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混养模式和营养条件优化对斜生四链藻生物量积累和脂质含量的影响

2024-05-28


创新点  


微藻被认为是最具有发展潜力的生物柴油原料,在高光合效率、生长速率和脂质积累速率等方面具有优势,能够减轻化石能源带来的环境污染问题。为了提高的生物量、脂质含量和高价值产物含量,本文对微藻的培育模式和营养条件进行了优化,同时结合了响应面法得到最佳营养条件,实现了微藻资源的高效利用和高价值产物的生产


通讯作者简介  


马湘蒙   讲师

广西大学马湘蒙讲师,硕士生导师,美国中佛罗里达大学环境工程博士和博士后。主要研究方向为藻类微生物在污水中的应用与资源化、饮用水工程、微型传感器开发等。以第一/通讯作者发表学术论文20余篇,主持国家自然科学基金一项,主持广西青年创新人才科研专项一项。

混养模式和营养条件优化对斜生四链藻生物量积累和脂质含量的影响


作者

李淑媛,赵丹,王灿梅,袁婷,马湘蒙*,魏群

单位

广西大学 资源环境与材料学院


基金项目

国家自然科学基金资助项目(52360008)

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    摘要    

微藻被认为是具有发展潜力的生物柴油原料,在光合效率、生长速率和脂质积累速率等方面具有优势,能够减轻化石能源带来的环境污染问题。为了提高微藻的生物量、脂质含量和高价值产物含量,需要优化其培养模式和营养条件。探究了在自养、混养和异养条件下培育斜生四链藻的最佳培养模式,并使用响应面法优化培育时的营养条件,以提高微藻的生物量和脂质含量。研究结果表明,混合营养培育是最适合斜生四链藻生长发育的培育模式。进入稳定期后,在混养24h的培养条件下,微藻的生物量和脂质含量分别是自养培养条件的3.82倍和2.49倍,而在混养8h∶16h组合中,对数生长期产生的蛋白质含量最高,达到了554.87mg·L-1。通过响应面法优化营养物质,在混养条件下,最佳参数设置为碳氮比为10,微量元素投加量为0.1mL,维生素投加量为1.0mL。实际测量的生物量和预测值分别为2.45g·L-1和2.43g·L-1。优化混养模式和营养条件可以提高微藻的生物量和利用效率 

 研究背景 

微藻是一种光合自养微生物,能够利用光合作用吸收废水中的CO2和营养物质,并将其转化为脂质、色素、脂肪酸、多糖和小分子代谢物等高价值产物,同时实现废水净化。微藻作为高附加值产物和生物燃料的潜在来源备受关注,其高价值产物的含量和生长特性很大程度上取决于培养条件。
微藻的主要培育模式包括光合自养、异养和混养营养培育,区别在于能源和碳源的利用方式。在光合自养条件下,微藻利用CO2作为能量和碳源进行同化。异养培育为微藻利用有机碳源和无机盐进行生长,以获得更高生物量、脂质或其他有价值的代谢产物。混合营养培育结合了上述2种营养模式的优势,同时利用CO2和有机碳,通过呼吸和光合作用途径提升生物量和生成代谢物。
藻类利用碳源作为营养物质进行有机物的合成和代谢产物的积累。在自养培养条件下,藻细胞主要吸收大气中的CO2作为碳源。在异养和混养条件下,藻类利用外加碳源进行生长和发育,从而显著提升生物量和油脂产量。氮是藻类生长必需的元素之一,是蛋白质和叶绿素等物质的重要组成部分,对藻类生长、繁殖等生理活动起着重要作用。碳氮比也是一个关键因素,影响增值组分的固碳效率、生物量的积累以及生产力。
微藻细胞的新陈代谢和生长需要大量营养素。微量元素磷、硫、铁等被认为是微藻培养基中有助于微藻持续生长的关键成分,缺乏这些微量元素会抑制光合作用过程。维生素是对生物体生命至关重要但不能由其自身合成的有机化合物,支持脂肪酸合成及其链延长,并促进碳水化合物、氨基酸和其他有价值产物的代谢。FAZELI等研究发现,添加维生素后,微藻细胞中脂质含量比对照实验高1.7倍。
要实现微藻的高效利用,研究其在不同模式下所需的营养元素尤为重要。然而,优化培育时的营养物质对微藻生长及脂质产率的影响研究鲜有报道。本研究选用斜生四链藻为研究对象,优选出最适合生物量积累和高价值产物积累的培育模式。通过响应面法优化影响微藻生长的营养物质投加量,提升微藻生物量积累和脂质产量,从而实现微藻资源的高效利用和高价值产物的生成。

 部分图表 

图1 不同培育模式对斜生四链藻生物量和细胞密度的影响

图2 不同培育模式下斜生四链藻的色素、蛋白质、碳水化合物和脂质含量的积累

图3 不同碳氮比、微量元素投加量、维生素投加量下斜生四链藻的生长情况


引文格式


李淑媛, 赵丹, 王灿梅, 袁婷, 马湘蒙, 魏群. 混养模式和营养条件优化对斜生四链藻生物量积累和脂质含量的影响[J/OL]. 能源环境保护: 1-11[2024-05-21]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240504.

LI Shuyuan, ZHAO Dan, WANG Canmei, YUAN Ting, MA Xiangmeng, WEl Qun. Effects of mixed cultivation mode and nutrient condition optimization on biomass accumulation and lipid content of Tetradesmus obliquus[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-11[2024-05-21]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240504.

  责任编辑:宫在芹
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