藻类光生物反应器的研究与应用进展

微藻在太阳能转化和各种代谢产物生产方面有着广泛的应用价值和潜力.解决藻类大量培养的关键问题是研制和开发出光能利用率较高、成本相对低廉、可以大规模化生产的光生物反应器.概述了光生物反应器的研究历程、现状和应川前景.     

产油微藻的筛选与培养研究进展

微藻油含量高,环境适应性强,净碳值几乎为零,因此利用含油微藻作生物柴油的原料来源是生物燃料产业最具竞争力的选择之一。结合国内外研究进展,综述了有关产油微藻的筛选、培养以及微藻培养反应器等方面的最新研究进展,对微藻产生物柴油产业的发展趋势和研发方向提出了建议。     

利用微藻生产生物柴油

微藻是最古老的单细胞植物类生物,能利用太阳光能和二氧化碳(CO2 )进行光合作用并转化为生物质的从这种生物质中即能获得有用成分,也能得到生物柴油.微藻生物柴油技术包括富油微藻的筛选和培育、优良高油藻种的获得;然后是富油微藻的培养、生成微藻生物质;再经过采收、加工转化为微藻生物柴油.笔者阐述了以微藻作为原料的生物柴油优势,介绍了国内外微藻生物柴油的应用现状、基因工程技术调控微藻脂类代谢途径的研究进展,以及在微藻构建工程中面临的问题和应采取的对策,并提出了微藻能源的开发前景.     

负压式光生物反应器对微藻的培养效果

采用一种新型负压式光生物反应器对常用饵料微藻威氏海链藻(Thalassiosira weissflogii)的培养效果进行研究,分析培养过程中藻密度、异养菌与弧菌(Vibrios)数量及氨氮与亚硝酸氮质量浓度变化及相互关系。结果表明:在负压光生物反应器培养下威氏海链藻的生长速度快,培养第4天达到平台期,藻密度最大值可达到1.5×10~6个/mL,最大比生长率可达1.37;弧菌与异养菌数量两者变化趋势相同,分别为(0.19～2.70)×10~4 cfu/mL和(0.071～0.93)×10~6 cfu/mL,藻与细菌表现出相互竞争抑制的效果,在指数增长期藻对细菌抑制较强,特别是对弧菌的抑制,在平台期与衰败期藻对弧菌与异养菌的抑制作用逐渐减弱。藻液中氨氮与亚硝酸氮质量浓度随藻密度增加而上升,最高值分别达到0.24 mg/L和0.37 mg/L,指数增长期藻密度与氨氮和亚硝酸氮质量浓度呈显著正相关(P0.05)。因此,采用负压式光生物反应器培养威氏海链藻,可以大大缩短培养周期,抑制细菌生长,提高培养效率和藻液质量,但需要在投喂幼体前对藻液进行充分曝气来降低氨氮与亚硝酸氮质量浓度。该反应器是一种适合饵料微藻培养的系统。研究结果为负压光生物反应器作为微藻生物饵料培养系统的应用提供了参考依据。     

应用生物技术构建可持续微藻生物质能源生产体系

提出了＂废水、废气-水华微藻（自养藻类）-高油工程微藻（异养藻类）-生物柴油＂可持续型微藻生物质能源生产体系的构建设想。首先以市政废水、废气CO2为基质大量生产水华微藻,在收获大量价廉的水华微藻细胞的同时实现市政废水中N、P的有效去除和温室气体减排;然后将先进的发酵工程技术和微藻育种工程技术集成配套以实现高油工程微藻的高密度异养培养,即通过生物育种工程技术获得适应性强的异养高油工程微藻,使其能够以水华微藻细胞的降解产物为底物,在可控条件下实现快速繁殖、合成并富集油脂,最终成为生物柴油生产的丰富原料。该体系可实现CO2固定、市政废水净化和微藻高附加值生物柴油的生产。     

几种理化因子对一株野生丛粒藻生长的影响

全球面临的能源短缺和环境污染问题日益紧迫,开发和利用可再生、无污染的生物能源成为人类一个十分急迫的课题。微藻作为一种可再生生物能源,能有效地利用太阳能,固定CO2,将无机物转化为氢、高不饱和烷烃、油脂等能源物质,并易于进行大规模培养。因此利用微藻生产生物能源潜在广阔的应用前景。本文考察了抗生素,无机碳源、氮源、磷源,和NaF对一株分离的野生丛粒藻生长的影响。     

