CN103215212B - 一种经济高效的钝顶螺旋藻的混养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种经济高效地钝顶螺旋藻的混养方法，属于微藻生物技术领域。在钝顶螺旋藻生长过程中分阶段控制光照强度并流加葡萄糖作为异养的碳源，解决了钝顶螺旋藻培养过程中受光强及有机碳源浓度限制等技术问题，找到了混养过程中的最适光强及碳源的最佳投加方式，实现了高效固碳及钝顶螺旋藻的快速生长。
Description
技术领域
本发明涉及一种经济高效的钝顶螺旋藻的混养方法，更具体的是研究了三种培养方式(光自养、混养、异养)以及光强对螺旋藻生长及固碳的影响，属于微藻生物技术领域。
背景技术
微藻的生长按照营养方式主要分为光自养、异养和混合培养。光自养过程严格受光照条件限制：当光照不足或过高时，不利于微藻生长和对CO2的固定；由于微藻自身遮蔽现象会导致培养后期微藻对光的可利用率低，从而严重抑制其光合生长。绝大多数微藻属于光自养微生物，但研究表明有些微藻可以利用有机碳作为碳源进行异养生长，且生长过程与有机碳的种类和浓度密切相关，而有机碳的成本和有效利用率是微藻培养过程中的瓶颈。
本发明所要解决的技术问题是对钝顶螺旋藻的培养过程从有机碳种类、浓度和添加方式以及光照强度几方面进行调控，以提高光强的有效利用率，促进螺旋藻的生长及固碳效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种经济高效的钝顶螺旋藻的混养方法，有效结合了异养和自养的培养方式，提高了该藻的固碳能力及生长效率。
所述高效培养钝顶螺旋藻的混养方法，是在钝顶螺旋藻生长过程中分阶段控制光照强度并添加葡萄糖作为异养的碳源。
所述钝顶螺旋藻，购自中科院水生生物研究所淡水藻种库，编号FACHB-901。
所述混养条件，是将钝顶螺旋藻置于含有800mL Zarrouk培养基的锥形L瓶中在光照培养箱中接收光照，添加初始浓度为1.0-2.0g/L的葡萄糖，分阶段控制光照强度，并在培养24h后流加1.0-2.0g/L的葡萄糖，在30℃下培养。
所述混养方法中的自养部分采用的光照条件为：根据钝顶螺旋藻的生长曲线，将该藻的生长划分为4个阶段（0-24、24-48、48-64及64-96h），各个阶段的光照强度分别控制为2000、3000、5000及6000Lux。
所述混养方法中的异养部分采用的培养基为：向Zarrouk培养基中添加初始浓度为1.0-2.0g/L的葡萄糖，并在培养24h后流加1.0-2.0g/L的葡萄糖，以确保培养液中葡萄糖的浓度小于2.0g/L。
本发明确定了钝顶螺旋藻的经济高效的培养方式，相比单独的自养、异养方式，既缩短了培养周期又提高了碳源的利用效率，在有限的条件下获得既高又快的固碳效率，减少资源的浪费，所需仪器设备简单，操作流程简便快捷。
附图说明
图1有机碳种类和浓度对钝顶螺旋藻生长的影响
图2光强对钝顶螺旋藻生长的影响
图3全过程所需的光强示意图
具体实施方式
实施例1分别以光自养、异养及混养方式培养钝顶螺旋藻
将培养至对数期的钝顶螺旋藻，进行批式培养条件下营养方式的优选,30.0±1℃下培养48h后测定钝顶螺旋藻的生物量、叶绿素a含量、有机碳(TOC)和无机碳(IC)含量。
光自养条件：光自养条件下，光强为3000Lux，光周期为16/8，在光照时间内以鼓泡形式通入浓度为10%的CO2，气速为0.2vvm，通气时间为30min/d，培养基为Zarrouk培养基。
异养条件：向Zarrouk培养基中添加初始浓度为1g/L的葡萄糖，无光。
混养条件：向Zarrouk培养基中添加初始浓度为1g/L的葡萄糖，光照和通气条件同光自养条件。
如表1所示，在自养条件下，最大生物量为1.847g/L；异养条件下，最大生物量为0.756g/L，这表明钝顶螺旋藻能够在无光条件下利用葡萄糖作为有机碳源；在混养条件下，最大生物量达到2.702g/L，远高于自养和异养条件下各值。光自养条件下，钝顶螺旋藻的比生长速率为0.512d-1；异养条件下，比生长速率仅为0.066d-1；在混养条件下比生长速率达峰值，是光自养条件下的1.37倍。分析混养条件下生物量和比生长速率均较高的原因，在此条件下光和葡萄糖两者均是能量来源，而在光自养和异养条件下，只有光或者其中之一作为能量来源。
