铈元素处理拟微绿球藻油脂积累机理研究

论文摘要

随着人类社会的发展,化石能源不断枯竭,能源危机日益严重,人们迫切的寻找可再生能源代替化石能源,如光能,水能,太阳能等。生物质能源作为一种新型、可再生能源备受关注,而微藻因其繁殖速度快、培养方式简单、富含大量三酰甘油（TAG）、可以进行光合作用等特点被认为是未来生物柴油工业化生产的主要原料。然而,发展以微藻为原料的生物柴油存在以下缺点:如何选育出含油量较高的藻种以及提高油脂提取效率。研究表明,微藻经稀土元素胁迫后,对其油脂含量有促进的作用。本文以铈元素作为处理因素,拟微绿球藻（Nannochloropsis oculata）作为出发藻种,在f/2培养基中添加不同浓度的铈元素,测定铈元素对拟微绿球藻生物量、油脂积累,抗氧化系统以及光系统Ⅱ和油脂代谢相关基因的影响。具体结果如下:1.对尼罗红染色法检测细胞内油脂含量的染色条件优化,选择二甲基亚砜浓度、预处理温度、尼罗红染液浓度,染色时间四个条件进行单因素实验,设计正交实验,最终确定最佳染色条件为:二甲基亚砜（DMSO）浓度为20%,预处理温度35℃,尼罗红浓度为1.5μg·mL-1,染色时间10 min。用优化后检测方法检测胞内油脂含量为514 mg·L-1。最终构建了拟微绿球藻细胞油脂含量(mg·L-1)与荧光值之间的线性方程。2.用铈元素处理拟微绿球藻细胞,低浓度铈元素对拟微绿球藻的生长并无影响,而高浓度的铈元素则抑制其生长。当铈元素浓度为52.6μmol·L-1时,稳定期拟微绿球藻油脂含量最大,比对照高38%。通过透射电镜对细胞内铈元素进行定位,发现铈元素主要富集于液泡、内质网、细胞间隙等部位。3.在培养基中添加铈元素后,无论在指数期还是稳定期,CAT、SOD两种酶的活性以及胞内MDA含量均有所增加,表明在添加铈元素后,拟微绿球藻细胞内产生氧自由基,超氧阴离子等,影响胞内细胞器的正常功能,对细胞造成损害。随着铈元素浓度增加,指数期细胞中叶绿素a含量先增加后降低,而在稳定期则不断降低。对于光系统Ⅱ的能量转换情况,指数期时,光系统Ⅱ供体侧吸收的能量增加,热耗散增加,受体侧接受的能量降低;而在稳定期供体侧吸收的能量并无显著变化,耗散的能量降低,受体侧接收到的能量基本没有显著变化。4.将铈元素浓度为52.6μmol·L-1的处理组以及对照组进行RNA-seq分析后发现,共有55609个unigenes进行了GO功能注释;通过KEGG代谢途径分析,总共25039unigenes被富集到KEGG途径,基因占比最多的代谢途径包括碳水化合物代谢（共2224各基因）,氨基酸代谢（共1726个基因）,脂质代谢（共1198个基因）,能量代谢（共1111个基因）。之后对差异基因分析,发现调控丙酮酸脱氢酶复合体1、酰基辅酶A氧化酶、甘油激酶的基因是差异基因中与油脂代谢相关的关键基因。经real-time PCR检测后发现丙酮酸脱氢酶复合体1基因表达量上调5.26倍,酰基CoA氧化酶基因表达量下调了0.68倍,甘油激酶基因表达量上调1.14倍。通过铈元素处理拟微绿球藻,对其油脂含量、抗氧化系统、光系统Ⅱ、油脂代谢相关基因等指标检测,初步确定了铈元素对拟微绿球藻油脂合成的影响机制,从而为以拟微绿球藻作为生物柴油的原料提供理论支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 生物质能源
•   1.2 微藻
•     1.2.1 微藻概述
•     1.2.2 微藻功能
•     1.2.3 以微藻为原料制备生物柴油具备的优点
•     1.2.4 拟微绿球藻
•   1.3 藻细胞的油脂合成途径、相关影响因素及检测方法
•     1.3.1 藻细胞的油脂合成途径
•     1.3.2 pH、化学元素对微藻生长及油脂代谢的影响
•     1.3.3 光照、温度对拟微绿球藻生长及油脂代谢的影响
•     1.3.4 重金属对拟微绿球藻生长及油脂代谢的影响
•     1.3.5 重金属于藻细胞内的定位
•     1.3.6 对微藻油脂代谢有影响的基因
•     1.3.7 尼罗红染色法快速测定油脂含量
•   1.4 抗氧化系统简介
•   1.5 叶绿素荧光技术简介
•   1.6 RNA-seq简介
•   1.7 研究目的及意义
•   1.8 技术路线图
• 第二章 尼罗红染色法检测油脂含量的条件优化
