以CO2为碳源工业化生产螺旋藻工艺技术的研究

以ＣＯ２为碳源工业化生产螺旋藻的优点是：向培养液中添加ＣＯ２的同时,实现了对ｐＨ值和碳源的调控,碳源利用率高,生产成本低．以ＣＯ２吸收速率、ＣＯ２吸收率、ＣＯ２利用率为指标,对“气泡法”、“气罩法”添加ＣＯ２的优缺点进行了综合分析和定量研究。“气罩法”ＣＯ２吸收速率是４３．５３ｍｍｏｌ／（ｍ２·ｍｉｎ）,ＣＯ２吸收率是８５％,为满足１０ｇ／（ｍ２·ｄ）产量对碳源的需要,气罩面积与培养池面积的比值是１．５％（每天充气１０ｈ。使用孔径为４０～５０μｍ的微孔塑料管,并用“气泡法”添加ＣＯ２,ＣＯ２吸收率是６７．５％,应用于大规模生产,ＣＯ２利用率是６５．３％。由于气罩制造材料和内壁密集水珠的遮光作用,设置气罩后几乎损失了相同大小的培养面积,致使ＣＯ２吸收率为８５％的“气罩法”在经济效益上与ＣＯ２吸收率只有４０％的不产生遮光的其它ＣＯ２添加工艺相当。ＣＯ２吸收率为６７．５％的“气泡法”完全达到了实用化的程度,与利用ＮａＨＣＯ３相比,可以降低碳源成本８０％。     

螺旋藻培养液pH值变化的机理和碳源利用率的研究

螺旋藻从培养液中吸收ＣＯ_２是培养液ｐＨ值升高的主要原因。应用化学平衡移动原理和培养液中３种碳源形态（ＣＯ_２、ＨＣＯ^－_３、ＣＯ^２－_３）相互转变化学反应平衡常数阐明了培养液ｐＨ值变化的机理,定量描述了ｐＨ值变化与碳源转化利用率之间的关系。利用ＮａＨＣＯ_３为碳源培养螺旋藻,碳源利用率与培养液ｐＨ值相对应;利用ＣＯ_２为碳源培养螺旋藻,碳源利用率在任何稳定的ｐＨ值下都是１００％。理论计算结果初步得到实验室内培养试验和１００００ｍ^２培养面积工业化生产螺旋藻统计数据的验证。研究结果揭示了螺旋藻培养系统的一个重要特点：监测ｐＨ值的同时实现了对碳源的监测;添加ＮａＨＣＯ_３或ＣＯ_２,同时实现了对碳源和ｐＨ值的调控。为连续培养过程中ｐＨ值和碳源的调控提供了科学依据     

二氧化硫对蚕豆叶片H2O2累积和膜脂过氧化的影响

对经ＳＯ２熏气处理后,蚕豆叶片中Ｈ２Ｏ２的累积与膜脂过氧化关系进行了研究。低浓度ＳＯ２处理引起叶片中Ｈ２Ｏ２轻微累积,膜脂过氧化程度较低;较高浓度ＳＯ２引起Ｈ２Ｏ２含量增加,同时膜脂过氧化产物丙二醛含量也迅速增加,回归分析结果表明,ＳＯ２处理蚕豆叶片Ｈ２Ｏ２含量与丙二醛含量存在极显著的线性关系：ｙ＝３．５２９８＋０．０１６３ｘ,ｒ＝０．９３９７。     

百日咳杆菌有效免疫原的发酵培养

为扩大生产,采用５００立升发酵罐培养无细胞百日咳菌苗,发现随着培养时间的延续,细胞浓度增高,培养液的ｐＨ值上升,ＰＴ、ＦＨＡ活性、血凝效价逐渐增加、Ｏ２溶压下降、ＣＯ２溶压上升。ｐＨ值达８２时,ＰＴ活性最高为３００ＥＵ／ｍｌ,较现用扁瓶培养方法高５倍。ｐＨ值继续上升时,ＰＴ活性开始下降。ＦＨＡ活性及血凝效价具有相似的变化。通过测定培养液ｐＨ值以确定收获时间,可获得富含ＰＴ、ＦＨＡ、且活性均保持较高水平的培养液     

