异抗坏血酸钠对自养、异养和兼养条件下微藻生长产油的影响

发布时间：2017-08-22 22:29

  本文关键词：异抗坏血酸钠对自养、异养和兼养条件下微藻生长产油的影响

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【摘要】：通过微藻将CO2生物固定与生物柴油生产相耦合,是一种非常有希望的CO2减排策略。一个限制因素是培养介质中积累的高浓度O2(DO)对许多微藻光合作用的抑制作用。传统除氧方式一般是在培养装置内设置除气器或向培养基中大量鼓气,但是存在高耗、污染风险大、低效(因O2由液相向气相的传质效率不高)等缺点。因此开发用于微藻生物质生产的新型除氧方法十分必要。除了光自养生长外,微藻还存在异养、兼养(混养)等代谢形式,其主要优点是藻细胞密度和产量高。异养生长的培养基与光自养相似,只是需要加入有机碳。而在兼养生长中,CO2和有机碳被同步同化,即有氧呼吸和光合代谢同时进行。异抗坏血酸钠(简称异VC钠)是一种新型食品抗氧化剂。目前尚未见到异VC钠应用于微藻培养体系除氧的报道。同时,异VC钠能否作为异养、兼养的有机碳源从而促进微藻生长尚未可知。本研究首先探讨了异VC钠在3种微藻(普通小球藻、淡水微绿球藻、盐生杜氏藻)的光自养体系中的除氧效果；随后,在开放培养体系中分别投加异VC钠和常见有机碳源葡萄糖,根据普通小球藻在培养期间的生物学和化学指标,分析异VC钠用于微藻光异养生长的优势及原因：而后,评价了光异养培养结束时的上清液用于普通小球藻再培养的可行性；最后,对普通小球藻进行两阶段培养(第一阶段为通空气并投加异VC钠的光异养,持续9d;第二阶段为通入10% CO2的兼养,持续11d),根据微藻的生长、固碳、油脂产率和脂肪酸组成,确定在异VC钠体系中形成的高密度微藻能否显著提升后期的CO2固定速率以及微藻用于生物柴油生产的潜力。所得到主要结论如下：(1)投加异VC钠能够迅速去除微藻光合作用释放的O2,但是除氧效果因藻种和剂量而异。对于普通小球藻、淡水微绿球藻的培养体系,异VC钠最适剂量分别为1G(1.5744 g/200 ml)与0.5G(1.8550 g/200 ml),可将藻液DO控制在适当的低水平条件并显著促进微藻生长,培养结束时生物量分别达到1.94g·L-1和1.70 g·L-1,是各自对照组的5.88倍与3.15倍。高剂量异VC钠虽将培养期间的DO始终控制在很低水平(小于1或2 mg·L-1),但是并不适合微藻生长。异VC钠对盐生杜氏藻生长具有强烈抑制效应,不适于作为该微藻培养体系的除氧剂。(2)在接种普通小球藻并提供光照的开放培养体系中,分别加入等碳量的异VC钠(3.1488 g/400 m1)和葡萄糖(2.8640 g/400 ml),后者将培养期间的藻液DO降至2 mg·L-1以下,使光合作用受抑,微藻只能进行光异养生长；相反,异VC钠在控制体系DO处于适宜低水平而促进微藻光自养生长的同时,其氧化产物还可作为光异养生长的有机碳源。相应的,藻生物量(1.16 g·L-1)达到对照组(不加有机碳源)的8.84倍,也比葡萄糖处理组提高20.6%。因此,开放体系中异VC钠对普通小球藻生长的促进作用优于传统有机碳源葡萄糖。(3)在上述投加有机碳源的培养体系中,培养结束时藻液中N03--N低于5mg·L-1,引起微藻生长停滞。但是,将藻液离心过滤后的上清液按一定体积比(1：1或1：3)与新鲜培养基混合后,氮源得以补充,因此能继续用于普通小球藻培养。这对于降低微藻培养成本具有重要意义。(4)与持续20d通入10%CO2的全自养体系相比,以异VC钠为有机碳源对普通小球藻进行光异养培养9d后,再通入10% CO2,微藻将转为以自养为主的兼养生长,平均固碳速率(306 mg-L-1·d-1)为同期光自养生长的5.46倍,表明在光异养方式下生成的高密度微藻可用于C02高效固定。培养结束时,光密度、藻生物量、油脂产率分别为全自养体系的2.12倍、2.62倍和2.2倍。藻生物质中短链脂肪酸、多不饱和脂肪酸、C16-C18脂肪酸的含量均较高,也使其在生物柴油方面具有更好的应用潜力。
【关键词】：微藻 异抗坏血酸钠 除氧 光异养 油脂产率 生物量
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE667
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-32
• 1.1 微藻概述12
• 1.1.1 微藻概念12
• 1.1.2 微藻基本特征12