微藻生物柴油的研究进展

作为化石燃料的替代品,生物柴油具备特殊的优势。微藻是一种CO2固定效率及油脂含量高、生长周期短、不影响食物安全保障的单细胞生物,是生物柴油的理想来源。综述了产油微藻的培养、收获及生物柴油制备等相关技术的发展现状,并提出了发展过程中出现的问题及对策,最后对微藻生物柴油技术的发展前景进行了展望。     

保护地果树二氧化碳调控技术

CO2是光和作用的原料之一,CO2亏缺成为保护地果树产量提高的关键制约因素。因此,近年来,在设施果树栽培中施用CO2气肥作为一项高产、优质、抗病的技术措施,越来越受到关注。本文对保护地果树CO2调控技术进行了概述。     

CO_2气肥双效剂对保护地作物生育状况及产量的影响

通过田间试验,系统地研究了保护地施用CO2气肥双效剂(颗粒剂)对瓜菜等经济作物的品质及产量的影响。结果表明:在保护地内施用CO2气肥双效剂可以有效地调节茄子、辣椒、番茄、甜瓜、草莓、黄瓜等作物的新陈代谢,协调营养生长和生殖生长的关系,促进叶片的光合能力,加速光合作物的积累和转移,提高坐果率,促进早熟,改善品质,增强抗性。     

螺旋藻工厂化培养条件优化及营养成分比较

[目的]对螺旋藻工厂化的培养条件进行优化,并对其营养成分的含量进行比较。[方法]在以采光板作顶棚的封闭式车间内,采用4种不同直径的光生物反应器对春季螺旋藻进行培养,并对不同直径的光生物反应器所能达到的最大细胞密度及各种主要营养成分的含量进行比较。[结果]在20 cm的光生物反应器所能达到的最大细胞密度最大,为1.52 g/L。20 cm的光生物反应器培养的螺旋藻所含蛋白质和藻蓝蛋白含量最高;蛋白质含量最高可以达到61.2%,藻蓝蛋白含量最高可以达到10.9%。10 cm的光生物反应器培养的螺旋藻所含的粗脂肪、多糖和叶绿素a的含量最高、粗脂肪的含量最高可以达到7.48%,多糖最高可以达到8.2%,叶绿素a可以达到1.3 mg/g。[结论]该方法优化了螺旋藻工厂化的培养条件,为螺旋藻的开发利用提供了理论依据。     

微藻异养/兼养生产多不饱和脂肪酸以及向卤虫的传递

等鞭金藻（Isochrysis sp.）与缺刻缘绿藻（Myrmecia incisa）分别富含二十二碳六烯酸（DHA）和花生四烯酸（ArA），是具有极高营养价值的微藻。对于这两种微藻的培养，大多是以传统的光自养为主；本研究展开了异养/兼养培养方式的探索，以期获得更高密度的生物量，以及更高产量的DHA与ArA。在使用葡萄糖作为外源有机碳源时，等鞭金藻和缺刻缘绿藻均可以实现异养生长，在黑暗条件下快速积累生物量。适宜等鞭金藻和缺刻缘绿藻异养的葡萄糖浓度分别为5 g/L和1 g/L。在此基础上，继续探究了氮浓度的影响：对于等鞭金藻，300 mg/L的硝酸钠对于生物量的生产最佳，同时对于胞内DHA积累的促进作用最强；对于缺刻缘绿藻，氮浓度对于微藻的生长影响不明显，但对其ArA的含量影响显著，缺氮培养时ArA的含量最高。在证实了两种微藻的异养特性与最适碳、氮营养供给后，我们进一步开展了兼养的研究，从而获得了显著提升的微藻生物量以及目标多不饱和脂肪酸的含量。最后，将兼养获得的两种微藻用于投喂卤虫，结果表明DHA与ArA都可以被有效传递给卤虫，从而有望开发成为营养强化型的水产饵料。本研究为等鞭金藻和缺刻缘绿藻的资源化利用提供了有价值的技术参考。     

