【摘要】：微藻生物質(zhì)能源與污水處理耦合技術(shù)在解決能源與環(huán)境危機方面具有潛力。微藻和細菌之間的關(guān)系決定了該體系的穩(wěn)定性與效率。從本質(zhì)上來說,藻-菌之間的相互作用取決于胞間通訊行為及其所引發(fā)的群體感應(yīng)作用。群體感應(yīng)信號分子(Quorum sensing molecules,QSMs)是胞間通訊的媒介。目前,關(guān)于細菌QSMs對微藻油脂產(chǎn)量的影響和機制尚未見報道。論文以藻-菌胞間通訊作用為切入點,探討了QSMs對單一微藻純培養(yǎng)和多藻共培養(yǎng)體系的油脂產(chǎn)量的影響,并闡明了相關(guān)機制。首先,研究了活性污泥中提取的QSMs對小球藻.純培養(yǎng)體系油脂產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明在QSMs刺激下,小球藻細胞內(nèi)的油脂含量在對數(shù)期和穩(wěn)定期分別比對空白(未添加QSMs)提高95%和84%,油脂含量提前2天達到了峰值。同時,在QSMs作用下,小球藻生物量降低了77%,最大比增長速率降低了53%。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn),在QSMs的刺激下小球藻油脂合成途徑的關(guān)鍵酶普遍上調(diào),如編碼乙酰輔酶A羧化酶和脂肪酸合成酶等在內(nèi)的14個酶的40個轉(zhuǎn)錄本表達上升了2-8倍。然而,小球藻細胞DNA復制的重要前體物質(zhì)5-磷酸核糖的合成明顯受阻,參與合成DNA復制過程的DNA聚合酶、DNA連接酶等重要酶的41條轉(zhuǎn)錄也顯著下調(diào)2-9倍。這種生長抑制現(xiàn)象在生長穩(wěn)定期得到解除。培養(yǎng)第4天時,QSMs實驗組的油脂產(chǎn)率和油脂產(chǎn)量分別提高88%和84%。其次,探討了典型QSMC_6-HSL,對小球藻和柵藻的共培養(yǎng)體系的影響。研究發(fā)現(xiàn),在400 nmol/L C_6-HSL刺激下,共培養(yǎng)體系中小球藻和柵藻的生長和線粒體活性則幾乎不受C_6-HSL的影響,最終使油脂產(chǎn)量和產(chǎn)率提高209%。而純培養(yǎng)體系小球藻和柵藻的生物量比對照組分別降低50%和35%�？寡趸阜治鼋Y(jié)果表明,共培養(yǎng)體系中的抗氧化酶含量沒有顯著變化,而純培養(yǎng)中,小球藻和柵藻在添加C_6-HSL后的4小時內(nèi)抗氧化酶含量上升55%-300%。同時,在C_6-HSL的影響下的純培養(yǎng)體系中的小球藻僅能形成4個成熟孢子,柵藻的細胞也開始膨大趨于圓形,而共培養(yǎng)體系中的藻細胞卻并未受到C_6-HSL的脅迫。因此,微藻共培養(yǎng)體系可顯著緩解QSMs對藻細胞生長的抑制作用,提高油脂產(chǎn)量。
【圖文】：

第 1 章緒論4而以自養(yǎng)的方式進行規(guī)�；囵B(yǎng)時往往需要很大的占地面積（圖1-2）。此外，光照強度過高也會影響光合電子傳遞鏈，對細胞內(nèi)的氧化還原狀態(tài)造成脅迫，進而抑制微藻的生長和油脂合成。圖1-2 大型戶外跑道池和開放塘微藻光生物反應(yīng)器Figure 1-2 The large outdoors raceway and open ponds microalgaephotobioreactor②細菌 在起初人們認為，由于細菌的生長速度遠高于微藻，因而會威脅微藻的優(yōu)勢生態(tài)地位。但隨后人們發(fā)現(xiàn)，細菌的適量生長會消耗微藻生產(chǎn)的氧氣或胞外多聚物，隨后產(chǎn)生促進微藻生長的物質(zhì)、分解微藻產(chǎn)生的自身抑制物、提供微量元素等，對微藻生長、油脂積累、脂肪酸種類和生長環(huán)境等方面都有促進的作用[24-26]。如de-Bashan等將Chlorella vulgaris和一種固氮菌Azospirillum brasilense共同培養(yǎng)，，發(fā)現(xiàn)Azospirillum brasilens可作為一種植物生長促進菌促進微藻的生長

因此，若利用富含營養(yǎng)成分的污水來培養(yǎng)微藻，不僅可以大幅度地降低微藻培養(yǎng)成本，還可以同時去除污水中的氮、磷，降解有機物和吸附重金屬，為污水處理提供了更具環(huán)境效益和社會效益的方法。1.1.3 微藻生物柴油生產(chǎn)與污水處理的耦合技術(shù)利用微藻去除污水中污染物的想法最早在1957年由Oswald和Gotass提出[31]，如圖 1-3 所示，微藻在生長過程中需要大量氮磷元素，因而在污水處理，尤其是氮磷的去除方面具有很大潛力。故以微藻為媒介實現(xiàn)污水深度處理和資源化利用，可實現(xiàn)微藻生物質(zhì)能源和高價值化學品的獲取。根據(jù)微藻生長和生物質(zhì)積累所需要的環(huán)境條件，適于培養(yǎng)微藻的污水類型需要具備 2 個特點：①包含適宜微藻生長所需的營養(yǎng)元素；②影響微藻生長的有毒有害物質(zhì)濃度低。目前，農(nóng)業(yè)污水[32]、市政污水[33]、部分工業(yè)污水[17, 34-36]等已被證明可運用于微藻培養(yǎng)。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703;X172

【參考文獻】

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