新月菱形藻的高密度培养

论文摘要

为解决新月菱形藻大规模培养过程中存在着培养密度低、容易污染和操作条件难控制等技术难题,本文从新月菱形藻培养基配方优化入手,对新月菱形藻在平板式光生物反应器中的生长特性进行了研究,并在流加和半连续培养模式下考察了不同培养方式下细胞生物量、胞内多糖和蛋白质含量的变化,获得了以下主要结果:1、利用正交实验的方法获得了新月菱形藻培养基中常量元素与微量元素的优化配方:NaNO3 300 mg/L、NaH2PO4 25 mg/L、NaHCO3 500 mg/L、Na2SiO3 100 mg/L、Mn2+0.80μmol·L-1、Cu2+0.08μmol·L-1、Zn2+0.10μmol·L-1、Mo6+0.02μmol·L-1、Co2+0.004μmol·L-1,并添加f/2维生素。与f/2配方相比,利用该配方细胞生物量的产量可提高约200%。2、在平板式光生物反应器中,对新月菱形藻的生长特性进行了考察。建立了新月菱形藻的光衰减模型,并推导了平板式光生物反应器平均光强公式。对光径为30 mm、50 mmm和100 mm平板式光生物反应器的Eavg/E进行比较发现,光径为30 mm的平板反应器具有较高的光利用率;30 mm平板反应器中收获的微藻生物量约为100mm平板反应器的3倍。3、为探讨更新率、更新周期与藻细胞的生长代谢及氮、磷营养盐的利用之间的关系,在平板式光生物反应器中对新月菱形藻进行了半连续培养。结果表明更新率与总采收量之间呈抛物线关系。当更新率为33%时,细胞的最大采收量达到了2.11×1012cell;当更新率为33%,更新周期为1d时,细胞的总采收量可进一步提高到3.12×1012cell。培养液中氮和磷的平均含量随更新率的增大而上升;随更新周期的延长而下降。当更新率为10%时,细胞内的蛋白质平均含量最高;当更新率为23%时,细胞内多糖的平均含量最大。综合考虑各生长指标,新月菱形藻光生物反应器半连续培养的适宜条件是更新率和更新周期分别为33%和1天。4应用流加培养技术对新月菱形藻分别进行了分批培养、恒速流加培养及变速流加培养。结果表明,流加方式对新月菱形藻的生长、细胞内蛋白质和多糖产量有显著影响。恒速流加培养10d的细胞密度、细胞内蛋白质和多糖的含量分别为1.901×107cell·mL-1,42.82 mg·L-1和95.68 mg·L-1,分别是分批培养的2.29倍、1.60倍和2.15倍。在变速流加培养中,当流加控制因子K=0.167时,细胞密度、细胞内蛋白质和多糖的含量分别是分批培养的4.83倍、6.23倍和6.12倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 微藻的分类与特点
• 1.2 微藻的生长与环境因子
• 1.2.1 光照
• 1.2.2 营养盐
• 1.2.3 温度
• 1.2.4 盐度
• 1.2.5 pH值
• 1.3 生物活性物质
• 1.3.1 高不饱和脂肪酸（PUFA）
• 1.3.2 多糖类和淄醇类
• 1.3.3 微藻色素
• 1.3.4 微藻燃料
• 1.4 微藻的培养
• 1.4.1 批式培养
• 1.4.2 半连续培养
• 1.4.3 连续培养
• 1.4.4 流加培养
• 1.5 光生物反应器
• 1.5.1 开放式光生物反应器
• 1.5.2 封闭式光生物反应器
• 1.6 新月菱形藻
• 1.6.1 新月菱形藻的生物学特征
• 1.6.2 生态条件
• 1.7 国内外研究状况
• 1.8 研究内容、意义及创新点
• 2 常量元素的正交优化
• 2.1 材料
• 2.1.1 藻种
• 2.1.2 培养基
• 2.2 方法
• 2.2.1 接种
• 2.2.2 单因子实验
• 2.2.3 正交实验
• 2.2.4 藻生物量的测定
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 单因子实验
• 2.3.2 正交优化实验
• 2.3.3 优化配方验证
• 2.4 小结
• 3 微量元素的正交优化
• 3.1 材料
• 3.2 方法
• 3.2.1 培养条件
• 3.2.2 藻生物量的测定
• 3.2.3 单因子实验
• 3.2.4 正交实验
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 单因子实验
• 3.3.2 正交优化实验
• 3.3.3 优化配方验证实验
• 3.4 小结
• 4 新月菱形藻的生长特性
• 4.1 材料
• 4.2 方法
• 4.2.1 培养条件
• 4.2.2 测量方法
• 4.3 结果
• 4.3.1 光强在海水、空白培养液中的“增益”现象
• 4.3.2 光在藻液中的衰减情况
• 4.3.3 新月菱形藻的光衰减模型
• 4.3.4 平板式光生物反应器平均光强的计算
• 4.3.5 不同光径反应器中新月菱形藻的生长特性
• 4.3.6 讨论
• 4.4 小结
• 5 新月菱形藻的光生物反应器半连续培养
• 5.1 材料
• 5.2 方法
• 5.2.1 培养方法
• 5.2.2 测定方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 更新率对新月菱形藻生长及代谢产物的影响
• 5.3.3 更新率对新月菱形藻采收量的影响
• 5.3.4 更新率与藻浓度、生长速率间的关系
• 5.3.5 更新周期对藻生长、代谢产物及采收量的影响
• 5.3.6 讨论
• 5.4 小结
• 6 新月菱形藻的光生物反应器流加培养
• 6.1 材料
• 6.2 方法
• 6.2.1 单因子实验
• 6.2.2 流加实验
• 6.2.3 生物量及生化组成的测定
• 6.2.4 数据分析
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 单因子实验
• 6.3.2 流加培养对新月菱形藻生长及代谢产物的影响
• 6.3.3 不同流加量对新月菱形藻生长及代谢产物的影响
• 6.3.4 讨论
• 6.4 小结
• 7 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 攻读学位期间发表的论文目录