自养和兼养条件下蛋白核小球藻昼夜节律的响应

摘要

[目的]研究自养和兼养两种培养方式对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长、细胞分裂和生化组分积累的影响,探讨人工培养蛋白核小球藻的昼夜节律响应机制和优化技术.[方法]小球藻自养培养采用BG11培养基,兼养培养基在BG11培养基中添加4种不同浓度(1、5、10、20 g/L)的葡萄糖,培养周期为10d.血球板计数法测定藻细胞浓度,干重法测定藻细胞生物量.显微观察藻细胞大小和分裂情况.脂染色法测定小球藻总脂的含量,藻细胞的叶绿素、蛋白和淀粉分别采用甲醇、氢氧化钠、硝酸钙浸提后通过紫外分光光度法定量测定.[结果]葡萄糖兼养培养对蛋白核小球藻具有显著的促生长效应,最适浓度为10 g/L.10d收获时,兼养组(10 g/L葡萄糖)藻细胞浓度和干重分别是自养组的2.57倍和6.73倍.分析一昼夜中的藻细胞增殖规律可知,第2天和第5天时自养组中增殖的新生子细胞约有76.00％在黑暗期分裂产生,而兼养组中第2天和第5天光照期的新细胞增殖量占比分别达到40.90％和67.50％.一昼夜内藻细胞大小的迁移动态监测表明,第2天自养组藻细胞的体积变化静息期为8h,兼养组只有4h;第5天两组藻细胞大小迁移动态的昼夜节律明显,但兼养组黑暗结束后较大细胞(D＞6μm)占比显著高于自养组.第8天时,兼养组藻细胞已处于稳定期,总脂和蛋白含量均显著高于自养组,藻细胞总脂和色素含量在一昼夜中相对稳定,但蛋白和淀粉含量分别在光照8h和12h左右达到峰值.从第2天开始,对兼养组细胞每天进行2h光延长,收获时藻细胞浓度和干重分别比对照组提高13％和11％.[结论]葡萄糖兼养培养能大幅提高蛋白核小球藻的生物量.蛋白核小球藻生长增殖与生化组分积累均受昼夜节律调控,自养条件下藻细胞以光照期生长黑暗期增殖为主.兼养培养提高藻细胞生物量的机制在于缩短藻细胞生长静息期,在昼夜节律中加速藻细胞生长并显著提高通过细胞周期检查点的细胞比例,光照期效应尤其明显.藻细胞蛋白和淀粉含量昼夜节律明显,最佳收获时间分别在光照8h和12h后.