全 文 ：第 １２卷第 ４期
２０１４年 ７月
生　 物　 加　 工　 过　 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ􀆰 １２ Ｎｏ􀆰 ４
Ｊｕｌ􀆰 ２０１４
ｄｏｉ：１０􀆰 ３９６９ ／ ｊ􀆰 ｉｓｓｎ􀆰 １６７２－３６７８􀆰 ２０１４􀆰 ０４􀆰 ０１５
收稿日期：２０１３－０３－２６
基金项目：上海市浦江人才计划（１２ＰＪ１４０８０００）；上海市博士后科研资助计划（１２Ｒ２１４２１６００）
作者简介：赵权宇（１９７４—），男，辽宁阜新人，博士，研究员，研究方向：微藻生物技术、系统生物学和代谢工程，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｏｑｙ＠ ｓａｒｉ􀆰 ａｃ􀆰 ｃｎ
小球藻联产油脂和虾青素的基元模式分析
赵权宇，于水燕，张保国，史吉平
（中国科学院 上海高等研究院，上海 ２０１２１０）
摘　 要：构建了包含虾青素合成途径的小球藻代谢网络模型，集成文献报道同位素标定的小球藻代谢通量数据，估
算了胞内代谢通量分布。 在正常和缺氮培养条件下，虾青素的代谢通量分别为 ０􀆰 ３８ 和 ０􀆰 ３５。 计算得到基元模式
共 ６４０条，通过最大熵原理算法求取了正常培养和缺氮培养条件下的基元模式概率。 存在 ４条关键基元模式，在 ２
种培养条件下，其基元模式概率之和分别为 ６０􀆰 ９５％和 ７７􀆰 ５３％。 虾青素的最大理论合成产率为 １１􀆰 ２７％，但是这 ４
条关键基元模式并不包括虾青素的合成反应。
关键词：虾青素；小球藻；基元模式；代谢途径
中图分类号：Ｑ５９１　 　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１６７２－３６７８（２０１４）０４－００７６－０６
Ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐ􀆰 ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｌｉｐｉｄ ａｎｄ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ
ＺＨＡＯ Ｑｕａｎｙｕ，ＹＵ Ｓｈｕｉｙａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｂａｏｇｕｏ，ＳＨＩ Ｊｉｐｉｎｇ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２１０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｌｉｐｉｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｖａｌｕｅ ａｄｄｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｅｒｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ． Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｉｎ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐ． ｗａｓ
ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｉｎ Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ ｐｌｕｖｉａｌｉｓ． Ｔｈｅ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｗａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｆｏｒ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｆｔｅｒ
ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｐｉｄｓ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐ． Ａ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐ．
ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｐａｔｈｗａｙ ｗａｓ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ． Ｔｈｅ ｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ ｆｌｕｘ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗａｓ
ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｂｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ １３Ｃ ｔｒａｃｅｒ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｆｌｕｘｅｓ． Ｔｈｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｆｌｕｘｅｓ ｏｆ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ａｎｄ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｉｍｉｔｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ０􀆰 ３８ ａｎｄ ０􀆰 ３５， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ａ ｔｏｔａｌ ｏｆ ６４０ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅｓ ｗａｓ
ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ． Ｔｈｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅｓ ｗｅｒｅ
ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍａｘｉｍａｌ ｅｎｔｒｏｐｙ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｉｍｉｔｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅｒｅ
ａｒｅ ｆｏｕｒ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｆｏｒ ｂｏｔｈ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｔｏｔａｌ
ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｆｏｕｒ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅｓ ｗｅｒｅ ６０􀆰 ９５％ ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ７７􀆰 ５３％ ｕｎｄｅｒ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｉｍｉｔｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｗａｓ １１􀆰 ２７％ ｂｕｔ ｔｈｅ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｗａｓ ｎｏｔ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅｓｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ；Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐ．；ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅ；ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｐａｔｈｗａｙ
　 　 ＣＯ２减排是世界范围内的一个重要课题，微藻
可以通过光合作用固定 ＣＯ２，再将 ＣＯ２转化成生物
质。 部分微藻在缺氮等胁迫条件下能富集油脂，可
以进一步开发成生物柴油，是非常有潜力的生物燃
料［１］。 微藻生物炼制的产业链上包括多个技术难
点。 其中，藻种选育、大规模培养和藻水分离等都
有了大量研究积累。 目前，降低生产成本，提高经
济效益仍是微藻生物柴油产业化的关键，和乙醇发
酵过程耦联［２］或联产高附加值产品［３］都是可行的
模式。
虾青素是具有超强抗氧化性的脂溶性色素，可
以开发成保健品、药品或食品添加剂等，市场潜力
巨大。 红法夫酵母和雨生红球藻是主要的虾青素
生产模式体系［４－６］。 虽然小球藻中虾青素的含量
低［７－９］，但是规模化培养小球藻提取油脂后联产的
