海洋富油薇藻培养技术及油脂积累特性研究

论文摘要

随着社会经济的迅速发展，人类对化石能源的需求量日益增加，导致石油储量锐减，同时使得生态环境严重受损，如空气污染、温室效应以及海上溢油事故等。生物柴油因其来源广泛、燃烧性能高、对环境污染低以及可再生等优点而被认为是化石能源的理想替代品。由于海洋微藻具有油脂含量高、培养不占用耕地和淡水资源等优势，被认为是生产生物柴油的最佳原料。但是，如何通过规模化培养技术大量地获得微藻生物量以及有效地提高油脂产出是微藻生物柴油开发的关键。本文利用尼罗红作为染色剂建立了一种快速定量检测微藻油脂含量的方法，该方法可被用于优化微藻培养条件时油脂含量的测定；对四株海洋微藻进行了无菌化处理和异养化培育，其中一株小球藻Chlorella sp. CV的油脂含量从12.8%提高到了40.1%；作为异养化工程富油微藻对其进行了百升规模化异养培养技术研究，在优化条件下，其最高油脂产率为21.2mg·L-1·d-1。针对富油球等鞭金藻Isochrysis galbana CCMM5001，利用柱状光生物反应器研究了不同培养条件对其生长和总脂积累的影响。结果表明，低氮和低温利于油脂的积累，过低和过高的光照则不利于油脂的积累。该藻最适生长和总脂积累的氮浓度、光照强度以及温度分别为：1323μmol·L-1、148.0μmol·m-2·s-1、25℃和441μmol·L-1、92.5μmol·m-2·s-1、15℃，此外，通过采用两阶段培养法使其总脂含量和油脂产率都大幅提高，可分别高达63.3%和22mg·L-1·d-1。对球等鞭金藻Isochrysis galbana CCMM5001的油脂含量与其ACC基因的表达量的相关性进行了初步研究，结果表明，通入二氧化碳、氮匮乏以及低温等培养条件均会引起金藻ACC基因相对表达量的提高，而总脂含量也相应有不同程度的增加，这说明球等鞭金藻Isochrysis galbana CCMM5001的油脂积累与其ACC基因的表达量具有一定程度的相关性。本文从海洋微藻油脂测定方法、规模化培养技术、油脂积累条件以及油脂合成的基因基础等方面进行了研究，为海洋微藻生物柴油的开发利于提供了前期的实验基础和必要的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 微藻生物柴油研究现状
• 1.1.1 生物柴油的优势
• 1.1.2 微藻作为生物柴油原料的优势
• 1.1.3 微藻生物柴油研究现状
• 1.2 微藻培养方式对微藻油脂积累的影响
• 1.2.1 自养培养对微藻油脂积累的影响
• 1.2.1.1 营养成分对自养微藻油脂含量的影响
• 1.2.1.2 环境因素对自养微藻油脂含量的影响
• 1.2.2 异养培养对微藻生长及油脂积累的影响
• 1.2.2.1 微藻自身因素
• 1.2.2.2 生物因素
• 1.2.2.3 营养因素
• 1.2.2.4 环境因素
• 1.3 本文研究的目的及意义
• 参考文献
• 第二章 微藻总脂测定方法的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 微藻来源及其培养
• 2.2.2 仪器与试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 金藻的尼罗红染色
• 2.3.2 小球藻的尼罗红染色
• 2.3.3 单细胞荧光值和油脂含量关系的建立
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 微藻细胞尼罗红染色镜检结果
• 2.4.2 小球藻尼罗红染色的预处理结果
• 2.4.3 微藻单细胞荧光值-总脂含量线性关系
• 2.5 讨论
• 2.6 小结
• 参考文献
• 第三章 海洋微藻异养培养技术
• 3.1 海洋微藻无菌藻系的建立
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 实验材料
• 3.1.2.1 微藻来源及其培养
• 3.1.2.2 抗生素及其母液的配制
• 3.1.3 实验方法
• 3.1.3.1 微藻的无菌化处理
• 3.1.3.2 无菌检测
• 3.1.3.3 微藻生长特性的观察和生化组成的测定
• 3.1.3.4 数据统计
• 3.1.4 结果与分析
• 3.1.4.1 抗生素对四种海洋微藻生长的影响
• 3.1.4.2 抗生素对海洋微藻共生菌的抑制（杀灭）作用
• 3.1.4.3 无菌与带菌藻株生长特征的比较
• 3.1.4.4 无菌与带菌藻株生化组成的比较
• 3.1.5 讨论
• 3.1.5.1 微藻无菌化处理所用抗生素的选择
• 3.1.5.2 无菌与带菌藻株生长特点和生化成分的比较
• 3.1.6 小结
• 3.2 海洋微藻异养培养技术
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 实验材料
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 有机碳源的选择
• 3.2.3.2 异养培养正交试验
• 3.2.4 结果与分析
• 3.2.4.1 异养碳源和异养藻株实验结果分析
• 3.2.4.2 三角瓶正交试验结果分析
• 3.2.4.3 光生物反应器正交试验结果分析
• 3.2.5 讨论
• 3.2.6 小结
• 参考文献
• 第四章 金藻 Isochrysis galbana CCMM5001 自养培养
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料
• 4.2.1 微藻来源及其培养
• 4.2.2 仪器与试剂
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 不同培养条件下油脂动态积累的检测
• 4.3.2 油脂产率的计算与脂肪酸组成的分析
• 4.3.3 数据统计
• 4.4 结果与分析
• 4.4.1 不同培养条件下微藻生长曲线与总脂动态积累
• 4.4.2 微藻培养条件的优化与结果检测
• 4.5 讨论
• 4.6 小结
• 参考文献
• 第五章 金藻 Isochrysis galbana CCMM5001 油脂积累与乙酰辅酶 A 羧化酶 ACC 表达量的关系
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 金藻培养结果
• 5.3.2 金藻总脂积累与脂肪酸组成分析
• 5.3.3 金藻 ACC 基因的相对表达
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 在读期间发表论文
• 致谢