藻株X6發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型及肌醇對(duì)其生理影響研究

謝麗娜，田璐毅，桂媛媛，陶俊恒，李漢廣

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院/應(yīng)用微生物研究所，江西 南昌 330045）

【研究意義】隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求日益增加，由于傳統(tǒng)化石燃料儲(chǔ)量的逐年減少，尋找可再生、清潔環(huán)保型能源十分迫切[1]。生物柴油是目前較為成功的新型清潔能源，其生產(chǎn)原料主要來(lái)源于油菜、大豆等植物以及各種動(dòng)物油脂[2]。與這些動(dòng)植物原料相比，微藻具有許多較為明顯的優(yōu)勢(shì)：光合效率高、生長(zhǎng)周期短、油脂含量高及一年四季均可培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)[3-4]。因此加強(qiáng)微藻生物柴油的研究對(duì)加快發(fā)展新型清潔環(huán)保能源，減少人類對(duì)化石能源的依賴具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】發(fā)酵動(dòng)力學(xué)可以模擬發(fā)酵過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化，可為提高相應(yīng)微生物的生長(zhǎng)性能提供一定的理論基礎(chǔ)[5]。宋增光等[6]通過(guò)構(gòu)建動(dòng)力學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)紫紅曲菌發(fā)酵薏米產(chǎn)α-生育酚過(guò)程，其結(jié)果與實(shí)際測(cè)定值接近，在通過(guò)該動(dòng)力學(xué)模型指導(dǎo)下進(jìn)行代謝調(diào)控發(fā)酵可以縮短生產(chǎn)周期、促進(jìn)產(chǎn)物α-生育酚的合成。另一方面，為提高微藻生物柴油的競(jìng)爭(zhēng)性，提高其油脂含量是現(xiàn)實(shí)可行的一種方式，傳統(tǒng)發(fā)酵過(guò)程中的代謝調(diào)控手段常應(yīng)用于微藻的生產(chǎn)。肌醇廣泛存在于各種動(dòng)植物和微生物體內(nèi)，參與生物素的運(yùn)輸以及細(xì)胞壁生物合成等過(guò)程，被認(rèn)為是微藻等光合生物的生長(zhǎng)促進(jìn)劑[7]。Erbil 等[8]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)向培養(yǎng)體系中添加500 mg/L 的肌醇時(shí)，海洋紫球藻的生物量相較于對(duì)照組提高了1.28倍?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本實(shí)驗(yàn)室前期分離篩選獲得了一株生長(zhǎng)性能較為優(yōu)良藻株X6，但其生長(zhǎng)特性及如何提高其油脂含量并未進(jìn)行深入研究，因此本試驗(yàn)擬通過(guò)構(gòu)建藻株X6在不同培養(yǎng)條件下的動(dòng)力學(xué)模型以及探究外源調(diào)控（添加肌醇）提高藻株油脂產(chǎn)量的內(nèi)在生理機(jī)制，以期進(jìn)一步提高該藻株的應(yīng)用性?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)Logistic、Luedeking-Piret 及Luedeking-Piret 修正方程構(gòu)建藻株X6不同培養(yǎng)模式下的動(dòng)力學(xué)模型，確定藻株X6最佳培養(yǎng)模式，并在此基礎(chǔ)上探究外源添加肌醇對(duì)藻株X6生長(zhǎng)及生理影響，以期通過(guò)本論文的開(kāi)展為提高其它類似產(chǎn)油性能方面提供一定的理論及試驗(yàn)參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用藻株X6[小球藻，Chlorellasp.（GenBank：MK951683.1）]是本課題組保藏藻種；肌醇購(gòu)自索萊寶公司；培養(yǎng)基使用BG-11培養(yǎng)基，培養(yǎng)基成分參考胡文軍等[9]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 微藻培養(yǎng) 自養(yǎng)培養(yǎng)、異養(yǎng)培養(yǎng)和混養(yǎng)培養(yǎng)的培養(yǎng)方式參照黎秋玲等[10]建立的方法。

