CN113136342B - 光生物反应器和光合微生物的培养方法及其应用 - Google Patents

光生物反应器和光合微生物的培养方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微藻培养领域，具体涉及封闭式光生物反应器和光合微生物的培养方法及其应用。该光合微生物的培养方法包括：在封闭式光生物反应器中，在曝气和光照下，将光合微生物进行无菌培养；所述封闭式光生物反应器中设置有光照装置和曝气装置，所述光照装置包括柱式光源，所述曝气装置包括曝气管；所述曝气管的至少部分曝气孔朝向柱式光源，以使得曝气孔出来的气泡吹扫柱式光源表面。本发明的光合微生物养殖方法，不但能提高光合微生物的光照强度，而且可以通过气源在补气的同时推动细胞运动，既能节约搅拌的能耗，还能降低藻细胞在光源表面附着的机率。

Description

光生物反应器和光合微生物的培养方法及其应用
技术领域
本发明涉及微藻培养领域，具体涉及光生物反应器和光合微生物的培养方法及其应用。
背景技术
微藻是一类在水中生长的种类繁多且分布极其广泛的低等植物，它可以自养生长，是由阳光驱动的细胞工厂。其通过微藻细胞高效的光合作用，吸收CO2，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，并放出O2。利用微藻生产生物能源与化学品有望同时达到替代化石能源、减少CO2排放等目的。由于微藻具有极高的生产效率，所以近年来得到人们的广泛关注。除此之外，部分微藻可以像细菌那样利用有机碳源进行异养生长，生长速率可以提高十几倍甚至几十倍，主要在发酵罐中进行养殖。除了上述两种营养方式外，部分微藻还可以进行光能兼养生长，即同时利用光能和有机碳源中的化学能进行生长，同时利用CO2和有机碳源进行生长，生长速率高于自养和异养。微藻光能兼养也称为混合营养培养，能促进许多微藻的生长及其蛋白质的合成，同时因其具有缩短培养周期、实现细胞高密度培养的优点，已成为微藻培养的新技术，在生产和经济上具有重要意义。
成本是微藻养殖的核心问题，微藻兼养培养成本主要包括两方面，一是有机碳源的消耗；二是反应器成本高。有机碳源是微藻异养或兼养养殖成本中较大的一部分费用。为了降低微藻的生长成本，国外学者研究了葡萄糖、醋酸、乳酸、甘油、甘氨酸等对微茫藻、三角褐指藻、蛋白核小球藻、螺旋藻等生长的影响及生物活性物质的积累，研究结果表明，适当浓度的可溶性有机物有利于微藻的生长和活性物质的积累。
然而，微藻兼养常在发酵罐中进行，而发酵罐自身成本及运行能耗较高，如何降低反应器成本和运行能耗是降低微藻兼养培养成本的一个关键因素。同时，微藻兼养培养需要提供有机碳源，有机碳源会导致培养体系中细菌大量繁殖，不但消耗了有机碳源还影响了藻细胞的生长，而发酵罐是相对成熟的可以原位灭菌的设备，因此是常用于细菌、酵母和微藻等的异养或兼养培养。搅拌是发酵罐过程能耗中较高的一部分，而且随着发酵罐体积的增大，这部分的能耗会显著增加。
2013年时Kirrolia et al(Renewable and Sustainable Energy Reviews 20：642–656)对开放式跑道池、光生物反应器和发酵罐三种不同养殖模式下微藻的成本进行了对比，对比结果表明，三种养殖模式下生产单位质量的油脂的成本分别是7.64美元、24.6美元和1.54美元，生产单位质量的微藻生物质的成本分别是1.54美元、7.32美元和1.02美元。虽然微藻在发酵罐中养殖需要添加有机碳源，但生产成本并未提高，这可能是由于，微藻在发酵罐中高效率生长，缩短了微藻生产周期，减小了生产单位质量微藻的人工费、设备折旧费、占地费等其它费用，从而降低了微藻生产成本。
目前发酵罐常用于异养培养微生物，一般没有光源，微藻兼养培养需要光源，而发酵罐中的补光常受到操作以及空间的限制，发酵罐体积越大，搅拌装置占的空间越大，导致发酵罐中补光严重不足，尤其当藻细胞密度较大时，每个藻细胞能获得的光照非常低。另一方面，藻细胞容易吸附在光源表面，进一步的降低了光照强度，致使光照发酵罐中光照严重不足。