重复缺氧与过氧化氢对脑与突触体乳酸生成的影响

目的：观察重复缺氧对小鼠在体脑乳酸含量以及Ｈ２Ｏ２对荷兰猪离体突触体乳酸含量的影响,并分析其作用机制。方法：采用酶氧化方法对突触体培养液中乳酸含量进行测定。结果：单次急性缺氧鼠脑内乳酸含量高,但在重复缺氧的作用下,鼠脑内乳酸的含量并未随缺氧时间的延长而增加。在突触体培养液中分别加入Ｈ２Ｏ２、ＦＣＣＰ、Ｒｏｔｅｎｏｎ,乳酸浓度比正常对照组显著性的增高。对突触体进行长时间Ｈ２Ｏ２处理,乳酸含量未见显著升高或降低。同时在突触体培养液中加入Ｈ２Ｏ２和ＦＣＣＰ,乳酸浓度相当于单独在突触体培养液分别加入Ｈ２Ｏ２与ＦＣＣＰ产生乳酸之和。结论：重复缺氧与Ｈ２Ｏ２处理可能激发脑与突触体内的抗自由基损伤防御系统;突触体从有氧呼吸到无氧酵解的转换主要不是由于Ｈ２Ｏ２对突触体膜的损伤。     

Cd2+、Hg2+对菱幼苗生长及其超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性的影响

利用不同浓度Ｃｄ＾２＋、Ｈｇ＾２＋处理菱幼苗,研究重金属离子对菱生长、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过氧化物酶（ＰＯＤ）活性的影响,比较了Ｃｄ＾２＋、Ｈｇ＾２＋对同一植物的毒性差异,Ｃｄ＾２＋、Ｈｇ＾＾２＋各处理浓度与均抑制菱幼苗生长,使叶绿素含量下降,Ｃｄ＾２＋的抑制作用比Ｈｇ＾２＋的作用明显。Ｃｄ＾２＋、Ｈｇ＾２＋对ＳＯＤ、ＰＯＤ活性有不同的影响效果;Ｃｄ＾２＋处理最艉地ＳＯＤ、ＰＯＤ活性升高,但     

CO2激光辐照对酿酒酵母菌的诱变作用*

应用红外ＣＯ_２激光对甘蔗糖蜜工业性生产用酿酒酵母菌Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ ＡＳ２．１１８９进行辐照处理,经酵母菌糖蜜酒精发酵试验,发现红外ＣＯ_２激光对酿酒酵母菌具有诱变作用,并初步筛选到产乙醇含量有较大变化的辐照变异菌株;同时,通过对这些辐照变异菌株的乙醇脱氢酶同工酶的比较分析,进一步证实了红外ＣＯ_２、激光对酿酒酵母菌的诱变作用．从而为工业上利用红外ＣＯ_２激光对酿酒酵母菌进行诱变     

藻细胞的聚磷作用及其成矿意义

研究了现代蓝藻盐泽螺旋藻（Ｓｐｉｒｕｌｉｎａ ｓｕｂｓａｌｓａ）在富磷环境中细胞的聚磷作用及其与磷块岩形成的关系。实验证明,在富磷环境中盐泽螺旋藻细胞从环境中吸收磷的速度快,并主要用以合成多聚磷酸盐。模拟成矿试验证明,从藻细胞中提取出来的多聚磷酸盐在Ｃａ２＋ －ＨＰＯ２－４ －ＨＣＯ－３ －Ｆ－ －Ｈ２Ｏ 体系中,在常温常压及偏碱性条件下形成的主要成分为碳氟磷灰石、方解石及非晶质磷酸盐的矿物,为藻类成矿提供了新的极有意义的证据     