1.2.2 藻株X6動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建 葡萄糖底物消耗速率可以采用Luedeking-Piret修正模型[11]，微藻細(xì)胞生長(zhǎng)可采用Logistic 模型[12]，產(chǎn)物合成采用Luedeking-Piret 方程[10]。對(duì)藻株X6生長(zhǎng)過(guò)程中的生物量、油脂含量以及底物消耗等的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，描述其生長(zhǎng)過(guò)程中細(xì)胞生長(zhǎng)、油脂合成及基質(zhì)消耗隨時(shí)間變化之間的關(guān)系。

1.2.3 不同濃度肌醇對(duì)藻株X6生長(zhǎng)、油脂產(chǎn)量及生理影響 將藻液通過(guò)改良的BG-11培養(yǎng)基（外源添加15 g/L 葡萄糖的BG-11 培養(yǎng)基）培養(yǎng)至穩(wěn)定期，以10%的接種量接種至已滅菌的改良BG-11 培養(yǎng)基中，添加已過(guò)濾除菌的肌醇，使得培養(yǎng)基中肌醇的最終濃度為0.5，1.0，1.5，2.5，5.0 mg/L，每組試驗(yàn)設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，于120 r/min、27 ℃條件下?lián)u床中避光培養(yǎng)6 d。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 油脂含量的測(cè)定 采用胡文軍等[9]建立的氯仿-甲醇提取法提取微藻細(xì)胞中的油脂，計(jì)算公式如下：

1.3.2 蒽酮比色法測(cè)定總糖含量（total sugar content，TSC） 可溶性總糖含量采用蒽酮-硫酸法測(cè)定[13]。

1.3.3 葡萄糖含量的測(cè)定 培養(yǎng)基中葡萄糖含量采用二硝基酸鑒定法（DNS）測(cè)定[14]。

1.3.4 可溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[15]。

1.3.5 丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量的測(cè)定[16]取藻泥0.5 g 加入5 mL 10%三氯乙酸及少量的石英砂，冰浴研磨成勻漿，4 000 r/min 離心10 min。向試管中加入2 mL 上清液和2 mL 0.6%硫代巴比妥酸溶液，混合均勻后沸水浴15 min，用分光光度計(jì)測(cè)其在450，532，600 nm 處的OD 值。計(jì)算公式如下：

式中Vt是提取液的總體積（mL），Vs是加入到反應(yīng)體系的體積（mL），W是鮮重（g）。

式中V是藻液總體積。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

采用Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用Origin 9.0作圖以及DPS 7.05進(jìn)行差異顯著性分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同培養(yǎng)條件下藻株X6生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)曲線

為獲得藻株X6最佳培養(yǎng)方式及其對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)曲線，對(duì)藻株X6進(jìn)行自養(yǎng)、異養(yǎng)和混養(yǎng)培養(yǎng)，分析藻株X6生長(zhǎng)過(guò)程中生物量、底物消耗和油脂產(chǎn)量隨時(shí)間變化的關(guān)系，其結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，自養(yǎng)培養(yǎng)模式下藻株X6的生物量及油脂含量變化幅度小，生長(zhǎng)緩慢，油脂含量沒(méi)有明顯增加。而異養(yǎng)和混養(yǎng)培養(yǎng)模式下，0～24 h，微藻處于延遲期，生物量和油脂含量沒(méi)有顯著增加，底物消耗較少；24～96 h，微藻處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，生物量和油脂含量急速增加；在96 h 后，微藻進(jìn)入平穩(wěn)期，生物量變化不大，油脂含量繼續(xù)增加，但增幅較對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期平緩，此時(shí)葡萄糖含量持續(xù)降低；當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間為144 h，混養(yǎng)培養(yǎng)條件下藻株X6的油脂含量達(dá)到最大值0.85 g/L；而對(duì)于異養(yǎng)培養(yǎng)而言，其油脂含量最大值出現(xiàn)在156 h 時(shí)，具體為0.82 g/L；混養(yǎng)培養(yǎng)和異養(yǎng)培養(yǎng)的最大生物量分別出現(xiàn)在168 h 和156 h，此刻它們的最大值分別為14.97 g/L和11.01 g/L。

