海洋微藻脂质合成途径及高水平累积的分子机制-暨南大学科技处
微藻代谢和合成生物学
微藻代谢和合成生物学微藻代谢和合成生物学是当前热门的研究领域，涉及到微藻的代谢途径及其在合成生物学中的应用。
微藻是一类微小的藻类植物，具有快速生长、高光合效率等特点，可用于生物燃料、食品添加剂、化工原料等多个领域。
微藻的代谢是其生长和生存的重要基础，对于代谢途径的深入研究有助于了解微藻的生理特性和优势。
常见的微藻代谢途径包括光合作用、细胞呼吸、脂类代谢等。
光合作用是微藻最主要的代谢途径之一。
在光合作用中，微藻利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质，产生氧气。
光合作用是微藻生长的重要能源供应途径，对于提高光合效率和产量具有重要意义。
通过对光合过程的研究，可以揭示微藻光合效率的调控机制，并通过基因工程等手段改良微藻，提高其产量和产能。
细胞呼吸是微藻生活活动过程中释放能量的重要途径。
细胞呼吸过程中，微藻将有机物质代谢生成的ATP转化为能量，并释放出二氧化碳和水。
细胞呼吸对于微藻进行有氧代谢、生长和繁殖等生理活动起到重要作用。
微藻的细胞呼吸机制研究是合成生物学中代谢工程的重要组成部分，可以通过调控细胞呼吸途径，提高微藻抗逆性、产物选择性和产物产量。
脂类代谢是微藻代谢途径中的一个重要方面。
微藻往往具有较高的脂肪含量，可以通过脂类代谢途径合成脂肪酸和三酰甘油等多种有机物质。
脂类代谢的研究可以揭示微藻的脂肪合成和积累机制，有助于提高微藻的油脂产量和油脂质量，进而应用于生物燃料生产和食品行业中。
合成生物学是一门通过重新设计和构建生物系统来实现特定功能的交叉学科。
在微藻中应用合成生物学的研究，可以通过改造微藻的代谢途径和调控关键基因，提高微藻产物的产量、专一性和功能性。
例如，通过基因工程手段调控微藻的光合酶和脂肪酸合成酶，可以实现高效率的生物燃料或生物塑料的合成。
综上所述，微藻代谢和合成生物学是一个相互关联的领域，对于揭示微藻的代谢机制、改良微藻产量和合成特定产物具有重要意义。
未来的研究方向包括开发新的微藻资源、深入理解其代谢途径、构建高效代谢路径和引入新的合成功能等。
利用海洋硅藻生产生物活性物质研究进展
中国生物工程杂志China Biotechnology，2021，41 (4) :81-90D O I：10. 13523/j.c b.2012057利用海洋硅藻生产生物活性物质研究进展*张虎刘镇洲陈家敏高保燕张成武(暨南大学水生生物研究中心广州510632)摘要生物活性物质在食品、饵料、化妆品、保健品和医药等行业具有广阔的应用前景，其研究早已受到广泛关注。
鉴于海洋硅藻具有生长速度快、生物活性物质含量高、易于规模培养、便于提取等诸多优势，为理想的生物活性物质生产者。
尽管国内外已进行了大量利用海洋硅藻生产生物活性物质的研究，但是受限于培养工艺老旧、生产成本过高等缺陷，商业化利用海洋硅藻开发生物活性物质依然停滞不前。
阐述海洋硅藻五种常见生物活性物质的应用价值，进一步探讨海洋硅藻高产生物活性物质的策略，就如何低成本、高效开发利用硅藻源生物活性物质提出建议，为海洋硅藻商业化开发利用提供参考。
关键词海洋硅藻生物活性物质筛选环境因子培养模式中图分类号Q819硅藻（d i a t o m)是真核生物，多为单细胞个体，少见 多细胞连接的链状群体，细胞大小通常在1 ~ 500 (xm 之间，其显著特征是具有无定形氧化硅组成的坚硬细 胞壁，或称硅藻壳（fruStU le)[W。
硅藻广泛分布于海 洋、河流和湖泊中，是主要的海洋浮游植物，其种类和 数量可占沿海水域浮游植物的80%以上。
作为海洋生 态系统中的主要初级生产者，硅藻在海洋生态系统的 物质循环和能量流动中起着极其重要的作用[5]。
早期 对海洋硅藻的研究多集中在分类学和生态学方面[4_5],近年来随着人类对海洋资源开发利用的高度重视及市 场对藻源生物活性物质的需求增加，利用海洋硅藻资 源生产生物活性物质已成为研究热。
本文对五 种常见生物活性物质及其应用价值、藻种筛选和基因 改良、培养条件优化等研究工作进行综述，同时讨论了 低成本、高效率生产活性物质的三个极具发展潜力的 研究方向，以期更好地利用海洋硅藻来生产生物活性 物质，从而满足不断增加的市场需求。
微藻脂肪酸生物合成的研究进展
