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随着化石燃料的不断消耗和环境问题的日益严重,寻找清洁可再生的能源迫在眉睫。生物柴油作为一种无毒的环境友好型能源逐渐受到人们的青睐。微藻在异养培养条件下可以获得较高的生物量和油脂含量,但是由于生物量和油脂量的积累是在不同的生长阶段,因此油脂产量并没有真正提高。研究表明金属离子诱导可以有效提高微藻油脂产率,使微藻生物产油的工业化生产得以实现。本文考察了铜、铁离子诱导条件下油脂积累兴奋效应及其调控机制。具体内容和结果如下:(1)Cu2+诱导培养条件下,最大生物量和油脂产率分别为6.47 g/L和5.78g/L。GC-MS分析表明,微藻胞内几乎所有脂肪酸均为C15-C20的脂肪酸,符合生物柴油生产标准。蛋白质组学分析成功鉴定出30种表达变化的蛋白质点。KEGG Automatic Annotation Server ver.1.64a分析显示,这些蛋白主要参与了12种生物学过程。其中,7种蛋白,包括磷酸丙糖异构酶(A75)、转醛醇酶2(A107)、烯醇化酶(A133)、pfkB碳水化合物激酶(A144)、葡萄糖-1-磷酸腺苷转移酶(B9)、糖苷水解酶(B30)和葡萄糖-6-磷酸异构酶(B92)参与了碳水化合物代谢。一种表达上调的蛋白,核酮糖二磷酸羧化酶(A89)与卡尔文循环有关。表达上调的蛋白3-羟烷基-[酰基载体蛋白]-脱氢酶(A12)、甘油-3-磷酸酰基转移酶(A25)和乙酰辅酶A结合蛋白(A134)参与了油脂代谢过程。表达下调的蛋白苹果酸脱氢酶(D26和D105)和琥珀酰辅酶A合酶α亚基(B108)参与了TCA循环。一种表达上调蛋白肽基-脯氨酰基顺反异构酶(A58)和两种表达下调蛋白从属ATP Clp蛋白水解酶(46)和60S核糖体蛋白L5(B59)参与了蛋白质代谢,包括蛋白质的合成、降解和折叠。五种表达上调的蛋白和生物学过程中的调节和转运有关,如激酶相似蛋白(A01和A34)、酪蛋白激酶1(A138)、ATP合酶α亚基(A126)和核苷转移酶(A37)。两种表达下调的蛋白,包括DNA控制的RNA聚合酶β亚基(B83)和依附于RNA的RNA聚合酶(B42)参与了RNA的合成。一种表达上调的蛋白5’-核苷酸酶主导蛋白(A42),两种表达下调的蛋白肌苷-5-单磷酸脱氢酶(B122)和腺甘酸激酶(B91)与核苷酸代谢有关。另外,核苷二磷酸激酶(B61)和超氧化物歧化酶(B62)分别与ATP的合成和活性氧清除有关。(2)Fe2+诱导培养条件下,小球藻胞内最大油脂含量达到62%,此时油脂产率为820.17 mg/L/d。GC-MS分析结果表明,微藻胞内90%的脂肪酸为16:0,18:1Δ9和18:2Δ9,12。DIGE定量分析成功鉴定出31种变化的蛋白质点。这些蛋白质点按照分子功能分为9类,即碳水化合物代谢、油脂合成、卡尔文循环、细胞呼吸、光合作用、能量和传递、蛋白质合成、调节和防御以及未归类的。其中表达下调的3-磷酸莽草酸-1-羧乙烯基转移酶(L19)参与了碳水化合物代谢;三种表达上调的蛋白3-氧化酰基-[酰基载体蛋白]合酶(H44)、S-酰基转移酶(H16)和苹果酸酶(H09)与油脂合成有关;一种表达上调的蛋白,核酮糖二磷酸羧化酶(H22)参与了卡尔文循环;两种表达上调的蛋白细胞色素c生源论蛋白(H33)和细胞色素b6-f复合物铁-硫亚基(H37)与细胞呼吸和光合作用有关;三种表达上调的ATP合酶(H12、H14、H15)和一种表达下调的ATP从属HADH水化物脱水酶(L36)负责能量与转运;五种表达上调的蛋白,延长因子(H08)、60S核糖体蛋白L37a(H17)、腺苷高半胱氨酸酶(H23)、线粒体GTP酶(H47)和40S核糖体蛋白S27(H88)参与了蛋白质的合成过程;六种表达上调的蛋白,蛋白酶β亚基(H10)、丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(H28)、V型H+ATP酶A亚基(H48)、微管蛋白β链(H06)、热休克蛋白70B(H01)和伴侣流出家族蛋白(H19)与胞内调节和抵御过程有关。Cu2+、Fe2+诱导条件下,小球藻细胞内苹果酸脱氢酶、ATP合酶、核酮糖二磷酸羧化酶、核糖体蛋白的表达丰度均发生变化,这为遗传基因工程构建高产油脂工程微藻提供理论基础。