验以两种杜氏盐藻藻种CCAP 19/18与B01为研究材料,首先优化了该藻种的培养方式和培养基;其次研究了光强和碳源对杜氏盐藻生长的影响;最后通过环境抑制和代谢抑制剂探究杜氏盐藻在光合反应器中的生长和β-胡萝卜素的产率。主要试验结果如下:(1)利用不同培养方式与培养基质培养杜氏盐藻CCAP 19/18,研究结果表明:ATCC培养基质最适合CCAP 19/18生长,最大单位细胞浓度达到4.35×10~6/m L。以ATCC基质为培养基,在200 rpm/min的搅拌速度下和空气流量为300 m L/min的培养条件下,杜氏盐藻CCAP 19/18的生长速度最快,单位细胞叶绿素产率可达18.36μg/10~6个细胞,相当于对照组的1.2倍。在该条件下,F/2基质最适合β-胡萝卜素的产率提高,单位细胞产率为1.503μg/10~6个细胞,是对照组的1.8倍。在ATCC基质中添加额外碳源对杜氏盐藻CCAP19/18进行混合培养,结果表明:添加5 g/L的葡萄糖可以促进杜氏盐藻的生长,最高单位细胞浓度达到2.928×10~6/m L,β-胡萝卜素的产率达到2.69μg/10~6个细胞,在生长停滞期会促进该藻絮凝。相反,在ATCC基质中添加3 g/L的醋酸无法促进杜氏盐藻的生长。(2)杜氏盐藻在不同波长光源条件下生长差异明显,结果表明:红光、绿光、紫光、蓝光均能不同程度的提高藻细胞单位细胞浓度,红光对CCAP 19/18与B01的促进作用最为明显,最大单位细胞浓度分别达到10.24×10~6/m L与17.2×10~6/m L,是对照组的1.53与1.40倍。两种藻种在紫光光源培养下的单位细胞内β-胡萝卜素的产率分别为0.340μg/10~6个细胞和0.325μg/10~6个细胞,是对照组的1.25与1.36倍。在白光条件下设置不同光照强度研究其对杜氏盐藻CCAP 19/18的影响,结果表明:光照强度为7000 Lux可以促进细胞的生长速度,最高单位体积内细胞浓度达到6.5×10~6/m L,当光照强度超过13000 Lux时对其生长产生抑制作用。光照强度在16000 Lux时可以促进细胞中β-胡萝卜素的产生,产率可达到0.423μg/10~6个细胞,约为对照组的2.5倍。(3)利用高光、高盐、缺氮三种诱导方式探究其对CCAP 19/18杜氏盐藻生长及胡萝卜素产率的影响,结果表明:高盐(210 g/L)对细胞生长抑制作用最强,最大单位细胞浓度为4.32×10~6/m L。高光诱导条件下(1.6×10~5Lux)可显著提高单位细胞内β-胡萝卜素产率,高单位细胞内β-胡萝卜素的产率达到0.175μg/10~6个细胞、高盐诱导条件下为0.123μg/10~6个细胞,分别是对照组的3.96与2.62倍。不同浓度的Na Cl对杜氏盐藻生长及β-胡萝卜素产率影响显著,在Na Cl为90 g/L时杜氏盐藻的最大单位细胞浓度为4.8×10~6/m L个细胞,为对照组的1.4倍;β-胡萝卜素的单位细胞产率最佳浓度为210 g/L,单位细胞产率为5.71μg/10~6个细胞,为对照组的2.7倍。(4)在ATCC基质中添加不同浓度的三乙胺和尼古丁,研究其对CCAP 19/18杜氏盐藻生长与和β-胡萝卜素产率的影响,结果表明:在ATCC基质中加入80 mg/L的三乙胺可在短时间内提高单位细胞内β-胡萝卜素的产率,在第三天时达0.0847μg/10~6个细胞,是对照组的2倍。在基质中添加尼古丁对CCAP 19/18的生长无促进作用,且浓度越高,对该藻种的生长抑制作用越强。在尼古丁浓度为20 mg/m L时,在生长末期单位细胞内叶绿素产率为2.690μg/10~6个细胞,在其浓度为60 mg/m L时,单位细胞内β-胡萝卜素的产率为3.586μg/10~6个细胞,是对照组的1.2倍。(5)在连续式光合反应器中分别培养杜氏盐藻CCAP 19/18与B01,微藻藻细胞最大单位体积细胞浓度分别为8.95×10~6/m L和5.26×10~6/m L。在连续式光合反应器胁迫阶段,不同的环境胁迫和抑制剂胁迫均会不同程度的影响两种杜氏盐藻生长并促进β-胡萝卜素的产率,其中三乙胺对两种杜氏盐藻生长影响最大,缺氮对两种杜氏盐藻生长影响最小。在16000 Lux的高光条件下,两种杜氏盐藻在连续式光合反应器β-胡萝卜素的产率达到最高,B01为0.351 mg/m L、CCAP为0.318 mg/m L,分别为对照组的3.4倍与1.8倍。根据以上实验结果,促进杜氏盐藻CCAP19/18和B01生长的最佳光照强度均为7000Lux,胁迫β-胡萝卜素的产生最佳光照强度为16000 Lux。培养基中添加二苯胺可以在一定程度上促进β-胡萝卜素的形成,特别是对杜氏盐藻B01,说明β-胡萝卜素羟化酶是参与β-胡萝卜素形成关键酶。综上所述,本研究提高了对两种工业微藻菌株的认识,提出了利用该藻种在工业生产中最适合生长和生产β-胡萝卜素的条件,同时阐述了β-胡萝卜素合成相关酶的重要性,并在该基础上开发了适合杜氏盐藻培养的专一光合反应器模型。