圖1 不同培養(yǎng)模式下藻株X6的生長(zhǎng)特性（a）、油脂合成（b）和葡萄糖消耗（c）Fig.1 Growth（a），lipid content（b），glucose consumption（c）of microalga X6 for three culture modes

在整個(gè)微藻培養(yǎng)過(guò)程中，混養(yǎng)培養(yǎng)下藻株X6的生物量和油脂含量始終高于異養(yǎng)培養(yǎng)，且油脂合成與微藻生長(zhǎng)和底物消耗趨勢(shì)一致，表明藻株X6的生長(zhǎng)與油脂合成的關(guān)系可能屬于生長(zhǎng)偶聯(lián)型或部分生長(zhǎng)偶聯(lián)型模式[10]，而自養(yǎng)培養(yǎng)條件下的生長(zhǎng)特性在三者當(dāng)中最差，因此后續(xù)僅探討混養(yǎng)與異養(yǎng)模型的構(gòu)建。

2.2 發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型擬合求解與檢驗(yàn)

將圖1 的數(shù)據(jù)應(yīng)用于Logistic、Leudeking-Piret 及Luedeking-Piret 修正模型，采用Origin 9.0 軟件進(jìn)行非線性擬合，結(jié)果如表1所示。由表1可知，不同培養(yǎng)條件下的最大比生長(zhǎng)速率（μm）相近，混養(yǎng)培養(yǎng)條件下的μm略大于異養(yǎng)培養(yǎng)，說(shuō)明混養(yǎng)培養(yǎng)更適應(yīng)于X6生物量的積累。對(duì)不同培養(yǎng)條件下X6生長(zhǎng)情況、產(chǎn)物合成以及底物消耗進(jìn)行擬合時(shí)，其擬合相關(guān)系數(shù)R2的數(shù)值均在0.9 以上，表明擬合方程能夠較好的描述X6不同培養(yǎng)條件下的生長(zhǎng)情況。不同培養(yǎng)條件下的產(chǎn)物生成相關(guān)系數(shù)α和非產(chǎn)物生成相關(guān)系數(shù)β均不為零，且α遠(yuǎn)大于β。在產(chǎn)物合成過(guò)程中，異養(yǎng)培養(yǎng)條件下的最大油脂合成速率QPmax大于混養(yǎng)培養(yǎng)，0～84 h期間，異養(yǎng)培養(yǎng)條件下的油脂含量始終高于混養(yǎng)培養(yǎng)；而84～144 h混養(yǎng)培養(yǎng)的油脂含量更高。同時(shí)不同培養(yǎng)條件下，混養(yǎng)培養(yǎng)的底物最大比消耗速率QSmax高于異養(yǎng)培養(yǎng)，這一結(jié)果與圖1不同培養(yǎng)條件的生長(zhǎng)特性相符。

表1 動(dòng)力學(xué)參數(shù)模擬值Tab.1 Simulation values of kinetic parameters

2.3 細(xì)胞生長(zhǎng)模型

細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)用Logistic方程描述:

式（4）中，dX/dt為藻細(xì)胞生長(zhǎng)速度[g/（L·h）]，μm為微藻最大比生長(zhǎng)速率（h-1），X為微藻生物量（g/L），Xm為微藻的最大生物量（g/L），t為發(fā)酵時(shí)間（h）。

