研究背景:多种微藻是国家批准的新资源食品,其具有蛋白质含量高、生长周期短和富含多种营养成分等优点。微藻培养过程可以进行碳固定,且具有较高的固定效率,可对“碳达峰”、“碳中和”做出贡献。目前,全国的微藻总产量约为1万吨,有极大的发展潜力。然而,微藻生产的成本较高,限制了微藻产业的大规模发展,所以探索建立并优化新的培养方式,提高微藻的投入产出效率具有重要的意义。本实验室提出了一种“浮法”养藻技术体系,即利用水平放置的塑料筒带作为容器用于微藻培养,前期在实验室规模进行了温度、光照等实验,初步表明该方法具有可操作性。研究目的:本研究旨在以小球藻为模式,评价浮法培养条件下的各项参数,包括液层厚度、循环、批次、流加、半连续培养等,开展户外培养并进行技术经济核算,并建立筛选小球藻光暗处理相关蛋白质分子标记的技术流程,为小球藻的大规模浮法培养和生长机理研究奠定技术基础。材料与方法:以小球藻（Chlorellasorokiniana）为实验材料,以TAP为基础培养基,在温室条件下,对其进行不同液层厚度、循环、批次、流加和半连续等不同方式的培养,在培养过程不同时间点取样测定OD750值、pH值等指标。在恒光或恒暗条件下培养小球藻,在不同时间点取样并提取总蛋白质,SDS-PAGE电泳分离后进行免疫印迹检测（Western Blot,WB）。4000 L规模的户外中试培养试验于秋、春季节在河北保定进行。结果:比较了不同培养条件下小球藻培养的各项参数,结果表明,在液层厚度1～5 cm的批次培养模式下,液层越浅,细胞密度增长越快,单位体积产量越高,但单位面积产量低;液层越深,细胞密度增长越慢,单位体积产量越低,但单位面积产量越高,表明液层的厚度对透光率有显著的影响。在批次模式下,每天单位体积和单位面积的生物量最大值分别为0.37 g/L/d和9.08 g/m2/d。在流加培养模式下,随着TAP培养基的添加,小球藻细胞密度在21天内可持续增加,最大密度达到了 6.40 g/L。在半连续培养模式下,历经1 1次采收,小球藻产量和培养系统仍保持稳定,表明浮法养藻可采用半连续培养模式。对恒光或恒暗培养的小球藻总蛋白质样品进行WB检测,发现RBCL、RBCS2蛋白质的表达表现出对光暗处理的依赖性,初步认为这些蛋白质可作为小球藻在光暗条件下生长的分子指标,ATPase-α、ATPase-β在光暗处理下的表达量较为恒定,可作为免疫印迹分析的内参蛋白质。调查了这些蛋白质不同液层厚度培养的小球藻的表达丰度变化,结果表明RBCL的表达对光强度的敏感性较低,而RBCS2的表达对光强的敏感度较高,ATPase-α和ATPase-β的表达在不同光强下也表现稳定。2020年秋和2021年春,进行了两次小球藻户外4000L规模的中试培养,每次持续20天,小球藻的单位面积产量分别为6.80和7.20 g/m2/d,折合年亩产量分别为1224公斤和1296公斤（干粉）。对浮法培养进行了技术经济成本分析,结果表明,与传统的开放跑道池相比,浮法培养体系搭建便捷,运行中节省电力和水资源,可应用于在各种非耕地上培养微藻,今后可进一步提升自动化控制水平,降低人工和培养基成本。结论:1.评价了浮法条件下不同藻液厚度对小球藻生长的影响,表明厚度越薄,生长越快,单位体积产量越高,厚度越厚,生长越慢,单位面积产量升高,在厚度超过5cm时,单位面积产量增加不显著。2.浮法条件下可进行批次、流加、半连续培养等方式的小球藻培养,批次培养模式的培养基利用率最高为2.62 g/L TAP,流加培养的单次收获生物量最高为7.70 g/次,半连续培养日生物量最高可达0.48 g/L。3.浮法条件下采用浅层培养（5 cm以下）,搅动是必要的,但不需要持续的搅动,过度搅动会提高运行成本但不会增加产量。4.户外夏季高温天气下,培养袋内温度高于小球藻的承受范围,采用遮阳网、喷水等措施可把温度控制在适当范围内。5.户外浮法4000升规模的培养试验结果表明,秋季试验小球藻的生产力约为6.8 g/m2/d,折合年亩产 1224kg,春季试验小球藻的生产力约为7.2 g/m2/d,折合年亩产1296 kg。6.建立了分子标记的筛选流程,筛选到RBCL和RBCS2可作为光暗处理下光合反应的标志蛋白质,ATPase-α、ATPase-β可作为内参蛋白质。7.技术经济成本核算表明,浮法在设备折旧、水、电支出方面低于传统的跑道池,在土地、肥料和用工成本方面有改进的空间。目前浮法的成本低于大部分报道的微藻培养成本,逐步提升改进后可在非耕地上进行大面积的示范推广。