本文關鍵詞：異抗壞血酸鈉對自養(yǎng)、異養(yǎng)和兼養(yǎng)條件下微藻生長產(chǎn)油的影響

  更多相關文章： 微藻 異抗壞血酸鈉 除氧 光異養(yǎng) 油脂產(chǎn)率 生物量

【摘要】：通過微藻將CO2生物固定與生物柴油生產(chǎn)相耦合,是一種非常有希望的CO2減排策略。一個限制因素是培養(yǎng)介質中積累的高濃度O2(DO)對許多微藻光合作用的抑制作用。傳統(tǒng)除氧方式一般是在培養(yǎng)裝置內設置除氣器或向培養(yǎng)基中大量鼓氣,但是存在高耗、污染風險大、低效(因O2由液相向氣相的傳質效率不高)等缺點。因此開發(fā)用于微藻生物質生產(chǎn)的新型除氧方法十分必要。除了光自養(yǎng)生長外,微藻還存在異養(yǎng)、兼養(yǎng)(混養(yǎng))等代謝形式,其主要優(yōu)點是藻細胞密度和產(chǎn)量高。異養(yǎng)生長的培養(yǎng)基與光自養(yǎng)相似,只是需要加入有機碳。而在兼養(yǎng)生長中,CO2和有機碳被同步同化,即有氧呼吸和光合代謝同時進行。異抗壞血酸鈉(簡稱異VC鈉)是一種新型食品抗氧化劑。目前尚未見到異VC鈉應用于微藻培養(yǎng)體系除氧的報道。同時,異VC鈉能否作為異養(yǎng)、兼養(yǎng)的有機碳源從而促進微藻生長尚未可知。本研究首先探討了異VC鈉在3種微藻(普通小球藻、淡水微綠球藻、鹽生杜氏藻)的光自養(yǎng)體系中的除氧效果；隨后,在開放培養(yǎng)體系中分別投加異VC鈉和常見有機碳源葡萄糖,根據(jù)普通小球藻在培養(yǎng)期間的生物學和化學指標,分析異VC鈉用于微藻光異養(yǎng)生長的優(yōu)勢及原因：而后,評價了光異養(yǎng)培養(yǎng)結束時的上清液用于普通小球藻再培養(yǎng)的可行性；最后,對普通小球藻進行兩階段培養(yǎng)(第一階段為通空氣并投加異VC鈉的光異養(yǎng),持續(xù)9d;第二階段為通入10% CO2的兼養(yǎng),持續(xù)11d),根據(jù)微藻的生長、固碳、油脂產(chǎn)率和脂肪酸組成,確定在異VC鈉體系中形成的高密度微藻能否顯著提升后期的CO2固定速率以及微藻用于生物柴油生產(chǎn)的潛力。所得到主要結論如下：(1)投加異VC鈉能夠迅速去除微藻光合作用釋放的O2,但是除氧效果因藻種和劑量而異。對于普通小球藻、淡水微綠球藻的培養(yǎng)體系,異VC鈉最適劑量分別為1G(1.5744 g/200 ml)與0.5G(1.8550 g/200 ml),可將藻液DO控制在適當?shù)牡退綏l件并顯著促進微藻生長,培養(yǎng)結束時生物量分別達到1.94g·L-1和1.70 g·L-1,是各自對照組的5.88倍與3.15倍。高劑量異VC鈉雖將培養(yǎng)期間的DO始終控制在很低水平(小于1或2 mg·L-1),但是并不適合微藻生長。異VC鈉對鹽生杜氏藻生長具有強烈抑制效應,不適于作為該微藻培養(yǎng)體系的除氧劑。(2)在接種普通小球藻并提供光照的開放培養(yǎng)體系中,分別加入等碳量的異VC鈉(3.1488 g/400 m1)和葡萄糖(2.8640 g/400 ml),后者將培養(yǎng)期間的藻液DO降至2 mg·L-1以下,使光合作用受抑,微藻只能進行光異養(yǎng)生長；相反,異VC鈉在控制體系DO處于適宜低水平而促進微藻光自養(yǎng)生長的同時,其氧化產(chǎn)物還可作為光異養(yǎng)生長的有機碳源。相應的,藻生物量(1.16 g·L-1)達到對照組(不加有機碳源)的8.84倍,也比葡萄糖處理組提高20.6%。因此,開放體系中異VC鈉對普通小球藻生長的促進作用優(yōu)于傳統(tǒng)有機碳源葡萄糖。(3)在上述投加有機碳源的培養(yǎng)體系中,培養(yǎng)結束時藻液中N03--N低于5mg·L-1,引起微藻生長停滯。但是,將藻液離心過濾后的上清液按一定體積比(1：1或1：3)與新鮮培養(yǎng)基混合后,氮源得以補充,因此能繼續(xù)用于普通小球藻培養(yǎng)。這對于降低微藻培養(yǎng)成本具有重要意義。(4)與持續(xù)20d通入10%CO2的全自養(yǎng)體系相比,以異VC鈉為有機碳源對普通小球藻進行光異養(yǎng)培養(yǎng)9d后,再通入10% CO2,微藻將轉為以自養(yǎng)為主的兼養(yǎng)生長,平均固碳速率(306 mg-L-1·d-1)為同期光自養(yǎng)生長的5.46倍,表明在光異養(yǎng)方式下生成的高密度微藻可用于C02高效固定。培養(yǎng)結束時,光密度、藻生物量、油脂產(chǎn)率分別為全自養(yǎng)體系的2.12倍、2.62倍和2.2倍。藻生物質中短鏈脂肪酸、多不飽和脂肪酸、C16-C18脂肪酸的含量均較高,也使其在生物柴油方面具有更好的應用潛力。
【關鍵詞】：微藻 異抗壞血酸鈉 除氧 光異養(yǎng) 油脂產(chǎn)率 生物量
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE667
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論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 微藻光合固碳與油脂合成12-24
• 1.2.1 微藻光合固碳產(chǎn)油技術應用潛力巨大12-14
