一株小球藻的育种及内置光源型生物反应器扩大培养
发布时间：2021-11-24 12:00
微藻分为原核藻类和真核藻类,不仅可作为生物能源缓解化石能源紧缺、减少化石能源使用对生态系统的破坏,还可净化各类工业废气、废水、生活污水,减少有机废物的排放对环境的污染,是理想的生物能源,具有较高的研究价值。现有的微藻生物反应器成本过高,严重阻碍的微藻相关产业的发展,降低生物反应器生产成本,提高反应器的生产效率,对于促进微藻的产业化生产有重要意义。本研究以保存于实验室的一株藻种CS-510为出发点对其进行紫外诱变以提高其生物量和油脂含量,得到的正向突变藻种K9对其进行培养条件优化以获得更高的生物量和油脂产量,使用自制的8 L PBR对藻种K9进行预实验培养,确定了后期PBR的实验材料,自制60 L PBR用来培养藻种,为微藻的扩大化培养提供借鉴。本论文采用河北经贸大学生物科学与工程学院实验室保存的一株微藻,藻种编号为CS-510对其进行活化、分离纯化培养,经细胞形态观察和分子生物学18S rDNA鉴定为小球藻（Chlorella）。对藻株CS-510进行紫外诱变,经38 W的紫外灯下,诱变距离20 cm,得到藻株K9生物量...
【文章来源】：河北经贸大学河北省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平板式光生物反应器
河北经贸大学硕士学位论文6图1-2管式光生物反应器张芬芳[24]等人自制50L内置光源气升式反应器，将1W灯带通过三脚架固定在反应器内部，通过手动定时控制光照时间等，另内部设有导流筒，导流筒将液体区分为上升区和下降区，底部设有气体分布器流加气体，通过单因素控制法探究了灯带的光暗周期、内置光源波长（不同颜色的灯带控制波长）、光源强度以及二氧化碳的流量对藻细胞在反应器中生长的影响，最终得到反应器内最佳培养光源为红蓝光，光照强度9615lux，光暗比17.5h∶6.5h，二氧化碳通气量为30L/h，经15d培养得到藻细胞密度5.48×107个/ml。发酵罐式光反应器是在传统微生物发酵罐的基础上增加光照用于微藻培养[25,26]。小型反应器可用透光物质如玻璃等为材料，采用外部光源。混合方式有机械搅拌式、气升式和鼓泡式等。其特点是在有限的占地面积内有较高的培养体积,对于利用现有发酵技术进行微藻培养具有重要意义[27]。对于发酵罐式光反应器，一般光照面积与体积比较小，如何增大光照面积与体积比，而不影响其他性能，是需要解决的主要问题[28]。1.5微藻的育种技术微藻产业化生产的瓶颈是产能过低，主要体现在生长速率低、培养成本高、藻细胞浓度低、代谢产物低等，可以通过尝试育种的方式解决微藻培养产能过低的问题，常见的育种方式有选择育种、诱变育种、基因工程育种等，其中诱变育种包括物理诱变、化学诱变、复合诱变等。物理诱变是较为常用的诱变方法，主要有紫外线、γ射线、离子诱变、中子诱变以及常压室温等离子体(ARTP)等[29]。
一株小球藻的育种及内置光源型生物反应器扩大培养15图2-1藻株CS-510的形态（10×100）如图2-1所示，显微镜下观察到藻株多为单细胞生长，部分丛生，呈绿色，球形。2.3.3系统发育树图2-2藻株CS-510系统发育树将藻种CS-510测得的序列提交到NCBI的Genbank中进行Blast分析，挑选同源性较高的序列进行下载，再使用MEGA7.0.26软件对目标序列与高同源性序列进行分析比较并构建微藻CS-510系统发育树，结果如图2-2所示，藻种CS-510与小球藻属（Chlorellasp.）具有较高的18SrDNA基因相似性，表明两者亲缘关系最近，结合图2-1的形态学结果分析，初步鉴定为小球藻（Chlorella）。CS-510MN906179.1Chlorellasp.NJUST-1RNAgenepartialsequenceKM243325.1Micractiniumsp.KNUA03418SribosomalRNAgenepartialsequenceKM243319.1Micractiniumsp.KNUA02918SribosomalRNAgenepartialsequenceMK764919.1AuxenochlorellapyrenoidosaRNAgenepartialsequenceKY364701.1Pseudochlorellapringsheimii18SribosomalRNAgeneinternaltranscribedspacerLC192144.1Actinastrumhantzschiigenefor18SribosomalRNApartialsequencestrain:NIES-415LC129524.1Crucigenialauterborniigenefor18SribosomalRNApartialsequence2