Application of computational fluid dynamics for modeling and designing photobioreactors for microalgae production: A review

The past decade has seen a rapid increase of numerical simulation studies on photobioreactors (PBRs). Developments in computational fluid dynamics (CFD) and the availability of more powerful computers have paved the way for the modeling and designing PRBs, a strategy that was abandoned from the late 1970s until the 1980s because of its complexity. This paper reviews the present status of numerical modeling for PBRs as well the application of CFD in the design of PBR for the mass production of microalgae. Emphasis is on the major breakthroughs in PBR design that may lead to scaling-up. Most simulations have been conducted in bubble column PBRs, which offer many advantages. Their geometry is simple in design with no moving parts, and they are easy to construct and operate. A majority of published simulation studies used two-phase models (air and water) and employed the Eulerian-Eulerian mixture model. CFD models have been vigorously validated by experimental and laboratory studies, with most claiming to have achieved good results. However, current PBR scale-up projects still need to resolve hydrodynamic issues within the PBR, in order to optimize factors for microalgal growth. To create ideal conditions inside the PBR, the main factors that influence microalgal growth such as light intensity and distribution, gas injection and mixing, and hydrodynamics/flow pattern which are the key for design and scale up must be thoroughly understood.The present practice of PBR design using CFD can be considered both an art and a science because of some numerical simulation issues which are yet to be resolved and the complexity of fluid mechanics inside the PBRs. Nonetheless, CFD has proven to be an effective tool in predicting the complex inherent phenomena in the PBRs. The CFD technique has shown to be very promising to successfully design and develop PBRs which can be commercially available for scale-up.     

深圳湾水域微藻的分离及分子生物学鉴定

微藻应用广泛,微藻生物燃料是近年研究热点.深圳的地理和气候条件都非常适宜微藻的生长,具有丰富的微藻资源.从深圳湾水域3个不同位置分别采集了表层和深层(5 m)的水样,利用Soil extrat培养基和Kuhl培养基对水样中的微藻进行分离.将分离得到的菌株扩大培养后提取其基因组DNA,经聚合酶链式反应(PCR)放大18S rRNA,利用内切酶st Ⅰ和TaqⅠ对PCR产物进行双酶切反应以筛选不同的菌株.将不同菌株的PCR产物测序后通过与美国国家生物技术信息中心数据库比对,确定微藻品种.共得到微藻菌株71个,分属于16个不同的属,利用MEGA 5软件建立了系统发育树.同时,初步建立了深圳本地微藻种质资源库.     

光密度法与计数法测定3种能源微藻细胞生长的相关性及其验证

[目的]探讨3种能源微藻细胞数量和藻液光密度之间的相关性,验证以光密度法测定细胞生长密度的可行性,为能源微藻的生长和生理生化研究提供简便方法与参考依据.[方法]选取三角褐指藻Phaeod1actylum tricornutum、亚心形扁藻Platymonas subcordiformis和海洋小球藻Chlorella vulgaris 3种能源微藻为生物材料,以添加f/2营养液的人工海水为培养介质,在植物培养箱中利用三角瓶进行一次性培养试验.利用显微镜计数法观测微藻的细胞密度,测定各藻液在680 nm处的光密度值,并进行线性拟合获取回归方程,比较两种测定方法所得的藻细胞密度值.[结果]3种能源微藻的细胞密度与藻液光密度有显著的线性正相关,其回归方程分别为:三角褐指藻细胞密度(104个/mL)=1405OD680-59.745,R2=0.9942;亚心形扁藻细胞密度(104个/mL)=216.94 OD680+0.9743,R2=0.9947;海洋小球藻细胞密度(104个/mL )=2170.1 OD680+ 18.569,R2=0.9927.在各微藻生长第5、7和9d中,利用显微镜计数法所得细胞数目和光密度法换算所得细胞数目没有明显差别.[结论]光密度法是一种可测定微藻细胞生长的快速、简便、有效的方法,可广泛应用于能源微藻的生长、生理生化研究.     