CN206706077U公开了一种新型光照玻璃发酵罐，其通过在发酵罐外设置光源。CN202030744U公开了一种光合培养发酵罐，其在发酵罐中添置多根玻璃管，并在每根玻璃管中添置数个光源。CN207062270U公开了一种微生物培养用蓝光光照发酵罐，其通过在空心搅拌桨中设置灯带。这些专利虽然提供了多种新型光照发酵罐，但仍存在光照不足和光合生物贴壁的现象。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的发酵罐光合微生物养殖方法存在的光合生物贴壁等缺陷，提供了一种能够减弱光合微生物细胞在光源表面的吸附的光生物反应器和光合微生物的培养方法及其应用。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种光合微生物的培养方法，该方法包括：在光生物反应器中，在曝气和光照下，将光合微生物进行生物培养；
所述光生物反应器中设置有光照装置和曝气装置，所述光照装置包括柱式光源，所述曝气装置包括曝气管；所述曝气管的至少部分曝气孔朝向柱式光源，以使得曝气孔出来的气泡吹扫柱式光源表面。
本发明第二方面提供一种光生物反应器，所述光生物反应器中设置有光照装置和曝气装置，所述光照装置包括柱式光源，所述曝气装置包括曝气管；所述曝气管的至少部分曝气孔朝向柱式光源，以使得曝气孔出来的气泡吹扫柱式光源表面。
本发明第三方面提供了一种生产生物质的方法，包括采用上述方法培养光合微生物，并从所得的光合微生物中提取生物质。
本发明第四方面提供了一种生产生物能源的方法，包括采用上述方法培养光合微生物。
本发明的光合微生物养殖方法，不但能提高光合微生物的光照强度，而且可以通过气源在补气的同时推动细胞运动，既能节约搅拌的能耗，还能降低藻细胞在光源表面附着的机率，具体的优势如下：
(1)解决了高密度光合微生物在光源表面吸附的难题。气泡对光源表面的吹扫作用，明显减弱了光合微生物细胞在光源表面的吸附情况，提高了反应器中的光能利用率和光合微生物的生长速率，解决了大规模养殖过程中光源表面清洗的难题。
(2)提高了光生物反应器内置光源的光照强度，解决了高密度光合微生物培养过程中光照严重不足的难题。气泡推动光合微生物细胞在光生物反应器中运动，不需要搅拌装置，在显著节约能耗的同时还节约了反应器内部空间，增加了人工光源光照强度，从而提高了光合微生物的生长速率。
(3)采用本发明的装置进行微藻兼养培养，提高了微藻生物质的品质。微藻在高密度兼养过程中能获得更多的光照，提高了藻细胞内需光代谢产物的含量，尤其是光合色素的含量，提高了兼养培养微藻生物质的品质。
附图说明
图1是根据本发明的一种实施方式的曝气管和柱式光源设置方式的剖面图，其中，曝气管具有凹面且该凹面设置在柱式光源底部，以使得柱式光源底部位于凹面的弧度中。
图2是根据本发明的另一种实施方式的曝气管和柱式光源设置方式的剖面图，所述曝气管缠绕在柱式光源的下端。
图3是本发明的例子的小球藻生长曲线。
附图标记
1-柱式光源，2-曝气管，3-底部固定架。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供一种光合微生物的培养方法，该方法包括：在光生物反应器中，在曝气和光照下，将光合微生物进行生物培养；
所述光生物反应器中设置有光照装置和曝气装置，所述光照装置包括柱式光源，所述曝气装置包括曝气管；所述曝气管的至少部分曝气孔朝向柱式光源，以使得曝气孔出来的气泡吹扫柱式光源表面。
根据本发明，通过将光合微生物在本发明的光生物反应器(特别是封闭式光生物反应器)中进行生物培养，可以实现所述光合微生物的兼养生长。通过本发明的光照装置和曝气装置的配置，曝气管的至少部分曝气孔朝向柱式光源，这样可以使得这些曝气孔出来的气泡吹扫柱式光源表面，可以有效避免光合微生物因屈光作用在柱式光源表面吸附生长，有利于整个培养体系获得更为充分的光照。其中，所述曝气管可以以适当的方式与柱式光源相对配置，以实现至少部分曝气孔出来的气泡能够扫柱式光源表面的目的。优先地，所述柱式光源的末端和所述至少部分曝气孔的距离为150mm以下，优选为100mm以下，优选为10-80mm，更优选为30-60mm。
在本发明的一种优选的实施方式中，如图1所示的，所述曝气管2具有凹面且该凹面设置在柱式光源1底部，以使得柱式光源底部位于凹面的弧度中。该柱式光源的底部可以具有底部固定架3以使得曝气管2和柱式光源(1)位置相对固定。该固定架可设置于曝气管凹面内，以从空间上限定柱式光源的底部，避免柱式光源的底部脱离曝气管凹面的弧度中。
在本发明的另一种优选的实施方式中，如图2所示的，所述曝气管2缠绕在柱式光源1的下端。应当理解的是，这里的缠绕可以是接触式的紧密缠绕，也可以是非接触的分离缠绕，只要能够实现上述吹扫的目的即可。