• 1.2 微藻光合固碳与油脂合成12-24
• 1.2.1 微藻光合固碳产油技术应用潜力巨大12-14
• 1.2.2 微藻固碳机制及影响因素14-20
• 1.2.3 微藻生物柴油20-24
• 1.3 微藻营养方式、特征及应用24-27
• 1.3.1 光合自养(Photoautotrophy)24-25
• 1.3.2 异养方式(Heterotrophy)25-26
• 1.3.3 兼养方式(Mixotrophy)26-27
• 1.4 光合放氧对微藻影响及控制对策研究现状27-30
• 1.4.1 光合放氧对微藻固定CO_2和油脂含量的影响27-28
• 1.4.2 控制DO过高的对策28-30
• 1.5 科学问题的提出与本研究的目的及主要内容30-32
• 1.5.1 科学问题的提出与本研究的目的意义30-31
• 1.5.2 主要研究内容31-32
• 2 异VC钠在微藻培养体系中的除氧效果及其与生长的关系32-47
• 2.1 引言32-33
• 2.2 材料、仪器与方法33-37
• 2.2.1 材料33-35
• 2.2.2 仪器与设备35
• 2.2.3 投加异VC钠后的微藻培养35-37
• 2.2.4 指标测定37
• 2.2.5 数据统计与分析37
• 2.3 结果37-43
• 2.3.1 投加异VC钠后的微藻生长曲线37-40
• 2.3.2 异VC钠投加对微藻培养体系中DO的影响40-42
• 2.3.3 异VC钠投加对培养体系中藻生物量的影响42-43
• 2.4 讨论43-46
• 2.4.1 异VC钠在微藻培养期间的除氧效果43
• 2.4.2 异VC钠除氧与微藻生长的关系43-45
• 2.4.3 异VC钠可为淡水藻光异养生长提供有机碳源45-46
• 2.5 本章小结46-47
• 3 异VC钠在普通小球藻异养培养中的作用47-62
• 3.1 引言47-48
• 3.2 材料、仪器与方法48-51
• 3.2.1 材料48-49
• 3.2.2 仪器与设备49
• 3.2.3 以异VC钠、葡萄糖作为有机碳源的微藻异养培养方法49
• 3.2.4 异养培养后的上清液再用于微藻培养的方法49-50
• 3.2.5 生物学指标测定50
• 3.2.6 藻液化学指标测定50-51
• 3.2.7 营养盐、TOC的利用率计算51
• 3.2.8 数据统计处理51
• 3.3 结果51-57
• 3.3.1 两种异养培养体系中的微藻生长曲线51-52
• 3.3.2 两种异养培养体系中的DO和pH值52-53
• 3.3.3 两种异养培养体系中的微藻光合色素含量53-54
• 3.3.4 两种异养培养体系的藻生物量54
• 3.3.5 两种异养培养体系中微藻对氮磷营养盐、TOC的利用程度54-55
• 3.3.6 微藻在异养体系上清液与SE培养基混合液中的生长特征55-57
• 3.4 讨论57-60
• 3.4.1 异VC钠在微藻光异养生长中具有除氧和作为有机碳源双重功能57-59
• 3.4.2 异养体系上清液中增补氮盐后仍具有培养微藻的潜力59-60
• 3.5 本章小结60-62
• 4 对光异养扩增的普通小球藻CO_2固定与产油性能研究62-79
• 4.1 引言62-63
• 4.2 材料、仪器与方法63-68
• 4.2.1 材料63
• 4.2.2 仪器与设备63-64
• 4.2.3 第一阶段微藻培养64-66
• 4.2.4 第二阶段微藻培养66
• 4.2.5 指标测定方法66-67
• 4.2.6 油脂产量(Q)计算方法67
• 4.2.7 油脂产率(LP)计算方法67
• 4.2.8 微藻固碳速率(FD)计算67
• 4.2.9 数据统计分析67-68
• 4.3 结果与讨论68-77
• 4.3.1 两阶段培养期间的微藻生长曲线68-69
• 4.3.2 两个处理组在培养期间的pH值变化69-70
• 4.3.3 两个处理组在培养期间的营养盐和TOC变化70-72
• 4.3.4 两个处理组在培养期间的藻生物量和固碳速率72-74
• 4.3.5 两个处理组在培养结束时的微藻油脂含量、油脂产率和脂肪酸组成74-77
• 4.4 本章小结77-79
• 5 结论与建议79-81
• 5.1 主要结论79-80
• 5.2 创新点80
• 5.3 后续研究计划80-81
• 参考文献81-91
• 致谢91-92
• 个人简巧92
• 发表的学术论文92

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