[00141422]产油真眼点藻（Eustigamatos sp.）脂质积累过程中的光合调控规律研究

1. 课题来源与背景 微藻储藏性TAG是生产生物柴油的理想原料,同时,它们在保健品、化妆品、功能性食品、药品、食用油与饲料食品添加剂等领域也具有广阔的应用前景。光合作用是自养微藻一切代谢活动所需能量和碳骨架的来源,产油微藻储藏性TAG的合成也离不开光合作用。我们在对多株产油微藻光合生理的研究中发现一个有趣的现象：保持碳源充足对产油微藻进行氮胁迫培养,培养中后期,在藻细胞光合放氧速率几乎为0的情况下,依然可以观察到由于胞内TAG的积累而使藻细胞重量快速增加的现象,由此我们推测：产油微藻在TAG大量积累期,可能存在除Z型电子传递链之外的其他光合电子传递途径为细胞提供能量和还原力,此外,产油微藻在“光合电子流和光系统能量分配”、“类囊体膜蛋白复合体结构和功能”等方面可能发生一系列适应性变化,使细胞更加高效的转化和储存光能,并合成能量和碳源的储存物—TAG,以保证细胞可以顺利渡过逆境。目前对上述调控过程的认识尚不清晰,上述科学问题的解决有助于深入了解产油微藻TAG积累与其光合调控的关系,并为“通过代谢途径改造”或“遵循微藻光合产油规律的基础上最大化TAG产量”提供理论依据。 2. 研究目的与意义 本项目围绕类囊体膜结构特征、光合电子流分配规律、膜蛋白复合物组成及能量传递特性等开展工作,旨在揭示真眼点藻储藏性TAG积累过程中的光合调控规律。 3. 主要论点与论据 （1） 光合效率与脂类积累存在相关性,在油脂积累期,高光合效率可以获得高的脂类积累速率;（2） 油脂快速积累期,光合系统结构被破坏;（3） 细胞以可变电子传递途径 （涓流） 进行能量传递,生成ATP供细胞生长;（4）分离获得了色素蛋白复合物 （CPIa1和CPI、CPa1和CPa2、LHCP及FP）,光系统II受损伤程度大于光系统I;（5） 脂质积累期光合碳同化受阻导致油脂积累速率逐渐减缓,脂质分解期光合功能得以恢复,细胞光合固碳能力增强,合成更多的碳水化合物。 4. 创见与创新 本项目以光反应过程为切入点,通过分析碳流分配、光合效率、光合电子流、超微结构、色素蛋白复合物、转录调控等,阐释了真眼点藻油脂积累过程中的光合调控规律,在该过程中光系统结构和功能产生了适应性变化,虽然光系统II和I的活性逐渐减弱,但细胞仍然可以通过高效节能的可变电子途径传递能量产生ATP,光能利用效率较非油脂积累期有所提高,研究结果为“产油微藻高效光合固碳与TAG同步积累”的油脂高产工艺提供理论依据,对于上述现象国内外无相关导报,而本研究填补了这一领域的短板,具有创新性,本项目发表论文7篇,培养硕士研究生2名。 5. 社会经济效益,存在的问题 本项目属于基础研究,暂时没有进行成果推广,也没有产生相应的经济效益。本项目成果中有2项具有成果的应用潜力,1)本研究分离获得的藻种具有非常快的生长速率、EPA含量和蛋白质含量,其细胞大小适中,非常适宜作为水产养殖的开口饵料,可以进行产业化推广;2)光调控促进油脂产率提高,培养适当减少光照强度,有利于减少光损伤,促进微藻生物质产率提高,从而提高微藻,这一技术目前还没有相关专利申请,也无相关报道,具有创新性和应用潜力。 6. 历年获奖情况 无 7. 成果简介 产油微藻如何调控光合代谢以适应TAG积累的能量需求？本项目以光反应过程为切入点,通过分析碳流分配、光合效率、光合电子流、超微结构、色素蛋白复合物、转录过程等,探究了真眼点藻脂质积累过程中的光合调控规律。研究结果表明：1) 微拟球藻 （Nannochloropsis sp.） 是一株研究真眼点藻油脂积累与光合作用关系的理想材料,低氮明显促进微拟球藻油脂积累;2) 油脂快速积累期,叶绿体数量减少且片段化,类囊体片层结构变松散,光合系统正常结被破坏;3) 油脂快速积累期,虽然光系统II和I的活性逐渐减弱,但细胞仍然可以通过高效节能的可变电子途径（涓流）传递能量,产生ATP供细胞生长细胞;4) 获得6条微拟球藻色素蛋白复合物条带,它们分别为CPⅠa1和CPⅠ （PS Ⅰ复合物）、CPa1和CPa2 （PS Ⅱ复合物）、LHCP （捕光色素蛋白复合物） 及 FP （游离色素）,在油脂积累过程中光系统II的受影响程度大于光系统I;5) 脂质积累期光合碳同化受阻导致油脂积累速率逐渐减缓,脂质分解期光合功能得以恢复,细胞光合固碳能力增强,合成更多的碳水化合物,研究结果为“产油微藻高效光合固碳与TAG同步积累”的油脂高产工艺提供理论依据;6)项目发表论文7篇。