一種可耐受高濃度煙道氣的微藻藻種選育方法技術

本發明專利技術屬于微藻生物技術領域，具體涉及一種可耐受高濃度煙道氣的微藻藻種選育方法。本發明專利技術參考國標允許排放的最高煙道氣濃度作為環境脅迫條件，并采取逐步提高煙道氣濃度的策略，通過適應進化激活并強化微藻對煙道氣的耐受性能，從而對煙道氣進行生物固定。適應進化前，微藻的最佳生長煙道氣濃度在CO

Microalgae breeding method capable of tolerating high concentration flue gas

The invention belongs to the field of microalgae biological technology, in particular to a microalgae breeding method capable of tolerating high concentration flue gas. The highest concentration of the flue gas emissions as reference standard of environmental stress conditions, and by gradually increasing the concentration of flue gas by adaptive evolution strategy, activating and strengthening the microalgae on the flue gas resistance, thus the flue gas by biological fixation. Before adaptation to evolution, the optimum growth of microalgae was flue gas concentration at CO

【技術實現步驟摘要】
一種可耐受高濃度煙道氣的微藻藻種選育方法
本專利技術屬于微藻生物
，具體涉及一種可耐受高濃度煙道氣的微藻藻種選育方法。
技術介紹
我國煤炭資源豐富，但是分布差異顯著。能源消費結構仍將以煤炭等化石能源為主。《2013年國民經濟和社會發展統計公報》中顯示，我國在2013年內生產原煤36.8億噸，進口原煤3.27億噸，共計消耗近40億噸。大量的煤炭燃燒保證了經濟高速發展，但同時也帶來了嚴重的環境問題，比如溫室氣體問題，正逐漸影響著我們賴以生存的氣候。為了應對國際社會的碳排放壓力，2009年我國正式承諾，到2020年中國單位GDP二氧化碳排放量較2005年下降40～45％，并作為約束性指標納入國民經濟和社會發展中長期規劃。因此，碳回收和碳減排勢在必行。目前碳回收或者碳減排主要有化學、物理或者生物法。其中，生物法中利用微藻的光合作用固定CO2是一種高效、綠色和附加經濟價值高的方法。煙道氣是化石能源燃燒產生的尾氣，是CO2排放的的重要來源之一。煙道氣中一般含有10-20％的CO2、大量的氮氧化物、硫氧化物以及少量重金屬等顆粒物。目前的煙道氣排放是通過借助化學催化處理脫硫脫硝后排放。根據我國最新的《GB-13223-2011火電廠大氣污染物排放標準》，規定我國目前允許排放的煙氣中酸性氣體氮氧化物和硫氧化物最高含量分別為200mg/m3和100mg/m3。根據《石油煉制工業污染物排放標準》(GB31570-2015)，在國土開發密度已經較高，環境承載能力開始減弱，或大氣環境容量較小，生態環境脆弱，容易發生嚴重大氣環境污染問題而需要采取特別保護措施的地區，氮氧化物和硫氧化物最高含量分別為100mg/m3和50mg/m3。普通的微藻生長需要氮源、磷源、硫源和碳源。理論上，氮氧化物和硫氧化物溶解后可以為微藻提供氮源和硫源，CO2可以直接提供碳源，所以，微藻有能夠處理煙道氣并進行碳固定的潛力。但是現實的微藻培養中，微藻很難在大于5％的CO2中生存，而氮氧化物和硫氧化物的溶解會造成培養體系pH急劇下降，抑制微藻生長。因此，建立高效的耐受煙道氣的藻種選育方法十分關鍵。從自然界4萬多種微藻中直接篩選工作量大、效率低。適應性進化又稱實驗室進化(馴化)，是除基因工程手段外又一種激活潛在代謝途徑、強化特定代謝表型或提高環境適應能力的有效方法。適應性進化秉承“適者生存”的理論依據，其本質是一種在特定環境下群體性遺傳變異的定向篩選過程。微藻作為一種微生物具有繁殖速度快，周期短的特點，可以在實驗室內以較短的時間獲得目的性狀的藻種。適應進化的常用方法是培養微生物到達對數生長期后進行連續傳代培養，不斷重復這個過程直至代謝表型穩定。適應性進化可以在優化培養條件下連續培養，實現對基因敲除突變體等的生長表型穩定提高；也可以在環境脅迫條件下，提高微藻對脅迫條件的耐受性。Fu等在國際上首先報道了小球藻的適應進化，在光生物反應器內經過38代適應性進化使小球藻固碳能力顯著提高。Li等在CO2濃度分別為10％和20％的脅迫壓力下，經過31個周期的適應性馴化得到了兩株在CO2耐受性和固碳效率均優于野生株的小球藻AE10和AE20，其中AE10能夠耐受較寬范圍的高濃度CO2并且生長速度快。Perrineau用添加了200mMNaCl的TAP培養基中，經過1255代(約17個月)的適應進化顯著提高了萊茵衣藻的耐鹽性。適應進化在微藻藻種選育中的應用還處在早期階段，作為脅迫壓力的環境條件和策略還需要優化。
技術實現思路
