磷源调控蛋白核小球藻胞外聚合物及生物絮凝性

产油微藻的高效回收是限制利用微藻生产生物柴油的瓶颈问题,其中生物促沉降成为研究的热点,然而通过磷源调控微藻的生长、产油和生物絮凝等特性的研究尚较稀少.选择4组(无机磷酸盐(IP)、环核苷单磷酸盐(cNMP)、非环核苷单磷酸盐(NMP)和其他有机磷酸盐(OP))共59种不同的磷源,用以培养蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa),并对其生长、产油、细胞沉降及胞外聚合物的组分进行研究,发现IP组对Chlorella pyrenoidosa的生长促进作用最高(藻密度平均达2.92×10⁸cells/mL);OP组培养的藻细胞含油率达到了17.45%,高于其他3组;而cNMP组的平均沉降效果最好,可达13.79mm/min.综合来看,亚甲基二磷酸、磷酸三乙酯和6-磷酸葡萄糖是用以Chlorella pyrenoidosa产油培养综合效益最好的3种磷源.     

利用城市生活废水培养栅藻以生产生物柴油的研究

鉴于采用废水进行微藻培养并生产生物柴油可以有效节省微藻培养成本,甚至会带来额外的经济收益,该研究选取了自行筛选分离的产油微藻斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda),对其在上海市4家城市污水处理厂进出水共7个水样中的生长性能和氮磷利用率进行了检测。结果显示,批式培养试验中2种栅藻能较好地适应其中6个水样并保持正常生长状态,且优势度均在98%以上。6 d内微藻对氨氮、总氮和总磷的去除率分别为96%~100%、81%~96%、76%~99%,显示出较好的氮磷利用能力。但在对数生长期内2种微藻均不积累油脂,实际运行中需要另加油脂积累环节。半连续式培养研究结果表明,在每2 d换水1次,每次200 mL的换水周期中,南汇城市污水厂的进水能使四尾栅藻及斜生栅藻的生长速度基本稳定在0.20和0.28 g/(L·d)左右,藻种优势度保持在90%左右。研究结果显示,在合适的培养条件下,利用未处理污水培养产油藻以连续运行是可行的,但污水培养的关键问题将是在水力停留时间和微藻停留时间之间找到合适的平衡点,而经济有效的微藻采收回流手段及优势藻种控制技术将是今后的研究重点。     

2,2’,4,4’—四溴联苯醚对2种赤潮微藻种间竞争的影响

基于Logistic种群增长模型,研究了2,2’,4,4’—四溴联苯醚(BDE-47)的亚急性毒性胁迫对不同初始接种生物量比的赤潮异弯藻(Heterosigmaakashiwo)和米氏凯伦藻(Kareniamikimotoi)种间作用的影响.结果发现:不同的初始接种生物量比影响微藻间的竞争.加入0.05、0.25 mg/LBDE-47后,对于K. mikimotoi而言,不同初始生物量比的处理组表现出高浓度组的最大环境容纳量、种群瞬时增长率均大于低浓度组(P<0.05),而H. akashiwo高浓度组的最大环境容纳量、种群瞬时增长率均小于低浓度组(P<0.05).微藻之间的竞争表现出向着对K. mikimotoi有益方向发展的规律,因此一定浓度下的BDE-47干扰了两种微藻之间的竞争.     

光生物反应器内CO2传输与微藻固碳性能强化

CO₂气体可为微藻光合作用提供必需的碳源,CO₂在藻液中的混合、溶解及传输特性显著影响了微藻的生长固碳.在微藻光生物反应器中,气泡在藻液中的生长、脱离、聚并、上升等动力学行为主要由气体分布器决定.本文以气体分布器为研究对象,研究在不同孔径及孔间距下对15%（V/V）CO₂气体在悬浮液中的气泡行为、CO₂溶解与混合特性以及对微藻生长固碳的影响.结果表明：气泡上升速度随气体分布器孔径及孔间距的减小而减小,导致CO₂气泡在藻液中停留时间增加,强化了CO₂溶解传输,CO₂体积传质系数提高了143%,混合时间降低了24%,最终使微藻生物质浓度提高18.8%,固碳速率提高23.2%.     

