一種經濟高效的鈍頂螺旋藻的混養方法

2024-01-26 02:19:15

專利名稱：一種經濟高效的鈍頂螺旋藻的混養方法
技術領域：
本發明涉及一種經濟高效的鈍頂螺旋藻的混養方法，更具體的是研究了三種培養方式(光自養、混養、異養)以及光強對螺旋藻生長及固碳的影響，屬於微藻生物技術領域。
背景技術：
微藻的生長按照營養方式主要分為光自養、異養和混合培養。光自養過程嚴格受光照條件限制:當光照不足或過高時，不利於微藻生長和對CO2的固定；由於微藻自身遮蔽現象會導致培養後期微藻對光的可利用率低，從而嚴重抑制其光合生長。絕大多數微藻屬於光自養微生物，但研究表明有些微藻可以利用有機碳作為碳源進行異養生長，且生長過程與有機碳的種類和濃度密切相關，而有機碳的成本和有效利用率是微藻培養過程中的瓶頸。本發明所要解決的技術問題是對鈍頂螺旋藻的培養過程從有機碳種類、濃度和添加方式以及光照強度幾方面進行調控，以提高光強的有效利用率，促進螺旋藻的生長及固碳效率。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種經濟高效的鈍頂螺旋藻的混養方法，有效結合了異養和自養的培養方式，提高了該藻的固碳能力及生長效率。所 述高效培養鈍頂螺旋藻的混養方法，是在鈍頂螺旋藻生長過程中分階段控制光照強度並添加葡萄糖作為異養的碳源。所述鈍頂螺旋藻，購自中科院水生生物研究所淡水藻種庫，編號FACHB-901。所述混養條件，是將鈍頂螺旋藻置於含有800mL Zarrouk培養基的錐形L瓶中在光照培養箱中接收光照，添加初始濃度為1.0-2.0g/L的葡萄糖，分階段控制光照強度，並在培養24h後流加1.0- 2.0g/L的葡萄糖，在30°C下培養。所述混養方法中的自養部分採用的光照條件為:根據鈍頂螺旋藻的生長曲線，將該藻的生長劃分為4個階段(0-24、24-48、48-64及64-96h)，各個階段的光照強度分別控制為 2000、3000、5000 及 6000Lux。所述混養方法中的異養部分採用的培養基為:向Zarrouk培養基中添加初始濃度為1.0-2.0g/L的葡萄糖，並在培養24h後流加1.0-2.0g/L的葡萄糖，以確保培養液中葡萄糖的濃度小於2.0g/L。本發明確定了鈍頂螺旋藻的經濟高效的培養方式，相比單獨的自養、異養方式，既縮短了培養周期又提高了碳源的利用效率，在有限的條件下獲得既高又快的固碳效率，減少資源的浪費，所需儀器設備簡單，操作流程簡便快捷。


