酸驯化和紫外诱导提高微藻耐酸性

应用微藻固定烟道气CO2既可减排又能生产高值生物基产品,但是,烟道气高浓度CO2和氮硫氧化物导致培养液过度酸化、抑制微藻生长。通过建立微藻抗性驯化简易方法,以期提高微藻耐酸性和在低p H条件下的起始生长速率。经过酸驯化和紫外诱导叠加处理后的栅藻(Scenedesmus),在酸性环境下生长初期的平均生长速率达到0.253 g/(d·L),明显高于单因子处理的p H4.5酸驯化(0.132 g/(d·L))和紫外诱导5 min(0.092 g/(d·L))的生长速率。经过驯化处理的种子藻在p H3的酸性环境中可以正常生长,而未驯化微藻生长近乎停滞。经过驯化处理的种子藻接入低p H培养基后起始生长速率比未驯化微藻提高6.6倍。酸驯化和紫外诱导处理显著提高了栅藻对低p H环境的耐受性。     

蛋白核小球藻高效同化硝态氮联产微藻蛋白

本研究旨在建立利用微藻去除高浓度废水中硝酸根并转化为藻蛋白的创新技术。先在摇瓶中研究了培养模式和光照模式对于混养蛋白核小球藻的生物量产量、硝酸根同化速率和藻蛋白产量的影响,随后在5 L光发酵罐中成功进行了放大验证。结果表明,在摇瓶培养中,不回流培养基的补料分批培养是最佳培养模式,可获得最高生物量产量为35.95 g/L,硝酸根平均同化速率为2.06 g/(L·d),藻蛋白含量可高达42.44%干重;采用阶梯式增加光强的光照模式,能显著提高细胞比生长速率,最高达到0.65 d–1。在5 L光发酵罐中连续培养128 h,最高生物量产量和硝酸根平均同化速率分别达到66.22 g/L和4.38 g/(L·d),最高藻蛋白含量可达干重的47.13%。本研究能为高效处理工业废硝酸或高浓度硝酸盐废水提供微藻光发酵技术,基于微藻的生物转化过程可联产高蛋白微藻生物质,有利于实现这类废水资源化利用、变废为宝。     

微藻光密度与细胞密度及生物质的关系

以四种常见微藻,小球藻(Chlorella sp.XQ-20044)、栅藻(Scenedesmus sp.SS-200716)、绿球藻(Chlorococcum sp.)和螺旋藻(Spirulina sp.CH-164)为实验材料,用梯度稀释法测定对数生长期不同浓度藻液的光密度(OD)、细胞密度和生物质干重(DW),在光自养分批培养模式下对4种微藻进行OD-波长(350—800 nm)扫描,同时测定细胞密度和生物质干重,分析藻液OD与细胞密度、生物质干重的关系。结果表明:在任何波长下,对数生长期的4种微藻细胞密度与OD值、生物质干重与OD值的变化都不成比例,波长不同其拟合曲线偏离直线的程度不同。但是,在435 nm处这种关系最接近直线,可以用直线方程近似描述(R20.98),其它波长处细胞密度-OD、干重-OD的关系都可以用二项式方程很好地描述(R20.99)。因此,光密度法适用于连续和半连续培养,可以用435 nm处测得的OD值计算细胞密度与干重。但是在分批培养模式下,4种微藻DW/OD比值随着培养时间均逐渐上升。小球藻DW/OD540为0.19—0.44 g/L,栅藻DW/OD540为0.36—0.53 g/L,绿球藻DW/OD540为0.48—0.75 g/L,螺旋藻DW/OD560为0.46—0.74 g/L,因此分批培养模式下采用测定藻液OD值反映细胞密度和生物质的方法不适用,只有直接测定细胞密度和生物质才是准确的。研究结果为正确使用分光光度法监测微藻生长提供依据。     

