论文摘要
微藻是人类获取食品、药物、精细化学品和能源的重要来源,微藻细胞的高效培养是微藻资源开发利用的关键环节。目前微藻主要采用光自养的培养方式,光强是影响微藻光合作用和培养效率的主要因素。在光自养培养中研究光能的供应和传递对微藻生长的影响是实现微藻高效培养的重要课题。以蓝藻和绿藻为研究对象,研究了聚球藻7942、集胞藻6803和普通小球藻培养中的光衰减现象,推导出一个比较通用的藻细胞培养的光衰减系数指数模型,即: A（ X ） = KamX + CX exp（-εX）。结果表明,不同种类的藻细胞Kam、C和ε值具有很大的不同,即使同种藻类细胞,在不同的培养条件下也具有很大的变化。但每种藻类的Kam + C（即Ka0）值却相对稳定,说明Ka0有可能是藻细胞种类的特征参数。同属于蓝藻门的聚球藻7942和集胞藻6803的总体A（X）要大于属于绿藻门的普通小球藻的A（X）。建立了光生物反应器表面光强分布模型,结果表明随着外置环形灯管数目的增加,光生物反应器表面光强分布越趋于均匀。当外置灯管达到8根时,光生物反应器表面光强保持在3.5 mW/cm2左右,均匀度为95%,在此范围内光生物反应器表面可看成一个均匀的发光面。利用E G Evers的光分布模型描述了入射光强为4500 lx下集胞藻6803培养过程中光生物反应器的光分布特征,随着培养时间的增加,细胞浓度越来越高,光生物反应器中光区体积越来越小,暗区体积越来越大;培养6 d,光生物反应器中“暗区”体积超过总体积的80%,此时细胞比生长速率仅为0.0045 h-1。在集胞藻6803的光自养分批培养中,研究了入射光强在400～6500 lx范围内藻细胞的生长特性。在光饱和点内,随着入射光强的增加,藻细胞的比生长速率和线性生长速率不断增加。当入射光强为4500 lx时,线性生长速率和对数生长期比生长速率分别达到0.0115 g/（L·h）和0.0495 h-1,继续增加光强藻细胞的生长速率反而下降;利用Pirt的消耗动力学模型计算了不同入射光强下的最大光能生长得率Ymax,发现Ymax随着入射光强的增加而减小,在400 lx下的光能生长得率系数最大为0.0517 g/KJ;同时计算了入射光强在400～5600 lx范围内的生物能量得率,在400 lx下最高达到19.59%,而在5600 lx仅为4.99%。