低强度超声波促进微藻油脂累积规律及其机理研究

发布时间：2017-05-06 16:08

  本文关键词：低强度超声波促进微藻油脂累积规律及其机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针微藻油脂含量是制约生物柴油产率的关键性因素之一,有效提高微藻油脂含量依旧是微藻生物能源领域亟需解决的瓶颈技术难题,本研究创新性的采用低频、低强度超声波作为处理微藻的一种技术手段,其目的是为了有效促进微藻的油脂积累,同时对其促进作用机理进行探索,以期为进一步的研究提供理论指导和技术支持。首先,以实验室自主筛选的产油微藻突变株Z-4作为研究对象,分别研究其在不同超声条件(包括超声频率、超声阶段、超声功率、超声持续时间、超声脉冲间隔)下的油脂含量、生物量、底物消耗能力的变化规律,从而确定了促进微藻油脂累积的最佳超声条件:最佳超声频率为20kHz,最佳超声阶段为微藻生长周期的对数期,最佳超声功率为20W/L,最佳处理时间为30min/d,最佳超声脉冲间隔为2s。同时,该研究还考察了在最佳超声条件下超声处理对微藻及油脂含量的影响。在最佳超声条件下,生物量、生长速率其油脂累积速率、油脂含量都有明显提高。超声处理后的微藻相较于未超声的对照组其稳定期油脂含量由21.2%提高至29.1%,提高37.2%;微藻细胞干重由2.1g/L提高至2.8g/L,提高33.3%。在确定超声波处理的最佳参数后,对超声促进微藻产油脂的机理进行了初步探索,主要从超声处理后微藻对底物的利用速率、微藻细胞结构的变化、细胞表面元素含量的变化、细胞通透性的变化、油脂组成成分、细胞组分、细胞色素以及关键酶含量等的变化等方面进行分析。研究结果表明:超声组微藻细胞表面碳元素与氧元素分别增加5%和5.8%,叶绿素总量约增加了18.6%,多糖含量降低12.8%,总蛋白含量降低6.5%。低频低强度的超声处理可以在不破坏微藻细胞及代谢功能的前提下,提高细胞的通透性进而提高细胞代谢速率和底物的传质速率,这是提高油脂含量和促进微藻生长的关键原因,超声对微藻油脂代谢过程中关键酶活性的影响不大。本研究为提高微藻油脂含量和细胞生物量提供了一种新的策略,为微藻产油的产业化发展奠定了良好的实验基础。
【关键词】：生物能源 产油微藻 超声波 机理
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE667;Q949.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题来源9
• 1.2 微藻生物柴油符合国家碳减排与新能源发展的需求9
• 1.3 微藻生物质能源研究进展9-15
• 1.3.1 生物质能源9-11
• 1.3.2 微藻11-12
• 1.3.3 微藻生物柴油发展现状12-13
• 1.3.4 微藻产油的代谢途径13-14
• 1.3.5 提高微藻油脂含量的策略14-15
• 1.4 超声及其应用15-16
• 1.5 超声的生物学效应16-18
• 1.5.1 超声在生物领域的应用16-17
• 1.5.2 超声生物效应机理的研究17-18
• 1.6 超声促进微藻油脂积累18
• 1.7 本课题研究的目的和意义18-20
• 1.7.1 课题研究的目的和意义18
• 1.7.2 目前研究中存在的问题18-19
• 1.7.3 课题的主要研究内容19-20
• 1.8 本课题研究的技术路线20-21
• 第2章 实验材料与方法21-29
• 2.1 实验材料21-22
• 2.1.1 培养基组分21
• 2.1.2 主要仪器和设备21-22
• 2.2 实验方法22-24
• 2.2.1 超声促进微藻产油的处理参数的优化22-23
• 2.2.2 在最佳超声条件下超声对微藻作用效果的评价23
• 2.2.3 超声促进微藻油脂累积机理分析23-24
• 2.3 分析方法24-29
• 2.3.1 微藻细胞生长速率与干重的测定24
• 2.3.2 底物利用率的分析24
• 2.3.3 细胞存活率的测定24-25
• 2.3.4 微藻含油量分析测定25
• 2.3.5 微藻的细胞结构25-26
• 2.3.6 细胞通透性的测定26
• 2.3.7 微藻细胞色素成分的分析26-27
• 2.3.8 微藻细胞多糖含量的分析27
• 2.3.9 微藻细胞蛋白含量的分析27-28
• 2.3.10 细胞表面官能团的分析28
• 2.3.11 微藻脂肪酸成分分析28
• 2.3.12 关键酶乙酰辅酶A羧化酶含量的测定28-29
• 第3章 超声参数的优化及超声效能分析29-47
• 3.1 超声促进微藻油脂累积关键参数的优化29-39
• 3.1.1 微藻的生长曲线29
• 3.1.2 最佳超声频率的优化29-31
• 3.1.3 最佳超声作用阶段的优化31-33
• 3.1.4 最佳超声功率的优化33-35
• 3.1.5 最佳超声持续时间的优化35-37
• 3.1.6 最佳超声脉冲间隔的优化37-39
• 3.2 超声波对微藻影响的效果评价39-45
• 3.2.1 最佳超声条件下微藻底物利用速率的变化39-40
• 3.2.2 最佳超声条件下微藻生长速率的变化40-41
• 3.2.3 最佳超声条件下微藻干重的变化41-43
• 3.2.4 最佳超声条件下微藻油脂含量和油脂累积速率的变化43-44
• 3.2.5 最佳超声条件对细胞存活率的影响44-45
• 3.2.6 超声效果评价分析45
• 3.3 本章小结45-47
• 第4章 超声波促进微藻产油机理分析47-60
• 4.1 超声对形态结构的影响47-48
• 4.1.1 光学显微镜观测微藻细胞47
• 4.1.2 电子显微镜观测微藻细胞47-48
• 4.2 超声前后微藻细胞表面元素含量及官能团种类的变化48-51
• 4.2.1 超声前后微藻细胞表面元素含量的变化48-50
• 4.2.2 超声前后微藻细胞表面官能团的变化50-51
• 4.3 超声对微藻油脂含量与组分的影响51-54
• 4.3.1 尼罗红法评价超声前后微藻油脂含量52-53
• 4.3.2 荧光分光光度法定量53-54
• 4.4 超声对微藻生理生化性质的影响54-57
• 4.4.1 超声对细胞多糖的影响54-55
• 4.4.2 超声对蛋白质含量的影响55-56
• 4.4.3 超声对叶绿素含量的影响56-57
• 4.5 超声对细胞通透性的影响57-58
• 4.6 超声对关键酶活性的影响58-59
• 4.7 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果67-69
• 致谢69

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本文编号：348710