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海洋微藻快速生长及油脂富集技术的初步研究

作　者: 焦媛媛
导　师: 潘克厚
学　校: 中国海洋大学
专　业: 水产养殖
关键词: 微拟球藻小球藻吲哚乙酸钨酸钠钼酸钠脂肪酸组成
分类号: S968.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,由于石油资源日益枯竭及其燃烧带来的环境污染问题,生物柴油作为一种来源广泛的可再生能源,其开发和应用受到广泛关注。微藻是光合效率高的一种原始植物,具有生物量大,油脂含量高,生长周期短,易大规模培养等特点,是制备生物柴油的优良材料。然而,由于生产成本高,微藻生物柴油至今未实现商业化生产,大量研究表明,微藻的生长和脂肪酸积累与环境调控密切相关。本文研究了吲哚乙酸(IAA)对微藻生长和脂肪酸组成的影响,比较了氮限制培养条件和培养基中添加钨酸钠和钼酸钠处理,微藻脂肪酸组成的变化,旨在通过改变培养条件,探索微藻快速生长油脂大量富集的可能性,为微藻生物柴油的大规模生产提供理论基础和技术支持。首先,选择在已有研究报道的高油脂、易培养的小球藻属和微拟球藻属中筛选生长迅速的藻种。对实验室现有微藻和海区分离的6种绿藻进行了生长比较,筛选出2种微藻,分别为微拟球藻、小球藻C7。IAA作为植物激素一种,能促进和刺激许多单细胞藻类的生长,本实验通过比生长率、最终藻细胞密度和光密度比较发现,适当添加IAA可使藻细胞迅速达到指数生长期,获得较高生物量。对微拟球藻、小球藻C7促生长的最佳浓度为0.1mg/L、0.25mg/L,IAA对2种微藻的脂肪酸合成没有促进作用,高浓度IAA抑制了EPA的合成。在无氮的培养条件下,2种微藻的脂肪酸含量显著升高。微拟球藻在氮限制培养条件下,16：0、16：1、18：1在总脂肪酸中的比例有所提高,而14：0、20：4、20：5的比例有所降低,处理96h,4种主要脂肪酸含量提高17.30%；当小球藻C7处于无氮培养基中,16：(4n-3)、18：1(n-9)在总脂肪酸中的比例有所提高,而18：3(n-3)、20：5(n-3)的比例有所降低,处理96h,4种主要脂肪酸含量增加1.18%。硝酸还原酶是氮代谢过程中的一个重要调节酶和限速酶,可直接调节硝酸盐还原来调节氮代谢,钨酸钠是硝酸还原酶的抑制剂,可以抑制硝酸还原酶的活性,限制对氮的吸收。本研究结果表明在添加不同浓度钨酸钠培养微藻时,微拟球藻16：0、16：1、18：0、18：1在总脂肪酸中的比例有所提高,而14：0、20：4、20：5的比例有所降低；小球藻细胞中的16：0、18：1(n-9)两种脂肪酸在总脂肪酸中的比例提高,18：3(n-3)、20：5(n-3)的比例有所降低,与无氮培养条件下,脂肪酸积累的变化趋势基本一致,细胞内脂肪酸的饱和程度增加,不饱和脂肪酸含量下降,因此添加钨酸钠可以达到氮限制作用。钼酸钠是硝酸还原酶的激活剂,本实验探索了钼酸钠对微藻脂肪酸组成的影响,实验表明,添加钨酸钠后,微拟球藻细胞中的16：0、20：5两种脂肪酸在总脂肪酸中含量增加,尤其是EPA的含量显著升高,这与限氮培养和添加钨酸钠培养结果相反；小球藻C7细胞中16：0、18：1(n-9)在总脂肪酸中的比例显著提高,16:(1n-7)、16:(4n-3)、18:2(n-6)、18:3(n-3)在总脂肪酸中的比例显著下降,油酸含量显著增加,α-亚麻酸含量下降,细胞内脂肪酸含量增加,这和限氮培养、添加钨酸钠对小球藻脂肪酸合成的作用相似,钨酸钠在微拟球藻和小球藻C7脂肪酸合成中的作用有显著差异,说明不同种类的微藻,其脂肪酸代谢和合成途径不完全相同。最后,本研究认为,微拟球藻相对于小球藻C7油脂含量高,氮限制作用明显,更适用于大规模生产微藻生物柴油。技术路线如下：在生长初期添加0.1mg/L IAA培养至指数生长期(大概8天),达到一定的生物量,加入1mmol/L钨酸钠进行氮限制处理(大概3天),微藻脂肪酸大量积累,这样既保证了生物量,又可以提高微藻脂类含量,且此方法操作简单,具有生产可行性,可为大规模培养微藻提高实验基础和技术支持。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
前言生物柴油概述及微藻生物柴油的研究进展  13-38
  1 生物柴油  13-16
    1.1 生物柴油的优势和缺点  13-14
