全 文 ：基金项目 国家973项目资助(2003CB71600)。
作者简介 吴夏芫(1984-),女,江西宜春人,硕士研究生,研究方向:
微藻生物柴油。*通讯作者。
收稿日期 2008!04!07
可再生、无污染的生物质能源已成为当今的研究热点,
而生物质能源中,能利用各种废弃物的高产油型微藻,因其
具有低成本、高产出,同时能缓解和综合治理环境污染的优
势,引起了有关专家的广泛关注[1]。笔者主要就葡萄藻生物
学特性的有关研究工作进展作如下概述,以供参考。
1 葡萄藻的生物学特性
葡萄藻隶属于绿藻门(Chlorophyta)绿藻纲(Chloro!
phyceae)绿球藻目(Chlorococcales)丛粒藻科(Botryococ!caeae)
丛粒藻属(Botryococcus),是一种单细胞绿藻。光学显微镜
下,葡萄藻的集落(Colonies)为大小不一的细胞串,互相间
以透明的折射丝相连,藻细胞呈梨形,包在基质(Matrix)中,
整体形如成串的葡萄。如图 1(A)是其典型形态特征,挤压
盖玻片就可看见被挤压出的油滴;图1(B)是其超微结构特
征,围绕着细胞基部的厚基质结构是由细胞连续分裂所产
生的外壁(Outerwal)构成的,借以将藻的集落粘合起来;图
1(C)则是扫描电子显微镜下呈葡萄状生长的葡萄藻[2]。
关于葡萄藻品系的分类还存在大量争议,目前大家公
认的葡萄藻分类方法主要是根据其代谢烃类产物的化学结
构特性来进行区分的,分为3个化学种:A、B和L。A品系主
要产 C23!C33的奇数碳无分枝的直链 n!二烯烃和三烯烃,偶
尔有较短的 n!链烯烃;B品系主要产三萜类烃,包括具分
枝、C30!C37的类异戊二烯烃,特称为“葡萄烃”(Botryococcene)
和 C31!C34的甲基化三十碳六烯(鲨烯);L品系主要产分枝
上存在苯环或杂环的C40的四萜类烯烃(Lycopadiene)[2-3]。同
一品系的葡萄藻实验室培养和自然环境下生长所合成的烃
类产物会有所不同。除了烃类物质,葡萄藻还能合成脂类
(脂肪酸、三酰甘油以及固醇类化合物)以及大量与其烃类
产物极其相似的醚类物质,如表 1为几株不同品系实验室
培养下的葡萄藻代谢产物组成情况。
此外,2002年 Metzger等研究发现,葡萄藻还产生一些
非极性生物高聚物,如聚乙烯和聚缩醛(树脂),并推测这些
高聚物是构建细胞壁外层不溶性物质的前体[4]。A品系葡萄
藻的烃类含量变化较大,为0.4%~61.0%(占细胞干重);B品
系葡萄藻烃类含量水平比较平均,大约为 30.0%~40.0%,但
Brown等1969年观察到了最高的藻细胞含烃量达 86.0%[5],
以后再未发现烃类含量如此高的葡萄藻样品了,推测这可
能是由细胞内物质降解所致;L品系葡萄藻烃类含量范围
在 0.1%~8.0%。该藻同一化学种的不同藻株产烃水平的差
异表明了选择藻株的重要性。
2 下游回收处理技术
采收葡萄藻的第一步是要将其从培养液中过滤或离心
出来,A品系的葡萄藻可通过将其培养液调至 pH值 11左
右絮凝藻体而得到回收[6]。藻体内的烃类物质可通过干藻粉
的有机溶剂萃取而进行提取,也可通过用无毒的有机溶剂
与湿藻细胞短暂接触后得到回收,后者比前者更有效。用正
己烷与过滤得到的湿藻体短暂接触,烃回收率可达70%,藻
细胞的生物活性亦未受损[7],近来也有人构建了一套在高压
下用超临界CO2液体高效萃取烃的装置[8]。
能源微藻——葡萄藻生物学特性的研究进展
吴夏芫,李 环 *,韦 萍 (南京工业大学制药与生命科学学院,江苏南京 210009)
摘要 简要概述了葡萄藻的生物学特性、下游回收处理技术、基因工程等方面的研究进展。
关键词 能源微藻;葡萄藻;生物学特性;烃
中图分类号 S216.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)17-07378-02
ResearchAdvanceoftheEnergyMicroalgae—Botryococcusbrauni
WUXia!yuanetal(ColegeofLifeScienceandPharmaceuticalEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing,Jiangsu210009)
AbstractThebiologicalcharacteristicsofgrapealga,therecyclingtechnologyoflowerreachesof,geneticengineeringandotheraspectsof
progressweresummarized.