微藻脂肪酸生物合成的研究进展米铁柱;张梅;甄毓【期刊名称】《中国海洋大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(048)011【摘要】本文概述了微藻脂肪酸生物合成的研究进展,主要包括微藻脂肪酸生物合成途径的解析、影响脂肪酸积累的因素以及微藻脂肪酸生物合成基因工程的研究进展等3个方面的内容.具体阐述了化学因素和物理因素对脂肪酸积累的影响,总结了当前通过基因工程手段提高微藻脂肪酸含量的发展思路,同时结合自身的研究成果对微藻脂肪酸生物合成的研究进行了展望.【总页数】11页(P60-70)【作者】米铁柱;张梅;甄毓【作者单位】中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室,山东青岛266100;中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室,山东青岛266071;中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室,山东青岛266100;中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室,山东青岛266071;中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室,山东青岛266100;中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266100;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室,山东青岛266071【正文语种】中文【中图分类】Q591【相关文献】1.微藻脂肪酸合成累积代谢基因调控的研究进展 [J], 郑胜;钱院红2.微藻生物合成叶黄素的研究进展 [J], 吴正云;史贤明;曾娟3.微藻油脂生物合成与ACCase、PEPC相关性的研究进展 [J], 王琳;余旭亚;赵鹏;徐军伟4.海洋微藻多不饱和脂肪酸研究进展 [J], 林武杰;吴云辉5.微藻多糖生物合成的研究进展 [J], 马美萍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种从海洋微藻发酵液中提取DHA的方法[发明专利]
![一种从海洋微藻发酵液中提取DHA的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9ef853f459f5f61fb7360b4c2e3f5727a5e92417.png)
(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.05.14C N 103787864A (21)申请号 201410060198.2(22)申请日 2014.02.20C07C 57/03(2006.01)C07C 51/42(2006.01)(71)申请人青岛琅琊台集团股份有限公司地址266400 山东省青岛市黄岛区琅琊台路198号(72)发明人崔球 李悦明 宋晓金 徐建春李霞 夏修峦 王道会(74)专利代理机构济南舜源专利事务所有限公司 37205代理人王连君(54)发明名称一种从海洋微藻发酵液中提取DHA 的方法(57)摘要本发明公开了一种从海洋微藻发酵液中提取DHA 的方法，属于微生物油脂提取技术领域。
其解决了现有技术中DHA 提取率低，产品质量差的问题，本发明采用酶法破壁处理，离心分离提取毛油、精炼纯化等工艺步骤提取DHA ，其中酶法破壁可提高细胞破壁率，充分释放细胞所含DHA ，使DHA 提取率大大提高，减少损耗浪费，降低生产成本；离心分离步骤不会加入其它有害物质，保证了DHA 的质量；精炼提纯步骤可进一步提高DHA成品的纯度和品质。
本发明方法可提高DHA 的提取率，总提取率均在80％以上，减少浪费，降低生产成本，同时可提高DHA 藻油质量，产品性能安全。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页(10)申请公布号CN 103787864 A1/1页1.一种从海洋微藻发酵液中提取DHA 的方法，其特征在于：包括以下步骤：a ）将海洋微藻发酵液进行酶法破壁处理，得到破壁后的发酵液；b ）向步骤a ）得到的发酵液中加入一定量的酒精，用离心机进行离心分离去除水分，得到破壁细胞和藻油；c ）将步骤b ）得到的破壁细胞和藻油再次经过高速离心分离，去除固体残渣，得到DHA 毛油；d ）对步骤c ）得到的DHA 毛油进行精炼纯化，得到DHA 藻油成品。
生物质能源-微藻
物种 淡水微藻 海洋微藻
绿 藻
已发现数量 ２.２×104 ０.7×10４
红
硅
藻
藻
已发现占估计数比例（%） >90 ＜10
微藻在地球演化中扮演着重要角色
CO
2
生物质
+
+
H2 O
O2
+
微光藻（海洋单细胞藻类）是地球上最早的生物物种
，已经在地球上生存了35亿年之久，能在水中进行光合作
用释放出氧气，在自然界物质和能量循环中发挥了极其重
我国水泥行业 年排CO2９亿吨
排出
吸收
CO2
低碳工业
微藻 ➢约年产２亿吨藻粉 ➢相当于２亿吨煤炭 ➢产6.6×1013MJ热量 ➢相当于0.6亿吨生物燃料 ➢相当于产值4200亿元
微藻低碳生物经济—微藻生物能源
微藻工业、味精废水处理行业和饲料行业联产，实现饲料、 副食、生物柴 油多联产，达到废弃物资源化，基本上消除了水污染，每年可净减排废水约5 亿吨。
苹果酰-CoA
乙酰-CoA
脂肪酸
