微藻光合转化甲酸生产蛋白质的研究

doi:10.12441/spyswjs.20240326003

首页 > 过刊浏览>2024年第43卷第11期 >71-79. DOI:10.12441/spyswjs.20240326003

微藻光合转化甲酸生产蛋白质的研究
DOI:
                        10.12441/spyswjs.20240326003
                    
CSTR:
                        
                    
作者:
                        
                        
                    
作者单位:1.中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室，辽宁 大连 116023;2.中国科学院大学化学科学学院，北京 100049;3.中国科学技术大学化学与材料科学学院，安徽 合肥 230026
作者简介:
通讯作者:李灿（1960—），男，博士，研究员，博士研究生导师，主要从事催化基础理论和太阳能清洁利用研究。E-mail：canli@dicp.ac.cn
中图分类号:
基金项目:国家“十四五”重点研发计划项目（2022YFC3401802）；国家自然科学基金项目（21878285）；国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心项目（22088102）。

Photosynthetic Conversion of Formate to Produce Protein by Microalgae

Author:

Affiliation:

1.State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China;2.School of Chemical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;3.School of Chemistry and Materials Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

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摘要:

蛋白质是重要的食品原料，其高质量稳定供应对提升人民生活水平和保证国家粮食战略安全至关重要。目前中国对蛋白质的进口依存度较高，急需高效的非粮来源高品质蛋白质的生产技术。近年来莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii， C. reinhardtii）作为一种显著增长的可食用蛋白质资源受到广泛关注，但其主要以乙酸为碳源进行异养发酵，无法利用其光合作用在绿色生物制造方面的优势。作者利用CO₂清洁能源还原产物甲酸作为强化碳源，探索甲酸提高C. reinhardtii光合生产效率的可行性。基于HCOO^-对光合活性的抑制作用，以叶绿素荧光动力学参数为依据，通过逐步提升培养基中HCOO^-浓度，获得HCOO^-耐受浓度达到150 mmol/L的驯化藻株。在50~150 mmol/L的HCOO^-下，驯化藻株的光系统Ⅱ的最大量子产率（F_v/F_m）以及光合作用相关的多不饱和脂肪酸的质量分数维持稳定。在相同培养条件下，接近于乙酸添加的培养效率，蛋白质的质量分数为30%~35%，达到或超过常规衣藻乙酸发酵产品的蛋白质质量分数。该研究在人工光合杂化高效转化CO₂的背景下，提供了一种以甲酸为原料快速生产C. reinhardtii蛋白质的技术路线，也为绿色生物制造提供了一种新的技术选择。该研究所获得的高浓度HCOO^-耐受藻株，为探索光合活性调控机制提供了理想的研究对象。

Abstract:

Protein is a crucial nutrient for human beings, and its stable and high-quality supply is the key to improving people’s living standards and ensuring national food security. Currently, due to the high dependence on imported protein, there is a pressing need for new technologies to produce high-quality protein through non-food approaches. A promising candidate is the green microalga Chlamydomonas reinhardtii (C. reinhardtii), which has shown potential for producing dietary protein through fermentation on acetate. However, this method ignores the advantage of photosynthesis in green bio-manufactory. Here, the author demonstrated the feasibility of utilizing formate, one of the products of CO₂ reduction driven by clean energy, to enhance the photosynthetic production of C. reinhardtii. To eliminate the serious inhibition of HCOO^- on photosynthetic activity, the author employed adaptive lab evolution with the guide by chlorophyll fluorescence dynamic parameters and obtained a domesticated stain capable of growing under as high as 150 mmol/L HCOO^-.With the addition of 50~150 mmol/L HCOO^-, the strain maintained stable the maximum quantum yield of PSⅡ (F_v/F_m), preserved a consistent fatty acid profile, and achieved a growth rate similar to acetate addition in batch cultures. Moreover, the protein content of biomass obtained with HCOO^- was 30%~35%, comparable to or even higher than that of commercial fermentation on acetate. This work provides a novel green approach for non-food sourced protein production through artificial-natural hybrid photosynthesis. Furthermore, the high HCOO^--tolerant strain serves as an excellent model to investigate the regulation of photosynthesis.

参考文献

相似文献

引证文献

引用本文

郑伟杰,邢蒙蒙,江静,王旺银,曹旭鹏,李灿.微藻光合转化甲酸生产蛋白质的研究[J].食品与生物技术学报,2024,43(11):71-79.

ZHENG Weijie, XING Mengmeng, JIANG Jing, WANG Wangyin, CAO Xupeng, LI Can. Photosynthetic Conversion of Formate to Produce Protein by Microalgae[J]. Journal of Food Science and Biotechnology,2024,43(11):71-79.

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收稿日期:2024-03-26
最后修改日期:2024-04-24
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在线发布日期: 2025-02-21
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