根据本发明，其中，所述柱式光源可以是指灯柱形式，光从灯柱的下端发出照射培养体系。
曝气管的管径可以根据灯柱的粗细和反应器的大小进行调整，本发明对此并无特别的限定，例如可以为1-6cm。所述曝气管的曝气孔的孔径可以在较宽范围内进行适当地调整，优选为0.5-3mm。应当理解的是，曝气管的曝气孔可以至少部分朝向柱式光源，以使得这些曝气孔出来的气泡吹扫柱式光源表面，剩余部分的曝气孔可以根据需要进行设置，例如可以均匀地分布于曝气管表面以达到为光合微生物的生长提供所需氧气的目的。特别是，本发明的曝气管可以通过曝气达到搅拌培养液的目的，为此，本发明优选所述光生物反应器未设置其他搅拌装置，通过所述曝气产生的气泡推动光合微生物在光生物反应器中运动。通过不在光生物反应器中设置额外的搅拌装置，既可以节约反应器的空间，又可以提高人工光源的光照强度，提高光能利用率。
根据本发明，为了适用于在无菌下的兼养生长，所述曝气采用的气体可以为含氧气体，这样的含氧气体可以为空气(如压缩空气)，或者富含氧气的气体。所述曝气的曝气量优选为0.1-10L/(L·min)，以使得光合微生物能够在本发明的光生物反应器中更好地兼养生长。
根据本发明，本发明的光照的强度可以达到较高水平，可以在较宽的光照强度范围内实现对光合微生物培养的控制，例如可以达到1000-100000lux。为了更好地促进光合微生物的生长，优选地，所述光照的强度分为两级控制，弱光阶段的光强度为5000lux以下，优选为1000-5000lux；强光阶段的光强度大于5000lux，优选为5500lux-100000lux。
其中，在每次重新接种或采收后，光合微生物浓度较低时进行弱光阶段的光照，在弱光阶段养殖一段时间后，例如在24h以上(24-48h)，则进入强光阶段进行光照。
尽管所述柱式光源的光照波长可以在较宽范围内变动，可以是部分波长光，也可以是全波长光，为了更利于光合微生物在本发明的光生物反应器中兼养生长，优选地，所述柱式光源的光照波长为380-780nm，优选为490-460nm和/或620-760nm，在该光照波长下，光合微生物细胞能够更好地利用光能，降低光合微生物养殖能耗。
根据本发明，本发明的光生物反应器采用的是密闭的设置，以此可以降低细菌污染，实现无菌培养的环境，这样的无菌培养可以是无菌的兼养培养，而所述兼养培养需要补入有机碳源。优选地，所述有机碳源为糖类和/或醋酸盐。其中，所述糖类例如可以为葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖等中的一种或多种。所述例如可以为醋酸钠。更优选地，所述有机碳源为葡萄糖。
其中，所述有机碳源的添加量可以在较宽范围内变动，优选地，培养体系中，所述有机碳源的添加量为5-15g/L。
更加本发明，优选地，所述光合微生物为微藻，优选为蓝藻和绿藻，更优选为小球藻。
根据本发明，所述无菌培养的温度优选为20-35℃，更优选为25-30℃。
根据本发明，为了实现无菌培养，曝气采用的气体应当为无菌的，另外，可以在培养体系中添加抗生素来防止细菌生长。这样的抗生素可以为本领域常规采用的控制微生物无菌培养采用的抗生素，例如可以为卡那霉素、氯霉素、链霉素、庆大霉素、万古霉素、阿奇霉素等中的一种或多种。其用量可以在较宽范围内变动，例如为10-65mg/L。
根据本发明，所述光合微生物的培养体系中还可以添加本领域常规采用的其他试剂，例如可以为磷酸盐(例如为K2HPO4、Na2HPO4等)、消泡剂等。它们的用量可以为本领域的常规用量，本发明对此并无特别的限定。
根据本发明，所述光合微生物的培养体系采用的培养液优选为以下组成：K2HPO4·3H2O：20-50mg/L，NaNO3：1200-2000mg/L，Na2CO3：10-30mg/L，MgSO4·7H2O：50-90mg/L，CaCl2·2H2O：30-50mg/L，柠檬酸：1-10mg/L，柠檬酸铁铵：1-10mg/L，EDTA钠：0.5-2mg/L，微量元素A5：0.5-2ml/L。
其中，微量元素A5的组成优选为：H3BO3：2500-3000mg/L，MnCl2·4H2O：1500-2000mg/L，ZnSO4·7H2O：200-250mg/L，CuSO4·5H2O：50-90mg/L，NaMoO4·5H2O：350-420mg/L，Co(NO3)2·6H2O：20-65mg/L。