圖1有機碳種類和濃度對鈍頂螺旋藻生長的影響
圖2光強對鈍頂螺旋藻生長的影響圖3全過程所需的光強示意圖
具體實施例方式實施例1分別以光自養、異養及混養方式培養鈍頂螺旋藻將培養至對數期的鈍頂螺旋藻，進行批式培養條件下營養方式的優選，30.0±1°C下培養48h後測定鈍頂螺旋藻的生物量、葉綠素a含量、有機碳(TOC)和無機碳(IC)含量。光自養條件:光自養條件下，光強為3000Lux,光周期為16/8,在光照時間內以鼓泡形式通入濃度為10%的CO2，氣速為0.2vvm,通氣時間為30min/d，培養基為Zarrouk培養基。異養條件:向Zarrouk培養基中添加初始濃度為lg/L的葡萄糖,無光。混養條件:向Zarrouk培養基中添加初始濃度為lg/L的葡萄糖,光照和通氣條件同光自養條件。如表I所不，在自養條件下，最大生物量為1.847g/L ;異養條件下,最大生物量為
0.756g/L，這表明鈍頂螺旋藻能夠在無光條件下利用葡萄糖作為有機碳源；在混養條件下，最大生物量達到2.702g/L，遠高於自養和異養條件下各值。光自養條件下，鈍頂螺旋藻的比生長速率為0.512CT1 ;異養條件下，比生長速率僅為0.066CT1 ;在混養條件下比生長速率達峰值，是光自養條件下的1.37倍。分析混養條件下生物量和比生長速率均較高的原因，在此條件下光和葡萄糖兩者均是能量來源，而在光自養和異養條件下，只有光或者其中之一作為能量來源。表I鈍頂螺旋藻在自養、異養和混養條件下的生長
" ΓΓ "!~最大生物S比生長速率…,, 碳消耗率(mg/L/h)
呂喬乃式(g/t)μ( -1) f%*a(mg/g)^-
光自養
1.847卻,009b0.512 士 0,0012b14.134±0.112c-0.1903土 0.0i Oa8.423二 0.018b
屏養
0.756—0.012a0.066±0.008a10.312 士 0.012a1.137^0.05 Ib0.123^0.002a
混養 12.515鐵264_2.702=bQ,012c 0,7Q2±0,0Q2c 11.413 土 0.016b 7.305 士 0.22c c_為了進一步闡明混養和自養、異養之間的關係，對培養全過程的生長數據進行相
關性分析，分析結果如表2所示。由結果可知，培養時間在16h、24h、32h和48h時， 分別為2.173,2.177、1.851和1.596，遠大於1，可以得出結論，混合培養不是光自養和異養的生長的簡單疊加，兩者之間存在相互促進作用。表2鈍頂螺旋藻在光自養,異養和混合培養條件下的生長相關性分析培養時間XaXmXhXm
h(g/L)(g/L)(g/L)xa+χ//
Γ 0.2780.6430.0182.173
240.5641.3060.0362.177
320.8831.7640.0701.851
481.1842.0390.0931.596實施例2混養時不同碳源對鈍頂螺旋藻生長的影響向Zairouk培養基中分別加入甘油、甘氨酸、乳酸、乙酸鈉、果糖和葡萄糖，濃度變化範圍為l_5g/L。如圖1所示，乙酸鹽、果糖和葡萄糖可作為有機碳源用於鈍頂螺旋藻的混合培養，顯著促進藻細胞生長；另外甘氨酸和乳糖對細胞的生長也有一定的促進作用。葡萄糖和果糖的效果優於乳糖，可能是由於前兩者是單糖，乳糖是雙糖，後者水解同化需要消耗一定的時間和能量；葡萄糖的效果優於乙酸鹽可能是由於每單位質量葡萄糖產生的能量高於乙酸鈉(葡萄糖產能2.8kJ/mol，而乙酸鈉產能0.8kJ/mol)。實施例3優化鈍頂螺旋藻混養生長過程中的光強在保證生物量的基礎上，優化鈍頂螺旋藻混養生長過程中的光強，本實驗的整個混合培養過程中，可將鈍頂螺旋藻的生長曲線劃分為四個階段:(I)第一階段(Pl)，0-24h;
(2)第二階段(P2)，24-48h ； (3)第三階段(P3)，48_64h ； (4)第四階段(P4)，64_96h。如圖2、圖3所示，第一階段，當藻細胞濃度低時，分別在2000、3000、4000、5000和6000Lux處理下藻生物量相當，高於lOOOLux處理下藻生物量0.7g/l，這個可以解釋為，在低的藻密度下，藻在lOOOLux處理下，光強太低不足以滿足藻生長，在6000LUX處理下光強以致出現光抑制現象；第二階段，藻細胞在光強3000、4000和5000LUX獲得相當的生物量；第三階段，藻細胞在光強5000和6000LUX獲得相當的生物量；第四階段，藻細胞在6000Lux獲得最大的生物量。對於混養不同生長階段光強的優化，有利於縮短鈍頂螺旋藻的生長周期，利於節約成本，節省能源，得到較高的生物量。實施例4批式和流加式培養鈍頂螺旋藻由實施例2及圖1結果可知，較高的初始葡萄糖投加量(l_5g/L)下，鈍頂螺旋藻能生長，但生長效果不明顯；在小於2g/L的初始濃度下，培養48h後，檢測不到葡萄糖濃度。因此，流加培養過程中選擇保持葡萄糖的濃度小於2g/L，有利於鈍頂螺旋藻的生長。比較批式培養和流加培養的結果，流加培養的最大生物量達到4.060g/L，是批式培養的1.41倍；比生長速率達到0.453CT1，是批式培養的3.71倍；有機碳和無機碳的消耗率分別為8.307和14.515mg/L/h,比批式培養下提高31.73%。雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發明的精神和範圍內， 都可做各種的改動與修飾，因此本發明的保護範圍應該以權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種經濟高效的鈍頂螺旋藻的混養方法，其特徵在於，在鈍頂螺旋藻生長過程中分階段控制光照強度並添加葡萄糖作為異養的碳源。
2.根據權利1要求所述的一種經濟高效的鈍頂螺旋藻的混養方法，其特徵在於，根據鈍頂螺旋藻自養部分的生長曲線，將該藻的生長劃分為4個階段，控制各個階段的光照強度分別為 2000、3000、5000 及 6000Lux。
3.根據權利I要求所述的一種經濟高效的鈍頂螺旋藻的混養方法，其特徵在於，異養部分在Zairouk培養基的基礎上添加初始濃度為1.0-2.0g/L的葡萄糖，並在培養24h後流加1.0-2.0g/L的葡萄糖。
4.根據權利I要求所述的一種經濟高效的鈍頂螺旋藻的混養方法，其特徵在於，所述葡萄糖還可以為乙酸鹽、果糖、甘氨酸和乳糖等可被微藻利用的有機碳源替代。
全文摘要
本發明提供了一種經濟高效地鈍頂螺旋藻的混養方法，屬於微藻生物技術領域。在鈍頂螺旋藻生長過程中分階段控制光照強度並流加葡萄糖作為異養的碳源，解決了鈍頂螺旋藻培養過程中受光強及有機碳源濃度限制等技術問題，找到了混養過程中的最適光強及碳源的最佳投加方式，實現了高效固碳及鈍頂螺旋藻的快速生長。
文檔編號C12R1/01GK103215212SQ20131016932
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月9日 優先權日2013年5月9日
發明者阮文權, 任洪豔, 李姿, 楊玉娟 申請人:江南大學