生物能源微藻的快速筛选及大规模培养

论文摘要

本研究中，我们构建了一套用于生物能源微藻从微规模快速筛选，到中试级别大规模培养的研究方法体系。首先，我们构建了96孔板转盘系统（M96SS）用于生物能源藻种的快速筛选，该系统用于藻种筛选与传统的摇瓶筛选体系相比有很好的一致性，同时该系统培养过程中在实现样品混合的同时最大程度避免了微孔样品的蒸发，这些现有藻种微培养筛选手段无法同时具备的优点在M96SS中得以验证并实现。接下来，M96SS被用于对实验室现有藻种同时进行多条件培养，考察它们用于生物能源的潜力，小球藻（Chlorella sp. SJTU-3）在人工培养基中有较高产量（1.229g L–1），以及在污水中良好的生长，且能耐受20%CO2，被用作进一步放大培养的研究。通过在小型柱状气升式反应器（500mL）中的研究发现，光照是影响该藻在反应器中生物量浓度提升的主要限制因素。最后，结合对小球藻（Chlorella sp. SJTU-3）在管道反应器（160L规模）预培养中的数据，我们选定了在9000lux双侧光照，10%CO2条件下对该藻进行中试培养的条件优化，7天培养最高生物量可达1.05g L-1，与预培养相比提高了2.5倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微藻
• 1.1.1 微藻简介
• 1.1.2 微藻的商业应用
• 1.1.3 微藻生物能源
• 1.2 藻种筛选
• 1.2.1 藻种筛选的意义
• 1.2.2 传统的藻种筛选办法
• 1.2.3 现有的藻种微型培养技术
• 1.3 微藻的大规模培养
• 1.3.1 开放池培养体系
• 1.3.2 封闭式光生物反应器体系
• 1.4 研究的目的与意义
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究目的
• 1.4.3 研究内容
• 第二章 实验才料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 藻种与培养基
• 2.1.2 藻种微培养快速筛选装置
• 2.1.3 传统三角摇瓶藻种筛选实验装置
• 2.1.4 柱状气升式反应器
• 2.1.5 微藻中试规模管道反应器
• 2.1.6 整体实验流程图
• 2.1.7 二氧化碳输配系统
• 2.2 微藻的预培养及细胞生长测定
• 2.3 培养基中残余硝酸根的测定
• 2.4 培养基 pH 值得测定
• 第三章 生物能源微藻快速筛选体系的构建和验证
• 3.1 藻种微培养装置中样本平行性的验证
• 3.2 藻种微培养与传统摇瓶培养一致性的验证
• 3.2.1 细胞生长上的一致性
• 3.2.2 残余硝酸根和培养基 pH 值变化上的一致性
• 3.3 藻种微培养装置中样品混合与蒸发的考察
• 3.4 利用微藻快速筛选体系与摇瓶体系进行藻种筛选
• 3.5 小结
• 第四章 微藻大规模培养的研究
• 4.1 藻种的选择
• 4.2 小球藻在柱状气升式反应器中的培养
• 4.2.1 光强和二氧化碳浓度对小球藻（Chlorella sp. SJTU-3）生长的影响
• 4.2.2 pH 值与小球藻（Chlorella sp. SJTU-3）细胞生长之间的关系
• 4.3 小球藻在 160 L 管道光生物反应器中的培养
• 4.3.1 小球藻（Chlorella sp. SJTU-3）中试规模预培养
• 4.3.2 中试规模培养条件的优化
• 4.4 管道式光生物反应器的调试与安全生产
• 4.4.1 管道的清洗
• 4.4.2 管道的安全维护
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 5.2.1 藻种微培养快速筛选装置在线监控系统的构建
• 5.2.2 藻种驯化筛选的进一步研究
• 5.2.3 微藻中试培养中的数学建模及在线监测系统
• 参考文献
• 致谢
• 论文发表情况
• 附件