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生物技术通报 2017年第8期33卷 146-151页

作者：史飞飞陈通程蔚兰宋程飞季春丽李润植山西农业大学分子农业与生物能源研究所太谷030801

应用微藻固定烟道气CO2既可减排又能生产高值生物基产品,但是,烟道气高浓度CO2和氮硫氧化物导致培养液过度酸化、抑制微藻生长。通过建立微藻抗性驯化简易方法,以期提高微藻耐酸性和在低p H条件下的起始生长速率。经过酸驯化和紫外诱导... 详细信息

应用微藻固定烟道气CO2既可减排又能生产高值生物基产品,但是,烟道气高浓度CO2和氮硫氧化物导致培养液过度酸化、抑制微藻生长。通过建立微藻抗性驯化简易方法,以期提高微藻耐酸性和在低p H条件下的起始生长速率。经过酸驯化和紫外诱导叠加处理后的栅藻(Scenedesmus),在酸性环境下生长初期的平均生长速率达到0.253 g/(d·L),明显高于单因子处理的p H4.5酸驯化(0.132 g/(d·L))和紫外诱导5 min(0.092 g/(d·L))的生长速率。经过驯化处理的种子藻在p H3的酸性环境中可以正常生长,而未驯化微藻生长近乎停滞。经过驯化处理的种子藻接入低p H培养基后起始生长速率比未驯化微藻提高6.6倍。酸驯化和紫外诱导处理显著提高了栅藻对低p H环境的耐受性。

关键词：栅藻烟道气酸驯化生物减排

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高效固定烟道气CO2微藻的筛选及耐酸性研究

高效固定烟道气CO2微藻的筛选及耐酸性研究

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作者：史飞飞山西农业大学

学位级别：硕士

二氧化碳(CO2)减排及资源利用已构成全球工农业生产亟待解决的重大议题。基于光合作用的生物固碳是自然界实现碳循环的关键因素。与农作物相比,单细胞光自养的微藻生长繁殖快、固碳效率高,可规模化应用于固定煤基烟道气CO2,并转化为高... 详细信息

二氧化碳(CO2)减排及资源利用已构成全球工农业生产亟待解决的重大议题。基于光合作用的生物固碳是自然界实现碳循环的关键因素。与农作物相比,单细胞光自养的微藻生长繁殖快、固碳效率高,可规模化应用于固定煤基烟道气CO2,并转化为高附加值生物质产品。然而,烟道气不仅含有高浓度的CO2,亦含有大量的硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx),这些化学物质直接导入微藻培养基会造成培养液的急剧酸化,进而严重抑制微藻的生长。因此,用于固定烟道气CO2的微藻必须具有高耐酸性和耐高浓度CO2的能力。为此,本研究应用优化的模拟烟道气测试体系,对常用的数种经济微藻的耐酸性和耐CO2水平进行评估,筛选可用于固定烟道气CO2的微藻株系。同时,鉴定影响微藻耐酸性的主要因子和建立基于抗性驯化的提高微藻耐酸性的简易有效方法。主要研究结果如下:1、烟道气在溶液中的吸收动力学分析显示,持续通入模拟烟道气(15%CO2、150 ppm NO、300 ppm SO2和一定体积的N2)的微藻培养溶液pH在第二天末急剧下降到3以下,其后稳定在2.5-3之间。2、筛选获得一株高耐酸性和耐高浓度CO2的工业微藻藻株。分别在10%CO2、20%CO2和不同初始pH条件下对常用的经济微藻包括小球藻(Chlorella)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、微拟球藻(Nannochloropsis oceanica)和萊菌衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)6株藻进行耐酸性和耐CO2能力测试,评定结果表明斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)的生长速率最快,耐酸性和耐高浓度CO2的能力最强,是可用于固定烟道气CO2的优良工业微藻株系。以该斜生栅藻作为测试藻株,建立了优化的基于模拟烟道气检测微藻耐逆性和生长、生产特性的测试体系。3、建立了微藻抗性驯化简易方法,可显著提高栅藻(Scenedesmus obliquus)耐酸性和在低pH条件下的起始生长速率。经过酸驯化和紫外诱导叠加处理后的栅藻,在酸性环境下生长初期的平均生长速率达到0.253 g/d/L,明显高于单因子处理的pH 4.5酸驯化(0.132 g/d/L)和紫外诱导5 min(0.092 g/d/L)的生长速率。经过驯化处理的种子藻在pH3的酸性环境中可以正常生长,而未驯化微藻生长近乎停滞。经过驯化处理的种子藻接入低pH培养基后起始生长速率比未驯化微藻提高6.6倍。酸驯化和紫外诱导处理显著提高了栅藻对低pH环境的耐受性。4、在酸性培养液中,添加赤霉素促进栅藻生长和提高其耐酸性,主要机制是恢复培养液pH到正常值(8-9)。在培养液初始pH 3.0条件下,0-20 mg/L 赤霉素可促进栅藻的生长,并能将培养液pH值调整到正常值8-9之间,其中10mg/L赤霉素促进栅藻的生长最明显。在培养液初始pH2.5(烟道气通入时的pH)条件下,添加10mg/L赤霉素的栅藻经历4天适应期后恢复快速生长,在第10天时生物量(干重)达到0.45 g/L。本研究基于建立优化的模拟烟道气测试体系,鉴定获得可用于固定烟道气CO2的优良栅藻株系,以及建立提高微藻耐酸性的抗性驯化和赤霉素调控技术,从源头上为耐酸性和耐高浓度CO2微藻的培育和构建应用微藻直接固定转化烟道气CO2工艺体系提供了新知识和新策略,有助于生物固碳和CO2资源化高值利用产业的发展。

关键词：斜生栅藻烟道气耐酸性酸驯化紫外诱导赤霉素

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