本发明的方法适于光合微生物的高密度养殖，采用本发明的方法培养微藻，微藻生长到一定浓度后取出部分藻液，补充新鲜培养基后继续养殖。
本发明第二方面提供一种光生物反应器，所述光生物反应器中设置有光照装置和曝气装置，所述光照装置包括柱式光源，所述曝气装置包括曝气管；所述曝气管的至少部分曝气孔朝向柱式光源，以使得曝气孔出来的气泡吹扫柱式光源表面。
如上所述的，通过将光合微生物在本发明的光生物反应器(特别是封闭式光生物反应器)中进行无菌培养，可以实现所述光合微生物的兼养生长。通过本发明的光照装置和曝气装置的配置，曝气管的至少部分曝气孔朝向柱式光源，这样可以使得这些曝气孔出来的气泡吹扫柱式光源表面，可以有效避免光合微生物因屈光作用在柱式光源表面吸附生长，有利于整个培养体系获得更为充分的光照。其中，所述曝气管可以以适当的方式与柱式光源相对配置，以实现至少部分曝气孔出来的气泡能够扫柱式光源表面的目的。
其中，所述光生物反应器中设置有光照装置和曝气装置的设置如上文中所描述的，本发明在此不再赘述。
本发明的曝气管可以通过曝气达到搅拌培养液的目的，为此，本发明优选所述光生物反应器未设置其他搅拌装置，通过所述曝气产生的气泡推动光合微生物在光生物反应器中运动。通过不在光生物反应器中设置额外的搅拌装置，既可以节约反应器的空间，又可以提高人工光源的光照强度，提高光能利用率。
本发明第三方面提供了一种生产生物质的方法，包括采用上述方法培养光合微生物，并从所得的光合微生物中提取生物质。
所述生物质可以为本领域常规的多种生物质，例如可以为油脂、蛋白质、碳水化合物、核酸、色素、维生素、生长因子之一或其任意组合。
本发明第四方面提供了一种生产生物能源的方法，包括采用上述方法培养光合微生物。
本发明的方法适用于光合微生物的兼养养殖，能够在更低的能耗下，更高产量地获得高品质的光合微生物发酵液。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下例子中：
小球藻藻液光密度值(OD680值)测定：光密度值用分光光度计测定，以蒸馏水作对照，测定藻液在波长680nm处的吸光值，作为小球藻生物量浓度指标。
小球藻藻种来自中国科学院水生生物研究所。藻种准备阶段，在三角瓶中加入600mL左右的BG11培养基和5g/L葡萄糖，然后在120℃下消毒灭菌30min，待冷却后加入适量藻种和50mg/L的卡那霉素，然后在光强为6000lux、温度为28℃的条件下通入无菌空气培养3d左右，获得诱导藻种。
BG11培养基的组成：K2HPO4·3H2O：40mg/L，NaNO3：1500mg/L，Na2CO3：20mg/L，MgSO4·7H2O：75mg/L，CaCl2·2H2O：36mg/L，柠檬酸：6mg/L，柠檬酸铁铵：6mg/L，EDTA钠：1mg/L，微量元素A5：1ml/L。
微量元素A5的组成：H3BO3：2860mg/L，MnCl2·4H2O：1810mg/L，ZnSO4·7H2O：222mg/L，CuSO4·5H2O：79mg/L，NaMoO4·5H2O：390mg/L，Co(NO3)2·6H2O：50mg/L。
封闭式光生物反应器1#：封闭式发酵罐结构，容积为7L，其中设置与图1所示的光照装置和曝气装置，曝气管2具有凹面且该凹面设置在柱式光源1底部，以使得柱式光源底部位于凹面的弧度中，曝气管凹面的弧度内的曝气孔朝向柱式光源，该柱式光源的末端和凹面内曝气孔的距离约为50mm，柱式光源为光柱，曝气管的凹面内设置有底部固定架3，以使得柱式光源2底端固定于曝气管1的凹面弧度中。
封闭式光生物反应器2#：封闭式发酵罐结构，容积为7L，其中设置与图2所示的光照装置和曝气装置，曝气管2缠绕在柱式光源1的下端，以分离式缠绕的方式，缠绕的曝气管面向柱式光源表面的曝气孔与柱式光源表面的距离为40mm；柱式光源为光柱。
实施例1
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
在封闭式光生物反应器1#中加入4L BG11培养液、10g/L葡萄糖和100ppm的液体消泡剂(购自湖北新四海化工股份有限公司公司食品添加剂乳化硅油，以下同)，灭菌后备用，接种时加入经过葡萄糖诱导的藻种和50mg/L的卡那霉素，每天补加一次葡萄糖至15g/L，其他营养盐根据消耗情况进行补充。
发酵罐中光柱的光照强度5000-20000lux，光照波长为380-780nm，光暗周期12：12。
