微藻在高温、低pH值、高浓度CO2条件下的生长及产油性能研究

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CO2减排和能源危机是当前世界经济发展所面临的重大难题,特别是工业烟道气中 CO2固定和新能源开发。微藻具有生长速度快,固碳效率高,环境耐受力强,对高浓度CO2具有潜在的生物固定能力,藻细胞所含的脂肪酸甲酯(Fatty acid methyl esters,FAMEs)等脂类又是制备生物柴油的理想原料,因此,利用微藻吸收固定 CO2和制备微藻生物柴油在工业碳减排中具有重大的环境效应和现实意义。但是,用于工业 CO2生物固定进而制备生物柴油的微藻需具有一定耐高温性、耐低pH值和耐高浓度CO2性,以应对烟气持续通入培养体系后引发的高温、酸性、高浓度 CO2逆境环境对微藻生长的抑制作用,同时,所用微藻应保持较高油脂含量以获得较高的产油量。本研究从耐高温、耐低pH值和耐高浓度 CO2三方面对购买所得的7株微藻(2株蛋白核小球藻(Chlorella phyrenoidosa)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)、海水小球藻(Chlorella pacifica)、杜氏盐藻(Dunaliella salina)、海生椭球藻(Nannochloropsis maritima)、纤细角毛藻(Chaetoceros gracilis))和自行分离所得1株温泉6#藻(Cyanobacterium aponinum)进行检验比较,最终筛选得到普通小球藻以满足工业 CO2固定的要求,并评价其产油性能。所得结论如下:  (1)模拟烟道气形成的高温、酸性和高浓度CO2环境对微藻生长有较大冲击,不同的微藻其主要生长限制因素不同。对于纤细角毛藻而言,酸性环境对其生长影响最大,而温泉6#藻和盐生杜氏藻受到 CO2影响较大,反之,普通小球藻则在三重压力胁迫下表现出良好的生长状态,CO2对其生长有一定的促进作用,由此可见,普通小球藻对高温、酸性和高浓度 CO2具有很好的耐受性,可用于工业烟道气中CO2固定。  (2)除温泉6#藻和纤细角毛藻的最适生长温度为30℃外,4株小球藻、海生椭球藻和盐生杜氏藻的最适生长温度均为25℃,其他温度下的藻生物量出现不同程度降低。除海水小球藻外,对于其他7株微藻总脂含量表现为随温度升高而降低的趋势,说明高温不利于这七种微藻的总脂积累,而海水小球藻在30℃条件下总脂含量约为25℃时的两倍。可见,温度对微藻总脂含量的影响因藻种而异,且藻株不同影响程度不同。  (3)在pH≤4的培养体系中,微藻生长受到较大抑制。6株微藻的耐酸性顺序为:温泉6#藻>海水小球藻>普通小球藻>纤细角毛藻>盐生杜氏藻>蛋白核小球藻Chlorella2#。相同pH值条件下,H2SO4所致酸性对小球藻生长的抑制作用普遍大于HNO3。酸性条件有利于微藻积累脂肪酸(pH6.0时的海水小球藻除外),且以普通小球藻总脂含量最高,其次为纤细角毛藻和蛋白核小球藻,盐生杜氏藻和海水小球藻再次,而温泉6#藻最低。  (4)在高温、低pH值、高浓度CO2的光生物反应器培养体系中,盐藻、纤细角毛藻和温泉6#藻的生长受到抑制,相反,5~15%CO2提高了普通小球藻对高温和酸性环境的耐受能力。对于普通小球藻而言,高浓度的CO2不仅促进了细胞生长,提高微藻的固碳速率,也显著增加了藻细胞内的总脂产率。本研究中普通小球藻在未经过基因改造等手段条件下生物量较高,可到0.691g/L,温度(35℃)、pH值(4.0)、CO2耐受性(15%)、固碳速率(0.990 gCO2/( L·d))和最高油脂产率(13.8 mg/(L·d))均维持在较高水平。  (5)综合考虑逆境耐受性以及固碳产油要求,认为普通小球藻是8株微藻中最适于工业烟气CO2固定的藻种。
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