微藻固定CO2能力是其他微生物的3倍以上。
微藻通过光合作用生产生物质能源具有 更高的原子经济性
产品 CO2/mol产品
微生物
乙醇 排放1 mol
酵母
乳酸 0 mol 乳酸菌
丁二酸
吸收1 mol
琥珀酸 放线杆菌
生物柴油 吸收６mol
微藻
产相同量的产品，微藻较其他微生物固定更多的CO2
油脂面积产率高，单位面积的产油率是其他油料作物的20~400倍。 光合固定CO2，不仅有助于CO2减排，且可大幅降低微藻生长所需碳
源成本（1万元/吨螺旋藻） 利用废水中的N、P等营养元素，不仅有助于缓解水体富营养化程度
五种海洋微藻脂肪酸存在形式的初步研究
第29卷 第1期海洋环境科学Vol.29,No.1 2010年2月MAR I N E ENV I RONMENT AL SC I ENCE Feb.2010五种海洋微藻脂肪酸存在形式的初步研究3郑 宇,王江涛(中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室,山东青岛266100)摘 要:对五种海洋微藻的脂类组成进行了测定,微藻在确定的条件下生长,分别于指数生长前期和稳定期收获,采用超声波萃取法提取脂肪酸,应用GC及GC2MS技术进行定量和定性分析。
结果表明,在两个时期取得的同种藻体中,各主要脂类化合物的量存在明显变化。
由此可以看出,实验藻体中多数脂肪酸都参与组成储能物质;多不饱和脂肪酸主要是以储能物质形式存在,在细胞膜中存在较少。
关键词:微藻;脂肪酸;细胞膜;储能物质中图分类号:Q331 文献标识码:A 文章编号:100726336(2010)0120066204Study on fa tty ac i ds i n f i ve mar i n e a lgaeZHE NG Yu,WANG J iang2tao(Key Laborat ory of Marine Che m istry Theory and Technol ogy,M inistry of Educati on,Ocean University of China,Q ingdao266100,China)Abstract:Five marine algae were cultured,and harvested at the l ogarithm ic and stati onary phase.The compositi ons of fatty acids in the m were exam ined with GC and GC2MS.During the t w o gr owth phases,the compositi ons of the li p ids are apparently different.It showed that most of the fatty acids are the metabolic st orage li p ids.The polyunsaturated fatty acids are not membrane li p ids,but they are the i m portant part of the metabolic st orage li p ids.Key words:m icr oalgae;fatty acids;me mbrane li p ids;metabolic st orage molecules 浮游植物是海洋有机物的主要生产者,为浮游和底栖群落提供食物和能量;一部分浮游植物产生的有机物(包括脂类化合物)被保存在海洋沉积物中,既是全球碳收支中有机碳的主要组分,又作为生命活动和环境变迁的记录,提供地球历史演变的重要信息。
超高密度细胞工程培养的基本原理_微藻生物技术应用与发展中瓶颈技术的探讨
我们 以一 种能 高产 不饱 和 脂 肪酸 (特 别是有利 于 促进 要幼儿 脑发 育和 延 缓 人 体衰老 的二 十 碳 四 烯酸 ) 的 高山 雪藻和生 产虾 青素 的红 球藻等 为例
际 空 间缩 小
、 、 、 , 。 ,
初 步阐述 藻
抑 制 物质 的产生 强光抑制 生长 现 象的 消失 以及 矿物 质供 求和 生 长 曲线 等的变 化 并 比 较生 物产 率和生物 活性物 质的 大幅度 增加 : 关键 词 高密 度培养 比 生长 速率 光 生物 反应 器 生物盆 生长抑制物质
要
,
、 、 、
摘
,
,
、
海水 以及盐碱 沼 泽 生境 中
、 。
撤 藻的上 述特 点造 就 了本身在遗 传信 息 生化 组成 生态分布 代 谢途 径等方 面的 多样性和 复杂性 有可 能成为 继徽生物 之 后 人类 又一 新 的资源 库 特 别 是在生产 某些特殊 蛋 白质 氨 荃酸 脂肪酸 多糖 维生
,
, ,
低
为
,
离 理 想光合 产率相 差很大
如 何有效 开发 微藻 资源
,
。
是国 内外微 藻 学专家关注 的焦 点问题之ห้องสมุดไป่ตู้一
。
。
我们 认
.