Keywords Energymicroalgae;Botryococcusbrauni;Hydrocarbon;Algalculture
图1 布朗葡萄藻显微结构[3]
Fig.1 MicroscopestructureofB.brauni
安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2008,36(17):7378-7379 责任编辑 李 玮 责任校对 卢 瑶
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2008.17.014
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(上接第7343页)
(2)加强设施农业投入力度,建成高质量的大棚设施,
从而增强抵抗暴雪、暴雨、大风、冰雹等自然灾害的能力,减
少灾害造成的损失。
(3)加强设施农业科学生产的宣传力度,让农民掌握更
多的灾害防御知识,增加抗灾能力。
(4)加强灾后田间管理,促进恢复生产。加强蔬菜等园
艺作物的灾后管理,及时修复压塌的生产设施。抓紧利用大
棚、温室电热温床、工厂化穴盘育苗等设施快速育苗,缩短
苗期,争取尽快补种,减少灾害对早春菜生产供应的影响。
(5)加强小麦、油菜越冬作物的灾后田间管理。加强清
沟理墒。充分利用各类土杂肥,做好中耕培土和覆盖增温增
肥工作,增强保根防寒能力。对部分迟播小麦、迟栽油菜等
弱小苗,要因苗追施化学氮肥,促进苗情转化升级。气温回
升后,要适时使用小麦拔节孕穗肥和油菜抽苔肥。
(6)加强茶树、果树的管理,及快修剪受冻枝叶,及时补
充速效肥料,促使茶果树尽快恢复生机。
4 结论
(1)此次雨雪冰冻天气,危害严重的是设施农业,由于
蔬菜大棚、园艺设施、畜禽棚舍发生倒塌,导致棚内反季节
蔬菜作物受冻,甚至局部绝收。但是,由于各级领导的高度
重视,加之设施农业关系农民自身利益,损坏设施的修复进
展较快,蔬菜大棚的修缮工作接近尾声。
(2)对大田作物而言,正处于越冬期,冻害并不严重,大
雪覆盖,保护了植株不受强冷空气的冻害,冻死了许多在田
的病菌和害虫,有利有弊,利大于弊。
(3)冻害对越冬作物的生长发育、产量和品质产生影
响[1-5]。长时间的持续雨雪冰冻天气,给大田生产埋下了许多
隐患,具体表现为“一迟四害”。“一迟”为拔节、孕穗、抽穗、
扬花等关键生育期可能推迟,而成熟期一般相对稳定,故将
会导致灌浆期缩短,影响产量和品质。“四害”为:①渍害威
胁。全省1月份降水总量,淮北和江淮北部地区 18～50mm,
江淮南部和苏南地区 50～175mm,与常年同期相比,偏多
3～9成和 1～2倍。“尺麦怕寸水”,长期雨雪导致田间普遍
积水,土壤水分饱和,特别是淮南地区地下水位偏高,低洼
和沟系不畅的田块根系发黄、活力下降、次生根发生慢、发
生量小、吸肥吸水能力下降,叶片落黄、僵苗不发,持续渍害
使根系发黑丧失吸收能力导致死苗。②草害威胁:由于前期
杂草基数高、田间湿度大,春季气温回升后,草害特别是猪
殃殃、大巢菜等阔叶杂草加重发生;③春季倒春寒冻害威
胁:江苏省地处南北过渡地带,春季气温变化幅度大,易发
生冷暖骤变,一旦在拔节、抽苔后遇-1～-4℃的低温,就有
可能发生小麦幼穗被冻死或幼穗受冻后变成畸形穗、油菜
苔茎断裂等严重减产的情况。④病虫害威胁:春季高温、高
湿会加重小麦纹枯病、白粉病、赤霉病和油菜菌核病以及蚜
虫等的发生为害,也会引起脱力早衰等现象。
参考文献
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3 基因工程进展
目前,关于葡萄藻基因工程方面的研究报道很少。Okada
等[9]已成功将葡萄藻 B品系中所有鲨烯合成酶(Squalene
synthase,SS)都一致拥有的一段保守氨基酸序列通过用逆
转录酶链式反应和简并引物法获得了一个366bp的cDNA。
接着又利用这段 SS片断作为探针从 cDNA文库中分离到
一个 2632bp的 cDNA克隆片断。当将完整的和被切去羧
基端的SScDNA分别导入E.coliBL21中进行表达时,都产生
了相当水平的鲨烯合成酶活性,但并无葡萄烃合成酶活性。
参考文献
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表1 实验室培养的5株葡萄藻代谢产物组成水平
Table1 ComponentlevelsofmetaboliteinfivestrainsofB.brauniinthelaboratory
成分Compound
A品系RaceA B品系RaceB
Martinique(LaManzo)
L品系
RaceLIvoryCoast
(Yamoussoukro)
Bolivia
(Overjuyo)
UK
(Maddingley)
Morocco
(Oukaimden)
油脂TotalLipids 62.0 63.0 43.0 53.0 35.0
烃类Hydrocarbons 0.4 9.0 20.0 32.0 3.0
醚类Etherlipids 35.0 5.0 n.d. 0.2 13.0
环氧化物Epoxides n.d 4.0 n.d. 1.0 0.6
三酰甘油Triacylglycerols 2.0 6.0 n.d. n.d. n.d.
固醇类Sterols n.d 0.1 n.d. 0.2 0.2
%
注:数据来源于文献[3];n.d表示未确定。
Note:Datacamefromreference[3].n.dstandsfornotdetermined.
吴夏莞等 能源微藻——葡萄藻生物学特性的研究进展36卷17期 7379