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《中国科学院武汉植物园》 2017年
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微藻高效固碳并联产高附加值产物的初步研究

许岩  
【摘要】:化石燃料所释放的大量CO_2已成为全球温室气体的主要来源,大大加剧了全球气候变暖的进程。如何有效的减排并固定CO_2已成为目前工业界与科学界所迫切需要解决的难题。以微藻固碳为代表的生物固碳方法以其绿色、安全、可循环等特有优势,成为最具发展潜力的固碳方法。目前微藻固碳正处于起步阶段,其研究与发展主要面临以下难题:微藻固碳研究大多尚处于实验室研究阶段,其自然条件下规模化培养研究尚有待研究;在低成本、易推广、易操作的开放式跑道池中,微藻固碳能力尚无可靠的评价体系,制约了微藻藻种的筛选与反应器的改造;适于开放式规模化培养的高固碳藻种缺乏;微藻培养成本高,如何降低微藻固碳成本成为制约其产业化的首要因素。针对上述难题,本研究在高固碳能力与富含高附加值产物微藻的分离、培养与筛选,开放式培养条件下微藻固碳能力评价体系的建立,以及微藻规模化培养固碳偶联类胡萝卜素与藻蓝蛋白生产等方面进行了研究,取得的主要结果如下:1、系统研究了藻液pH、无机碳浓度和CO_2充气深度对CO_2的吸收率的影响,藻液pH和无机碳浓度对藻液CO_2释放速率的影响,建立了开放池培养微藻对外源CO_2利用效率评价体系,用2个指标定量反映微藻固碳的能力:(1)微藻固碳速率(Rc),表示微藻将外源二氧化碳转化为生物质的速率;(2)微藻对外源CO_2利用率(E),表示微藻将多大比例的外源二氧化碳固定下来,转化为生物质。建立开放池培养微藻对外源二氧化碳利用效率评价体系的意义和创新性体现在三个方面:(1)明确了生物质产率、培养基无机碳源浓度和培养过程中的pH是影响微藻利用外源二氧化碳效率的关键因子,并阐明了关键因子影响微藻利用外源二氧化碳效率的原理;(2)为筛选高效利用外源二氧化碳的藻种和建立高效利用外源二氧化碳工艺提供了的指导原则;(3)为定量评价微藻对外源二氧化碳利用率提供了简便、可靠的方法。2、2014-2016年,在我国不同生境共分离纯化微藻131株。通过室内200mL光生物反应器培养评价,筛选出22株绿藻和10株螺旋藻进行了室外40 L和5 m2开放式跑道池规模化培养评价测试,结果表明:螺旋藻的外源CO_2固定速率和类胡萝卜素产率在40 L培养规模可分别达到0.154 g L~(-1)d~(-1)—0.187 g L~(-1)d~(-1)和0.019 mg L~(-1)d~(-1)-0.032 mg L~(-1)d~(-1),在5 m2培养规模可分别达到0.15到0.154g L~(-1)d~(-1)___0.186 g L~(-1) d~(-1) 和 0.019 mg L~(-1)d~(-1)-0.O_27 mg L~(-1)d~(-1);螺旋藻在 5 m2 跑道池培养规模上,藻蓝蛋白含量在培养末期均可达到生物质干重的12%以上,其中GT~(-1)和GT-2分别达到了 15.8%和14.5%,说明了螺旋藻在藻蓝蛋白生产方面与固碳偶联方面具有很大潜力;绿藻的外源CO_2固定速率和类胡萝卜素产率在40 L培养水平可分别达到 0.047 g L~(-1)d~(-1)-0.264 g L~(-1)d~(-1) 和 0.009 mg L~(-1)d~(-1)-0.043 mg L~(-1)d~(-1),在 5 m2 培养规模可分别达到 0.047 g L~(-1)d~(-1)-0.164 g L~(-1)d~(-1) 和 0.009 mg L~(-1)d~(-1)-0.039 mg L~(-1)d~(-1);相较于绿藻,螺旋藻对污染耐受力更强,最适pH较高,更适于以固碳为主要目的的开放式培养。3、综合40 L与5 m2培养结果,选出了 1株绿藻(A419,Pediastrum sp.)与1株螺旋藻(GT~(-1),Arthrospira sp.)进行了 200 m2开放式跑道池培养。两株藻的固碳速率分别达到了 27.O_2g m-2 d~(-1)和33.71g m-2 d~(-1),类胡萝卜素产率分别达到53.94 mg m-2 d~(-1) 和 72.29 mg m-2 d~(-1),GT~(-1) 的藻蓝蛋白产率达到 2.79 g m-2 d~(-1)。这进一步表明,微藻固碳并耦合高附加值产物生产在技术上是可行的,具有很大的应用潜力。
【学位授予单位】:中国科学院武汉植物园
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q949.2

【参考文献】
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