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海水钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)太空育种及其突变株的应用潜力
Alternative TitleSpace Breeding of Seawater Spirulina platensis and Application Potential of the Selected Mutant
谭丽
Thesis Advisor向文洲
2018
Degree Grantor南海海洋研究所
Degree Name硕士
Degree Discipline海洋生物学
Keyword海水钝顶螺旋藻,多糖,太空搭载,室外培养,转录组分析
Abstract本研究通过“实践十号”卫星搭载海水钝顶螺旋藻进行优良藻株的选育。对返回地面的样品,首先进行单株藻丝的分离和培养,评价其生长性状及其蛋白质、多糖、光合色素和脂肪酸等重要活性物质的生产性状;在初筛获得正向突变株的基础上,通过多代连续传代培养,评价诱变株性状的遗传稳定性,获得遗传稳定的优良突变株;进一步通过转录组差异分析揭示形成诱变株优良性状的分子机制;最后,通过室外放大培养评估诱变株的应用潜力和环境适应特性,从而为海洋微藻的太空育种及其优良诱变藻株的产业化应用奠定理论基础。主要研究结果如下:1、对经太空搭载、返回地面后的螺旋藻样品进行突变株筛选,首先挑选分离183条单株藻丝在16孔板中进行培养,结果显示43株存活,单株藻丝存活率为23.50%;对存活藻株传代培养1次,进行生长和活性物质积累情况的初筛,初筛结果显示共有11株的生长情况好于野生株,其中包括8株在总糖含量和产率(F5,K9,H8,H11)、蛋白质产率(E2,K5,K8,H8)、藻蓝蛋白产率(E2,K5,K8,H8,H11)以及γ-亚麻酸含量和产率(E2,E5,K9,H11)的生产性状得以提高的正向突变,初筛正向诱变率为6.01%。2、对11个正向突变藻株与野生株WT同步进行连续传代培养,结果表明,经20代连续传代培养,只有诱变株H11表现出遗传稳定性,在维持生长稳定的同时,还保持高且稳定的总糖含量和产率,其余10个诱变株虽然能够保持较好的生长稳定性,但相关产物性状出现波动,总体上呈现随着传代数量的增加而递减的趋势,传代至20代时,各种产物的含量和产率接近甚至低于野生株,因而失去进一步的选育价值;而将诱变株H11延续传代至35代时,仍然维持优良的突变性状和遗传稳定性,其生物量产率、总糖含量和总糖产率为0.88g/L、24.81%DW和22.15mg·L-1·d-1,分别比野生株高出8.64%、62.33% 和 73.68%;同时,与野生株相比,H11的蛋白质含量降低15.79%,3类光合色素含量均有不同程度的提高。3、经30代传代培养的诱变株H11多糖分级结果显示,可溶性多糖PSⅠ(分子量≧3500D)含量占干重的21.28% ,比野生株高出76.31%;分子量≧3500 D的总多糖含量(为可溶性多糖PSⅠ与胞壁多糖WIS含量之和)占干重的23.10%,比野生株高出70.99%。诱变株H11分子量≧3500 D的总多糖含量占总糖含量的93.01%,比野生株高出4.65%。分子量≧3500 D的总多糖的增加量占总糖增加量的100.73%,表明H11总糖的增加全部来自于多糖的增加,其中可溶性多糖PSⅠ是总糖增加最主要的贡献者。4、对连续传代培养30代的海水钝顶螺旋藻H11诱变株进行转录组学分析,结果表明,诱变株H11和野生株WT之间的差异表达基因621个,其中263个基因显著上调,358个基因显著下调,H11中心代谢通路(尤其是碳代谢和氮代谢)与野生株相比发生了剧烈的变化。通过GO 富集和KEGG分析,对H11差异表达基因注释,显示其细胞内涉及光捕获、光合系统Ⅰ反应中心、光合磷酸化、碳固定、卡尔文循环等光合碳同化过程中的关键基因得以上调,同时多个参与TCA循环、氧化磷酸化、糖异生等过程的重要基因也显著上调。此外,与氨基酸的分解途径相关的多个关键基因表达量上调。因此可以推断诱变株H11由于光合固碳作用增强、碳流分配向糖类合成方向偏移以及氨基酸分解的上调,导致细胞生长加快、总糖(多糖)含量大幅升高和蛋白质含量下降。5、本研究通过室外放大(50L)培养,对连续传代培养30代的诱变株H11产多糖及耐低温能力进行了评估。结果显示,在广州秋季室外平均温度为27 °C下,诱变株H11的生物量产率、总糖含量、总多糖含量和水溶性多糖含量分别为19.09 ± 0.03 mg·L-1·d-1、27.89±1.28% DW、20.95±0.87% DW和19.74±0.93% DW。与野生株WT相比,H11的生物量、总糖、总多糖和水溶性多糖的产率分别提高了15.39%,148.93%,176.50%和187.70%。在冬季室外平均培养温度为17 °C条件下,诱变株H11和野生株生长速率及多糖产率都有所降低,但诱变株在产多糖能力上仍显著高于野生株。
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/18038
Collection学位论文(硕士)
Recommended Citation
GB/T 7714
谭丽. 海水钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)太空育种及其突变株的应用潜力[D]. 南海海洋研究所,2018.
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