三种微藻对城市二级出水脱氮除磷作用的研究

利用污水培养微藻可去除废水中的氮、磷污染物, 又可以实现生物质生产的耦合。以城市二级出水做为培养基, 选取了小球藻(Chlorella sp.)、栅藻( Scenedesmus sp.)、螺旋藻(Spirulina sp.)为实验藻种, 考察3种微藻的生长特性和脱氮除磷的能力。结果表明, 所选的藻种在模拟二级出水中都能较好生长, 其中栅藻的生物量高于小球藻和螺旋藻, 最大生物量分别为0.328 g·L-1、0.264 g·L-1、0.192 g·L-1, 比生长速率为0.226 d-1、0.213 d-1、0.197 d-1。栅藻的油脂产量达97.35 mg·L-1, 高于其他两种微藻。3种微藻对模拟二级出水都具有较好的脱氮除磷效能, TP的去除率达到90%以上, TN的去除率达到80%以上。实验结果表明利用3种微藻均可达到对二级出水的深度脱氮除磷和生物质的富集。     

N、P营养盐胁迫对两株布朗葡萄藻生长的影响

采用批次培养方法,在光照强度60、110mol/m2s下分别设置了7个不同的氮、磷浓度(N:0-3500g/L,P:15-775g/L),研究两株布朗葡萄藻(Botryococcus braunii)对氮、磷胁迫的敏感性差异,筛选高营养利用效率的优良藻株。结果表明:两株藻对氮磷营养胁迫的耐受性存在差异,B.braunii764株对氮胁迫具有较高耐受性,而B.braunii765株对磷胁迫具有较高耐受性。光照强度110mol/m2s,不同氮浓度下B.braunii764株其平均生长速率均显著高于其他各处理组;不同磷浓度下B.braunii765株其平均生长速率显著高于B.braunii764株。在试验设定的光照强度条件下,适当增加光照强度能够显著降低氮胁迫对布朗葡萄藻生长的抑制效应。在光照强度110mol/m2s下,氮浓度3500g/L时两株布朗葡萄藻平均生长速率与在正常Chu-10培养基条件下无显著差异。磷浓度775g/L时两株布朗葡萄藻的平均生长速率均显著低于正常Chu-10培养基条件,增加光照强度对磷胁迫下藻细胞的生长无显著作用。两株布朗葡萄藻在第2天时磷吸收与初始磷浓度呈正相关关系,氮吸收在3500g/L时出现饱和现象。布朗葡萄藻的生长更容易受到培养基中磷营养胁迫的影响。       

钝顶螺旋藻形态、生长及光合作用对不同波段太阳辐射的响应

为探讨中不同波段的光合有效辐射对钝顶螺旋藻(Arthrospira platensis)形态、生长及光合作用的影响,实验将钝顶螺旋藻D-0083藻液转入带塞的石英管中, 石英管水平置于阳光下并在其上覆盖不同的截止型和带通型滤光片, 以使藻丝接受不同波段的太阳辐射; 并检测其生长、形态与光合活动的变化。结果发现: 所有波段 (320500、395700、510700和610700 nm) 光合有效辐射下的藻丝均螺旋变紧且生物量增加。其中以包含少量紫外辐射A (Ultraviolet-A)的蓝光波段 (320500 nm)和红光波段(600700 nm) 对藻丝形态变化、生长及光合速率的诱发效率较高。在320500、395700、510700和 610700 nm波段上的单位能量光照引起钝顶螺旋藻螺距变化的效率分别为0.070、0.015、0.021、0.045 m/(Wm2)。 波段320500 nm虽然会轻微抑制钝顶螺旋藻D-0083的有效光化学效率(Fv'/Fm')、电子传递速率(ETR)和藻蓝蛋白的荧光发射, 但是却能够有效诱导其藻丝变紧促进生长。此外, 钝顶螺旋藻D-0083的藻丝变紧程度、比生长速率变化与不同波段太阳辐射下藻丝体的光合性能相一致。该研究表明任何波段的光合有效辐射都能使螺旋藻藻丝螺旋变紧并引发生长和光合作用, 其中以蓝光和红光的效率最高。     