【参考文献】：
期刊论文
[1]微藻净化畜禽养殖废水影响因素研究进展[J]. 罗龙皂,林小爱,杨佳,刘烨,田光明. 浙江农业学报. 2020(03)
[2]基于CFD模拟的跑道池式微藻光生物反应器的混合器结构设计[J]. 刘佳薇,吴晶. 工程热物理学报. 2019(10)
[3]新型平板反应器内光暗周期的仿真优化[J]. 黄磊,沈英. 福州大学学报(自然科学版). 2019(05)
[4]藻菌共生系统处理猪粪废水的研究[J]. 王海英,梅毅强,范琪,安达,韦嘉璐,刘柑杏. 中南民族大学学报(自然科学版). 2019(03)
[5]方兴未艾的生物能源产业[J]. 刘德华. 生物产业技术. 2019(05)
[6]利用废水培养微藻的研究进展[J]. 李达,陈彪,胡小丽,曹倍,高坤,吕凯,邓祥元. 基因组学与应用生物学. 2019(07)
[7]微藻规模化培养与生物能源开发[J]. 谢雅清,郁彬琦,靳翠丽,缪莉,周晓见. 现代化工. 2019(08)
[8]藻类叶绿素a提取的优化研究[J]. 李鹏飞,孙昕,杨娌,何飞飞,王垿. 化工学报. 2019(09)
[9]富油脂微藻育种技术研究进展[J]. 范道春,张红兵,刘垒. 微生物学杂志. 2019(01)
[10]小球藻在内光源气升式反应器中的培养工艺优化[J]. 张芬芬,马晓建,方书起,白净,常春. 化工进展. 2018(02)
博士论文
[1]小球藻浮珠浮选采收技术及相界面间物理化学作用机理研究[D]. 文豪.长安大学 2019
[2]内置LED光源的新型平板式光生物反应器用于微藻高效固定CO2[D]. 李永富.中国海洋大学 2014
硕士论文
[1]带螺旋肋的管式微藻光生物反应器的优化研究[D]. 雷玉玲.华中科技大学 2019
[2]富油脂微藻和奶牛养殖废水处理微藻的选育及研究[D]. 范道春.河北经贸大学 2018
[3]光生物反应器中市政污水培养钝顶螺旋藻的条件优化[D]. 王雪飞.江南大学 2017
[4]旋转挂膜式微藻光合反应器的设计及养猪污水预处理的研究[D]. 黄磊.南昌大学 2015
[5]小新月菱形藻的诱变及优化培养[D]. 杨茂纯.南京农业大学 2014
[6]以生活污水为底物的产油微藻筛选与培养条件优化研究[D]. 仪超.哈尔滨工业大学 2013
[7]高产油小球藻的诱变育种及其油脂提取研究[D]. 刘宪夫.南京农业大学 2013
[8]高密度高品质蛋白核小球藻制备工艺的优化及初步放大[D]. 谢明.华东理工大学 2011
[9]螺旋藻高细胞密度培养装置的设计及生产工艺优化[D]. 赵琪.贵州大学 2006
本文编号：3515935
【文章来源】：河北经贸大学河北省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平板式光生物反应器
河北经贸大学硕士学位论文6图1-2管式光生物反应器张芬芳[24]等人自制50L内置光源气升式反应器，将1W灯带通过三脚架固定在反应器内部，通过手动定时控制光照时间等，另内部设有导流筒，导流筒将液体区分为上升区和下降区，底部设有气体分布器流加气体，通过单因素控制法探究了灯带的光暗周期、内置光源波长（不同颜色的灯带控制波长）、光源强度以及二氧化碳的流量对藻细胞在反应器中生长的影响，最终得到反应器内最佳培养光源为红蓝光，光照强度9615lux，光暗比17.5h∶6.5h，二氧化碳通气量为30L/h，经15d培养得到藻细胞密度5.48×107个/ml。发酵罐式光反应器是在传统微生物发酵罐的基础上增加光照用于微藻培养[25,26]。小型反应器可用透光物质如玻璃等为材料，采用外部光源。混合方式有机械搅拌式、气升式和鼓泡式等。其特点是在有限的占地面积内有较高的培养体积,对于利用现有发酵技术进行微藻培养具有重要意义[27]。对于发酵罐式光反应器，一般光照面积与体积比较小，如何增大光照面积与体积比，而不影响其他性能，是需要解决的主要问题[28]。1.5微藻的育种技术微藻产业化生产的瓶颈是产能过低，主要体现在生长速率低、培养成本高、藻细胞浓度低、代谢产物低等，可以通过尝试育种的方式解决微藻培养产能过低的问题，常见的育种方式有选择育种、诱变育种、基因工程育种等，其中诱变育种包括物理诱变、化学诱变、复合诱变等。物理诱变是较为常用的诱变方法，主要有紫外线、γ射线、离子诱变、中子诱变以及常压室温等离子体(ARTP)等[29]。