新型微藻组合工艺去除典型抗生素的方法研究

以蛋白核小球藻和普通小球藻为实验材料,探讨了通过微藻与微藻或藻液之间的组合方案,考察去除头孢拉定、头孢他啶及阿莫西林3种抗生素的效果。结果表明微藻与微藻组合方案对于头孢拉定去除效果优于微藻与微藻培养液组合方案;抗生素浓度与微藻比生长速率呈负相关,且抗生素浓度越高,微藻比生长速率越低;等浓度混合的抗生素对于微藻生长抑制作用与单一浓度抗生素并无明显区别;"普通小球藻+蛋白核小球藻"的组合方案对与抗生素处理效果最好,头孢拉定、头孢他啶及阿莫西林在12 h内总去除率最高,分别达到了80.85%、57.98%和82.82%;头孢拉定、头孢他啶及阿莫西林等3种抗生素同时存在的条件下,微藻对于它们的处理能力在不同区段内明显不同,但同种抗生素在不同微藻中最高去除区段却相同。     

氨胁迫下沉水植物抗氧化酶系统研究进展

论文综述了不同浓度、不同形态氨及不同胁迫时间对沉水植物抗氧化酶系统的影响,分析了抗氧化酶系统各指标对氨胁迫的表征,结果表明:(1)抗氧化酶各指标绝对数值可重复性不强,抗氧化酶指标对氨浓度的响应规律才能揭示沉水植物的氨胁迫本质;(2)氨胁迫程度大小不仅与氨浓度有关,而且与胁迫时间有关,沉水植物能适应高浓度氨的短期胁迫;(3)抗氧化酶系统各指标比生长指标更为敏感,且抗氧化酶系统各指标对氨胁迫的表征能力随氨浓度及物种的不同而不同;(4)同工酶分析、外源性酶对抗氧化酶系统的刺激-响应研究以及ρ(NH_4~+)/ρ(NH_3)变化对沉水植物的影响及基于抗氧化酶系统的急性氨胁迫预警,均值得进一步研究和探索。     

微藻无机氮利用过程中的稳定氮同位素分馏

选用两种δ15N差异显著的铵态氮和硝态氮,分别设置不同浓度的铵态氮和硝态氮来处理莱茵衣藻和蛋白核小球藻,通过分析微藻的稳定氮同位素组成变化,来研究微藻利用不同浓度、不同形态无机氮过程中的稳定氮同位素分馏特征。结果显示,在未添加无机氮的条件下,微藻利用有机氮时,生长缓慢,稳定氮同位素基本上不存在分馏;在添加低浓度无机氮(≤20 mmol/L)时,微藻的生长和稳定氮同位素分馏都随着无机氮浓度的增加而增加;而添加高浓度无机氮(20 mmol/L)时,微藻的生长趋于稳定,铵态氮条件下的微藻稳定氮同位素分馏继续加大,而硝态氮条件下的微藻稳定氮同位素分馏反而减小,可能与此时微藻硝酸还原酶的活力减小有关。     

蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa-15的异养培养条件优化及污水养殖

为了提高微藻的生物量及油脂产量以降低微藻生物柴油的生产成本,采用光异养培养模式对蛋白核小球藻进行培养,确定其最适生长的碳源为葡萄糖,氮源为大豆蛋白胨.采用响应面设计的方法对蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa-15光异养培养过程中的最佳碳氮源浓度进行了优化,在葡萄糖含量为17.53 g.L-1,大豆蛋白胨含量为8.67 g.L-1时,生物量最大产量为0.63 g.(L.d)-1,与模型预测结果[0.62 g.(L.d)-1]基本吻合,此时其油脂含量为19.25%,油脂产量达到121.3mg.(L.d)-1.污水养殖结果显示,在以北京市城市生活污水为培养基的情况下,微藻Chlorella pyrenoidosa-15对污水具有良好的净化能力,COD的去除率达到80.9%,总氮的去除率达到69%,同时其也具有较好的产油效率,生物量和油脂含量分别可达到1.00 g.L-1和24.12%,具有进一步研究的理论及应用价值.     

预处理方法对海洋微藻脂肪酸萃取量及其碳稳定同位素组成的影响

为探讨不同前处理对海洋微藻脂肪酸萃取量及碳稳定同位素比值(13C)的影响,本文应用GC/MS和GC/IRMS方法,测得不同酸催化条件下产物(脂肪酸甲酯)的相对含量及单分子脂肪酸甲酯13C值,并分析比较。结果表明:对于新鲜微藻样品,盐酸催化比硫酸催化更适合于微藻中多不饱和脂肪酸的甲酯化;用硫酸催化时,微藻样品在不同预处理(A-新鲜微藻样品、B-干燥处理、C-溶剂提取)下,测得的微藻脂肪酸甲酯相对含量及13C值也存在一定差异。     

微藻型微生物燃料电池的研究进展

在石油资源日趋紧张以及环境恶化日趋严重的今天,微生物燃料电池(MFC)因其可同时实现污水处理和能源回收而受到广泛关注。微藻技术与MFC技术结合产生的微藻型MFC系统得到证实并随之兴起,其中尤以微藻生物阴极型MFC因可实现污水处理、零碳排放、CO2捕捉、太阳能捕获及电能、生物柴油、藻体残渣有价回收等多重功能,成为研究热点。文章根据其中微藻所起的不同作用将微藻型MFC系统分成三类,在参阅大量文献的基础上进行了全面综述,并由此对构建高效微藻生物阴极型MFC进行了探讨,提出了计算机辅助菌种选择技术等相关设想,最后对微藻型MFC的发展提出了展望。     