产油嗜碱绿球藻MC-1的烟气适应性

为了降低微藻产油成本和减少温室气体的排放,利用煤炭烟气培养一株具有pH快速漂移和高碱适应特性的产油微藻Chlorococcum alkaliphilus MC-1.首先于15L光生物反应器中分三组(空白组、CO2组和烟气组)进行小体积培养实验,然后在24 m2开放式跑道池中进行放大培养,研究了微藻MC-1对烟气培养的适应性.结果表明,在光生物反应器培养实验中,烟气组的最高生物量浓度、生长速率、藻体总脂含量和CO2固定速率分别为:(1.02±0.07) g/L、(0.12±0.02) g/(L·d)、(37.84±0.58)％和(0.20±0.02) g/(L·d),比CO2组分别提高了36％、33.33％、15.34％和33.33％.在开放式跑道池培养实验中,烟气与纯CO2的培养效果相似,烟气培养下的最高生物量浓度、生长速率、藻体总脂含量和CO2固定速率分别为:147.40 g/m2、14.73 g/(m2·d)、35.72％和24.01 g/(m2·d);烟气培养产出的藻粉中有毒重金属Pb、As、Cd和Cr的含量均低于国家限量标准.实验同时测定了烟气培养下藻液对烟气中CO2、NO和SO2的吸收效果,结果显示,在光生物反应器和开放式跑道池培养中此三种气体的平均吸收率均高于以往研究结果.上述结果说明,该藻能适应烟气培养条件,耦合微藻MC-1产油与烟气减排的室外放大培养是可行的.     

光强及氮浓度对丝状绿藻双星藻生长及生化组成的影响

[背景]环境因子和营养因子对微藻的生长和生化组成都有显著的影响,其中光强和氮浓度是最重要的两个条件。[目的]研究不同光强和初始氮浓度对丝状绿藻-双星藻(Zygnema sp.)生长及生化组成的影响。[方法]采用改良的BBM培养基,设置了两组光强[100μmol/(m^2·s)和300μmol/(m^2·s)]和6种初始氮浓度(3、6、9、12、15和18 mmol/L)在柱状光生物反应器中对双星藻进行培养。[结果]在高光强条件下[300μmol/(m^2·s)],12 mmol/L初始氮浓度最有利于双星藻生物质的积累,其最高生物量可以达到6.60 g/L,而初始低氮浓度(3 mmol/L)则促进了油脂和脂肪酸的积累,油脂最高含量占干重的32.13%,且脂肪酸组成主要包括棕榈酸(C16:0)、油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)和亚麻酸(C18:3),其中油酸含量最高达到总脂肪酸含量的55.01%;在低光强条件下[100μmol/(m^2·s)],初始氮浓度为18 mmol/L时,总蛋白质和总碳水化合物的含量达到最高,分别占干重的16.35%和37.70%,而总脂含量仅占干重10.16%。[结论]光强和初始氮浓度对双星藻生长具有较大影响,通过调节光强和初始氮浓度可有效提高双星藻目标代谢产物的积累。     

钝顶螺旋藻形态、生长及光合作用对不同波段太阳辐射的响应（英文）

为探讨中不同波段的光合有效辐射对钝顶螺旋藻(Arthrospira platensis)形态、生长及光合作用的影响,实验将钝顶螺旋藻D-0083藻液转入带塞的石英管中,石英管水平置于阳光下并在其上覆盖不同的截止型和带通型滤光片,以使藻丝接受不同波段的太阳辐射;并检测其生长、形态与光合活动的变化。结果发现:所有波段(320—500、395—700、510—700和610—700 nm)光合有效辐射下的藻丝均螺旋变紧且生物量增加。其中以包含少量紫外辐射A(Ultraviolet-A)的蓝光波段(320—500 nm)和红光波段(600—700 nm)对藻丝形态变化、生长及光合速率的诱发效率较高。在320—500、395—700、510—700和610—700 nm波段上的单位能量光照引起钝顶螺旋藻螺距变化的效率分别为0.070、0.015、0.021、0.045μm/(W·m~2)。波段320—500 nm虽然会轻微抑制钝顶螺旋藻D-0083的有效光化学效率(Fv′/Fm′)、电子传递速率(ETR)和藻蓝蛋白的荧光发射,但是却能够有效诱导其藻丝变紧促进生长。此外,钝顶螺旋藻D-0083的藻丝变紧程度、比生长速率变化与不同波段太阳辐射下藻丝体的光合性能相一致。该研究表明任何波段的光合有效辐射都能使螺旋藻藻丝螺旋变紧并引发生长和光合作用,其中以蓝光和红光的效率最高。     

