化石能源的使用造成了嚴重的環(huán)境污染和氣候變化問題,亟需尋求清潔、可再生的新型替代能源以減少對化石能源的依賴。生物柴油由于其零碳排放和環(huán)境友好性受到了廣泛關注。微藻的油脂產率遠高于普通油料作物,被認為是生產生物柴油最有前景的原料之一。然而,生長迅速、高油脂含量微藻藻株的缺乏以及高培養(yǎng)成本一直是制約微藻柴油技術規(guī)�；l(fā)展和應用的關鍵。暗發(fā)酵制氫會產生大量難以利用的小分子有機酸等副產物,這抑制了產氫過程且對環(huán)境存在潛在的危害性。小分子有機酸是生產微藻油脂的合適原料,將暗發(fā)酵制氫與微藻產油相結合,同時解決了原料短缺與產物抑制兩個限制問題,可提高底物的利用效率和系統的產能能力,對加快生物能源技術的產業(yè)化步伐有重要意義。通過高通量篩選技術從88株微藻藻株中篩選出一株高油脂含量藻株R-16,經形態(tài)學分析和分子生物學鑒定將其命名為柵藻R-16 (Scenedesmus sp. R-16)。同時研究了不同營養(yǎng)因子和生態(tài)因子下藻株R-16的細胞生長和油脂積累規(guī)律。研究表明：該藻株能利用多種碳源和氮源進行生長和油脂積累,其最適的碳源和氮源分別為葡萄糖和硝酸鈉。藻株R-16表現出了對葡萄糖濃度的高耐受性(100 g/L)和較寬的pH耐受范圍(4.0-11.0)。氮饑餓促進了微藻油脂的大量積累,最高油脂含量達52.6%。在適應期和穩(wěn)定生長期,油脂濃度的增長主要來自藻細胞的增加,而在穩(wěn)定期微藻主要進行油脂的積累。針對傳統油脂含量測定方法和尼羅紅熒光染色法的局限性,開發(fā)了超聲波技術和三維熒光光譜相結合快速檢測微藻油脂含量的新方法。對影響熒光染色的關鍵因素進行優(yōu)化,并建立了油脂濃度-熒光強度的關系曲線。研究表明：熒光強度與油脂濃度間有顯著的線性關系(R2=0.9957),與傳統的尼羅紅熒光染色法相比,這種方法能高效破損微藻的細胞壁并顯著改善染色效果。探討了在不同培養(yǎng)模式和金屬離子等條件下微藻的油脂合成調控和能量轉換規(guī)律�；祓B(yǎng)模式的生物量和油脂產率高于異養(yǎng)模式、厭氧模式和自養(yǎng)模式,但混養(yǎng)模式消耗了大量光能,在異養(yǎng)模式中獲得了最高的能源轉化效率。Fe3+、Mg2+和Ca2+對微藻的細胞生長和油脂產量有重要影響,向培養(yǎng)基中添加乙二胺四乙酸(EDTA)能增強鐵離子和鈣離子的溶解性,使其更易被微藻利用,進而促進了油脂的積累。與未添加EDTA的對照組相比,油脂含量和油脂產率分別提高了28.2%和29.7%。構建了暗發(fā)酵細菌和微藻耦合產能工藝體系。以葡萄糖和不同類型的淀粉為底物,哈爾濱產乙醇桿菌B49 (Ethanoligenens harbinense B49)和混合菌種分別被用于暗發(fā)酵階段來生產氫氣,暗發(fā)酵廢液中的末端代謝產物主要是乙酸和丁酸／乙醇,這些產物被柵藻R-16進一步用于生長和油脂積累。在混合菌種和微藻一步法產能體系中,混合比例、淀粉濃度和初始pH對產氫和油脂積累有重要作用,一步法體系可消耗多數制氫過程產生的代謝產物。與暗發(fā)酵制氫相比,耦合體系可顯著提高系統的能源轉化效率。此外,對暗發(fā)酵制氫和一步法體系的群落結構進行了分析。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TE667;TQ920.6
【部分圖文】：

別可供開采５２．５年、５４．１年和１１０年。雖然中國是世界上最大的能源生產國，能??源的供應量占到全世界的１９．１％，但中國同時也是全球最大的能源消費國和凈進??口國，占世界能源消費量的巧％，能源消費凈増長的６１％。如圖１－１所示Ｐ３，中??國僅煤炭的產量能基本滿足消耗所需，每年需從國外進口大量的石油和天然氣，??且進口量逐年遞增。與巨大的能源需求相比，中國的化石燃料儲量有限，石油、??天然氣和煤炭的儲量占世界總儲量的比例分別為１．１％、１．８％和１２．８％。若不進行??化石燃料進口，本國石油、天然氣和煤炭的儲量僅分別可供使用１１．９年、巧．７年??和３０年。能源供給的相對不足嚴重影響著經濟的可持續(xù)發(fā)展，如何解決能源緊缺??問題是一個重大課題。??化石燃料的使用還會帶來嚴重的環(huán)境污染問題。一方面，化石燃料的轉化過??程中會產生大量的環(huán)境污染物，帶來溫室效應等全球性的環(huán)境和生態(tài)問題，另一??方面，Ｗ化石燃料為原料生產的化學制品大多難Ｗ降解，其使用后的殘留物也會??成為威脅環(huán)境的公害。這些問題已成為制約社會經濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素

法篩選??微藻巧在瓊脂培養(yǎng)基上生長良好，顏色為綠色。微適于進行生物柴油生產的一個重要指標。有機溶劑８００?Ｉ???Ｉ??６００?－???］???■?＇?Ｉ??２００?－?，?孔而６?？?ｒ而Ａ而ｓｆｉ??■?Ｕｆ?ｍ?Ｉ?ｉｆ?Ｔｙ??Ｊｌｌｌｌｉｌｌｌｌｌｉｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｉｉｌｌｌｉ??０?２０?４０?６０?８０??

?綠色后接種于新的培養(yǎng)基中，反復富集４次￣５次后采用平板分離法分離３次￣５??次。圖３－１為藻株的分離、純化過程。光學顯微鏡下微藻細胞形態(tài)一致時即為純??藻株，分離獲得了微藻藻株共８８株，命名為Ｒ－ｎ（ｎ－藻株分離編號）。??凹３－１微藻的分離篩選??Ｆｉｇ．３－１?Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ??３．２．２巧光染色法篩選??所有的８８株微藻巧在瓊脂培養(yǎng)基上生長良好，顏色為綠色。微藻的油脂含量??是評價藻株是否適于進行生物柴油生產的一個重要指標。有機溶劑提取法是測定??８００?Ｉ???Ｉ??６００?－??？?］??ｉ?■?＇?Ｉ??２００?－?，?孔而６?？?ｒ而Ａ而ｓｆｉ??■?Ｕｆ?ｍ?Ｉ?ｉｆ?Ｔｙ??Ｊ
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本文編號：2867772