Sustainable biofuels from algae

There is currently great interest in microalgae as sources of renewable energy and biofuels. Many algae species have a high lipid content and can be grown on non-arable land using alternate water sources such as seawater. This paper discusses in detail the issue of sustainability of commercial-scale microalgae production of biofuels with particular focus on land, water, nutrients (N and P) and CO₂ requirements and highlights some of the key issues in the very large scale culture of microalgae which is required for biofuels. The use of genetically modified algae is also considered.     

久效磷对海洋微藻毒性机理的初步研究Ⅲ.超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的变化

报道了久效磷对３种海洋微藻细胞内２种清除活性氧的关键性酶－超氧化物歧化酶和过氧化酶活性的影响。结果显示：１．在久效磷的胁迫下，扁藻和三角褐指藻细胞的超化物歧化酶活性均表现出下降的总变化趋势，而叉鞭金藻细胞的ＳＯＤ活性时而上升，时而下降，在整个胁迫过程中呈现出无规律性的变化。２．随着久铲磷胁迫时间的延长，３种微藻细胞的过氧化酶活性均逐渐下降，表现出相同的变化规律性。     

久效磷对海洋微藻毒性机理的初步研究Ⅲ.超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的变化

报道了久效磷对３种海洋微藻细胞内２种清除活性氧的关键性酶———超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性的影响．结果显示：１在久效磷的胁迫下，扁藻和三角褐指藻细胞的超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性均表现出下降的总变化趋势，而叉鞭金藻细胞的ＳＯＤ活性时而上升，时而下降，在整个胁迫过程中呈现出无规律性的变化．２随着久效磷胁迫时间的延长，３种微藻细胞的过氧化物酶活性均逐渐下降，表现出相同的变化规律性．这说明不同的藻种，久效磷对其细胞内酶活性的影响不尽相同．推测超氧化物歧化酶和过氧化物酶（ＰＯＤ）活性的降低是微藻细胞内过量产生活性氧，进而引起藻细胞膜脂过氧化伤害的主要原因之一．     

细菌对城市污水中小球藻生长和油脂积累的影响

利用城市污水培养微藻,可在实现污水无害化处理的同时,培养微藻回收生物质能源.污水为微藻的培养提供氮、磷等营养组分和所需水源,同时污水中的细菌可分解污水中的有机物产生CO_2,为微藻提供生长所需碳源.菌藻混合培养既可以收获藻类,又可以净化污水,由于城市污水含有大量的原生菌类,且微藻与细菌之间存在着互生、拮抗等复杂的相互关系,因此,需要筛选出既能够适应于城市污水又能促进微藻生长和油脂积累的优势菌种.本文从不同来源的13种细菌中筛选出2种能够显著促进蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长和油脂积累细菌,并分析了微藻培养结束后城市污水的菌群结构.结果表明:污水中光合细菌初始吸光度D600为0.01,W4菌初始吸光度D_(600)为0.02时,对小球藻的干重和油脂产量促进作用最显著,油脂产量分别可达0.114 g·L~(-1)、0.113 g·L~(-1),油脂产量比空白对照组分别提高了22.58%、21.50%.通过对生成的脂肪酸甲酯进行气相色谱分析,结果显示光合细菌和W4菌的添加并未改变小球藻脂肪酸成分,但提升了单不饱和脂肪酸的含量,有利于提升所得生物柴油的品位.培养结束后污水的菌群结构分析显示投加细菌会降低污水中菌群的丰富度和多样性,初步判断是投加的菌在藻液中能够成为优势菌群,且实验组中丛毛单胞菌属(Comamonas)和假单胞菌属(Pseudomonas)的丰度大于对照组.     

内置LED光源平板型光生物反应器用于微藻培养

为降低光生物反应器(PBR)的光照能耗和提高微藻对光能的利用效率,自制了内置LED光源的平板型光生物反应器,用于绿藻普通小球藻(Chlorella vulgaris)的培养和CO2生物固定.评价了这种新型反应器的进气CO2浓度对生物质产率(BP)、CO2固定速率( )和油脂产率(LP)的影响.经过10d连续培养后,与通入空气的对照组相比,浓度1%~10%的CO2均明显促进微藻生长,BP [0.258和0.263g/(L?d)]、最大 [1.18、1.00gCO2/(L?d)]和指数生长期平均 [0.57、0.62gCO2/(L?d)]的高值均出现在CO2 1%、2.5%处理组中.较高浓度(5%、10%)CO2在培养初期造成酸化现象,导致藻细胞密度和生物量较低.CO2浓度变化对微藻总脂含量(17.81%~23.13%)影响较小,以CO2 2.5%条件下得到微藻油脂产率最大[60.71mg/(L?d)].本研究证明,所设计的平板型PBR能够高效培养用于CO2固定和生物柴油原料生产的微藻.     