:
实现 微藻 高( 超高)密度 培养是 开 发微藻 资源 的有效途径 和需解 决 的关键
、
、
实现 微藻 超高 密 度 培养需 要 观念和 技术上 的转变和 更新 也就是 说 以 高等 植 物为主 体 构建 的植 物学 植物 生理 学 细 胞生 长 发育 以及 细胞培 养等 方面 的知 识 不 足 以 涵 盖和 解 释 超 高密 度培养 时 出现 的新悄 况和 基 本规 律
海洋微藻脂质合成途径及高水平累积的分子机制-暨南大学科技处
2018年度广东省科学技术奖公示表（自然科学奖）项目名称海洋微藻脂质合成途径及高水平累积的分子机制主要完成单位暨南大学主要完成人（职称、完成单位、工作单位）1. 李宏业（教授、暨南大学、暨南大学、项目负责人，建立了重要代表性微藻的高校遗传转化体系，为分子机制及工程藻株研究提供了支撑；发现了微藻膜脂重塑的独特机制，揭示了脂质高水平累积的主要来源，并取得分子设计工程藻株的突破；诠释了硅藻多不饱和脂肪酸的合成途径；阐述了微藻对养殖条件相关因子的响应机制，发现了一些关键酶及调控模式。
对本项目《重要科学发现》中所列第1、2、3、4项科学发现做出了创造性贡献，是所列10篇代表性论文专著的作者。
）2. 杨维东（教授、暨南大学、暨南大学、建立了重要代表性微藻的高效遗传转化体系，为分子机制及工程藻株研究提供了支撑；阐释了微藻对养殖条件相关因子的响应机制，解析了一些关键酶及其调控模式。
对本项目《重要科学发现》中所列第1、4项科学发现做出了创造性贡献，是所列10篇代表性论文专著的作者。
）3. 吕阳（实验师、暨南大学、暨南大学、诠释了硅藻多不饱和脂肪酸的合成途径，为微藻的高值化利用提供了科学基础及思路。
对本项目《重要科学发现》中所列第3项科学发现做出了创造性贡献，是所列第1、6篇代表性论文专著的作者。
）4. 刘洁生（教授、暨南大学、暨南大学、发现了微藻膜脂重塑的独特机制，揭示了脂质高水平累积的主要来源，并取得分子设计工程藻株的突破，诠释了硅藻多不饱和脂肪酸的合成途径，为微藻的高值化利用提供了科学基础及思路。
对本项目《重要科学发现》中所列第2,3项科学发现做出了创造性贡献，是所列10篇代表性论文专著的作者。
）5. 吕颂辉（教授、暨南大学、暨南大学、发现了微藻膜脂重塑的独特机制，揭示了脂质高水平累积的主要来源，为微藻的高值化利用提供了科学基础及新的思路。
对本项目《重要科学发现》中所列第2项科学发现做出了创造性贡献，是所列第10篇代表性论文专著的作者。
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2018年度广东省科学技术奖公示表
（自然科学奖）
项目名称海洋微藻脂质合成途径及高水平累积的分子机制主要完成单位暨南大学
主要完成人（职称、完成单位、工作单位）1. 李宏业（教授、暨南大学、暨南大学、项目负责人，建立了重要代表性微藻的高校遗传转化体系，为分子机制及工程藻株研究提供了支撑；发现了微藻膜脂重塑的独特机制，揭示了脂质高水平累积的主要来源，并取得分子设计工程藻株的突破；诠释了硅藻多不饱和脂肪酸的合成途径；阐述了微藻对养殖条件相关因子的响应机制，发现了一些关键酶及调控模式。
对本项目《重要科学发现》中所列第1、2、3、4项科学发现做出了创造性贡献，是所列10篇代表性论文专著的作者。
）
2. 杨维东（教授、暨南大学、暨南大学、建立了重要代表性微藻的高效遗传转化体系，为分子机制及工程藻株研究提供了支撑；阐释了微藻对养殖条件相关因子的响应机制，解析了一些关键酶及其调控模式。
对本项目《重要科学发现》中所列第1、4项科学发现做出了创造性贡献，是所列10篇代表性论文专著的作者。
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3. 吕阳（实验师、暨南大学、暨南大学、诠释了硅藻多不饱和脂肪酸的合成途径，为微藻的高值化利用提供了科学基础及思路。
对本项目《重要科学发现》中所列第3项科学发现做出了创造性贡献，是所列第1、6篇代表性论文专著的作者。
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4. 刘洁生（教授、暨南大学、暨南大学、发现了微藻膜脂重塑的独特机制，揭示了脂质高水平累积的主要来源，并取得分子设计工程藻株的突破，诠释了硅藻多不饱和脂肪酸的合成途径，为微藻的高值化利用提供了科学基础及思路。
对本项目《重要科学发现》中所列第2,3项科学发现做出了创造性贡献，是所列10篇代表性论文专著的作者。
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5. 吕颂辉（教授、暨南大学、暨南大学、发现了微藻膜脂重塑的独特机制，揭示了脂质高水平累积的主要来源，为微藻的高值化利用提供了科学基础及新的思路。
对本项目《重要科学发现》中所列第2项科学发现做出了创造性贡献，是所列第10篇代表性论文专著的作者。
）
项目简介
海洋微藻富含脂质，其脂类物质的含量及成分在水产养殖、医药保健、生物能源等方面具有广泛用途。
但迄今对微藻脂质高水平累积的机理尚不清楚。
我们率先建立了高渗电击法高效微藻遗传转化体系，开展了典型模式藻种的脂质累积机理的系列研究。