兼养培养条件包括：先进行弱光阶段光照，光照强度为5000lux；24h后再进行强光阶段光照，光照强度为20000lux；其中，两阶段光照时，压缩空气流量为1L/(L·min)，培养的温度为28℃。
待小球藻生长缓慢后，分离取出藻液体积约80％，继续向发酵罐中补加新鲜的无菌培养基，然后继续培养，小球藻的生长结果如表1所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
在封闭式光生物反应器2#中加入4L BG11培养液、15g/L葡萄糖和100ppm的液体消泡剂，灭菌后备用，接种时加入经过葡萄糖诱导的藻种和10mg/L的氯霉素，每天补加一次葡萄糖至15g/L，其他营养盐根据消耗情况进行补充。
发酵罐中光柱的光照强度4000-20000lux，光照波长为380-780nm，光暗周期12：12。
兼养培养条件包括：先进行弱光阶段光照，光照强度为4000lux；12h后再进行强光阶段光照，光照强度为20000lux；其中，两阶段光照时，压缩空气流量为0.8L/(L·min)，培养的温度为28℃。
待小球藻生长缓慢后(分别为第5天、第7天和第9天)，分离取出藻液体积约80％，继续向发酵罐中补加新鲜的无菌培养基，然后继续培养，小球藻的生长结果如表1所示。
实施例3
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
根据实施例1所述的方法，不同的是，发酵罐中光柱的光照波长为全波长光；最终小球藻的生长结果如表1所示。
实施例4
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
根据实施例1所述的方法，不同的是，发酵罐中柱式光源的末端和凹面内曝气孔的距离约为150mm；最终小球藻的生长结果如表1所示。
实施例5
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
根据实施例1所述的方法，不同的是，光照强度不分为两个阶段，而是持续地为20000lux；最终小球藻的生长结果如表1所示。
实施例6
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
根据实施例1所述的方法，不同的是，光照强度不分为两个阶段，而是持续地为5000lux；最终小球藻的生长结果如表1所示。
对比例1
根据实施例1所述的方法，不同的是，采用的反应器为常规的7L发酵罐，该发酵罐未设置本发明的光照装置和曝气装置，而是使得曝气装置位于罐底，光柱底部位于培养液内，曝气管离光柱底部较远无法产生的气泡对光柱底部表面进行吹扫，该发酵罐设置有搅拌装置；并且，光照强度不分为两个阶段，而是持续地为900lux；最终小球藻的生长结果如表1所示。
对比例2
根据对比例1所述的方法，不同的是，光照强度不分为两个阶段，而是持续地为20000lux；最终小球藻的生长结果如表1所示。
表1：测量培养各天后的OD680值
Figure BDA0002374343080000121
Figure BDA0002374343080000131
将上述表中数据绘制成图3所示的小球藻生长曲线，通过该图可以看，本发明的光合微生物的培养方法能够有利于光合微生物的兼养培养。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种光合微生物的培养方法，其特征在于，该方法包括：在封闭式光生物反应器中，在曝气和光照下，将光合微生物进行生物培养；所述生物培养为无菌的兼养培养，所述光合微生物为小球藻；所述光照的强度分为两级控制，弱光阶段的光强度为1000-5000lux；强光阶段的光强度为5500lux-100000lux；在每次重新接种或采收后，光合微生物浓度较低时进行弱光阶段的光照，在弱光阶段养殖一段时间后，则进入强光阶段进行光照；
所述光生物反应器中设置有光照装置和曝气装置，所述光照装置包括柱式光源，所述曝气装置包括曝气管；所述曝气管的至少部分曝气孔朝向柱式光源，以使得曝气孔出来的气泡吹扫柱式光源表面；所述柱式光源的末端和所述至少部分曝气孔的距离为150mm以下；所述光生物反应器未设置其他搅拌装置，通过所述曝气产生的气泡推动光合微生物在光生物反应器中运动；所述曝气管的设置采用方式一或二；