生物膜贴壁培养小球藻净化猪粪沼液废水的效果

微藻处理猪粪沼液废水是一项污水资源化生物技术.本文以小球藻为研究对象,通过贴壁培养方式,对稀释不同倍数的猪粪沼液废水进行净化处理同时提取藻细胞油脂,旨在探究小球藻贴壁培养处理猪粪沼液废水的效果,分析小球藻耐受猪粪沼液废水的氨氮浓度.将猪粪沼液废水分别稀释1倍(原水)、2倍、5倍、10倍制成培养基.测定贴壁培养小球藻对各处理组猪粪沼液废水中COD、氨氮、总氮、总磷的去除效率及对重金属铜、锌、铁的富集效果,同时探究小球藻的油脂合成情况.结果表明,当猪粪沼液废水稀释5倍时,贴壁小球藻对COD、氨氮、总氮、总磷的净化效果最佳,其去除效率分别为:86.8%、94.1%、85.2%、84.3%;油脂含量高达32.7%;对重金属铜、锌、铁的去除效率分别为:72.9%、70.0%、73.0%;培养一个周期结束时生物产率达到4.21 g·(m~2·d)~(-1).该研究将微藻与难处理的猪粪沼液废水深度净化进行了有效的结合,为实现藻类生物燃料工艺生产及降低废水处理成本提供理论基础.     

丙溴磷影响海洋微藻生长机理的初步研究

研究了丙溴磷对三角褐指藻和青岛大扁藻生长的影响及其可能的机理。结果显示，低浓度的丙溴磷可以刺激它们的生长，高浓度的丙溴磷则对其生长产生抑制作用；低浓度丙溴磷还使藻细胞的脂质过氧化程度在低水平增高，ＳＯＤ活性有所降低；高浓度时则使其指质过氧化程度过量升高，ＳＯＤ活性显著下降，加入抗氧化剂不仅可抑制低浓度丙溴磷对微藻生长的刺激效应，而且能缓解高浓度丙溴磷对微藻的毒害作用，因此，丙溴磷作用于微灌的抗氧化     

Production of biofuels from microalgae

The production of biofuels from microalgae, especially biodiesel, has become a topic of great interest in recent years. However, many of the published papers do not consider the question of scale up and the feasibility of the various processes to be operated at the very large scale required if algal biofuels are to make a meaningful contribution to renewable fuels. All the steps in the process must also be very low cost. This paper discusses the unit processes required for algal biofuels production (i.e., growing the algae, harvesting, dewatering, extraction and conversion to biofuel) and their scalability. In many cases, especially in the lipid extraction step, little is known as yet as to the scalability and economic feasibility of the various processes proposed. We also highlight the key engineering and biological issues which must be resolved for the production of biofuels from microalgae to become an economic reality.     

微藻处理污水中的絮凝分离/采收研究现状与展望

微藻应用于污水深度处理与可再生能源生产是极具潜力的一项技术.然而,微藻的分离与采收一直是限制其大规模应用的瓶颈.絮凝分离微藻成本低廉、易于采收而被视为极具工程应用潜力的最佳方法.本文从对微藻表面特性和絮凝机理简要介绍出发,系统总结了无机絮凝剂法、有机高分子絮凝剂法、生物絮凝剂法、高p H诱导的自絮凝法以及胞外聚合物引起的自絮凝法的研究应用现状,进而对各种方法进行综合比较,从而明确了微藻絮凝分离的研发方向.     

微藻混合培养强化餐厨沼液处理效果及机制

利用微藻混合培养处理餐厨垃圾消化沼液具有高效固碳脱氮的优势,然而存在优选混合培养比和协同强化作用机制不明的问题。对比分析了普通小球藻（Chlorella vulgaris）、斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）和雨生红球藻（Haematococcus pluvislis）在单一和混合培养模式下的微藻生长特性和沼液处理效果,研究了微藻的胞外可溶性聚合物（SAP）对微藻生长的促进效果及竞争协同机制。结果表明:斜生栅藻和雨生红球藻为最佳的微藻组合,最大生物量为0.655 g/L,COD去除率为76.2%,NH₄+-N去除率为60.1%;雨生红球藻和斜生栅藻之间存在hormesis效应,释放的可溶性微藻产物SAP作为异种化感物可被对方利用,且两者对不同污染组分同化能力存在差异性,形成协同竞争作用缓解了高浓度废水及SAP对微藻生长的抑制,可为微藻混合培养提高生物质产量与强化沼液处理效果提供参考。