产烃葡萄藻在高温环境的生长特征研究[文献综述].doc

1、毕业论文文献综述 环境科学 产烃葡萄藻在高温环境的生长特征研究 0.引言 生物柴油是一种已经得到证明的燃料，以其为可再生性的环保燃料能源而得到世界的广泛关注。利用微藻 生产生物柴油 具有 光合效率高、 不与农业争地的明显优势，而且可用天然培养基进行大量繁殖。自发现微藻具有高烃含量后，将 微 藻作为无污染可再生的替代能源生产者引起广泛重视，美、法、日、英、澳、苏、荷和南朝鲜等国都或早或晚开展了有关研究。近年来 ， 利用微藻细胞固定 CO2进行生物质能生产成为各国发展生物质能的研究热点。 葡萄藻是一种分布广泛 ， 所含烃类与汽油成分 相似、含油率高 、 平均热值高的产烃微藻。在所有产烃藻种中有关葡

2、萄藻的相关研究最多，被认为最有可能成为固碳产能的工业藻种。本文将主要从培养基选择、环境因子影响、与污水处理结合等三方面，对目前关于培养葡萄藻生产生物质能的研究进行综述。 1.培养基选择及培养条件 1.1基础培养基的选择 葡萄藻的品系不同对培养的需求也各不相同，因此基础培养基的选择很重要。 目前 葡萄藻的培养一般都采用改良的 Chul3培养基，用此培养基气升式培养该藻，硝酸盐为限制因子；连续增加硝酸盐的起始浓度，导致该藻指数生长期延长，直到其它营养物也成为 限制因子。但葡萄藻能适应较广的培养基 如 Chu10、 BG11等 。 1.2 营养源的选择 大多数光合自养型微藻一样，葡萄藻生长的主要营养

3、源包括氮源、磷源、碳源以及其他一些营养元素。 1.2.1 氮源 虽然氮饥饿有利于藻类油脂的积累，但藻体的生长需要氮源。有研究表明分别用 NO3-N、NO2-N 和 NH4-N 等 3 种氮源形式 培养 葡萄藻时， NO3-N 最优，而 NH4-N 会对藻细胞造成不可逆的毒害作用。高浓度的硝酸盐对葡萄藻产烃会有所抑制，因此在保证藻体正常生物量积累的前提下进行适当的氮限制可以有效提高藻内油脂的积累。 1.2.2 碳源 一般葡萄藻培养的碳源都依靠 CO2或碳酸盐 (碳酸氢盐 )供给。王军等以空气中的 CO2作为碳源时，葡萄藻生长缓慢，延滞期为 4天 左右，第 23天进人减速期，第 30天进入稳定期，

4、加入 200 mg/L NaHC03补充碳源时，生长有所加快；而当向培养液中通入 1%CO2时，生长明显加快，到第 15天就进入了稳定期，培养周期明显缩短。虽然葡萄藻是光合自养生长，但也能利用有机碳源，如 C1 C6的化合物和二糖 (乳糖，蔗糖 )， 并且 倍增时间 会 由原来的至少 1周缩短至最多 2 3 天 。 1.2.3 磷源 磷同样是一个重要营养限 制因子，适当高浓度的磷有利于烃类的积累。氮磷比例在葡萄藻生物量和烃类积累方面有着十分重要的影响。 Casadevall 等报道，在分批补料培养 A 品系葡萄藻时，当氮、磷比为 1： 4时有利于烃类产物的积累，当氮、磷比为 1.0： 0.5时

5、既有利于生物量的积累也有利于烃类产物的积累。 2.环境因子 2.1 pH 通常情况下， pH值在酸性到中性范围内比在碱性范围内生长得要好，但 pH值在 69范围内，对生物量和烃含量影响均不大。接种前，培养基的 pH值一般被调整到 7.47.6之间，在活跃生长阶段， pH 值会规律性地增加，随后会稍 微降低。 pH 值的增加是光合作用 CO2的溶解造成的。指数生长阶段以及 CO2分压高的培养基多会出现类似 pH值变化。 2.2 温度 葡萄藻的最适生长和烃类积累温度一般为 25C，高于此温度，生长速率迅速下降，其生长温度上限为 2830C。 Kalacheva等研究了 18、 25和 32C 条件

6、下葡萄藻脂类的组成情况，发现在 32C 条件下，除了 乙 酰甘油外，几乎胞 内 所有的脂类合成都受到了明显抑制 。温度 对脂肪酸的合成也有一定影响，在 32C 时，烯醇脂肪酸的含量明显低于 25C 时的。 ” 2.3 光照 当光强低于 30w/m2(约 750lux)时， China.1 号葡萄藻的生长就会受限制，而当光强高于100w/m2(2500lux)时，就会产生光抑制现象。 Kojimaetal 等 (1999)报道，在前期经过高光强处理的布朗葡萄藻，在光强 (10kfux)的光生物反应器中培养，能够获得较高的生物量和较高的碳氢化合物浓度 (占干重的 50%)，说明了布朗葡萄藻在 10