表1钝顶螺旋藻在自养、异养和混养条件下的生长
为了进一步阐明混养和自养、异养之间的关系，对培养全过程的生长数据进行相关性分析，分析结果如表2所示。由结果可知，培养时间在16h、24h、32h和48h时，分别为2.173、2.177、1.851和1.596，远大于1，可以得出结论，混合培养不是光自养和异养的生长的简单叠加，两者之间存在相互促进作用。
表2钝顶螺旋藻在光自养，异养和混合培养条件下的生长相关性分析
实施例2混养时不同碳源对钝顶螺旋藻生长的影响
向Zarrouk培养基中分别加入甘油、甘氨酸、乳酸、乙酸钠、果糖和葡萄糖，浓度变化范围为1-5g/L。如图1所示，乙酸盐、果糖和葡萄糖可作为有机碳源用于钝顶螺旋藻的混合培养，显著促进藻细胞生长；另外甘氨酸和乳糖对细胞的生长也有一定的促进作用。葡萄糖和果糖的效果优于乳糖，可能是由于前两者是单糖，乳糖是双糖，后者水解同化需要消耗一定的时间和能量；葡萄糖的效果优于乙酸盐可能是由于每单位质量葡萄糖产生的能量高于乙酸钠(葡萄糖产能2.8kJ/mol，而乙酸钠产能0.8kJ/mol)。
实施例3优化钝顶螺旋藻混养生长过程中的光强
在保证生物量的基础上，优化钝顶螺旋藻混养生长过程中的光强，本实验的整个混合培养过程中，可将钝顶螺旋藻的生长曲线划分为四个阶段：(1)第一阶段(P1)，0-24h；(2)第二阶段(P2)，24-48h；(3)第三阶段(P3)，48-64h；(4)第四阶段(P4)，64-96h。
如图2、图3所示，第一阶段，当藻细胞浓度低时，分别在2000、3000、4000、5000和6000Lux处理下藻生物量相当，高于1000Lux处理下藻生物量0.7g/l，这个可以解释为，在低的藻密度下，藻在1000Lux处理下，光强太低不足以满足藻生长，在6000Lux处理下光强以致出现光抑制现象；第二阶段，藻细胞在光强3000、4000和5000Lux获得相当的生物量；第三阶段，藻细胞在光强5000和6000Lux获得相当的生物量；第四阶段，藻细胞在6000Lux获得最大的生物量。对于混养不同生长阶段光强的优化，有利于缩短钝顶螺旋藻的生长周期，利于节约成本，节省能源，得到较高的生物量。
实施例4批式和流加式培养钝顶螺旋藻
由实施例2及图1结果可知，较高的初始葡萄糖投加量（1-5g/L）下，钝顶螺旋藻能生长，但生长效果不明显；在小于2g/L的初始浓度下，培养48h后，检测不到葡萄糖浓度。因此，流加培养过程中选择保持葡萄糖的浓度小于2g/L，有利于钝顶螺旋藻的生长。比较批式培养和流加培养的结果，流加培养的最大生物量达到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；有机碳和无机碳的消耗率分别为8.307和14.515mg/L/h，比批式培养下提高31.73%。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (2)
1.一种经济高效的钝顶螺旋藻的混养方法，其特征在于，在钝顶螺旋藻混养生长过程中分阶段控制光照强度并添加葡萄糖作为异养的碳源；其中所述混养中自养部分根据钝顶螺旋藻自养部分的生长曲线，将该藻的生长划分为4个阶段：0-24h、24-48h、48-64h及64-96h，控制各个阶段的光照强度分别为2000Lux、3000Lux、5000Lux及6000Lux；所述混养中异养部分在Zarrouk培养基的基础上添加初始浓度为1.0-2.0g/L的葡萄糖，并在培养24h后流加1.0-2.0g/L的葡萄糖，确保培养液中葡萄糖的浓度小于2g/L。
2.根据权利1要求所述的一种经济高效的钝顶螺旋藻的混养方法，其特征在于，所述葡萄糖被可被微藻利用的有机碳源替代。
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