虾青素也有一定规模。
基元模式是代谢网络中从底物到产物的可能
途径或内部循环［１０］。 通过基元模式分析，可以探讨
生物代谢调控机制或进行菌株改造等［１１］。 本文中
笔者首先构建小球藻的代谢网络模型，通过基元模
式分析，考察小球藻在正常培养和缺氮培养条件下
油脂代谢和虾青素的合成。
１　 计算部分
１􀆰 １　 模型构建
在文献构建的小球藻代谢网络模型基础
上［１２－１４］，增加了虾青素合成途径，并完善了三羧酸
循环（ＴＣＡ）途径的代谢反应。 一般来说，代谢网络
中包含一个生物质合成反应，该反应由蛋白质、糖、
脂类和核酸等组成，以及相关能量和辅因子代谢计
算得到。 生物质合成反应的系数会随着培养条件
的不同而变化，比如正常培养 （ ＋Ｎ）和缺氮培养
（－Ｎ）等［１４］，这样计算的基元模式就会不同。 为了
便于考察小球藻正常培养和缺氮培养的代谢情况，
参照文献［１５］的方法，取消了生物质合成总反应，
为生物质合成反应中的若干前体物质设定了相应
的外部代谢物。 构建的小球藻代谢网络模型包括
生化反应 ２９个，底物和产物跨膜传递以及生物质前
体生成过程 １４个，详见附表。
１􀆰 ２　 胞内代谢通量的估算方法
胞内代谢通量分布反映细胞的代谢表型，可以
深入了解代谢调控机制。 同位素标记代谢通量测
定能准确得到胞内代谢分布，但是一般集中在中心
碳代谢。 为了在更大代谢网络模型上得到代谢流
量分布，可以集成同位素标记实验结果，通过有约
束代谢通量分析获得代谢通量分布［１６－１７］。 代谢通
量可以分解在基元模式上。 通过基于基元模式的算
法进行胞内代谢通量的估算也是可行的。 首先由
ＣｅｌｌＮｅｔＡｎａｌｙｚｅｒ （Ｖ６􀆰 ０） ［１８］计算基元模式，见式（１）。
Ｅ·l＝ ｖ （１）
式中：Ｅ为基元模式矩阵，l为基元模式系数，ｖ 为代
谢通量。 笔者前期开发了基于基元模式的算法，可
以集成同位素标记实验数据，通过最大熵原理估算
胞内代谢分布［１９ ２０］。 具体算法见式（２） ～ （５）。
Ｍａｘ － ∑
ｎｅ
ｉ ＝ １
ｐｉ ｌｎｐｉ ｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｕｐｔａｋｅ，ｉ ≠ ０( ) （２）
ｓｕｂｊｅｃｔ ｔｏ Ｅ·l＝ ｖｅｘｐ （３）
l ＞ ０ （４）
ｖｅｓｔｉｍａｔｅｄ ＝ Ｅ·lｏｐｔｉｍａｌ （５）
　 　 通过平均预测偏差比较预测值与实验值的差
异，见式（６）。
平均预测偏差 ＝
∑
ｎｅ
ｉ ＝ １
ｖｅｘｐ － ｖｅｓｔｉｍａｔｅｄ( ) ２
ｎ
（６）
式中：ｖｅｘｐ为实验值；ｖｅｓｔｉｍａｔｅｄ为代谢通量的预测值；ｎｅ
为实验测定的代谢通量数。
１􀆰 ３　 基元模式概率的计算
笔者定义了基元模式概率 ｐｉ ［１９］。 第 ｉ 条基元
模式概率 ｐｉ由基元模式系数lｉ计算得到，反映了每
条基元模式对代谢表型的贡献。
ｐｉ ＝
１
ｖｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｕｐｔａｋｅ
ｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｕｐｔａｋｅ，ｉ·λ ｉ （７）
式中：ｖｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｕｐｔａｋｅ为底物摄取速率； ｅｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｕｐｔａｋｅ，ｉ为基
元模式矩阵中第 ｉ条基元模式中底物摄取反应对应
的系数。 所有基元模式概率加合后为 １。
１􀆰 ４　 油脂和虾青素合成效率的计算
基元模式的一个作用是分析代谢产物的理论
合成效率。 一般来说，除了内部循环外，每条基元
模式都包括底物摄取和产物合成反应。 由底物摄
取和产物合成的基元模式系数即可计算该基元模
式中的产物合成效率，见式（８）。
Ｙｉ，ｐｒｏｄｕｃｔ ＝
λ ｉ，ｐｒｏｄｕｃｔ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ
λ ｉ，ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｕｐｔａｋｅ
（８）
式中：Ｙｉ，ｐｒｏｄｕｃｔ为第 ｉ 条基元模式的某产物的合成效
率；λ ｉ，ｐｒｏｄｕｃｔ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ和 λ ｉ，ｐｒｏｄｕｃｔ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ分别为第 ｉ条基元模
式中某产物的合成和底物摄取的基元模式系数。
２　 结果与讨论
２􀆰 １　 胞内代谢通量的估算
根据文献［１３］报道的小球藻代谢通量数据，由