對(duì)Logistic方程積分，得：

用Logistic 方程對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合，結(jié)果見(jiàn)圖2。藻株X6異養(yǎng)培養(yǎng)的擬合相關(guān)系數(shù)R2=0.996 14，混養(yǎng)培養(yǎng)的R2=0.981 72，說(shuō)明該方程的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值擬合良好，可以以此作為描述X6生長(zhǎng)的模型。藻株X6生物量與發(fā)酵時(shí)間函數(shù)為：

圖2 不同培養(yǎng)條件下藻株X6細(xì)胞干重實(shí)驗(yàn)值與模型擬合結(jié)果的比較Fig.2 Comparison of the experimental cell dry weight of microalga X6with calculated values under different culture conditions

異養(yǎng)X6：X= 7.345e0.05965t/(10.03 + 0.685 6e0.05965t)

混養(yǎng)X6：X= 11.04e0.06052t/(13.80 + 0.758 3e0.06052t)

2.4 油脂合成動(dòng)力學(xué)模型

微生物生長(zhǎng)與產(chǎn)物合成的關(guān)系可分為生長(zhǎng)偶聯(lián)型（α≠0，β=0）、部分生長(zhǎng)偶聯(lián)型（α≠0，β≠0）和非生長(zhǎng)偶聯(lián)型（α=0，β≠0）。油脂是微藻細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中的重要產(chǎn)物，根據(jù)Luedeking-Piret方程可將油脂合成動(dòng)力學(xué)描述為：

式（6）中，P為油脂含量（g/L）。

從圖1 可知，油脂的合成與細(xì)胞生長(zhǎng)密切相關(guān)，當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，油脂含量也迅速提高；當(dāng)微藻細(xì)胞進(jìn)入平穩(wěn)期，油脂含量也逐漸趨于平穩(wěn)。利用公式（4）、（5）和（6）建立油脂合成的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)換算得：

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)代入可得：

藻株X6的油脂產(chǎn)量擬合曲線如圖3 所示，異養(yǎng)培養(yǎng)的擬合相關(guān)系數(shù)R2=0.957 72，混養(yǎng)培養(yǎng)的R2=0.940 57，結(jié)果表明實(shí)際數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)擬合良好，該方程可以較好的描述X6在不同培養(yǎng)條件下的產(chǎn)物合成情況。

圖3 不同培養(yǎng)條件下藻株X6油脂產(chǎn)量實(shí)驗(yàn)值與模型擬合結(jié)果的比較Fig.3 Comparison of the experimental lipid content of microalga X6 with calculated values under different culture conditions

2.5 基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué)模型

基質(zhì)消耗速率可以采用Luedeking-Piret修正模型表示：

對(duì)方程進(jìn)行換算可得：

式（9）中S為葡萄糖濃度（g/L），S0為葡萄糖初始濃度（g/L），k1為微藻生長(zhǎng)消耗系數(shù)，k2為產(chǎn)物消耗系數(shù)。

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)代入可得：

藻株X6的底物消耗擬合曲線如圖4 所示，異養(yǎng)培養(yǎng)的擬合相關(guān)系數(shù)R2=0.983 11，混養(yǎng)培養(yǎng)的R2=0.991 22，結(jié)果表明實(shí)際數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)擬合良好，可以以此方程描述X6在不同培養(yǎng)模式下的底物消耗情況。

圖4 不同培養(yǎng)條件下藻株X6總糖含量的實(shí)驗(yàn)值與模型擬合結(jié)果的比較Fig.4 Comparison of the experimental total sugar content of microalga X6with calculated values under different culture conditions

結(jié)合動(dòng)力學(xué)擬合曲線與試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，無(wú)論是異養(yǎng)培養(yǎng)還是混養(yǎng)培養(yǎng)，藻株X6的代謝變化趨勢(shì)基本保持一致，混養(yǎng)培養(yǎng)結(jié)合了自養(yǎng)培養(yǎng)與異養(yǎng)培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)，其生物量顯著高于異養(yǎng)和自養(yǎng)，且在混養(yǎng)條件下其油脂含量最高，更有利于微藻脂質(zhì)的合成。

