【摘 要】
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生物柴油是一种新型的生物燃料,具有可再生、不产生二次污染等优点,具备代替化石能源的发展潜力。微藻作为生物柴油的优良生产原料之一,因其生长速度快、适应性强、光合效率高及脂质含量高等特点而受到了广泛关注。微藻生长与脂质积累之间的矛盾是微藻生产生物柴油的主要问题,故同步提升微藻的生物量及脂质含量是研究的难点和热点。本研究以斜生四链藻(Tetradesmus obliquus)为研究对象,通过逐步优化光自
【基金项目】
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广西重点研发计划项目《藻类膜-超滤膜双膜技术污水处理装置研发及应用示范》(桂科AB1850006);
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生物柴油是一种新型的生物燃料,具有可再生、不产生二次污染等优点,具备代替化石能源的发展潜力。微藻作为生物柴油的优良生产原料之一,因其生长速度快、适应性强、光合效率高及脂质含量高等特点而受到了广泛关注。微藻生长与脂质积累之间的矛盾是微藻生产生物柴油的主要问题,故同步提升微藻的生物量及脂质含量是研究的难点和热点。本研究以斜生四链藻(Tetradesmus obliquus)为研究对象,通过逐步优化光自养-双重胁迫两阶段培养策略,同步促进了微藻生长及脂质积累。首先探究了氮源及氮浓度对微藻生长及脂质积累的影响,经综合分析优选出第一培养阶段中最佳培养条件及第二培养阶段中最佳的氮胁迫条件;然后在第二培养阶段中基于氮胁迫条件逐步优选了最佳的超声参数,同步促进了微藻的生长及脂质积累;最后进一步探究了最佳双重胁迫条件下微藻的生理响应机制。主要研究成果如下:(1)尿素是斜生四链藻的最佳培养氮源。尿素最有利于微藻的生长,其次为硝酸钠,而氯化铵不利于微藻的生长。在尿素为氮源、氮浓度为17.65 m M的培养条件下,微藻的生物量及平均生物量生产力最高,分别为0.959 g·L-1、102.25 mg·L-1·d-1,而其脂质含量及脂质生产力仅为24.70%及25.90 mg·L-1·d-1;此外,微藻吸收尿素的效果较好,氮消耗量及氮吸收率高达101.95 mg·L-1及40.78%。经综合分析,优选出尿素为氮源、氮浓度为17.65 m M为第一阶段培养的最佳条件。(2)氮限制(25 mg N·L-1)条件能提升微藻的脂质含量及脂质生产力。在第二培养阶段中,不同氮胁迫条件直接影响微藻的生长及脂质积累效果,氮限制条件下微藻的综合效果最佳,其脂质含量及脂质生产力分别为28.84%及32.13 mg·L-1·d-1,生物量也高达1.06 g·L-1。经综合分析,优选出氮限制(25 mg N·L-1)条件为第二阶段培养的最佳氮胁迫条件。(3)适当的双重胁迫能同步促进微藻生长及脂质积累。在第二培养阶段中,低频超声协同氮胁迫的最佳双重胁迫条件为:超声功率200 W、超声时长1 min、超声频次3次/d及氮限制胁迫(25 mg N·L-1)。在最佳双重胁迫条件下,微藻的生物量、平均生物量生产力、脂质含量及脂质生产力均能达到最大值,分别为1.52 g·L-1、125.73 mg·L-1·d-1、41.20%及86.97 mg·L-1·d-1;此外,双重胁迫还具有双重性,过度的双重胁迫会对微藻的生长及脂质积累产生负面影响。(4)适当的双重胁迫通过调控细胞内碳流的走向、增强抗氧化防御能力及促进微藻细胞分散,从而达到同步促进微藻生长及脂质积累的效果。在适当的双重胁迫下,微藻细胞内的碳流倾向于合成脂质,提升了脂质积累的速度,饱和脂肪酸占比提升至30.77%,而蛋白质及光合色素的合成受到了抑制;微藻细胞内的抗氧化酶的活性明显升高,超氧化物歧化酶(123.75 U·mg-1)活性及过氧化氢酶(27.48 U·mg-1)活性均处于较高水平,微藻通过增强抗氧化防御能力缓解了氧化损伤,从而增强了抗逆性。此外,双重胁迫降低了胞外聚合物(37.87 mg·g-1)的含量,保证了细胞形态的完整性,同时有效降解微藻分泌的蛋白质物质,还保持较高的zeta电位(-16.08 m V),进一步说明适当的双重胁迫有效促进了微藻的分散,进而促进了微藻的生长。
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