布朗葡萄藻的培养基选择及其产物代谢规律

通过对布朗葡萄藻分别在Chu13、Chu13×2和BG-11培养基中培养结果的比较,发现在气升式光照生物反应器中Chu13培养基最有利于布朗葡萄藻的生长和烃的合成,培养15d后,其生物量和粗烃质量分数分别为1.82g/L和58.7%;棕榈酸、油酸和亚麻酸是布朗葡萄藻的主要脂肪酸组成,Chu13培养获得的藻体不饱和脂肪酸比例最高。Chu13培养基中布朗葡萄藻代谢规律的研究表明:粗烃含量随着生物量的增加而逐渐增大,15d后粗烃产量达到最大值1.07g/L,不同生长周期烃的组成保持一致,布朗葡萄藻的烃主要由C33H56和C34H58组成;在布朗葡萄藻生长周期中,不饱和脂肪酸的比例显著上升,培养15d达到64%以上。     

磷浓度对海水钝顶螺旋藻生长代谢的影响

磷元素对微藻的生长代谢具有重要作用。为了探究磷源浓度调控海水螺旋藻主要代谢产物合成积累的可行性。以改良的Zarrouk海水培养基为基础,通过设置5种K2HPO3浓度(0.005-0.04 g/L),分析不同磷浓度对海水螺旋藻的生长及生理生化指标的影响。结果显示,海水螺旋藻生物质浓度和蛋白质含量随着磷源浓度的升高而增加,0.04 g/L处理组达到最大值,分别为0.48±0.02 g/L和59.23±0.61%DW;总多糖含量随着磷源浓度增加先显著下降,0.005 g/L处理组含量最高(25.96±1.61%DW);C-藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白和总藻胆蛋白含量随着磷源浓度增加,先升后降,0.03 g/L处理组含量最高,分别为14.56±0.99%DW、4.21±0.19%DW和18.77±0.39%DW;叶绿素a与类胡萝卜素含量随着磷源浓度的增加而升高,最高含量分别为1.01±0.01%DW和0.35±0.02%DW;而磷源浓度的变化对总脂含量和脂肪酸组成总体上无显著影响(P0.05)。低磷源浓度有利于多糖积累,高磷源浓度则促进蛋白质和藻蓝蛋白、叶绿素和类胡萝卜素的合成,通过磷源调节可有效定向诱导海水螺旋藻主要高值化产物的合成积累。     

活体微藻吸附水体中Cd2+的性能特征

【目的】藻类对重金属吸附和吸收是重金属进入食物链的重要渠道之一。研究活体微藻对水体中Cd~(2+)的吸附性能和吸附机理,旨在为Cd~(2+)等重金属离子进入水体后的去向及去除提供理论依据。【方法】选取地表水普遍存在的4种微藻:钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)和小球衣藻(Chlamydomonas microsphaera)作为试验材料,通过室内模拟实验,利用Langmuir、Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)3种等温吸附模型,研究4种活体微藻对Cd~(2+)的吸附规律及吸附参数。【结果】4种微藻对水体Cd~(2+)吸附均可以用Langmuir、Freundlich和D-R模型描述,其中用Langmuir模型拟合钝顶螺旋藻、Freundlich模型拟合小球衣藻、D-R模型拟合铜绿微囊藻和四尾栅藻的吸附效果最佳。四尾栅藻对Cd~(2+)的吸附量最高,而钝顶螺旋藻对Cd~(2+)的吸附量最低,但与Cd~(2+)的亲和力最强,4种微藻吸附Cd~(2+)主要是以离子代换为主的化学吸附。【结论】微藻对Cd~(2+)均有较强的吸附能力,会引起以微藻为食的水生动物Cd~(2+)富集;微藻也是去除水体Cd~(2+)的潜在吸附剂原料。     