2.6 肌醇對(duì)藻株X6生長(zhǎng)及油脂產(chǎn)量的影響

為探究不同濃度肌醇對(duì)藻株X6生長(zhǎng)及油脂產(chǎn)量的影響，本試驗(yàn)將0.5，1.0，1.5，2.5，5.0 mg/L 的肌醇添加到改良的BG-11液體培養(yǎng)基（外加葡萄糖）中進(jìn)行混養(yǎng)培養(yǎng)，發(fā)酵6 d后對(duì)藻株X6的生物量及油脂含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖5 所示。由圖5 可知，X6的生物量隨著肌醇濃度的增加而逐漸增長(zhǎng)，并在5.0 mg/L時(shí)達(dá)到最大值12.18 g/L，相對(duì)于對(duì)照組提高了9.57%；同時(shí)，油脂含量也伴隨肌醇濃度的增加而提高，在2.5 mg/L 時(shí)達(dá)到最大值1.70 g/L（此時(shí)油脂含量占藻細(xì)胞干重14.09%），相較于對(duì)照組提高了10.22%，雖然此時(shí)生物量與5.0 mg/L 添加條件下相比略有下降，但其油脂產(chǎn)率在肌醇濃度為2.5 mg/L 時(shí)達(dá)到最大值，故選擇此濃度為最佳添加量。

圖5 不同濃度的肌醇對(duì)藻株X6生物量及油脂產(chǎn)量的影響Fig.5 Effect of different concentrations of inositol on biomass and lipid production of microalga X6

2.7 肌醇對(duì)藻株X6生理生化性質(zhì)的影響

2.7.1 肌醇對(duì)藻株X6胞內(nèi)可溶性總糖含量的影響 肌醇對(duì)藻株X6胞內(nèi)可溶性總糖含量的影響如圖6所示。從圖6 可知，可溶性總糖含量隨著肌醇濃度的增加出現(xiàn)先增加后又降低的趨勢(shì)，并在肌醇濃度為2.5 mg/L 時(shí)達(dá)到最大值140.11 mg/L，相對(duì)于對(duì)照組提高了87.54%，且外源添加肌醇的處理組胞內(nèi)可溶性總糖含量始終高于對(duì)照組。

圖6 不同濃度的肌醇對(duì)藻株X6胞內(nèi)可溶性總糖含量的影響Fig.6 Effect of different concentrations of inositol on the intracellular total soluble sugar content of microalga X6

2.7.2 肌醇對(duì)胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量的影響 可溶性蛋白質(zhì)含量是微藻細(xì)胞一個(gè)重要的生理生化指標(biāo)，它既可以反映細(xì)胞內(nèi)部代謝的活躍程度，又能在滲透調(diào)節(jié)中起到重要作用，并且與生物體的生長(zhǎng)發(fā)育、抗逆性等密切相關(guān)，因此其含量的變化可直接反應(yīng)藻體內(nèi)代謝情況[18]。由圖7 可知，可溶性蛋白質(zhì)的含量隨著肌醇濃度的增加而逐漸降低，當(dāng)肌醇濃度為2.5 mg/L 時(shí)，可溶性蛋白質(zhì)含量最低，為0.58 mg/mL，且蛋白質(zhì)含量始終低于對(duì)照組，以上結(jié)果說(shuō)明，肌醇會(huì)降低藻株X6的胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量。

圖7 不同濃度的肌醇對(duì)藻株X6可溶性蛋白質(zhì)含量的影響Fig.7 Effect of different concentrations of inositol on soluble protein content of microalga X6

