微藻的分离筛选及以养猪废水为培养基生产碳水化合物

发布时间：2020-10-14 00:52

　　 化石燃料在全球范围内被广泛应用,然而化石燃料在自然界的储存是有限的,并且在燃烧过程中,释放大量的有害气体,危害人类健康,还会造成温室效应。由于化石燃料的枯竭而导致的能源危机以及原油产业经济波动的问题逐渐变得严峻,因此需要找到其它替代品来满足日益增加的能源需求。清洁能源的生产一直是人类面临的挑战,从上个世纪以来,许多研究围绕风能、地热能、太阳能与生物质能源,与其它能源相比,生物质能源引起了人们的极大兴趣,生物质能源主要由生物体积累而来。微藻吸引了越来越多人的关注,由于其具有生产生物质能源的潜力。但微藻培养过程中需要消耗营养物质来积累生物质,用废水培养微藻被认为是获得微藻生物质的理想方案,而含有高浓度氨氮的养猪废水适用于微藻的生长和碳水化合物的积累。目前微藻生物质能源的大规模应用受到限制,主要是由于收获的生物质少,碳水化合物含量低。本研究从哈尔滨市的水中分离出37株藻,将其中3株具有带表性藻株进行鉴定,最后筛选得到一株碳水化合物含量较高的藻株,与另一株从台湾南部沿海地区筛选出的Chlamydomonas sp.JSC4以未稀释的养猪废水为培养基进行培养。对两株藻的培养条件(温度、光照)进行优化,以获得最大的生物量以及碳水化合物含量,并对两株藻同化废水中营养物质的情况进行了分析。实验结果表明:(1)经过形态学与分子生物学的鉴定,确定3株(QWY28、QWY36与QWY37)藻分别为凯氏拟小球藻、栅藻和衣藻,命名为Parachlorella kessleri QWY28,Desmodesmus sp.QWY36,和Chlamydomonas sp.QWY37。最后筛选出QWY28这株碳水化合物含量最高藻。(2)30℃为两株藻的最佳生长温度,此时,QWY28与JSC4的最高碳水化合物含量分别47.7%、44.5%,最高碳水化合物产率为357.3 mg/L/d与407.2mg/L/d。600μmol/m~2/s为两株藻的最佳光照强度,QWY28与JSC4的最大生物量分别为10.59 g/L与12.19 g/L,最高碳水化合物含量分别,60.4%、63.8%,最高碳水化合物产率为877.8 mg/L/d与1029.5 mg/L/d。不同温度下两株藻的碳水化合物含量及生产率相差不大。在最佳的光照强度下,JSC4的生长速度更快,碳水化合物的生产率更高。两株藻的碳水化合物含量较高,油脂含量都比较低。(3)这两株藻能在养猪废水中正常存活并健康的生长,能够有效的同化废水中营养物质(N、P与COD)。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE667;Q949.2
【部分图文】：

研究的技术路线

哈尔滨工业大学理学硕士学位论文第 2 章 实验材料与方法2.1 实验材料2.1.1 实验藻株及培养条件本试验所使用的藻株有：从黑龙江省哈尔滨市马家沟采集到的水样中分离出的纯种凯氏拟小球藻 Parachlorella kessleri QWY28；从台湾南部沿海地区筛选出的衣藻 Chlamydomonas sp. JSC4。利用 BG-11 培养基（如表 2-1 所示）对微藻进行前培养，在无菌操作台中将微藻接种于灭菌（121°C，20 min）后的 200mL 培养液中，微藻前培养在 250 mL 的肖特瓶中，将反应器放入 30℃的恒温玻璃水缸中进行培养。玻璃缸两侧安装平行光源，24 h 光照，光照强度设置为 200mol/m2/s。前培养 3-4 天后，将微藻转接于 500 mL 的养猪废水中。

见图 1a、b 和 c，本研究共分离得到 37 株淡水来源的微藻，根据微藻的形态暂时分为小球藻、栅藻和衣藻。选取 GeneBank 中已有的序列相似的亲缘较近的藻株进行比对，构建系统发育树，由图可知 QWY28 与已知藻株Parachlorella kessleri TY02(KX0213561)的相似度到达 100%，在系统发育树的同一分支上，所以可以确定 QWY28 是小球藻属(Chlorella)中的 Parachlorellakessleri。QWY36 与已知藻株 Desmodesmus sp. DSA6(KX818837)的相似度达到99%，可以确定 QWY36 是栅藻属(Scenedesmus)中的一个种。QWY37 与已知藻株 Chlamydomonas sp YACCYB332(MH683856)的相似度达到 100%，可以确定QWY37 是衣藻属中的一个种。经过形态学与基因序列的鉴定，确定 3 株微藻属于原生生物界的绿藻门的 3 个属，见表 3-1，正式命名为凯氏拟小球藻Parachlorella kessleri QWY28 、 栅 藻 Desmodesmus sp. QWY36 和 衣 藻Chlamydomonas sp. QWY37，这 3 株藻在 NCBI 上获得的序列登录号分别为MK367466、MK367467 和 MK367468。这三株藻是淡水中常见的藻类，特别是在富含营养的静水中，例如：水库、水坑、胡泊、池塘和沼泽等水体中，其中小球藻和栅藻对水中的各种污染物具有较强的承受力。
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本文编号：2839936