一株小球藻的育种及内置光源型生物反应器扩大培养15图2-1藻株CS-510的形态（10×100）如图2-1所示，显微镜下观察到藻株多为单细胞生长，部分丛生，呈绿色，球形。2.3.3系统发育树图2-2藻株CS-510系统发育树将藻种CS-510测得的序列提交到NCBI的Genbank中进行Blast分析，挑选同源性较高的序列进行下载，再使用MEGA7.0.26软件对目标序列与高同源性序列进行分析比较并构建微藻CS-510系统发育树，结果如图2-2所示，藻种CS-510与小球藻属（Chlorellasp.）具有较高的18SrDNA基因相似性，表明两者亲缘关系最近，结合图2-1的形态学结果分析，初步鉴定为小球藻（Chlorella）。CS-510MN906179.1Chlorellasp.NJUST-1RNAgenepartialsequenceKM243325.1Micractiniumsp.KNUA03418SribosomalRNAgenepartialsequenceKM243319.1Micractiniumsp.KNUA02918SribosomalRNAgenepartialsequenceMK764919.1AuxenochlorellapyrenoidosaRNAgenepartialsequenceKY364701.1Pseudochlorellapringsheimii18SribosomalRNAgeneinternaltranscribedspacerLC192144.1Actinastrumhantzschiigenefor18SribosomalRNApartialsequencestrain:NIES-415LC129524.1Crucigenialauterborniigenefor18SribosomalRNApartialsequence2
【参考文献】：
期刊论文
[1]微藻净化畜禽养殖废水影响因素研究进展[J]. 罗龙皂,林小爱,杨佳,刘烨,田光明. 浙江农业学报. 2020(03)
[2]基于CFD模拟的跑道池式微藻光生物反应器的混合器结构设计[J]. 刘佳薇,吴晶. 工程热物理学报. 2019(10)
[3]新型平板反应器内光暗周期的仿真优化[J]. 黄磊,沈英. 福州大学学报(自然科学版). 2019(05)
[4]藻菌共生系统处理猪粪废水的研究[J]. 王海英,梅毅强,范琪,安达,韦嘉璐,刘柑杏. 中南民族大学学报(自然科学版). 2019(03)
[5]方兴未艾的生物能源产业[J]. 刘德华. 生物产业技术. 2019(05)
[6]利用废水培养微藻的研究进展[J]. 李达,陈彪,胡小丽,曹倍,高坤,吕凯,邓祥元. 基因组学与应用生物学. 2019(07)
[7]微藻规模化培养与生物能源开发[J]. 谢雅清,郁彬琦,靳翠丽,缪莉,周晓见. 现代化工. 2019(08)
[8]藻类叶绿素a提取的优化研究[J]. 李鹏飞,孙昕,杨娌,何飞飞,王垿. 化工学报. 2019(09)
[9]富油脂微藻育种技术研究进展[J]. 范道春,张红兵,刘垒. 微生物学杂志. 2019(01)
[10]小球藻在内光源气升式反应器中的培养工艺优化[J]. 张芬芬,马晓建,方书起,白净,常春. 化工进展. 2018(02)
博士论文
[1]小球藻浮珠浮选采收技术及相界面间物理化学作用机理研究[D]. 文豪.长安大学 2019
[2]内置LED光源的新型平板式光生物反应器用于微藻高效固定CO2[D]. 李永富.中国海洋大学 2014
硕士论文
[1]带螺旋肋的管式微藻光生物反应器的优化研究[D]. 雷玉玲.华中科技大学 2019
[2]富油脂微藻和奶牛养殖废水处理微藻的选育及研究[D]. 范道春.河北经贸大学 2018
[3]光生物反应器中市政污水培养钝顶螺旋藻的条件优化[D]. 王雪飞.江南大学 2017
[4]旋转挂膜式微藻光合反应器的设计及养猪污水预处理的研究[D]. 黄磊.南昌大学 2015
[5]小新月菱形藻的诱变及优化培养[D]. 杨茂纯.南京农业大学 2014
[6]以生活污水为底物的产油微藻筛选与培养条件优化研究[D]. 仪超.哈尔滨工业大学 2013
[7]高产油小球藻的诱变育种及其油脂提取研究[D]. 刘宪夫.南京农业大学 2013
[8]高密度高品质蛋白核小球藻制备工艺的优化及初步放大[D]. 谢明.华东理工大学 2011
[9]螺旋藻高细胞密度培养装置的设计及生产工艺优化[D]. 赵琪.贵州大学 2006
本文编号：3515935
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