大气CO_2增加对不同生长光强下龙须菜光合生理特性的影响

为了探讨未来大气CO2升高对不同生长光强下大型海藻的影响,选取经济红藻龙须菜为实验材料,研究了其生长速率、光合作用、呼吸作用、叶绿素荧光参数以及光合色素对CO2和光强的响应。实验设置两个CO2浓度,正常空气水平CO2浓度(390μL/L)和高CO2浓度(1000μL/L);两个光强梯度,高光(300μmol m-2s-1)和低光(100μmol m-2s-1)。结果表明,CO2和光强对龙须菜的生长和光合作用有明显的交互作用。大气CO2升高并没有显著影响龙须菜的生长速率,但在不同CO2处理下,龙须菜对光强的响应不同。在空气水平下,光强的变化对其生长速率影响不显著。而在高CO2作用下,高光处理下的藻体有更高的生长速率。CO2显著促进高光生长下龙须菜的呼吸作用速率,但是在低光下作用不明显。而对于光合作用速率来说,低光培养下的藻体CO2表现为负面效应,但对高光下生长的藻体作用不明显。CO2增加没有改变龙须菜生长状态下的电子传递速率,但在高光下,CO2表现为一定的抑制作用。CO2显著降低了龙须菜天线色素藻红蛋白和叶绿素a的含量。这些CO2与光强的结合效应表明,大气CO2的升高对龙须菜光合生理特性的影响随着光强的变化而呈现不同的效应,在未来评估CO2的增加对大型海藻的影响时,要充分考虑其他环境因子的耦合效应。     

大气一氧化碳浓度升高对植物生长的影响

大气ＣＯ２浓度同对植物生长有促进作用,对Ｃ３植物生长的促进作用最大。短期ＣＯ２浓度升高时,植物光和速率增加;在长期ＣＯ２浓度升高条件下,植物光鸽上降并发生光合适应现象。这可能是植物在长期ＣＯ２浓度升高条件下植物源库关系不平衡引起的反馈抑制作用以及营养吸收不能满足光合速率增加的需要所引起Ｒｕｂｉｓｅｏ活必和含量下降。在ＣＯ２浓度升高条件下植物的呼吸也会发生变化,根的分枝和数量增多,根系的分泌量和吸收     

水华鱼腥藻生长与光合作用对大气CO2浓度升高的响应

 为了探讨大气CO2浓度升高对水华藻类的影响,利用水华鱼腥藻(Anabena flos_aquae)作为实验材料,研究了大气CO2浓度加倍对其生长和光合作用的影响,结果显示大气CO2浓度升高导致水华鱼腥藻的生物量、光饱和光合速率、光合效率和光系统II的光化学效率（Fv/Fm）明显提高,但对暗呼吸速率和光饱和点没有明显影响。CO2加倍条件下藻细胞光合作用对无机碳的亲和力降低,表明其利用HCO-3的能力受到抑制。     

微藻培养基平衡pH的研究

平衡pH是培养基中二氧化碳分压与空气中二氧化碳分压平衡时的pH,是微藻培养基的一个重要特征参数。选用常用的三种微藻培养基:BG11培养基、BBM培养基和Zarrouk培养基,使用鼓泡通入空气的方法,研究碳源、氮源、磷源浓度和盐度对培养基平衡pH的影响。结果如下:在NaHCO3浓度016.8 g/L范围内,三种培养基的平衡pH都随碳源浓度的增加而升高;NaNO3浓度在02.5 g/L范围内,对培养基平衡pH没有影响;0.1 g/L KH2PO4使BG11培养基的平衡pH稍有升高,与之相反,BBM培养基的平衡pH稍有下降,进一步提高磷（P）浓度（最高0.4 g/L）,BG11培养基和BBM培养基的平衡pH不再变化;P浓度变化对Zarrouk培养基的平衡pH没有影响;三种培养基的平衡pH都随盐度的升高而降低。碳源浓度是影响培养基平衡pH的最主要因素,平衡pH与碳源浓度的关系可以用回归方程y=0.3504ln（x）+8.9647（R2=0.9708）表示,氮源浓度对平衡pH没有显著影响,磷源浓度和盐度对培养基平衡pH有影响,但影响不大。控制藻液pH不低于平衡pH,可以提高微藻培养中CO2的利用效率,有利于实现微藻CO2生物固定的环境效益。       

Mass spectrometric determination of the inorganic carbon species assimilated by photoautotrophic cells of Euphorbia characias L