光发酵强化三角褐指藻生产岩藻黄素

本研究旨在建立光发酵培养三角褐指藻高效生产岩藻黄素的技术体系。在5 L光发酵罐中,系统研究了兼养条件下初始光强、氮源种类和浓度以及光质对于三角褐指藻生物量浓度和岩藻黄素积累的效果。结果表明,在初始光强为100μmol/(m²·s)红蓝(R:B=6:1)混合光、含氮量为0.02 mol/L的胰蛋白胨和尿素混合氮源(1:1, N mol/N mol)优化条件下,三角褐指藻生物量浓度、岩藻黄素含量和产率分别达到了最大值3.80 g/L、13.44 mg/g和4.70 mg/(L·d),比优化前分别提高了1.41、1.33和2.05倍。本研究开发了强化三角褐指藻光发酵生产岩藻黄素的关键技术,促进了海洋天然产物开发。     

一种用于微藻培养的新型板式光生物反应器

微藻的闪光效应可以大幅提高微藻的光效率,提高微藻产量。通过在传统的板式光生物反应器中加入斜挡板以增强微藻的闪光效应。以小球藻为模型藻种,考察了新型板式光生物反应器内不同光强和不同进口流速对小球藻生长速率和光效率的影响。结果表明,当进口流速为0.16 m/s时,随着光强的提高,小球藻的细胞浓度逐渐增加,光效率逐渐降低;在500μmol/(m2·s)的光强条件下,小球藻细胞浓度和光效率均随着进口流速的提高而增加。新型板式光生物反应器内小球藻的细胞浓度比传统板式光生物反应器提高了39.23%,表明在传统板式光生物反应器内加入斜挡板可有效增强微藻的闪光效应。     

螺旋藻细胞培养与光能利用的关系

对钝顶螺旋藻(Spirulina platensis Geitler)细胞培养体系的光衰减以及连续培养条件下藻细胞生长对光能的利用特性进行了分析,结果表明改进的Lambert-Beer定律I=I0exp(-αxL)可较好地描述细胞浓度及光程对光衰减的综合影响;引入平均光强和细胞平均比消光量概念,借鉴Monod方程形式,较好地描述了它们与比生长速率之间的关系,并求得最大比生长速率μm、光强半饱和参数kI、光能维持系数m和得率系数YG分别为μm=1.75/d,kI=1.453×10     

光生物反应器中螺旋藻培养条件的优化

利用正交实验对搅拌式光生物反应器中钝顶螺旋藻(Spirulina platensis Geitl)的培养条件即搅拌速度、通气量和光照强度进行优化.实验结果表明:当培养温度为30℃时,通过正交实验所获得的最佳培养条件为搅拌转速120 r·min-1,通气量80 L·h-1,光照强度5000lx.在最佳培养条件下,收获时螺旋藻的干重为1.922 g·L-1.根据回归模型得到相应的优化条件为:光照强度5000lx,通气量150L·h-1,搅拌转速111.70r·min-1,收获量(干重)的预测值为2.293 g·L-1.另外,10%的接种量有利于螺旋藻的生长.     

培养条件对螺旋藻生长和藻胆蛋白含量的影响

研究了不同质量浓度尿素代替硝酸钠作氮源和不同氯化钠质量浓度改变渗透压对螺旋藻的生长和藻胆蛋白含量的影响。结果发现适宜质量浓度尿素 ( 0 .1g·L-1)培养可加快螺旋藻生长 ,增加藻胆蛋白含量 ;质量浓度高于 0 .2g·L-1其生长受到抑制 ;而质量浓度过高 (≥ 0 .4g/L)时培养几天螺旋藻即断裂并逐渐死亡。培养基中不加氯化钠或质量浓度为 2 0g·L-1时培养 ,生长速度均与对照相当 ,但藻胆蛋白含量比对照要高 ;质量浓度为 40g·L-1～ 6 0g·L-1时培养 ,其生长明显变慢 ,且氯化钠浓度越高生长越慢 ;当质量浓度过高 (≥ 6 0g·L-1)时培养 3d ,螺旋藻细胞即破裂死亡。     