2.7.3 肌醇對(duì)胞內(nèi)丙二醛含量的影響 當(dāng)微藻細(xì)胞受到外界不利因素脅迫時(shí)，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的活性氧（ROS），引起或加劇膜脂質(zhì)過(guò)氧化作用，而丙二醛（MDA）是脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的最終分解產(chǎn)物，因此丙二醛通常用于表示生物體在受到外界刺激后細(xì)胞的氧化損傷程度，丙二醛含量越高說(shuō)明膜受損傷程度越大[19]。由圖8 可知，隨著肌醇濃度的增加，丙二醛的含量呈現(xiàn)先降低后又升高的趨勢(shì)，在肌醇濃度為2.5 mg/L 時(shí)，丙二醛的含量達(dá)到最小值0.16 mmol/mL，與對(duì)照組相比較降低了64.85%，另一方面，肌醇的添加使得丙二醛的含量始終低于對(duì)照組。以上結(jié)果表明，外源肌醇的添加能夠抑制微藻丙二醛的生成，降低微藻細(xì)胞膜系統(tǒng)受損傷的程度，對(duì)細(xì)胞膜有一定的保護(hù)作用。

圖8 不同濃度的肌醇對(duì)藻株X6丙二醛含量的影響Fig.8 Effect of different concentrations of inositol on malondialdehyde content of microalga X6

2.7.4 肌醇對(duì)胞內(nèi)超氧陰離子自由基含量的影響 超氧陰離子自由基是生物體內(nèi)活性氧（ROS）的重要組成部分，當(dāng)微藻細(xì)胞受到外界環(huán)境脅迫時(shí)，細(xì)胞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量ROS，而當(dāng)機(jī)體自身清除自由基的能力不足時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激損傷，最終超氧陰離子自由基的含量也隨之升高[20]。由圖9可知，隨著肌醇濃度的增加，超氧陰離子自由基的含量先降低后又升高，并在肌醇濃度為2.5 mg/L時(shí)達(dá)到最小值0.07μmol/mL，與對(duì)照組相比較降低了40.84%，而且肌醇的添加使得超氧陰離子自由基的含量始終低于對(duì)照組，說(shuō)明肌醇能夠抑制藻株X6胞內(nèi)超氧陰離子自由基的生成，對(duì)微藻細(xì)胞具有一定的保護(hù)作用。

圖9 不同濃度的肌醇對(duì)藻株X6超氧化物陰離子自由基含量的影響Fig.9 Effect of different concentrations of inositol on superoxide anion content of microalga X6

3 結(jié)論和討論

微生物發(fā)酵過(guò)程中構(gòu)建發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型是一項(xiàng)成熟的工作，但關(guān)于探究不同培養(yǎng)模式下微藻生長(zhǎng)、產(chǎn)物合成、基質(zhì)消耗等動(dòng)力學(xué)的研究不多。本文研究了藻株X6在不同培養(yǎng)條件下的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，對(duì)自養(yǎng)培養(yǎng)、異養(yǎng)培養(yǎng)和混養(yǎng)培養(yǎng)三種培養(yǎng)模式下藻株X6的生長(zhǎng)、產(chǎn)物合成和底物消耗進(jìn)行了實(shí)時(shí)觀察，同時(shí)采用動(dòng)力學(xué)模型（Logistic、Luedeking-Piret以及Luedeking-Piret修正方程）對(duì)異養(yǎng)培養(yǎng)和混養(yǎng)培養(yǎng)進(jìn)行建模,結(jié)果表明藻株X6的油脂合成是部分生長(zhǎng)偶聯(lián)型且混養(yǎng)培養(yǎng)更有利于其生物量及脂質(zhì)的積累。藻株X6進(jìn)行自養(yǎng)培養(yǎng)時(shí)，其油脂含量和生物量隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)變化不顯著；而在混養(yǎng)培養(yǎng)和異養(yǎng)培養(yǎng)條件下，藻株X6的油脂含量及生物量急速增加，且混養(yǎng)培養(yǎng)條件下能獲得最高的生物量和油脂含量，分別為14.97 g/L 和0.85 g/L。黎小廷[21]研究了混養(yǎng)培養(yǎng)和自養(yǎng)培養(yǎng)對(duì)頓頂螺旋藻生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明混養(yǎng)培養(yǎng)更有利于藻株的生長(zhǎng)與油脂的累積，這與本試驗(yàn)結(jié)果一致，但在該研究中混養(yǎng)培養(yǎng)條件下所獲得的最大生物量為3.87 g/L，僅為本試驗(yàn)混養(yǎng)培養(yǎng)條件的25.85%，這也表明本論文所獲藻株X6具有較為優(yōu)良的生長(zhǎng)特性，有進(jìn)一步研究的價(jià)值。

