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北大工学院陈峰课题组在微藻混合培养机制等研究中取得进展
梅西 2015-12-12
导语

微藻在新能源领域和食品与生物工业中的应用极具前景,而高效培养方式是突破微藻产业发展瓶颈的关键所在。

      微藻在新能源领域和食品与生物工业中的应用极具前景,而高效培养方式是突破微藻产业发展瓶颈的关键所在。多年来,人们试图通过对光生物反应器的设计 优化,提高光合效率,从而增加微藻产量,但是效果并不显著。而某些微藻,如小球藻,既能够通过光合作用生长,也可以利用有机碳源生长,尤其在富含有机物的 环境中,小球藻的生长速率快于单纯光自养数倍,甚至数十倍,这种特性使微藻细胞的高密度培养成为可能。

      2015年10月7日,Scientific Reports在线刊登了北京大学工学院陈峰课题组的研究论文Light attenuates lipid accumulation while enhancing cell proliferation and starch synthesis in the glucose-fed oleaginous microalga Chlorella zofingiensis。该论文在小球藻混合培养机制中有重要发现。在葡萄糖环境下,藻细胞分裂在光照条件下获得较高 的生长速率,同时生物量的积累效率也高于异养(无光照),但是光照可以抑制脂肪酸合成相关基因的表达,并诱导更多碳流向淀粉合成转化,从而降低细胞内油脂 合成效率。该研究结果揭示了光照在小球藻高效混合培养中的双向效果及内在机制,为工程化培养小球藻提供了理论依据。

在光照及非光照情况下第2、4和8天小球藻培养液的颜色变化图

生长在葡萄糖培养基中小球藻在光照及非光照情况下细胞内油脂染色图

生长在葡萄糖培养基中小球藻在光照及非光照情况下细胞油脂及淀粉含量随时间变化图

     此外,最近美国化学会(ACS)期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry刊登了陈峰课题组在微藻多不饱和脂肪酸合成调控方面的另一成果Sesamol enhances cell growth and the biosynthesis and accumulation of docosahexaenoic acid in the microalga Crypthecodinium cohnii(2015,63,5640-5645)。该研究创造性地利用抗氧化剂(芝麻酚)降低海洋微藻Crypthecodinium cohnii细胞中的ROS水平,从而提高藻细胞密度及二十二碳六烯酸(DHA)的合成。该结果为微藻DHA工业的优化提供了新思路。

隐甲藻DHA的可能生物合成途径

在不同芝麻酚浓度作用下隐甲藻细胞尼罗红染色荧光(上)及白光(下)

       在上游藻种的分子遗传方面,陈峰课题组也取得了重要进展。微藻领域的权威杂志Algal Research近期报道了陈峰课题组的研究性论文Development of a stable genetic system for Chlorella vulgaris—A promising green alga for CO2 biomitigation(2015,12,134-141)。该研究通过分子遗传标记筛选,利用PEG转化法,首次将报告基因——增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因导入到小球藻基因组中,成功建立了一套稳定有效的小球藻外源基因转化体系。该遗传体系的建立,可为今后通过分子改造技术提高小球藻的光合固碳能力、实质性的解决其光合效率的瓶颈问题提供良好的研究基础。同时,报告基因EGFP在活体藻细胞中的可见表达,也为微藻细胞生物学领域的蛋白质亚细胞定位研究提供了一定的思路。

      上述三项研究的第一作者分别为博士后陈天鹏、博士研究生刘宾及博士生杨博,通讯作者均为陈峰。该项目得到国家自然科学基金委项目、国家科技部“863”项目、国家海洋局公益项目及北京大学“985”项目的资助。


陈峰教授简介:

北京大学工学院副院长,北京大学终身讲席教授,北京大学食品与生物资源工程研究所所长,新加坡-北京大学低碳研究中心主任,国家 “千人计划” 获得者,长江学者特聘教授,Email:sfchencoe@pku.edu.cn

个人主页:http://www2.coe.pku.edu.cn/subpaget.asp?id=406

研究领域:微藻生物工程(包括微藻生物能源),生物资源工程,功能食品,生化工程

个人简介:

现任北京大学工学院副院长、终身讲席教授、中国食品科技学会功能食品分会常务副理事长兼秘书长,兼任北京大学工学院食品与生物资源工程研究所所长、新加坡 -北京大学低碳研究中心主任。国家“千人计划”获得者, 曾入选教育部“长江学者”和中科院 “百人计划”。陈峰1993年毕业于澳大利亚昆士兰大学化学工程系,获生化工程博士学位, 澳大利亚注册工程师。曾任香港大学终身教授兼任植物学系系主任及生物科学学院执行院长。陈峰的研究工作主要集中在微藻生物工程(包括微藻生物能源)、功能 食品、生化工程及生物资源工程等领域。率先提出利用异养方式规模化高密度培养微藻以生产高附加值功能性食品成分及藻类生物能源(例如,脂质),他同时将研 究扩展到其它微生物和植物资源的开发及功能性成分研究等领域。迄今已在国际权威学术期刊(SCI)发表250余篇研究论文和综述(SCI引用愈7000 次,H-index 44)、专箸4本、美国及中国专利共6项。多次在国际学术会议作大会特邀发言, 多次组织国际学术会议。 被Essential Science Indicators评为“Highly Cited Scientist” (top 1%)。 陈峰还兼任英国皇家化学会期刊Food & Function副主编和另外4个国际学术期刊编委(Process Biochemistry, Journal of Applied Phycology, Biotechnology Letters, Journal of Agricultural and Food Chemistry)。

获得荣誉:

曾获香港大学“杰出青年研究奖”、“杰出研究生导师奖”、“法国-香港联合研究奖”、“首届中国食品科技杰出中青年奖”,2008年被选为“美国医学和生 物工程院(AIMBE)院士”,2010年获“美国化学工程师学会大会奖”,2011年被选为“英国皇家化学会会士”,2014年被选为“国际食品科学院 院士”,2014年被选为“国际欧亚科学院院士”。

(本文整理自北京大学工学院网站http://www.coe.pku.edu.cn

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作者 梅西

本科生

北京工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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