结合系统生物学的分析，首次发现微藻细胞的膜脂重塑的独特机制，揭示了微藻在缺氮等胁迫条件下脂质快速高水平累积的主要来源，构建了微藻脂质累积代谢途径的模型。
对所推测的重要途径及其中的潜在关键节点开展了基因功能及表达调控机制的研究，发现了苹果酸酶等数个新颖的关键酶在不同的途径调控脂质合成与累积。
对这些关键调控位点针对性地开展了藻株分子设计的研究，取得优良工程藻株的突破。
成功获得的工程藻株保持了野生型藻的快速生长速率，但藻细胞显著增大，脂质含量提高了一倍以上，在保持高生物量的同时，获得了突破性的脂质产率。
研究成果丰富了对生物脂质代谢的认知，而且揭示了微藻的脂质累积具有其独特的机制。
成果对推动微藻资源高值化利用及可持续发展提供了重要的理论支撑。
相关成果已获得授权专利2件，发表于代谢工程Top期刊Metabolic Engineering、生物能源Top期刊Biotechnology for Biofuels、环境微生物Top期刊Environmental Microbiology以及海洋生物技术Marine Biotechnology等一系列重要SCI期刊10余篇，其中一区6篇、二区4篇；获广东省第四届南粤科技创新优秀学术论文一等奖、中国藻类学研究优秀论文二等奖等奖项。
成果产生了广泛的国际影响，多篇论文被ScienceDirect等评为高阅读量文章及获选ESI高被引论文。
代表性论文专著目录论文1：< Identification of a putative patatin-like phospholipase domain-containing protein 3 (PNPLA3) ortholog involved in lipid metabolism in microalga Phaeodactylum tricornutum >
论文2：< Examination of metabolic responses to phosphorus limitation via proteomic analyses in the marine diatom Phaeodactylum tricornutum >
论文3：< Genetic improvement of the microalga Phaeodactylum tricornutum for boosting neutral lipid accumulation >
论文4：< Construction of Novel Chloroplast Expression Vector and Development of an Efficient Transformation System for the Diatom Phaeodactylum tricornutum >
论文5：< Delta 5 Fatty Acid Desaturase Upregulates the Synthesis of Polyunsaturated Fatty Acids in the Marine Diatom Phaeodactylum tricornutum >
论文6：< Glycerol and neutral lipid production in the oleaginous marine diatom Phaeodactylum tricornutum promoted by overexpression of glycerol-3-phosphate dehydrogenase >
论文7：< Antisense knockdown of pyruvate dehydrogenase kinase promotes the neutral lipid accumulation in the diatom Phaeodactylum tricornutum >
论文8：< Systems-level analysis of the metabolic responses of the diatom Phaeodactylum tricornutum to phosphorus stress >
论文9：< Improvement of Neutral Lipid and Polyunsaturated Fatty Acid Biosynthesis by Overexpressing a Type 2 Diacylglycerol Acyltransferase in Marine Diatom Phaeodactylum tricornutum >
论文10：< Molecular and cellular mechanisms of neutral lipid accumulation in diatom following nitrogen deprivation >
知识产权名称专利1：一种高效克隆及表达的微藻叶绿体载体及其应用（ZL201310263325.4）专利2：一种海洋微藻叶绿体表达载体及其应用（ZL 201010285197.X）
推广应用情况与中国科学院广州能源研究所三水微藻技术基地、深圳市兆凯生物工程研发中心有限公司及其大鹏微藻养殖基地开展了合作开发研究。