【摘 要】
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蛋白核小球藻是一种单细胞淡水藻类,富含蛋白质、脂质、色素、维生素等,具有较高的营养价值和良好的应用前景。在光和外源有机碳源存在时,蛋白核小球藻可同时利用有机碳和无机碳进行兼养生长。在此培养方式下细胞的光合作用和外源有机碳源的代谢同时进行,细胞的生长代谢受到光和有机碳源供应的影响。然而,众多研究显示兼养培养并非自养和异养的简单组合,且关于蛋白核小球藻中光和有机碳源供应水平如何综合调控细胞的生长和产物
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蛋白核小球藻是一种单细胞淡水藻类,富含蛋白质、脂质、色素、维生素等,具有较高的营养价值和良好的应用前景。在光和外源有机碳源存在时,蛋白核小球藻可同时利用有机碳和无机碳进行兼养生长。在此培养方式下细胞的光合作用和外源有机碳源的代谢同时进行,细胞的生长代谢受到光和有机碳源供应的影响。然而,众多研究显示兼养培养并非自养和异养的简单组合,且关于蛋白核小球藻中光和有机碳源供应水平如何综合调控细胞的生长和产物积累尚不明确。为解决这一问题,本论文综合探究了葡萄糖浓度和光强对蛋白核小球藻培养过程的影响,对不同条件下的细胞生长、底物消耗和组分积累等进行了系统分析,在此基础上,进一步探究了光对细胞兼养培养主要代谢途径的调控。主要结果如下:（1）细胞密度:在兼养培养下,初始葡萄糖浓度对细胞增殖速率的影响并不明显,但增加光强显著抑制蛋白核小球藻的细胞分裂。当葡萄糖浓度为5和10 g/L时,低光强15 μmol/m2/s下细胞增殖的比生长速率约为0.44～0.45 day-1,而增加光强至30和90μmol/m2/s时,比生长速率降低至0.38～0.41 day-1。（2）细胞尺寸:在低光强下增加葡萄糖浓度可促进细胞尺寸的增加,但在高光强下增加葡萄糖浓度反而抑制细胞尺寸的增加。在0～30 μmol/m2/s的光强下,随着葡萄糖浓度从2 g/L增加至10 g/L,最终的细胞尺寸从3.35～4.37 μm增加至4.74～5.39 μm;而在90 μmol/m2/s的高光强下,细胞尺寸从5.43μm减小至约5.13μm。另一方面,增加光强也能促进细胞尺寸的增加,但是在高葡萄糖浓度下施加高光强会抑制细胞尺寸的增加。（3）生物量积累:在低光强或低初始葡萄糖浓度下分别增加初始葡萄糖浓度或光强均可提高蛋白核小球藻的最终生物量和产率。然而,在高初始葡萄糖浓度下施加高光强会显著抑制蛋白核小球藻的生物量积累。在葡萄糖浓度5 g/L、光强30μmol/m2/s下最终生物量浓度和产率最高,分别约为3.99±0.04 g/L和0.54±0.01 g/L/day。然而,当葡萄糖浓度和光强同时增加至10 g/L和90 μmol/m2/s时,最终生物量浓度及产率均显著降低,约为 3.21±0.09 g/L 和 0.43±0.01 g/L/day。（4）葡萄糖利用:细胞对葡萄糖的利用率和利用速率受初始葡萄糖浓度的影响不大,然而增加光强会显著抑制细胞对葡萄糖的利用率及利用速率。在初始葡萄糖浓度10 g/L下,随着光强从15μmol/m2/s增加到光强90 μmol/m2/s,细胞对葡萄糖的利用率和利用速率分别从57.58%和1.35 g/L/day降低至25.14%和0.36 g/L/day左右。（5）组分积累:增加葡萄糖浓度或光强均能促进蛋白核小球藻的脂质积累,与此同时,蛋白质含量降低。在光强90 μmol/m2/s、葡萄糖浓度10 g/L下,最终油脂含量最高约为36.13%,但此时蛋白质含量最低约为46.08%。另一方面,虽然增加葡萄糖浓度能促进淀粉积累,但是强光会抑制淀粉含量增加。最终淀粉含量在葡萄糖浓度10 g/L的异养培养下最高,约为27.00%。这些结果表明,光对兼养培养下细胞生长和糖代谢具有显著影响。然而,当光合作用被显著抑制后,兼养培养下细胞生长及糖代谢与异养培养相似。通过转录组分析发现,兼养培养下光合作用、糖酵解途径和TCA循环增强,戊糖磷酸途径减弱。光合作用的增强能促进光合固碳积累生物质,但会抑制细胞对葡萄糖的利用,通过葡萄糖积累的生物质减少。本论文综合分析了光和葡萄糖供应水平对蛋白核小球藻的细胞生长和产物积累的调控,对提高生物质产量和能量的利用效率具有重要意义,在实际生产中提供相关指导。
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