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紫外线诱变选育耐高浓度CO_2的微藻及不同株系的rbcL基因序列差异性分析

作　者: 杨闯
导　师: 岳丽宏
学　校: 青岛理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 微藻 高浓度CO2 CO2固定速率 紫外诱变 核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶 光合效率
分类号: Q933
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着经济的迅速发展和社会的进步,人类对化石燃料的需求日益增大,导致空气中的CO2浓度越来越高,由此引发的环境问题严重影响了人类的生产和生活,因此控制温室气体CO2排放有重大意义。利用微藻固定CO2是一种经济、有效的方法。但是一般微藻的最适CO2浓度为1-5%,当浓度大于5%时对微藻的生长产生抑制作用,而且微藻的固碳效率比较低。为了解决以上难题,本文采用紫外线诱变育种的方法,筛选、培育出能高效固定高浓度CO2的微藻;并测定突变株的培养特性,得出突变株对高浓度CO2的耐受性更好;克隆出发株和突变株小球藻核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco酶）的大亚基基因（rbcL）,利用分子生物学方法鉴定出发株及分析不同突变株系出现生长差异性的原因。1.对出发株进行紫外线诱变处理,诱变剂量为20W紫外灯、照射距离为25cm、照射时间30min。向经诱变处理后的藻液中通入30%CO2进行筛选培养,经过两次筛选最终筛选出生长速率均高于出发株的3株突变株B-1、B-2和B-3。2.对突变株传质稳定性的分析,将突变株的第四代生长曲线和第一代生长曲线相比较,结果显示,突变株稳定性良好。测定突变株和出发株的碳含量,结果表明,突变株B-1、B-2和B-3的含碳量分别提高了1.72%,1.68%和1.41%。3.对突变株培养特性进行测定,设置不同梯度的CO2浓度、温度、pH、光照,测定突变株的最适生长条件。突变株在通入20%CO2,初始pH值为6,温度25℃,光照为25000Lux的条件下生长最快,经5天培养后出发株和突变株B-1、B-2和B-3的固碳速率分别是1.02g/l·d、1.43g/l·d、1.50g/l·d和1.44g/l·d。突变株B-2的固碳速率最高。在以上最优培养条件下,分别以NH4Cl、NaNO3和NaNO2为氮源,考察不同氮源对突变株B-2固碳效果的影响。NH4Cl对突变株B-2有抑制作用,浓度大于150mg/l的NaNO2能“杀死”突变株B-2,最适合的氮源为NaNO3。在NaNO3浓度为2g/l时,突变株取得最大固碳速率1.54g/l·d。4.通过克隆出发株和突变株小球藻Rubisco酶的大亚基基因（rbcL）,利用分子生物学方法对出发株进行分子鉴定。对测序结果做BLAST序列比对,遗传距离分析,并构建了NJ系统树,最终确定出发株和Chlorella sp. IFRPD 1018亲缘关系最近,命名为chlorella sp. YANG-1。在相同的培养条件下,突变株B-1、B-2和B-3的固碳速率均高于出发株,利用分子生物学方法分析不同株系出现生长差异性的原因。突变株rbcL基因序列上出现不同位点的突变,这些突变可能与藻株不同的固定速率有关。综上所述,在本实验中,通过紫外诱变选育的方法,筛选出3株突变株B-1、B-2和B-3。与出发株相比,突变株B-1、B-2和B-3的含碳量分别提高了1.72%、1.68%和1.41%。在通入20%CO2条件下,出发株和突变株B-1、B-2和B-3的固碳速率分别是1.02g/l·d、1.43g/l·d、1.50g/l·d和1.44g/l·d。通过分子生物学的方法鉴定出发株,最终命名为chlorella sp. YANG-1。测得突变株的rbcL基因序列,与出发株rbcL基因序列相比在不同的基因位点发生突变,这些突变可能与突变株和出发株对高浓度CO2耐受性不同有关。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-10
第1章 绪论  10-23
  1.1 微藻固定高浓度CO_2的研究现状  10-17
    1.1.1 CO_2排放的现状与危害  10-11
    1.1.2 CO_2的减排技术  11-12
    1.1.3 微藻固定CO_2的机理  12-14
    1.1.4 固定高浓度微藻的筛选和培育  14-16
    1.1.5 微藻在固定高浓度CO_2中的应用  16
    1.1.6 微藻固定 CO_2的分子生物学研究  16-17
  1.2 微藻的紫外线诱变育种技术  17-19
    1.2.1 紫外线辐射对微藻的影响  17-18
    1.2.2 紫外线诱变在微藻中的应用  18-19
  1.3 rbcL 基因在微藻系统学研究与应用  19-20
    1.3.1 rbcL 基因的结构  19
    1.3.2 rbcL 基因在微藻系统学中的应用  19-20
  1.4 课题来源、研究意义及研究内容  20-23
    1.4.1 课题来源  20-21
    1.4.2 课题的研究目的和意义  21-22
    1.4.3 课题研究的内容  22-23
第2章 耐高浓度CO_2藻株的选育  23-36
  2.1 材料与方法  23-26
    2.1.1 实验材料  23-25
    2.1.2 实验方法  25-26
  2.2 结果与讨论  26-35
    2.2.1 藻细胞密度与藻体干重的标准曲线的建立  26-27
    2.2.2 紫外线诱变预实验  27-29
    2.2.3 紫外线诱变及诱变后藻种的预培养  29
    2.2.4 突变株的筛选  29-31
    2.2.5 诱变株传代稳定性的分析  31-32
    2.2.6 出发株和突变株碳含量的对比  32-35
  2.3 本章小结  35-36
第3章 突变藻株生长特性的测试  36-51
  3.1 材料与方法  36-38
    3.1.1 实验材料  36
    3.1.2 实验方法  36-38
  3.2 结果与讨论  38-50
    3.2.1 CO_2浓度对突变藻株生长的影响  38-40
    3.2.2 温度对突变株固碳速率的影响  40-43
    3.2.3 光照强度对突变株固碳速率的影响  43-45
    3.2.4 初始pH 值对突变株固碳速率的影响  45-47
    3.2.5 氮源对突变株的固碳速率的影响  47-50
  3.3 本章小结  50-51
第4章 基于rbcL 基因对出发株的鉴定及其与突变株差异性分析  51-64
  4.1 材料与方法  51-56
    4.1.1 实验材料  51-52
    4.1.2 实验方法  52-56
  4.2 结果与讨论  56-62
    4.2.1 基于rbcL 基因对出发株的鉴定  56-62
    4.2.2 基于rbcL 基因对出发株和突变株差异性分析  62
  4.3 本章小结  62-64
第五章 结论及建议  64-67
  5.1 结论  64-66
  5.2 建议  66-67
参考文献  67-73
致谢  73-74
附录：出发株小球藻和突变株的rbcL 基因序列  74-77
攻读学位期间参与的科研及成果  77

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中图分类: > 生物科学 > 微生物学 > 微生物遗传学
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