应用ISSR和线粒体COI序列对不同地理种群双齿围沙蚕（Perinereis aibuhitensis）遗传多样性的分析

采用COI基因序列和ISSR分子标记对分布于我国大连（DL）、乳山（RS）、盘锦（PJ）、青岛（QD）、盐城（YC）、晋江（JJ）和朝鲜西海岸（CX） 7个地理种群双齿围沙蚕（Perinereis aibuhitensis）的遗传多样性和遗传结构进行了研究。10个ISSR引物在7个种群中共扩增出116条条带,其中多态性条带109条,总多态位点比率为93.97%,Neis基因多样性指数为0.365 2,Shannons信息指数为0.518 6,群体间遗传分化系数Gst值为0246 0。数据表明24.60%的遗传分化发生在不同地理种群间,76.40%的遗传分化发生在整个种群内,群体内分化大于群体间分化。对7个群体70个个体COI基因序列进行分析,对比长度包括469 个位点,其中变异位点68个,简约信息位点47个。在68个变异位点中,62个位点发生转换,6个位点发生颠换,简约信息位点率达9.611%,系统树分析表明供试群体内具有较高的遗传多样性,与ISSR分析结果相一致。该结果为科学有效的利用和保护沙蚕种质资源提供了理论依据。     

Stimulation of food species growth by limpet mucus

The trails of mucus secreted by certain species of intertidal limpets serve as adhesive traps for the microalgae that are their primary food resource. In addition, the mucus trails of two solitary homing limpets, Lottia gigantea and Collisella scabra, stimulate growth of the microalgae that the limpets consume. In contrast, the trails of an aggregating limpet, Collisella digitalis, do not stimulate microalgal growth. These results and their possible ecological significance are interpreted in light of the differences in the behavioral repertoires of the three limpet species.     

生物炭与氮肥配施对烤烟干物质积累及土壤生物学特性的影响

为探讨生物炭与氮肥配施对烤烟生长及植烟土壤生物学特性的影响,通过田间试验,研究了生物炭与氮肥配施对烤烟不同生育阶段干物质积累、土壤酶活性、微生物量碳（MBC）、有机碳含量的影响。结果表明：N1（22.5 kg·hm-2）、N2（37.5 kg·hm-2）和N3水平（52.5 kg·hm-2）下,增施24 t·hm-2生物炭显著提高了烤烟生育中后期的干物质积累量和烟株移栽后90 d的氮肥利用率,且氮肥利用率以低氮（N1）水平下提高效果最明显。3个氮水平下,施用生物炭对转化酶活性整体表现为抑制作用;N1和N2水平下,增施生物炭可分别显著增加脲酶和过氧化氢酶活性。此外,在N1和N2水平下,增施2.4 t·hm-2生物炭还显著提高了烤烟生育后期的MBC含量。生物炭与氮肥配施还显著提高了烤烟全生育期的土壤有机碳含量。总之,生物炭与氮肥配施可以改善土壤生物学性状,促进烤烟生长,且以低氮水平下增施2.4 t·hm-2生物炭效果较好。     

观音茶不同提取方法香味物质分析及其在卷烟滤嘴中的应用

以铁观音茶为研究对象,采用水提取法、乙醇提取法、超临界萃取法和亚临界萃取法,结合GC MS法比较不同提取方法提取铁观音茶香味物质的差异;并将其提取物添加到卷烟滤棒中,评价其对卷烟烟气的贡献。结果表明,超临界萃取法能较好地将铁观音茶叶的香味物质提取出来,且其提取物与卷烟协调,是一种相对高效、经济的提取方法,较适合作为铁观音茶叶烟用提取物的制备方法。     

我国农业秸秆高值化利用现状与困境分析

秸秆是农作物收获后剩余的重要生物质资源。我国农业秸秆资源化利用正处于初始期向成长期过渡的关键时期。秸秆资源化利用面临着总量大,但区域特色明显、产品附加值低、商业化应用不足的困境。基于我国农业秸秆资源现状和高值化利用视角,重点分析了秸秆综合利用中的经济效益和技术困境,并提出发展路径,即围绕秸秆的高值化利用,重点加强相关领域基础研究和科技攻坚,拓宽和提升秸秆转化高附加值产品的市场和能力。可为下一阶段我国秸秆资源开发利用提供理论支撑和决策参考。