三角褐指藻十字交叉形态的形成及其对该藻产脂特性的影响

【摘要】硅藻是碳循环的重要贡献者，每年全球约有20%的有机碳是其通过光合作用产生的。近几十年来，三角褐指藻作为一种模式硅藻已在多方面被大量研究，普遍认为其通常会以三种形态存在：卵形、梭形和三出放射状。事实上，三角褐指藻形态的多态性最早是由DouglasP.Wilson于1946年报道并描述的，他指出该藻能够产生四种形态：卵形、梭形、三出放射状和十字交叉形。其中前三种形态是常见的，而十字交叉形是稀少的并且非常规的。自1946年后，十字交叉形三角褐指藻鲜见报道，而之后对三角褐指藻的研究也都是包含一到三种常见形态的藻株。作为褐指藻亚目及褐指藻属的唯一代表，对三角褐指藻形态多态性的新认识，尤其是对十字交叉形三角褐指藻的描述无疑具有很重要的生态学意义。本文报道了一株具有特殊形态——十字交叉形的三角褐指藻CCMM2004，描述了其不同形态之间的转化方式，阐明了温度对其形态特征及产脂特性的影响。主要研究结果如下：三角褐指藻CCMM2004的稀有形态——十字交叉形在L1培养基中可以稳定存在并保持大于31.3%的比例。长期的培养和显微观察结果显示十字交叉形三角褐指藻细胞可以通过两种褪化“臂”的方式而转变为卵形细胞。经过3个月的培养后，从第4个月到第10个月，四种形态的细胞在培养基中以相对稳定的比例存在：卵形占10.5%，梭形占11.3%，三出放射状占37.2%，十字交叉形占41.0%。低温条件尤其有利于十字交叉形细胞的形成。当培养温度从25℃降低到10℃时，十字交叉形细胞的含量从39.1%增加到55.3%。十字交叉形形态细胞含量丰富的特点赋予了本株三角褐指藻独特的脂肪酸特征。15℃下培养的三角褐指藻拥有最高的单细胞相对脂含量及总脂含量。四个温度下培养的三角褐指藻含量最高的脂肪酸甲酯都为C16:1，含量范围从43.82%到50.82%；其次为C16:0，含量范围从20.47%到22.65%。通过傅里叶变换红外光谱测定及OMNIC软件分析，得出了三角褐指藻平均红外光谱，分析了其主要特征峰及基团归属。考察了不同温度及生长时期下三角褐指藻主要特征峰的变化特点。结果表明，在相同的处理时间下低温条件15℃与高温条件25℃培养下的三角褐指藻藻体内生物大分子的含量呈现出相似的规律，即均随培养时间的延长不断积累；而20℃培养时，蛋白质和糖类含量在平台期前期就达到最高水平，随后不断减少，脂类的积累滞后于糖类和蛋白质，在平台期中期含量最高，而后随培养时间的延长而降低。为了适应不同的温度环境，三角褐指藻会调控糖类、脂类、蛋白质等大分子的含量来抵御温度变化，这也表明生物大分子含量的增加是藻体对温度胁迫的一种积极的自身保护。采用气—质联用技术测定了不同温度及生长时期下三角褐指藻CCMM2004胞内脂肪酸成分的变化。独特的脂肪酸组成赋予三角褐指藻CCMM2004优良的生物柴油品质。结合青岛地区不同季节室外温度变化特点，采用熵权法对包括三角褐指藻CCMM2004在内的9株微藻利用发电厂废气生产生物柴油的户外开发潜力进行了评估。选取油脂产率、油脂组成、CO2耐受性、破壁难易度和温度适应性5项指标，根据实验室测得的数据进行计算，得出春冬季以上5项指标的权重分别为0.261、0.002、0.059、0.211和0.467，而夏秋季以上5项指标的权重分别为0.098、0.001、0.022、0.079和0.801。在此权重的基础上，得出在春冬季节开发潜力最大的藻株为三角褐指藻CCMM2004，而在夏秋季节开发潜力最大的藻株为球等鞭金藻C5001。本方法为户外大规模开发生物柴油的微藻藻种选择提供了一个有效的思路。
【作者】贺立燕；
【导师】俞志明；韩笑天；
【作者基本信息】中国科学院研究生院（海洋研究所），环境科学，2014，博士
【关键词】三角褐指藻；形态；脂类；生物柴油；评价；

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