方式一：所述曝气管具有凹面且该凹面设置在柱式光源底部，以使得柱式光源底部位于凹面的弧度中；
方式二：所述曝气管缠绕在柱式光源的下端；
所述光合微生物的培养体系采用的培养液为以下组成：K2HPO4·3H2O：20-50mg/L，NaNO3：1200-2000mg/L，Na2CO3：10-30mg/L，MgSO4·7H2O：50-90mg/L，CaCl2·2H2O：30-50mg/L，柠檬酸：1-10mg/L，柠檬酸铁铵：1-10mg/L，EDTA钠：0.5-2mg/L，微量元素A5：0.5-2ml/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柱式光源的末端和所述至少部分曝气孔的距离为100mm以下。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述柱式光源的末端和所述至少部分曝气孔的距离为10-80mm。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述柱式光源的末端和所述至少部分曝气孔的距离为30-60mm。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述兼养培养需要补入有机碳源，所述有机碳源为糖类和/或醋酸盐。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述有机碳源为葡萄糖。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，培养体系中，所述有机碳源的添加量为5-15g/L。
8.根据权利要求1-4和6-7中任意一项所述的方法，其中，所述曝气采用的气体为含氧气体，曝气量为0.1-10L/(L·min)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柱式光源的光照波长为380-780nm。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述柱式光源的光照波长为490-460nm和/或620-760nm。
11.一种兼养培养用光生物反应器，其特征在于，所述光生物反应器中设置有光照装置和曝气装置，使得在曝气和光照下，将光合微生物进行兼养培养，所述光合微生物为小球藻；所述光照的强度分为两级控制，弱光阶段的光强度为1000-5000lux；强光阶段的光强度为5500lux-100000lux；在每次重新接种或采收后，光合微生物浓度较低时进行弱光阶段的光照，在弱光阶段养殖一段时间后，则进入强光阶段进行光照；所述光照装置包括柱式光源，所述曝气装置包括曝气管；所述曝气管的至少部分曝气孔朝向柱式光源，以使得曝气孔出来的气泡吹扫柱式光源表面；所述柱式光源的末端和所述至少部分曝气孔的距离为150mm以下；所述光生物反应器未设置其他搅拌装置，通过所述曝气产生的气泡推动光合微生物在光生物反应器中运动；所述曝气管的设置采用方式一或二；
方式一：所述曝气管具有凹面且该凹面设置在柱式光源底部，以使得柱式光源底部位于凹面的弧度中；
方式二：所述曝气管缠绕在柱式光源的下端；
所述光合微生物的培养体系采用的培养液为以下组成：K2HPO4·3H2O：20-50mg/L，NaNO3：1200-2000mg/L，Na2CO3：10-30mg/L，MgSO4·7H2O：50-90mg/L，CaCl2·2H2O：30-50mg/L，柠檬酸：1-10mg/L，柠檬酸铁铵：1-10mg/L，EDTA钠：0.5-2mg/L，微量元素A5：0.5-2ml/L。
12.根据权利要求11所述的光生物反应器，其中，所述柱式光源的末端和所述至少部分曝气孔的距离为100mm以下。
13.根据权利要求12所述的光生物反应器，其中，所述柱式光源的末端和所述至少部分曝气孔的距离为10-80mm。
14.根据权利要求13所述的光生物反应器，其中，所述柱式光源的末端和所述至少部分曝气孔的距离为30-60mm。
15.一种生产生物质的方法，包括采用权利要求1-10中任意一项所述的方法培养光合微生物，并从所得的光合微生物中提取生物质。
16.一种生产生物能源的方法，包括采用权利要求1-10中任意一项所述的方法培养光合微生物。
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