7、klux的光强下生长状况较好。布朗葡萄藻可以在更强的光照下活跃地进行光合作用，当光强超过 1600 mol/m2/s时，才发生光抑制现象。 2.4 其他 盐类 酸性亚硫 酸盐浓度为 01mmol/L时，对葡萄藻生长没有不良影响，这些酸性亚硫酸盐被氧化为硫酸盐并作为硫源被藻体利用，藻体生长速度与以硫酸盐为硫源的对照组基本相同；当酸性亚硫酸盐浓度高于 1rmol/L 时，会对藻体产生毒害作用， 2.0mol/L 时，表现出明显的抑制作用 ， 藻体 24h内变白，说明对叶绿素有毒害作用，但这些条件下代谢积累的烃类，其结构没有显著差别。 3.与污水治理的结合 葡萄藻 能利用水体中多种无机氮和有机氮化合

8、物作为氮源 ， 利用 CO2和碳酸盐作为碳源，进行光能自养生长。被藻细胞吸收的硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐可以 用于氨基酸和蛋白质等物质的合成；水中的磷可直接被藻细胞吸收 ,并通过多种磷酸化途径转化成 ATP、磷脂等有机物。同时，微藻的光合作用造成水体 pH值升高，导致正磷酸盐和 NH3H 2O 分别通过形成沉淀和挥发的形式去除，从而间接去除氮磷。此外，微藻光合作用形成的高 pH 值，也可起到一定的消毒作用。 基于污水深度处理与生物柴油生产耦合系统以生活污水的二级出水为基质培养藻细胞，不需消耗大量的淡水资源和无机营养盐，可极大节省成本 ，同时 可以克服微藻制备生物柴油或微藻深度脱氮除磷任一单一系统的

9、局限性。 泽山茂树等用日本茨城县二次 处理的生活污水 (STS)培养 葡萄藻 Berkely株时发现，既可减少向大气排放的 CO2，降低成本，又可脱除污水中的 N 和 P。 将该藻产烃与处理污水相结合应该受到充分的重视。 4.展望 微藻生物柴油是唯一能满足全球需求的可再生的生物柴油，但目前生产微藻生物柴油的主要存在的成本问题必需大幅改善，才能与石化汽油抗衡。作为 一种 高产烃的能源微藻， 已引起了国内外学者的广泛重视， 但目前仍 未能 实现 商业化开发。其中， 缓慢的生长速率是限制该藻产烃工业化的一大障碍 ，继续 各种培养条件参数对葡萄藻 生长和烃类代谢 的影响 ， 优化培养条件 和工艺提高其

10、生长速度和 烃类 产量，采用大规模生产来降低生产成本 仍是今后相关研究的主要方向 。 参考文献 1 夏金兰 ,万民熙 ,王润民等 . 微藻生物柴油的现状与进展 J. 中国生物工程杂志 . 2009, 29 (7):118126. 2 马梅 ,王朋云 . 布朗葡萄藻培养方面的研究概况 J.现代农业科技 . 2008,15:3538. 3 王修垣 . 高产烃的丛粒藻研究概况 J. 微生物学报 .1997,37(5)： 405 409. 4 殷大聪 .几种主要理化因子对布朗葡萄藻光合作用的影响 D. 中 国科学院研究生院 .2007. 5 胡洪营 ,李鑫 . 利用污水资源生产微藻生物柴油的关键技术及

11、潜力分析 J. 生态环境学报 .2010,19(3):739-744. 6 吴夏芫 ,李环 ,韦萍 . 能源微藻 葡萄藻培养的研究进展 J. 安徽农业科学 .2008:87558760. 7 王军 ,杨素玲 ,丛威等，营养条件对产烃葡萄藻生长的影响 J. 过程工程学报 .2003,4(3):141145. 8 胡洪营 ,李鑫 ,杨佳 . 基于微藻细胞培养的水质深度净化与高价值生物质生产耦合技术 , 生态环境学报 J.2009,18(3):1122-1127. 9 Wijffels RH, Barbosa MJ. An outlook on microalgal biofuelsJ. Scien

12、ce. 2010, 329:796799. 10 Pittman JK, Dean AP, Osundeko O. The potential of sustainable algal biofuel production using wastewater resourcesJ. Bioresource Technology. 2011, 102(1): 17-25 11Wang B, Li Y. CO2 bio-mitigation using microalgaeJ. Applied Microbiology and Biotechnology. 2008,79 (5): 707-718.

13、 12Yusuf C. Biodiesel from microalgaeJ. Biotechnology Adcances, 2007, 25: 294-306. 13Yoo C, Jun SY, et al. Selection of microalgae for lipid production under high levels carbon dioxideJ. Bioresource Technology. 2010, 101(1S): 71-74. 14Sheehan J, Dunahay T et al. A look back at the US Department of E

14、nergys Aquatic Species Program: Biodiesel from AlgaeR. 1998, The National Renewable Energy Laboratory (NREL): http:/www.eere.energy.gov/biomass/pdfs/biodiesel_from_algae.pdf 15Ono E, Cuello JL. Selection of optiomal microalgae species for CO2 sequestrationR. Proceeding on the 2nd annuel conference on carbon sequestration, 2003, USA.