• 1.2.2 微藻固碳機制及影響因素14-20
• 1.2.3 微藻生物柴油20-24
• 1.3 微藻營養(yǎng)方式、特征及應用24-27
• 1.3.1 光合自養(yǎng)(Photoautotrophy)24-25
• 1.3.2 異養(yǎng)方式(Heterotrophy)25-26
• 1.3.3 兼養(yǎng)方式(Mixotrophy)26-27
• 1.4 光合放氧對微藻影響及控制對策研究現(xiàn)狀27-30
• 1.4.1 光合放氧對微藻固定CO_2和油脂含量的影響27-28
• 1.4.2 控制DO過高的對策28-30
• 1.5 科學問題的提出與本研究的目的及主要內容30-32
• 1.5.1 科學問題的提出與本研究的目的意義30-31
• 1.5.2 主要研究內容31-32
• 2 異VC鈉在微藻培養(yǎng)體系中的除氧效果及其與生長的關系32-47
• 2.1 引言32-33
• 2.2 材料、儀器與方法33-37
• 2.2.1 材料33-35
• 2.2.2 儀器與設備35
• 2.2.3 投加異VC鈉后的微藻培養(yǎng)35-37
• 2.2.4 指標測定37
• 2.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析37
• 2.3 結果37-43
• 2.3.1 投加異VC鈉后的微藻生長曲線37-40
• 2.3.2 異VC鈉投加對微藻培養(yǎng)體系中DO的影響40-42
• 2.3.3 異VC鈉投加對培養(yǎng)體系中藻生物量的影響42-43
• 2.4 討論43-46
• 2.4.1 異VC鈉在微藻培養(yǎng)期間的除氧效果43
• 2.4.2 異VC鈉除氧與微藻生長的關系43-45
• 2.4.3 異VC鈉可為淡水藻光異養(yǎng)生長提供有機碳源45-46
• 2.5 本章小結46-47
• 3 異VC鈉在普通小球藻異養(yǎng)培養(yǎng)中的作用47-62
• 3.1 引言47-48
• 3.2 材料、儀器與方法48-51
• 3.2.1 材料48-49
• 3.2.2 儀器與設備49
• 3.2.3 以異VC鈉、葡萄糖作為有機碳源的微藻異養(yǎng)培養(yǎng)方法49
• 3.2.4 異養(yǎng)培養(yǎng)后的上清液再用于微藻培養(yǎng)的方法49-50
• 3.2.5 生物學指標測定50
• 3.2.6 藻液化學指標測定50-51
• 3.2.7 營養(yǎng)鹽、TOC的利用率計算51
• 3.2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理51
• 3.3 結果51-57
• 3.3.1 兩種異養(yǎng)培養(yǎng)體系中的微藻生長曲線51-52
• 3.3.2 兩種異養(yǎng)培養(yǎng)體系中的DO和pH值52-53
• 3.3.3 兩種異養(yǎng)培養(yǎng)體系中的微藻光合色素含量53-54
• 3.3.4 兩種異養(yǎng)培養(yǎng)體系的藻生物量54
• 3.3.5 兩種異養(yǎng)培養(yǎng)體系中微藻對氮磷營養(yǎng)鹽、TOC的利用程度54-55
• 3.3.6 微藻在異養(yǎng)體系上清液與SE培養(yǎng)基混合液中的生長特征55-57
• 3.4 討論57-60
• 3.4.1 異VC鈉在微藻光異養(yǎng)生長中具有除氧和作為有機碳源雙重功能57-59
• 3.4.2 異養(yǎng)體系上清液中增補氮鹽后仍具有培養(yǎng)微藻的潛力59-60
• 3.5 本章小結60-62
• 4 對光異養(yǎng)擴增的普通小球藻CO_2固定與產(chǎn)油性能研究62-79
• 4.1 引言62-63
• 4.2 材料、儀器與方法63-68
• 4.2.1 材料63
• 4.2.2 儀器與設備63-64
• 4.2.3 第一階段微藻培養(yǎng)64-66
• 4.2.4 第二階段微藻培養(yǎng)66
• 4.2.5 指標測定方法66-67
• 4.2.6 油脂產(chǎn)量(Q)計算方法67
• 4.2.7 油脂產(chǎn)率(LP)計算方法67
• 4.2.8 微藻固碳速率(FD)計算67
• 4.2.9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析67-68
• 4.3 結果與討論68-77
• 4.3.1 兩階段培養(yǎng)期間的微藻生長曲線68-69
• 4.3.2 兩個處理組在培養(yǎng)期間的pH值變化69-70
• 4.3.3 兩個處理組在培養(yǎng)期間的營養(yǎng)鹽和TOC變化70-72
• 4.3.4 兩個處理組在培養(yǎng)期間的藻生物量和固碳速率72-74
• 4.3.5 兩個處理組在培養(yǎng)結束時的微藻油脂含量、油脂產(chǎn)率和脂肪酸組成74-77
• 4.4 本章小結77-79
• 5 結論與建議79-81
• 5.1 主要結論79-80
• 5.2 創(chuàng)新點80
• 5.3 后續(xù)研究計劃80-81
• 參考文獻81-91
• 致謝91-92
• 個人簡巧92
• 發(fā)表的學術論文92

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本文編號：721439