The chemical forms of inorganic carbon, CO2 or HCO3-, incorporated during photosynthesis in photoautotrophic Euphorbia characias cell suspension cultures were determined in experiments using 13CO2 and a mass spectrometry technique. From the equations of the CO2 hydration reaction, a kinetic model was first developed, and the effect of photosynthesis on the external CO2 concentration was simulated. It was predicted from this model that CO2 and HCO3- uptakes could be differentiated by recording only the CO2 variation rate in the external medium, successively in absence then in presence of an exogenous carbonic anhydrase activity. The results obtained with either CO2-grown or air-grown photoautotrophic cells were in good agreement with the model and demonstrated that CO2 was the sole species taken up during photosynthesis. In addition no accumulation of inorganic carbon within the cells was observed in the light. Similarly, in dark, CO2 was the only species released by respiration in the external medium.     

Simultaneous cultivation of Spirulina platensis and the toxigenic cyanobacteria Microcystis aeruginosa

Mangueira Lagoon, located in the extreme south of Brazil, has water with physicochemical characteristics such as alkaline pH and carbonate levels propitious for the growth of the cyanobacterium Spirulina platensis. Previously published studies have shown that Mangueira Lagoon water supplemented with small quantities of carbon and nitrogen is suitable for S. platensis cultivation and can significantly reduce production costs. We studied mixed cultures of Spirulina platensis and the toxic cyanobacterium Microcystis aeruginosa using a 2(3) factorial design in which the three factors were the initial biomass concentration of S. platensis and M. aeruginosa and the type of culture medium (100% Zarrouk's medium or 80% Mangueira Lagoon water plus 20% Zarrouk's medium). The highest S. platensis maximum specific growth rate (mu(max)) occurred in the culture with the highest M. aeruginosa biomass concentration and when undiluted culture medium was used (micro(max) = 0.283 d(-1)). The highest M. aeruginosa specific death rate (k) was obtained in the presence of S. platensis (k = 0.555 d(-1)) and was independent of the initial M. aeruginosa biomass concentration and culture medium, demonstrating that S. platensis cultures are not susceptible to contamination by M. aeruginosa. The culture medium had no significant influence (p > 0.05) on S. platensis micro(max) values, indicating that production costs could be reduced by using a medium consisting of 80% Mangueira Lagoon water plus 20% Zarrouk's medium.     

CO2浓度倍增对10种禾本科植物叶片形态结构的影响

在CO_2正常浓度(350μL/L)和倍增(700μL/L)条件下,对小麦(Triticum aestivum L.)、半野生小麦(T.aestivum ssp.tibeticum)、大麦(Hordeum vulgare L.)、野大麦(H.brevisubulatum(Trin.)Link)、水稻(Oryza sativa L.)、野生稻(O.meyeriana subsp.granulata)、谷子(Setaria italica(L.)Beauv)、狗尾草(S.viridis (L.)Beauv)、高粱(Sorghum vulgare Pers.)和玉米(Zea mays L.)等10种禾本科植物幼苗期叶的形态结构进行比较研究。结果表明,在CO_2浓度倍增条件下,除野大麦和玉米外,其它几种禾本科植物的叶片厚度普遍增加;表皮细胞密度下降(野大麦和谷子的远轴面除外)。其中C_3种类的平均气孔密度和气孔指数下降,C_4种类则呈相反趋势。在CO_2浓度倍增条件下,栽培种类表皮细胞密度和维管束鞘细胞中的叶绿体数明显增加,野生种类则呈相反趋势。气孔密度与气孔指数基本呈正相关。     

CO2浓度变化对拟柱胞藻生长与光合作用的影响

为了探讨大气CO₂浓度升高对水华藻类的影响,利用水华蓝藻-拟柱胞藻作为实验材料,研究了CO₂浓度升高对其生长生理和光合作用的影响,结果表明CO₂浓度升高,导致拟柱胞藻的生物量、最大光合放氧速率、光合效率显著增加。当CO₂浓度为700 mg/L以下,暗呼吸速率和光饱和点无明显影响,而CO₂浓度为1000 mg/L时,暗呼吸速率和光饱和点显著提高。随着CO₂浓度增加,藻细胞光合作用对无机碳的亲和力降低,同时胞外碳酸酐酶活性显著下降。这表明大气CO₂浓度的增加,有利于拟柱胞藻的生长和光合,进而增加了水华发生的风险。     