共生菌促进斜生栅藻生长和油脂合成

从斜生栅藻藻际分离共生菌群并进行16S rDNA序列鉴定,构建藻菌共培养体系,并检测斜生栅藻生长、生理生化及产油特性。共分离出7个菌群/株,包括微球菌(菌株1-1、1-2和1-3)、假单胞菌(菌株2-1和2-2)、微小杆菌(菌株-3)和葡萄球菌(菌株-4)。微球菌(菌株1-2)和假单胞菌(菌株2-1)为优势促生菌株,能显著促进微藻生长及色素和油脂积累。斜生栅藻与微球菌(菌株1-2)1∶10共培养体系培养8 d后,栅藻生物量高达4.27 g·L^-1,比对照增加了46.0%;叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素分别比对照提高12.1%、16.7%和25.0%;含油量为25.7%,比对照增加了14.0%,单不饱和油酸含量(16.4%)也显著高于对照。另一个优异共培养体系是斜生栅藻与假单胞菌(菌株2-1)1∶5共培养体系,在培养8 d后,微藻生物量、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素分别比对照提高47.9%、16.0%、17.5%和19.9%;总油脂(27.1%)和单不饱和油酸含量(18.2%)分别比对照增加了20.4%和64.0%。表明藻际共生菌假单胞菌和微球菌可分别与斜生栅藻互作,能够显著促进斜生栅藻生物量和优质油脂的富集,可应用于栅藻商业生产。     

城市生活废水用于产油微藻培养

将废水与产油微藻培养结合起来,可以实现废水的无害化处理,还可为微藻的培养提供营养组分和大量水源。利用高产油栅藻,以城市生活废水为水源,在气泡柱式光反应器中,考察了添加不同营养组分对栅藻细胞的生长、生物质产量、总脂含量以及氮磷的去除情况的影响。结果表明：生活废水非常适合于产油微藻的培养,利用生活废水进行微藻培养中,仅需补充添加无机氮、无机磷、柠檬酸铁铵以及微量元素。但这些营养组分的加入量对藻细胞的生长、生物量和油脂积累有重要影响。在优化的废水培养基中微藻细胞浓度可达8.0 g/L左右,远高于标准BG11培养基5.0 g/L的水平。微藻细胞对于无机氮与磷有着高的吸收能力,在废水中加入185.25 mg/L以下无机氮,16.1 mg/L以下无机磷的条件下培养3~4 d后,培养液水体中未检测到有氮磷残留。由此表明利用城市生活废水培养含油微藻可以在获得微藻油脂产品的同时实现水体的无害化处理。     

不同硝酸钾浓度对蔷薇藻生长及生理特性的影响

蔷薇藻(Rhodella reticulata)是属于红藻门的一种海洋单细胞微藻,其生长过程中产生藻胆蛋白、胞外多糖等生物活性物质.研究了不同硝酸钾浓度对蔷薇藻生长代谢的影响,分析测定蔷薇藻比生长速率、胞外多糖产量、藻蓝蛋白含量、色素含量、硝酸还原酶活性和SOD活性等参数.结果表明,与无氮培养基相比,蔷薇藻在以硝酸钾为氮源,浓度为0.75 g/L的条件下生长最好,硝酸还原酶活性最大,分别得到最大的藻蓝蛋白产量(24 mg/L)和类胡萝卜素含量(1.42 mg/L);当KNO3浓度为7.5 g/L时,获得最高叶绿素a含量为1.91 mg/L;高氮源有利于产糖,当KNO3浓度为30 g/L时,得到最高胞外多糖产量为1.633 g/L;SOD活性随硝酸钾浓度增加而增大.