發(fā)布時(shí)間：2020-06-03 06:20

【摘要】：利用微藻捕集燃煤電廠煙氣CO2轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)實(shí)現(xiàn)綜合利用多聯(lián)產(chǎn),不僅有效減排溫室氣體CO2,而且能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益。本文采用γ射線核輻射誘變和燃煤煙氣CO2梯度馴化方法篩選出優(yōu)良的雨生紅球藻株,通過高碳誘導(dǎo)和優(yōu)化調(diào)控同時(shí)提高了微藻生長固碳速率和蝦青素含量,探討了固碳生物質(zhì)多聯(lián)產(chǎn)生物柴油和蝦青素的可行性。采用60Co-γ射線核誘變和高濃度CO2梯度馴化方法顯著提高了雨生紅球藻的生長固碳速率和蝦青素含量。核誘變后藻株的生長速率較野生藻株提高了28.6%;蝦青素和油脂含量分別由19.5 mg/L和36.1%提高至46.0 mg/L和45.9%。模擬煙氣15%CO2馴化后的核誘變?cè)逯晟L速率提高至0.13 g/L/d,是馴化前藻株的2.3倍;馴化后核誘變?cè)逯晡r青素含量由空氣條件下的15mg/L提高至87.4 mg/L,生物質(zhì)干重中蝦青素含量提高了 50%�；趩渭�(xì)胞拉曼原位光譜分析了雨生紅球藻油脂和蝦青素積累動(dòng)力學(xué),在15%CO2條件下,藻細(xì)胞內(nèi)油脂和蝦青素積累成正相關(guān),油脂先于蝦青素合成,并且油脂比蝦青素的合成速率更高。利用高通量轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析了核誘變和高碳脅迫后的雨生紅球藻基因表達(dá),首次從分子水平上揭示了模擬煙氣15%C02促進(jìn)生長固碳和蝦青素積累的作用機(jī)理。15%C02誘導(dǎo)下雨生紅球藻代謝通路中的碳固定、糖酵解、丙酮酸代謝、脂肪酸和類胡蘿卜素合成途徑比空氣條件下明顯增強(qiáng)。(1)碳代謝調(diào)控:PSⅡ光系統(tǒng)中D1蛋白的基因表達(dá)上調(diào)到18.5倍,從而促進(jìn)光反應(yīng)電子傳遞提高了光合作用效率。在C3固碳途徑中,果糖二磷酸醛縮酶表達(dá)量上調(diào)到19.0倍,促進(jìn)了光合作用卡爾文循環(huán);C4固碳途徑中,丙酮酸磷酸雙激酶表達(dá)量上調(diào)到2.7倍,作為CO2原初受體的磷酸烯醇丙酮酸合成量增加,從而提高了微藻C02固定效率。丙酮酸激酶表達(dá)量上調(diào)到3.5倍,促進(jìn)了細(xì)胞內(nèi)有機(jī)碳通過丙酮酸代謝途徑向脂肪和類胡蘿卜素等代謝產(chǎn)物的再分配過程。(2)蝦青素和油脂代謝調(diào)控:乙酰輔酶A合成酶和羧化酶表達(dá)量分別上調(diào)到2.9和3.6倍,提高了脂肪酸合成效率。β-酮�；�-ACP縮合酶Ⅲ的表達(dá)量上調(diào)到3.1倍,提高了脂肪鏈延長反應(yīng)效率。八氫番茄紅素合成酶、番茄紅素β-環(huán)化酶和β-胡蘿卜素羥化酶表達(dá)量分別上調(diào)到10.4、5.8和18.4倍,促進(jìn)了蝦青素的合成。利用雨生紅球藻濕藻生物質(zhì)中的油脂,通過先酯交換后萃取方法制備生物柴油。實(shí)驗(yàn)表明,蝦青素使酯交換反應(yīng)效率提高了 43%,有利于降低生物柴油的結(jié)晶溫度(低至-7.0℃)。雨生紅球藻油脂轉(zhuǎn)化得到的生物柴油中飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸含量為63.6%,具有與石化柴油相近的高位熱值41 MJ/kg。針對(duì)雨生紅球藻生長固定CO2富集蝦青素建立了產(chǎn)業(yè)化示范工程,通過控制藻液pH值或CO2曝氣濃度進(jìn)行了工業(yè)性優(yōu)化調(diào)控實(shí)驗(yàn)。雨生紅球藻在板式反應(yīng)器中綠色生長階段的CO2利用效率可達(dá)77%,在水平管式反應(yīng)器中紅色積累蝦青素階段的CO2利用效率可達(dá)65～100%,高碳誘導(dǎo)條件下最終收獲的雨生紅球藻粉中蝦青素和油脂含量分別達(dá)到3.6%和31.8%。
【圖文】：

展和創(chuàng)新提出了更高要求。逡逑２０１６年，我國的年Ｃ0２排放量達(dá)９１．２億噸，，占全球Ｃ０２排放總量的２７％［１，２］逡逑（圖１．１），其中，來自于煤電的Ｃ０２排放量不容小壏。２０１５年，我國煤電Ｃ０２逡逑排放強(qiáng)度平均為８９０邋ｇ／（ｋＷ，ｈ），而“十三五”控制溫室氣體排放工作方案明確提出逡逑大型發(fā)電集團(tuán)供電Ｃ０２排放量控制在５５０ｇ／（ｋＷ＿ｈ），這對(duì)燃煤電站的碳排量控制逡逑提出了巨大的挑戰(zhàn)Ｗ。減排Ｃ０２首先要從源頭做起，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，合理控制煤逡逑炭消費(fèi)總量、加快石油天然氣開發(fā)力度，安全高效發(fā)展核電，大力開發(fā)風(fēng)電，推逡逑進(jìn)太陽能多元化利用，發(fā)展生物質(zhì)能源等。其次，大力開發(fā)低能耗、低成本的Ｃ０２逡逑捕集、利用與封存技術(shù)（Ｃ０２邋Ｃａｐｔｕｒｅ邋Ｓｔｏｒａｇｅ邋ａｎｄ邋Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，邋ＣＣＵＳ）。目前邋ｅｃｕｓ逡逑技術(shù)主要有物理化學(xué)吸收、海洋和地質(zhì)封存、生物捕集三種途徑。Ｃ0２吸收法中逡逑＇吸附材料通�？稍偕圆�

微藻油脂制備生物柴油的主要有效成分為甘油三酯和脂肪酸，其生物合成代逡逑謝主要包括三個(gè)過程：（１）脂肪酸在葉綠體中合成；（２）脂肪酸在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上形成逡逑甘油三酯；（３）油脂集聚在細(xì)胞質(zhì)的脂滴中［４７４９］。脂肪酸合成的第一步是乙酰輔逡逑酶Ａ催化ａｃｅｔｙｌ－ＣｏＡ轉(zhuǎn)化成ｍａｌｏｎｙｌ－ＣｏＡ，接著ｍａｌｏｎｙｌ－ＣｏＡ：ＡＣＰ轉(zhuǎn)酰酶催化逡逑ｍａｌｏｎｙｌ－ＣｏＡ邋和邋ａｃｅｔｙｌ－ＣｏＡ邋反應(yīng)生成邋ｍａｌｏｎｙｌ－ＡＣＰ，ＫＡＳＩＩＩ邋催化邋ａｃｅｔｙｌ－ＣｏＡ邋與逡逑ｍａｌｏｎｙｌ－ＡＣＰ的縮合反應(yīng)以啟動(dòng)脂肪酸的合成，通過縮合反應(yīng)憜基鏈延長直至形逡逑７逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X773;X173

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本文編號(hào)：2694429