Absorption of CO2 in algal mass culture systems: a different characterization approach

For the characterization of CO(2) absorption in aerated microalgal culture systems, a different approach based on K(L)a(O(2)) determination and transformation was studied. To confirm the validity of this method, the influence of reactions between CO(2) and compounds (OH(-), H(2)O, and NH(3)) present in the culture medium upon the absorption mechanism was evaluated under different physical and chemical culture conditions. Under these conditions, knowledge of the relative magnitudes of the diffusion and reaction kinetics permitted the evaluation of their relative importance. For the determination of the parameters required for the calculation of the CO(2) absorption constant, empirical correlations for K(L) (0) and a were used that had been previously verified with experimental data for O(2) absorption. Since, for the conditions studied, the absorption rate was shown to be independent of the chemical reactions taking place in the liquid phase, the K(L)a for CO(2) could be directly related to the K(L)a for O(2) by a simple factor that took into account the difference in aqueous diffusivity of the two gases. Thus, using methods developed for determining O(2) absorption in gas-liquid contactors, it is possible to adequately characterize CO(2) absorption for laboratory and pilot scale algal production systems.     

高浓度CO2培养条件下极大螺旋藻光抑制研究

以极大螺旋藻作为实验材料,研究了不同CO2浓度培养对螺旋藻光抑制和恢复的影响,结果表明由光抑制导致的光合速率下降,高浓度CO2比低浓度CO2培养程度小,在高浓度CO2条件下培养的极大螺旋藻,虽然在强光下也表现出光抑制,但与低浓度CO2相比,光合速率下降得较慢。这种现象在强光与弱光培养均存在,但强光培养时更明显。光抑制后的恢复实验表明,不同CO2浓度培养的极大螺旋藻,光系统光化学活性(Fv/Fm)在弱光下恢复较好,高光强、高浓度CO2培养的藻,恢复速度稍快;而在黑暗中,几乎没有恢复;在弱光和含氯霉素的条件下Fv/Fm均下降。由此可见,高CO2浓度可减轻极大螺旋藻的光抑制,但对其光抑制后的恢复影响不大。       

气孔导度对CO_2浓度变化的模拟及其生理机制

基于气孔运动的生理生化机制重点进行了气孔导度(gs)对CO2浓度变化的响应机制分析,并推导得到气孔导度(gs)对CO2浓度变化响应模型,并以9种植物进行了模型验证。结果表明:随着CO2浓度的升高,气孔导度会逐渐降低,且下降的幅度会随着CO2浓度的升高而逐渐减弱。气孔导度对CO2浓度(Cs)变化的响应模型可以表达为gs=gmax/(1+Cs/Cs0),其中式中gmax是最大气孔导度和Cs0是实验常数。该模型较好地模拟了气孔导度随CO2浓度变化的规律,模型参数具有明确的生理意义,与Jarvis模型和Ball-Berry模型相比,该模型如何实现多种环境因子的耦合有待进一步突破。另外,模型是在短期改变叶片CO2浓度的条件下得出的,在CO2浓度长期胁迫下的适用性也有待进一步确认。     

Theoretical Proof and Empirical Confirmation of a Continuous Labeling Method Using Naturally ^13C-Depleted Carbon Dioxide

Continuous Isotope labeling and tracing is often needed to study the transformation, movement, and allocation of carbon in plant-soil systems. However, existing labeling methods have numerous limitations. The present study Introduces a new continuous labeling method using naturally ^13C-depleted CO2. We theoretically proved that a stable level of ^13C-CO2 abundance in a labeling chamber can be maintained by controlling the rate of CO2-free air Injection and the rate of ambient airflow with coupling of automatic control of CO2 concentration using a CO2 analyzer. The theoretical results were tested and confirmed in a 54 day experiment in a plant growth chamber. This new continuous labeling method avoids the use of radioactive ^14C or expensive ^13C-enrlched CO2 required by existing methods and therefore eliminates issues of radiation safety or unaffordable isotope cost, as well as creating new opportunities for short- or long-term labeling experiments under a controlled environment.