肌醇化學(xué)結(jié)構(gòu)類似葡萄糖，有研究表明其可作為促進(jìn)微藻生長(zhǎng)、提高代謝產(chǎn)物的碳源，在培養(yǎng)過(guò)程中加入如肌醇等多元醇可以使微生物在受到環(huán)境脅迫時(shí)提高其生長(zhǎng)性能[22]。本試驗(yàn)在探究肌醇對(duì)藻株X6生長(zhǎng)及生理影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肌醇濃度為2.5 mg/L時(shí)，藻株X6的油脂含量最高，占細(xì)胞干重的14.09%，且在此條件下其總糖含量達(dá)到最大值140.11 mg/L，相對(duì)于對(duì)照組提高了87.54%，而此時(shí)蛋白質(zhì)含量達(dá)到最小值0.58 mg/mL。有研究表明，微藻能夠在光合碳劃分方面發(fā)生程序性變化，因此細(xì)胞生化成分，特別是脂質(zhì)、碳水化合物和蛋白質(zhì)的含量會(huì)隨環(huán)境和培養(yǎng)條件的變化而產(chǎn)生相應(yīng)改變[23]。Qian等[24]也得到了類似的試驗(yàn)結(jié)果，小球藻添加肌醇后更多的碳和能量將用于碳水化合物和脂質(zhì)的生物合成，這與試驗(yàn)結(jié)果中蛋白質(zhì)含量降低而總糖含量與脂質(zhì)含量提高的情況是一致的。丙二醛與超氧陰離子自由基含量可以作為判斷外源物質(zhì)對(duì)微藻毒害程度的指標(biāo)，當(dāng)微藻細(xì)胞受到脅迫等不利條件時(shí)，其含量會(huì)上升。有研究表明[25-26]，外源添加肌醇可以增強(qiáng)抗氧化酶活性，抑制ROS的積累，保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷。而試驗(yàn)結(jié)果表明隨著肌醇濃度的增加，丙二醛含量和超氧陰離子自由基含量逐漸降低，且始終低于對(duì)照組，說(shuō)明肌醇在一定程度上降低了丙二醛及超氧陰離子自由基的含量，對(duì)微藻生物膜系統(tǒng)起到了一定的保護(hù)作用。

綜上所述，通過(guò)不同培養(yǎng)條件下發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建，可知藻株X6是部分生長(zhǎng)偶聯(lián)型，在混養(yǎng)培養(yǎng)模式下有助于其生物量及脂質(zhì)的積累。肌醇對(duì)藻株X6的生物量無(wú)顯著促進(jìn)作用，但能提高其油脂生產(chǎn)強(qiáng)度，添加肌醇的處理組與對(duì)照組相比較X6的胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)、超氧陰離子自由基和丙二醛含量均出現(xiàn)降低趨勢(shì)，且始終低于對(duì)照組，總糖含量升高，以上變化表明肌醇對(duì)微藻細(xì)胞具有一定的保護(hù)作用。

致謝：江西省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目(GJJ160388)和江西農(nóng)業(yè)大學(xué)博士啟動(dòng)基金（9232305387）同時(shí)對(duì)本研究給予了資助，謹(jǐn)致謝意！