异抗坏血酸钠对自养、异养和兼养条件下微藻生长产油的影响
通过微藻将CO2生物固定与生物柴油生产相耦合，是一种非常有希望的CO2减排策略。一个限制因素是培养介质中积累的高浓度O2(DO)对许多微藻光合作用的抑制作用。传统除氧方式一般是在培养装置内设置除气器或向培养基中大量鼓气，但是存在高耗、污染风险大、低效（因O2由液相向气相的传质效率不高）等缺点。因此开发用于微藻生物质生产的新型除氧方法十分必要。除了光自养生长外，微藻还存在异养、兼养（混养）等代谢形式，其主要优点是藻细胞密度和产量高。异养生长的培养基与光自养相似，只是需要加入有机碳。而在兼养生长中，CO2和有机碳被同步同化，即有氧呼吸和光合代谢同时进行。 异抗坏血酸钠（简称异VC钠）是一种新型食品抗氧化剂。目前尚未见到异VC钠应用于微藻培养体系除氧的报道。同时，异VC钠能否作为异养、兼养的有机碳源从而促进微藻生长尚未可知。本研究首先探讨了异VC钠在3种微藻（普通小球藻、淡水微绿球藻、盐生杜氏藻）的光自养体系中的除氧效果;随后，在开放培养体系中分别投加异VC钠和常见有机碳源葡萄糖，根据普通小球藻在培养期间的生物学和化学指标，分析异VC钠用于微藻光异养生长的优势及原因;而后，评价了光异养培养结束时的上清液用于普通小球藻再培养的可行性;最后，对普通小球藻进行两阶段培养（第一阶段为通空气并投加异VC钠的光异养，持续9d;第二阶段为通入10％ CO2的兼养，持续11d），根据微藻的生长、固碳、油脂产率和脂肪酸组成，确定在异VC钠体系中形成的高密度微藻能否显著提升后期的CO2固定速率以及微藻用于生物柴油生产的潜力。所得到主要结论如下: (1)投加异VC钠能够迅速去除微藻光合作用释放的O2，但是除氧效果因藻种和剂量而异。对于普通小球藻、淡水微绿球藻的培养体系，异VC钠最适剂量分别为1G(1.5744 g/200 ml)与0.5G(1.8550 g/200 ml)，可将藻液DO控制在适当的低水平条件并显著促进微藻生长，培养结束时生物量分别达到1.94g·L-1和1.70 g·L-1，是各自对照组的5.88倍与3.15倍。高剂量异VC钠虽将培养期间的DO始终控制在很低水平（小于1或2 mg·L-1），但是并不适合微藻生长。异VC钠对盐生杜氏藻生长具有强烈抑制效应，不适于作为该微藻培养体系的除氧剂。 (2)在接种普通小球藻并提供光照的开放培养体系中，分别加入等碳量的异VC钠(3.1488 g/400 ml)和葡萄糖(2.8640 g/400 ml)，后者将培养期间的藻液DO降至2 mg·L-1以下，使光合作用受抑，微藻只能进行光异养生长;相反，异VC钠在控制体系DO处于适宜低水平而促进微藻光自养生长的同时，其氧化产物还可作为光异养生长的有机碳源。相应的，藻生物量(1.16 g·L-1)达到对照组（不加有机碳源）的8.84倍，也比葡萄糖处理组提高20.6％。因此，开放体系中异VC钠对普通小球藻生长的促进作用优于传统有机碳源葡萄糖。 (3)在上述投加有机碳源的培养体系中，培养结束时藻液中NO3--N低于5mg·L-1，引起微藻生长停滞。但是，将藻液离心过滤后的上清液按一定体积比(1∶1或1∶3)与新鲜培养基混合后，氮源得以补充，因此能继续用于普通小球藻培养。这对于降低微藻培养成本具有重要意义。 (4)与持续20d通入10％ CO2的全自养体系相比，以异VC钠为有机碳源对普通小球藻进行光异养培养9d后，再通入10％ CO2，微藻将转为以自养为主的兼养生长，平均固碳速率(306 mg·L-1·d-1)为同期光自养生长的5.46倍，表明在光异养方式下生成的高密度微藻可用于CO2高效固定。培养结束时，光密度、藻生物量、油脂产率分别为全自养体系的2.12倍、2.62倍和2.2倍。藻生物质中短链脂肪酸、多不饱和脂肪酸、C16～C18脂肪酸的含量均较高，也使其在生物柴油方面具有更好的应用潜力。
微藻;生物柴油;异抗坏血酸钠
中国海洋大学
硕士
环境工程
孟范平
2015
中文
Q949.212
91
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）