论文部分内容阅读
以CO2为主的温室气体的大量排放导致全球温室效应的加剧,引起了一系列环境问题,威胁到人类的生存与发展。如何减少CO2排放,缓解温室效应加剧成为国内外研究学者共同关注的问题。目前的CO2减排技术主要包括物理、化学和生物法,其中微藻因繁殖快,固碳速率高在CO2减排方面存在独特的优势。微藻通过光合作用进行生长,其生长和固碳过程一致,影响因素可能CO2浓度、温度、光周期、光强、光质和培养方式等,本文的研究内容主要分为三部分:(1) CO2浓度、温度及光周期对钝顶螺旋藻生长及固碳的影响;(2)光强和光质对钝顶螺旋藻生长及固碳的影响;(3)培养方式对钝顶螺旋藻生长及固碳的影响。本文主要结论如下:(1)研究CO2浓度、温度和光周期对钝顶螺旋藻固碳的影响,优化得到了该藻最大生物量和固碳速率的最佳培养条件:10%CO2,温度30℃,光周期为16/8,此时钝顶螺旋藻对数生长期内比生长速率与固碳速率分别达到峰值0.512d-1和42.506mg/(L·h)。最佳培养条件下,培养液中的N,P足量,其初始添加量可以满足藻体的生长需要;生长过程中添加外源10%CO2,一方面补充钝顶螺旋藻可吸收碳源,另一方面缓解培养液pH值升高对其生长的不利影响。(2)光强对钝顶螺旋藻生长及固碳过程有极大的影响。光强<3000Lux时,钝顶螺旋藻的比生长速率及固碳速率随光强的增大而上升,叶绿素a的合成受促进;在3000Lux处理下,钝顶螺旋藻最大生物量达峰值1.847g/L,此时藻细胞的比生长速率、固碳速率和叶绿素a含量分别达0.512d-1、42.524mg/(L·h)和6.716mg/L。光强>3000Lux时,随着光强逐渐增大,钝顶螺旋藻的生长固碳能力逐渐降低,叶绿素a的合成受到阻碍;在6000Lux条件下,藻体最大生物量和固碳速率分别为1.270g/L和21.803mg/(L·h),叶绿素a含量下降至4.404mg/L。适合钝顶螺旋藻生长及固碳的最佳光强为3000Lux。光质对钝顶螺旋藻生长及固碳过程有较大影响。红光条件下,钝顶螺旋藻生物量、固碳速率及叶绿素a含量分别可达1.957g/L、46.466mg/(L·h)及6.962mg/L,显著高于其余处理组对应值。红光对钝顶螺旋藻的生长,CO2固定以及叶绿素a的合成最有利。此外,光质对钝顶螺旋藻粗营养成分有较明显的影响。红光利于碳水化合物合成,碳水化合物含量可达0.255g/g(DW);而蓝光条件下,钝顶螺旋藻蛋白质含量增加,达0.572g/g(DW);白光作用下,粗脂肪含量最高,达0.127g/g(DW),在蓝光、红光下均有所下降。(3)混合培养可实现提高钝顶螺旋藻的生物量和CO2固定速率,最大生物量达到2.702g/L,在混合培养条件下比生长速率达峰值,是光自养条件下的1.37倍;但有机碳的存在不利于叶绿素a的合成,叶绿素a含量达到5.423mg/L,比光自养条件下降低19.25%。此条件下,钝顶螺旋藻的生长不是光自养和异养的简单叠加,两者存在相互作用。有机碳的存在会促进无机碳的吸收,混养条件下VIC达到12.515mg/(L·h),较光自养条件下VIC提高48.58%。钝顶螺旋藻的混合培养对有机碳具有选择性:钝顶螺旋藻不能利用甘油进行混养生长;乙酸钠,果糖,葡萄糖可作为有机碳源用于钝顶螺旋藻的混合培养,适宜浓度范围均为1-2g/L;甘氨酸和乳糖对细胞的生长也有一定的促进作用,适宜浓度范围分别为1-5g/L和1g/L。以高生物量为前提,钝顶螺旋藻细胞在混合培养条件下不同生长阶段所需最适光强分别2000Lux (0-24h)、3000Lux (24-48h)、5000Lux(48-64h)和6000Lux(64-96h)。流加碳源培养方式,钝顶螺旋藻最大生物量达到4.060g/L,是批式培养的1.41倍;比生长速率达到0.453d-1,是批式培养的3.71倍;无机碳的消耗速率分别为14.515mg/(L·h),比批式培养提高38.04%,表明流加培养可有效的提高钝顶螺旋藻生物量。