７７　 第 ４期 赵权宇等：小球藻联产油脂和虾青素的基元模式分析
式（２） ～式（４）计算基元模式系数，再由式（５）估算
胞内代谢通量分布，结果见图 １。 利用式（６）计算正
常和缺氮培养条件下的代谢通量平均预测偏差均
为 ０􀆰 ０５，虾青素的合成通量分别为 ０􀆰 ３８和 ０􀆰 ３５。
图 １　 小球藻正常培养（＋Ｎ）和缺氮培养（－Ｎ）条件下
胞内代谢通量估算值与实验值［１３］比较
Ｆｉｇ􀆰 １　 Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｆｌｕｘ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ａｎｄ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ［１３］ ｏｆ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐ ｕｎｄｅｒ
ｎｏｒｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ⁃ｌｉｍｉｔｅｄ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
２􀆰 ２　 基元模式概率的计算
由式（７）计算小球藻正常培养和缺氮培养的基
元模式概率，结果见图 ２。
图 ２　 小球藻正常培养和缺氮培养
条件下基元模式概率
Ｆｉｇ􀆰 ２　 Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅｓ ｏｆ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐ􀆰
ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｉｍｉｔｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
由图 ２可见：在正常培养和缺氮培养条件下，第
６０３、７７、３０９和６１条基元模式对代谢表型的贡献都是较
大的。 这 ４条基元模式在正常培养条件下的基元模式
概率分别为 ２６􀆰 １４％、１９􀆰 １８％、８􀆰 ８４％和 ６􀆰 ７９％，总贡献
为 ６０􀆰 ９０％；在缺氮培养条件下的贡献为 ２７􀆰 ３９％、
２７􀆰 ８８％、１１􀆰 ０５％和 １１􀆰 ２１％，总贡献为 ７７􀆰 ５３％。
第 ６０３ 条基元模式 （ ＥＭ６０３ ） 包含糖酵解
（ＥＭＰ）和 ＴＣＡ途径（图 ３（ａ））。 第 ７７ 条基元模式
（ＥＭ７７）是从葡萄糖到生物质中乙酰辅酶 Ａ 的合成
（图 ３（ｂ））。 乙酰辅酶 Ａ是氨基酸和油脂合成的前
体化合物。 第 ３０９条基元模式（ＥＭ３０９）表示的是从
葡萄糖到葡萄糖 ６ 磷酸进入磷酸戊糖途径，经糖
酵解产生丙酮酸再进入 ＴＣＡ途径（图 ３（ｃ））。 第 ６１
条基元模式（ＥＭ６１）是从葡萄糖经磷酸戊糖途径和
糖酵解到生物质中乙酰辅酶 Ａ的合成（图 ３（ｄ））。
这 ４ 条基元模式都包含能量代谢反应，说明能
量代谢对小球藻代谢表型有重要作用。 缺氮条件
下，包含乙酰辅酶 Ａ 合成的基元模式 （ ＥＭ７７ 和
ＥＭ６１）的贡献显著增加，对应的代谢表型表现为油
脂含量的增加。 概率最大的 ４条基元模式中并不包
含虾青素的合成反应。 在正常和缺氮培养条件下，
含有虾青素合成的基元模式概率（ｐｉ），最大基元模
式如图 ４所示。 由图 ４ 可知：该途径不包含其他生
物质前体的合成，这也是合成虾青素效率最高的途
径。 ＥＭＰ 途径有虾青素合成的 ２ 个重要前体，而从
琥珀酸到富马酸的反应包含 ＦＡＤ等辅酶，这些辅酶
也参与到虾青素的合成，因此这条基元模式包含了
ＴＣＡ途径。
２􀆰 ３　 油脂与虾青素合成效率
由式（８）计算乙酰辅酶 Ａ流向生物质合成（附表
中反应 Ｒ３０）或虾青素合成（附表中反应 Ｒ４０）的理论
产率。 小球藻在正常和缺氮培养条件下的实际产率
也标注在图 ５中。 油脂产率和虾青素产率是竞争关
系。 由图 ４可知：在丙酮酸（ＰＹＲ）节点，如果向虾青
素的代谢通量增加，则向乙酰辅酶 Ａ的通量将减少，
直接影响油脂产率。 由图 ５可知，小球藻虾青素的最
大理论产率为 １１􀆰 ２７％。 氮胁迫（－Ｎ）使得油脂产率
提高，但是虾青素含量也略有降低。 如果要达到油脂
和虾青素合成的最大化，还有很大的优化空间。 很多
手段可以调控虾青素的合成，异养即使无光也可以合
成虾青素［９］。 营养、盐度、铁离子、光照和活性氧等也
会调控虾青素的累积［７－９，２１－２２］，虾青素合成和油脂积
累的协调优化还有待研究。
８７ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １２卷　