•   2.1 材料与试剂
•     2.1.1 实验材料
•     2.1.2 试剂与设备
•   2.2 实验方法
•     2.2.1 不同DMSO浓度处理后荧光值的测定
•     2.2.2 不同预处理温度处理后荧光值的测定
•     2.2.3 不同尼罗红浓度染色后荧光值的测定
•     2.2.4 不同染色时间处理后荧光值的测定
•     2.2.5设计正交实验
•     2.2.6 标准曲线的绘制
•     2.2.7 数据处理与分析
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 DMSO浓度对染色结果的影响
•     2.3.2 预处理温度对染色结果的影响
•     2.3.3 尼罗红浓度对染色结果的影响
•     2.3.4 染色时间对染色结果的影响
•     2.3.5 正交实验结果
•     2.3.6 XJ006 干重和OD680 标准曲线的绘制
•     2.3.7 脂质含量与荧光值标准曲线
•   2.4 本章小结
• 第三章 铈元素对拟微绿球藻生长、油脂含量的影响以及胞内铈元素定位
•   3.1 材料与试剂
•     3.1.1 实验材料
•     3.1.2 试剂与设备
•   3.2 实验方法
•     3.2.1 生长和含油量的测定
•     3.2.2 透射电镜样品的处理
•     3.2.3 电感耦合等离子质谱法样品的处理
•     3.2.4 数据处理与分析
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 不同浓度铈元素对拟微绿球藻生长及含油量的影响
•     3.3.2 电镜观察不同铈元素浓度处理后的拟微绿球藻
•     3.3.3 电感耦合等离子质谱仪检测胞内铈元素含量
•   3.4 本章小结
• 第四章 铈元素对拟微绿球藻抗氧化系统及光系统Ⅱ的影响
•   4.1 材料与试剂
•     4.1.1 实验材料
•     4.1.2 试剂与设备
•   4.2 实验方法
•     4.2.1 铈元素胁迫处理
•     4.2.2 SOD、CAT活性,MDA含量检测方法
•     4.2.3 叶绿素a检测方法
•     4.2.4 光系统Ⅱ相关指标检测
•     4.2.5 数据处理与分析
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 铈元素对拟微绿球藻抗氧化系统的影响
•     4.3.2 铈元素对拟微绿球藻叶绿素a含量的影响
•     4.3.3 铈元素对光系统Ⅱ的影响
•   4.4 本章小结
• 第五章 RNA-seq测序分析
•   5.1 材料与试剂
•     5.1.1 实验材料
•     5.1.2 试剂与设备
•   5.2 实验方法
•     5.2.1 转录组测序
•     5.2.2 RNA的提取
•     5.2.3 c DNA合成
•     5.2.4 基因组DNA的提取
•     5.2.5 引物设计
•     5.2.6 PCR扩增
•     5.2.7 实时荧光定量PCR
•   5.3 结果与讨论
•     5.3.1 功能注释
•     5.3.2 铈元素胁迫拟微绿球藻差异表达基因筛选
•     5.3.3 差异基因KEGG代谢途径分析
•     5.3.4 总RNA的提取以及电泳鉴定
•     5.3.5 real-time PCR检测
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 武迪

导师: 季祥

关键词: 拟微绿球藻,铈元素,光合色素,油脂代谢

来源: 内蒙古科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 内蒙古科技大学

基金: 国家自然科学基金(41666007),蒙古自治区自然科学基金(2015MS0335)

分类号: Q949.93

DOI: 10.27724/d.cnki.gnmgk.2019.000318

总页数: 75

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