微藻生物筛选技术
   
  

1 优良藻种的保存

生产生物质燃料,优良藻种的获取至关重要。筛选出可用于规模化生产的高产、高品质的藻种,重点在于从自然界中直接分离筛选到新的原始藻株。世界上多个实验室已经筛选到大量藻种,并建立了藻种库,如UTEX 保藏有约3000 种藻种,CCMP 保藏藻种大于2500 种。但由于这些藻种已经培养了几十年,可能会发生变异,丢失一些原始性状。

2 藻种筛选条件

1)微藻生长在各种自然水域中,大部分商业化微藻生产设备都是开放式的
水池,生物质的获取依赖于藻类的自然繁殖。因此,在取样和筛选时,要考虑到微藻在自然条件中的繁殖能力。

2)大规模的取样与育种研究中,要筛选适应不同环境的藻种,以实用生产中对不同培养环境、代谢途径和代谢产物的需要。

3)除了考虑微藻的空间分布外,还要考虑其时间、季节性分布变化,另外,在同一水域中,既有浮游微藻,又有附着在水底的微藻,可应用在不同的培养过程中。因此路线图中也建议筛选样品要包括浮游藻类和附着在海底的藻类。
总之,理想的筛选过程需要考虑到生长生理学、产生的代谢物和藻株稳定性三个方面。

3 存在问题

1)筛选方法

传统的微藻筛选使用富集培养法,在分离单一菌株时要花费几周甚至数月的时间,筛选到的一些单细胞菌落有时是已经在培养的菌株。因此在大规模筛选菌株时,需要发展高通量自动筛选技术,荧光活化细胞分拣法(FACS)是一种高效筛选方法。

微藻大规模筛选的瓶颈在于缺乏可以同时兼顾多种因素的高通量筛选技术,和缺乏对藻株稳定性的测试环节。

藻株稳定性包括多种因素,如培养物的可持续性、环境适应性、混合培养方式中培养物的稳定性、对既定环境中入侵物种的敏感性等。藻类在实验室中小规模培养与户外的大规模培养差异很大,因此,在测试藻种稳定性时,一定要进行户外大规模培养模拟实验。

2)建立藻种库

目前,还没有在世界范围内可以利用与维护的藻种信息库,首先私有企业的知识产权保护阻碍了藻种数据的统计,其次,关于藻种生长的详细信息要从藻类的培养过程中获得,这也是一项庞大到难以实现的工作。

4 领域发展建议

政府应扩大对藻种中心的支持范围, 以满足微藻生物燃料发展的需求。如果可能,UTEX 和CCMP 的发展模式可以做一些调整,由公共资金支持的研究项目所获得的资源或者信息,应该免费或者仅仅收取小部分的使用费,对公众开放。这种开放资源数据库的发展和建立需要长期稳定的资金支持。

建设菌种库的过程中,藻种在入库时应包含以下信息:
藻种名称(种,亚种名称,分类学,索引)
藻种分类管理(收集号,保存)
环境和菌株历史(特殊生长习性、收集者)
藻种性质:细胞学、生物化学,分子生物学特征和筛选结果。
突变体
质粒和噬菌体
生长条件(培养基、温度和pH)和发芽条件
生物学相互作用(共生、致病性/致病原因、毒性)
实际应用(常规应用和工业应用)
组学数据(基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学)