图 ３　 小球藻正常和缺氮培养条件下主要基元模式：ＥＭ６０３（ａ）、ＥＭ７７（ｂ）、ＥＭ３０９（ｃ）和 ＥＭ６１（ｄ）
Ｆｉｇ􀆰 ３　 Ｄｏｍｉｎａｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅｓ ｏｆ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｓｐ􀆰 ｕｎｄｅｒ ｎｏｒｍａｌ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｉｍｉｔｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ：
ＥＭ６０３（ａ），ＥＭ７７（ｂ），ＥＭ３０９（ｃ） ａｎｄ ＥＭ６１（ｄ）
３　 结　 论
１）建立了包含虾青素合成途径的小球藻代谢
网络模型，并计算了其基元模式；集成同位素标记
代谢通量数据，估算了胞内代谢通量分布。 正常
培养和缺氮培养下虾青素的代谢通量分别为 ０􀆰 ３８
和 ０􀆰 ３５。
２）应用最大熵算法求取了正常和缺氮培养条
件下小球藻的基元模式概率。 在这 ２ 种培养条件
下，４条基元模式对代谢表型的贡献分别为 ６０􀆰 ９５％
和 ７７􀆰 ５３％。 虾青素的最大理论产率为 １１􀆰 ２７％，而
２种培养条件下的实际产量均低于 ０􀆰 ４％。
９７　 第 ４期 赵权宇等：小球藻联产油脂和虾青素的基元模式分析
图 ４　 虾青素的最有效基元模式
Ｆｉｇ􀆰４　 Ｍｏｓｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅ ｆｏｒ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
图 ５　 小球藻虾青素产率与生物质中
乙酰辅酶 Ａ产率的关系
Ｆｉｇ􀆰 ５　 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ＡＣＣＯＡ
ｙｉｅｌｄ ｉｎ ｂｉｏｍａｓｓ
附表：小球藻代谢网络模型（ＥＸＴ：外部代谢物； ＝ ＝ ＞ 不可
逆反应；＜＝ ＝＞ 可逆反应）
Ｒ１：ＡＴＰ ＋ ＧＬＣ ＝ ＝＞ ＡＤＰ ＋ Ｇ６Ｐ
Ｒ２：Ｇ６Ｐ ＜＝ ＝ ＞ Ｆ６Ｐ
Ｒ３：Ｆ６Ｐ ＋ ＡＴＰ ＜＝ ＝ ＞ ＡＤＰ ＋ ２ ＧＡＰ
Ｒ４：ＡＤＰ ＋ ＮＡＤ ＋ ＧＡＰ ＜＝ ＝＞ ３ＰＧ ＋ ＮＡＤＨ ＋ ＡＴＰ
Ｒ５：３ＰＧ ＜＝ ＝＞ ＰＥＰ
Ｒ６：ＡＤＰ ＋ ＰＥＰ ＜＝ ＝ ＞ ＡＴＰ ＋ ＰＹＲ
Ｒ７：ＮＡＤ ＋ ＰＹＲ ＝ ＝＞ ＡＣＣＯＡ ＋ ＮＡＤＨ ＋ ＣＯ２
Ｒ８：ＯＡＡ ＋ ＡＣＣＯＡ ＝ ＝＞ ＩＣＩＴ
Ｒ９：ＩＣＩＴ ＋ ＮＡＤＰ ＝ ＝＞ ＡＫＧ ＋ ＣＯ２＋ ＮＡＤＰＨ
Ｒ１０：ＮＡＤ ＋ ＡＫＧ ＜＝ ＝＞ ＳＵＣＣＯＡ ＋ ＮＡＤＨ ＋ ＣＯ２
Ｒ１１：ＡＤＰ ＋ ＳＵＣＣＯＡ ＜＝ ＝＞ ＡＴＰ ＋ ＳＵＣ
Ｒ１２：ＦＡＤ ＋ ＳＵＣ ＜＝ ＝＞ ＦＵＭ ＋ ＦＡＤＨ２
Ｒ１３：ＦＵＭ ＜＝ ＝＞ ＭＡＬ
Ｒ１４：ＮＡＤ ＋ ＭＡＬ ＜＝ ＝＞ ＯＡＡ ＋ ＮＡＤＨ
Ｒ１５：ＡＣＣＯＡ ＋ ＩＣＩＴ ＋ ＮＡＤ ＝ ＝＞ ＮＡＤＨ ＋ ＦＵＭ ＋ ＭＡＬ
Ｒ１６：ＭＡＬ ＋ ＮＡＤＰ ＝ ＝＞ ＣＯ２ ＋ ＮＡＤＰＨ ＋ ＰＹＲ
Ｒ１７：ＰＥＰ ＋ ＣＯ２ ＝ ＝ ＞ ＯＡＡ
Ｒ１８：ＯＡＡ ＋ ＡＴＰ ＝ ＝＞ ＡＤＰ ＋ ＰＥＰ ＋ ＣＯ２
Ｒ１９：Ｇ６Ｐ ＋ ＮＡＤＰ ＝ ＝＞ Ｄ６ＰＧＬ ＋ ＮＡＤＰＨ
Ｒ２０：Ｄ６ＰＧＬ ＋ ＮＡＤＰ ＝ ＝＞ Ｐ５Ｐ ＋ ＣＯ２＋ ＮＡＤＰＨ
Ｒ２１：Ｐ５Ｐ ＋ Ｅ４Ｐ ＜＝ ＝ ＞ Ｆ６Ｐ ＋ ＧＡＰ
Ｒ２２：２ Ｐ５Ｐ ＜＝ ＝ ＞ Ｓ７Ｐ ＋ ＧＡＰ
Ｒ２３：Ｓ７Ｐ ＋ ＧＡＰ ＜＝ ＝＞ Ｆ６Ｐ ＋ Ｅ４Ｐ
Ｒ２４：ＧＡＰ ＋ ＡＴＰ ＋ ＮＡＤＰＨ ＋ ＰＹＲ ＝ ＝ ＞ ＡＤＰ ＋ ＩＰＰ ＋
ＮＡＤＰ ＋ ＣＯ２
Ｒ２５：ＮＡＤＨ ＋ ８ ＩＰＰ ＋ ＦＡＤＨ２ ＝ ＝ ＞ Ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ＋ ＮＡＤ
＋ ＦＡＤ
Ｒ２６：ＮＡＤ ＋ ＮＡＤＰＨ ＝ ＝＞ ＮＡＤＨ ＋ ＮＡＤＰ
Ｒ２７：１􀆰 ５ ＡＤＰ ＋ ＦＡＤＨ２ ＋ ０􀆰 ５ Ｏ２ ＝ ＝ ＞ １􀆰 ５ ＡＴＰ ＋ ＦＡＤ
Ｒ２８：ＡＴＰ ＝ ＝＞ ＡＤＰ
Ｒ２９：ＡＤＰ ＋ ＮＡＤＨ ＋ ０􀆰 ５ Ｏ２ ＝ ＝ ＞ ＮＡＤ ＋ ＡＴＰ
Ｒ３０：ＡＣＣＯＡ ＝ ＝＞ ＡＣＣＯＡＥＸＴ
Ｒ３１：ＡＫＧ ＝ ＝＞ ＡＫＧＥＸＴ
Ｒ３２：Ｅ４Ｐ ＝ ＝ ＞ Ｅ４ＰＥＸＴ
Ｒ３３：Ｇ６Ｐ ＝ ＝ ＞ Ｇ６ＰＥＸＴ
Ｒ３４：ＧＡＰ ＝ ＝＞ ＧＡＰＥＸＴ
Ｒ３５：ＯＡＡ ＝ ＝＞ ＯＡＡＥＸＴ
Ｒ３６：３ＰＧ ＝ ＝＞ ３ＰＧＥＸＴ