為了克服現有技術中所存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種可耐受高濃度煙道氣的微藻藻種選育方法。為了實現上述目的以及其他相關目的，本專利技術采用如下技術方案：本專利技術的第一方面提供一種微藻藻種選育方法，包括步驟：(1)接種微藻，進行至少一次以上的第一周期馴化培養，直至馴化后的微藻能夠至少連續穩定生長3個周期，所述第一周期馴化培養的方法為：前1/3～1/2的時間內通入含5～20％v/vCO2、40～80ppmNOx、20～40ppmSOx的馴化氣體(其余氣體為空氣)，其余時間內改為通入10～15％v/vCO2(其余氣體為空氣)；(2)將步驟(1)所得微藻，繼續進行至少一次以上第二周期馴化培養，直至所述馴化氣體中含10～20v/v％CO2，100～200ppmNOx和50～100ppmSox，獲得生長速率趨向穩定的微藻藻株，所述第二周期馴化培養的方法為：以0～5％v/vCO2、1～50ppmNOx、1～25ppmSOx的速率增加前1/3～1/2的時間內通入的馴化氣體濃度，直至所述馴化氣體中含10～20v/v％CO2，其他條件與第一周期馴化培養方法相同。優選地，每個馴化培養周期的時長為2～5天。優選地，步驟(1)中，選擇對數增長期的微藻，以微藻細胞密度0.2～0.5g/L接種。優選地，步驟(1)中，培養時的表觀通氣率為0.1～0.5vvm。優選地，步驟(1)中，培養溫度為20～35℃。優選地，步驟(1)中，培養時，光照強度為50～500μmolphotonsm-2s-1。優選地，步驟(1)中，培養時，光暗循環，光暗循環的時間比為10～24小時/14-0小時。優選地，步驟(1)中，設置至少兩個以上的平行馴化組。優選地，步驟(2)中，將步驟(1)所得微藻稀釋到細胞接種密度0.2～0.5g/L后，再進行第二周期馴化培養。優選地，所述NOx是指氮氧化物，包括一氧化氮和二氧化氮。優選地，所述SOx選自SO2。優選地，培養時所用的培養基選自BG11培養基、TAP培養基或HS培養基。優選地，所述微藻選自但但不限于小球藻、柵藻、微擬球藻、杜氏鹽藻、布朗葡萄球藻、螺旋藻或念珠藻。本專利技術的第二方面提供了前述方法用于選育可耐受高濃度煙道氣的微藻藻種的用途。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：本專利技術參考國標允許排放的最高煙道氣濃度作為環境脅迫條件，并采取逐步提高煙道氣濃度的策略，通過適應進化激活并強化微藻對煙道氣的耐受性能，從而對煙道氣進行生物固定。適應進化前，微藻的最佳生長煙道氣濃度在CO22％+NOx0ppm+SO20ppm左右，在CO210％+NOx200ppm+SO2100ppm煙道氣濃度下微藻明顯無法存活。經過本專利技術選育方法的適應進化，所得微藻可以耐受CO210％+NOx200ppm+SO2100ppm，并保持一個較高的生物量積累，且所獲得的微藻的含糖量高。與大規模篩選相比，本專利技術的選育方法工作量較少，目的明確，效率高。附圖說明圖1：不同周期所通入煙道氣中酸性氣體濃度。圖2：Cv小球藻和原始小球藻株在煙道氣濃度為CO210％+NOx200ppm+SO2100ppm條件下的生長曲線。圖3：Cv小球藻煙道氣濃度為CO210％+NOx200ppm+SO2100ppm條件下以及Cv小球藻和原始小球藻在10％CO2條件下培養的細胞含糖量。圖4：Cv柵藻和原始柵藻株在煙道氣濃度為CO210％+NOx200ppm+SO2100ppm條件下的生長曲線。圖5：Cv柵藻煙道氣濃度為CO210％+NOx200ppm+SO2100ppm條件下以及Cv柵藻和原始柵藻在10％CO2條件下培養的細胞含糖量。圖6：Cv微擬球藻和原始微擬球藻株在煙道氣濃度為CO210％+NOx200ppm+SO210本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微藻藻種選育方法，包括步驟：(1)接種微藻，進行至少一次以上的第一周期馴化培養，直至馴化后的微藻能夠至少連續穩定生長3個周期，所述第一周期馴化培養的方法為：前1/3～1/2的時間內通入含5～20％v/v?CO

【技術特征摘要】
1.一種微藻藻種選育方法，包括步驟：(1)接種微藻，進行至少一次以上的第一周期馴化培養，直至馴化后的微藻能夠至少連續穩定生長3個周期，所述第一周期馴化培養的方法為：前1/3～1/2的時間內通入含5～20％v/vCO2、40～80ppmNOx、20～40ppmSOx的馴化氣體，其余時間內改為通入10～15％v/vCO2；(2)將步驟(1)所得微藻，繼續進行至少一次以上第二周期馴化培養，直至所述馴化氣體中含10～20v/v％CO2，100～200ppmNOx和50～100ppmSox，獲得生長速率趨向穩定的微藻藻株，所述第二周期馴化培養的方法為：以0～5％v/vCO2、1～50ppmNOx、1～25ppmSox的速率增加前1/3～1/2的時間內通入的馴化氣體濃度，直至所述馴化氣體中含10～20v/v％CO2，其他條件與第一周期馴化培養方法相同。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，每個馴化培養周期的時長為2～5天。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述微藻選自小球藻、柵藻、微擬球...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙權宇，程度佳，汪靚，魏偉，孫予罕，
申請(專利權)人：中國科學院上海高等研究院，
類型：發明
國別省市：上海,31