Ｒ３７：Ｐ５Ｐ ＝ ＝ ＞ Ｐ５ＰＥＸＴ
Ｒ３８：ＰＥＰ ＝ ＝＞ ＰＥＰＥＸＴ
Ｒ３９：ＰＹＲ ＝ ＝＞ ＰＹＲＥＸＴ
Ｒ４０：Ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ＝ ＝ ＞ ＡｓｔａｘａｎｔｈｉｎＥＸＴ
Ｒ４１：ＧＬＣＥ ＸＴ ＝ ＝ ＞ ＧＬＣ
Ｒ４２：Ｏ２＜＝ ＝ ＞ Ｏ２ＥＸＴ
Ｒ４３：ＣＯ２＜＝ ＝ ＞ ＣＯ２ＥＸＴ
参考文献：
［ １ ］ 　 杨忠华，李方芳，曹亚飞，等．利用微藻固定 ＣＯ２实现碳减排研
究进展［Ｊ］ ．生物加工过程，２０１２，１０（１）：７０⁃７６．
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亚心型四爿藻作为其补充原料［ Ｊ］ ．生物工程学报，２０１１，２７
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［ ３ ］ 　 Ｌｉｕ Ｊ， Ｈｕａｎｇ Ｊ， Ｊｉａｎｇ Ｙ， ｅｔ ａｌ． Ｍｏｌａｓｓｅｓ⁃ｂａｓｅｄ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｉｌ ａｎｄ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｂｙ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｚｏｆｉｎｇｉｅｎｓｉｓ ［ Ｊ］ ．
Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒ Ｔｅｃｈｎｏｌ，２０１２，１０７：３９３⁃３９８．
［ ４ ］ 　 郑裕国，沈寅初．微生物发酵生产虾青素［ Ｊ］ ．生物工程进展，
２００２，２２（２）：１９⁃２２．
［ ５ ］ 　 董庆霖，赵学明，邢向英，等．碳和氮代谢被抑制诱导雨生红
球藻细胞内虾青素的合成 ［ Ｊ］ ．化学工程，２００６，３４ （ １２）：
４８⁃４９．
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新进展［Ｊ］ ．生物加工过程，２００４，２（２）：１８⁃１４．
０８ 生　 物　 加　 工　 过　 程　 　 第 １２卷　
［ ７ ］　 Ｉｐ Ｐ Ｆ，Ｃｈｅｎ Ｆ．Ｅｍｐｌｏｙｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｏｘｙｇｅｎ ｓｐｅｃｉｅｓ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ
ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｚｏｆｉｎｇｉｅｎｓｉｓ ｉｎ ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ
ｃｕｌｔｕｒｅ［Ｊ］ ．Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｉｏｃｈｅｍ，２００５，４０（１１）：３４９１⁃３４９６．
［ ８ ］ 　 Ｉｐ Ｐ Ｆ， Ｃｈｅｎ Ｆ． Ｐｅｒｏｘｙｎｉｔｒｉｔｅ ａｎｄ ｎｉｔｒｙｌ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｅｎｈａｎｃｅ
ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ ｍｉｃｒｏａｌｇａ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ
ｚｏｆｉｎｇｉｅｎｓｉｓ ｉｎ ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ ｃｕｌｔｕｒｅ［ Ｊ］ ． Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｉｏｃｈｅｍ，２００５，
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［ ９ ］ 　 Ｉｐ Ｐ Ｆ，Ｃｈｅｎ Ｆ．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ ｂｙ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ ｍｉｃｒｏａｌｇａ
Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｚｏｆｉｎｇｉｅｎｓｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄａｒｋ［ Ｊ］ ．Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｉｏｃｈｅｍ，２００５，４０
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［１０］ 　 Ｋｕｒａｔａ Ｈ，Ｚｈａｏ Ｑ，Ｏｋｕｄａ Ｒ，ｅｔ ａｌ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｚｙｍｅ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ
ｉｎｔｏ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｆｌｕｘ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｂｙ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］ ．
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［１１］ 　 Ｚｈａｏ Ｑ，Ｋｕｒａｔａ Ｈ．Ｇｅｎｅｔｉｃ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｕｘ ｆｏｒ ｆｌｕｘ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
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［１２］ 　 Ｘｉｏｎｇ Ｗ， Ｇａｏ Ｃ， Ｙａｎ Ｄ， ｅｔ ａｌ． Ｄｏｕｂｌｅ ＣＯ２ ｆｉｘａｔｉｏｎ ｉｎ
ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ⁃ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｅｎｈａｎｃｅｓ ａｌｇａｌ ｌｉｐｉｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ
ｆｏｒ ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［ Ｊ］ ． Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒ Ｔｅｃｈｎｏｌ，２０１０，１０１（７）：
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［１３］ 　 Ｘｉｏｎｇ Ｗ，Ｌｉｕ Ｌ，Ｗｕ Ｃ，ｅｔ ａｌ．１３Ｃ⁃ｔｒａｃｅｒ ａｎｄ ｇａｓ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ⁃
ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎａｌｙｓｅｓ ｒｅｖｅａｌ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｆｌｕｘ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ
ｔｈｅ ｏｌｅａｇｉｎｏｕｓ ｍｉｃｒｏａｌｇａ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｐｒｏｔｏｔｈｅｃｏｉｄｅｓ［Ｊ］ ． Ｐｌａｎｔ
Ｐｈｙｓｉｏｌ，２０１０，１５４（２）：１００１⁃１０１１．
［１４］ 　 Ｙａｎｇ Ｃ，Ｈｕａ Ｑ， Ｓｈｉｍｉｚｕ Ｋ． Ｅｎｅｒｇｅｔｉｃｓ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ
ｄｕｒｉｎｇ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｍｉｃｒｏａｌｇａｌ ｃｅｌｌｓ ｕｎｄｅｒ ｐｈｏｔｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃ，
ｍｉｘｏｔｒｏｐｈｉｃ ａｎｄ ｃｙｃｌｉｃ ｌｉｇｈｔ⁃ａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃ ／ ｄａｒｋ⁃ｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］ ．Ｂｉｏｃｈｅｍ Ｅｎｇ Ｊ，２０００，６（２）：８７⁃１０２．
［１５］ 　 Ｂｕｒｇａｒｄ Ａ Ｐ， Ｍａｒａｎａｓ Ｃ Ｄ． Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ⁃ｂａｓｅｄ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｆｏｒ
ｉｎｆｅｒｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｚｅｄ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
［Ｊ］ ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ Ｂｉｏｅｎｇ，２００３，８２（６）：６７０⁃６７７．
［１６］ 　 刘立明，刘婷，邹伟．基因组规模代谢网络模型的约束算法及
其应用［Ｊ］ ．生物加工过程，２０１２，１０（６）：７０⁃７７．
［１７］ 　 王宏丽，梁金钟．添加物对枯草芽胞杆菌 γ 聚谷氨酸合成代
谢的影响［Ｊ］ ．生物加工过程，２０１０，８（１）：４５⁃４９．
［１８］ 　 Ｋｌａｍｔ Ｓ，Ｓａｅｚ⁃Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ Ｊ，Ｇｉｌｌｅｓ Ｅ Ｄ． Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ
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Ｂｉｏｌ，２００７，１：２．
［１９］ 　 Ｚｈａｏ Ｑ Ｙ， Ｋｕｒａｔａ Ｈ． Ｍａｘｉｍｕｍ ｅｎｔｒｏｐｙ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｕｘ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｔ ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ｔｏ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅｓ ［ Ｊ］ ． Ｊ Ｂｉｏｓｃｉ
Ｂｉｏｅｎｇ，２００９，１０７（１）：８４⁃８９．
［２０］ 　 Ｚｈａｏ Ｑ Ｙ， Ｋｕｒａｔａ Ｈ． Ｕｓｅ ｏｆ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｎｔｒｏｐｙ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｗｉｔｈ
Ｌａｇｒａｎｇｅ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ ｅｘｔｅｎｄｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｏｄｅ
ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］ ．Ｊ Ｂｉｏｓｃｉ Ｂｉｏｅｎｇ，２０１０，１１０（２）：２５４⁃２６１．
［２１］ 　 Ｗａｎｇ Ｙ，Ｌｉｕ Ｚ，Ｑｉｎ Ｓ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｉｒｏｎ ｏｎ ｆａｔｔｙ ａｃｉｄ ａｎｄ ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ
ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｍｉｘｏｔｒｏｐｈｉｃ Ｃｈｒｏｍｏｃｈｌｏｒｉｓ ｚｏｆｉｎｇｉｅｎｓｉｓ［Ｊ］ ．
Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ Ｌｅｔｔ，２０１３，３５（３）：３５１⁃３５７．
［２２］ 　 Ｃａｍｐｅｎｎｉ Ｌ，Ｎｏｂｒｅ Ｂ Ｐ，Ｓａｎｔｏｓ Ｃ Ａ，ｅｔ ａｌ． Ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄ ａｎｄ ｌｉｐｉｄ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃ ｍｉｃｒｏａｌｇａ Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｐｒｏｔｏｔｈｅｃｏｉｄｅｓ
ｕｎｄｅｒ ｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｌ， ｓａｌｉｎｉｔｙ， ａｎｄ ｌｕｍｉｎｏｓｉｔｙ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ［ Ｊ］ ．
Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２０１３，９７（３）：１３８３⁃１３９３．
（责任编辑　 荀志金）
１８　 第 ４期 赵权宇等：小球藻联产油脂和虾青素的基元模式分析