    1.2 生物柴油原料的研究  14-16
  2 微藻生物柴油  16-36
    2.1 微藻作为原料制备生物柴油的发展历程  16-19
    2.2 微藻生物柴油的优势  19
    2.3 具有生产生物柴油潜力的微藻  19-21
    2.4 微藻脂肪酸的合成机制  21-26
      2.4.1 乙酰辅酶A的形成  23
      2.4.2 脂肪酸的合成  23-26
    2.5 影响微藻生长和脂肪酸组成的环境因素  26-36
      2.5.1 光照强度  26-27
      2.5.2 温度  27-28
      2.5.3 营养物质  28-30
        2.5.3.1 氮  28-29
        2.5.3.2 硅  29-30
        2.5.3.3 磷  30
      2.5.4 微量元素  30-31
      2.5.5 盐度  31-32
      2.5.6 通气量和pH  32-33
      2.5.7 培养方式  33-34
      2.5.8 生长期  34-35
      2.5.9 其他化学物质  35-36
  3 本论文研究的目的和意义  36-38
第一章实验藻株的筛选  38-43
  1 材料和方法  38-39
    1.1 藻种  38
    1.2 培养条件  38
    1.3 海洋微藻生长比较  38-39
      1.3.1 比生长率比较  39
      1.3.2 光密度测定  39
  2 结果  39-41
  3 讨论  41-43
第二章吲哚乙酸对微拟球藻和小球藻C7生长和脂肪酸组成的影响  43-54
  1 材料和方法  43-45
    1.1 材料  43
    1.2 培养基及培养条件  43-44
    1.3 实验方法  44
    1.4 生长指标的测定  44
      1.4.1 比生长率测定  44
      1.4.2 光密度测定  44
      1.4.3 叶绿素荧光强度测定  44
    1.5 脂肪酸组成分析和含量测定  44-45
  2 结果  45-52
    2.1 IAA对微拟球藻生长和脂肪酸含量的影响  45-48
      2.1.1 IAA对微拟球藻生长的影响  45-47
      2.1.2 不同浓度IAA对微拟球藻脂肪酸组成的影响  47-48
    2.2 IAA对小球藻C7生长和脂肪酸含量的影响  48-52
      2.2.1 IAA对小球藻C7生长的影响  48-51
      2.2.2 不同浓度IAA对小球藻C7脂肪酸组成的影响  51-52
  3 讨论  52-54
    3.1 IAA对微藻生长的影响  52-53
    3.2 IAA对微藻脂肪酸含量的影响  53-54
第三章氮限制对微藻脂肪酸组成的影响  54-61
  1 材料和方法  54-55
    1.1 材料  54
    1.2 培养基及培养条件  54
    1.3 实验方法  54
    1.4 脂肪酸组成分析和含量测定  54-55
    1.5 数据分析  55
  2 结果  55-58
    2.1 不同氮限制时间对微拟球藻脂肪酸组成的影响  55-57
    2.2 不同氮限制时间对小球藻C7脂肪酸组成的影响  57-58
  3 讨论  58-61
第四章钨酸钠对微藻脂肪酸组成的影响  61-68
  1 材料和方法  62
    1.1 材料  62
    1.2 培养基及培养条件  62
    1.3 实验方法  62
    1.4 脂肪酸组成分析和含量测定  62
    1.5 数据分析  62
  2 结果  62-65
    2.1 不同钨酸钠对微拟球藻脂肪酸组成的影响  62-64
    2.2 不同钨酸钠对小球藻C7脂肪酸组成的影响  64-65
  3 讨论  65-68
第五章钼酸钠对微藻脂肪酸组成的影响  68-75
  1 材料和方法  68-69
    1.1 材料  69
    1.2 培养基及培养条件  69
    1.3 实验方法  69
    1.4 脂肪酸组成分析和含量测定  69
    1.5 数据分析  69
  2 结果  69-72
    2.1 不同钼酸钠对微拟球藻脂肪酸组成的影响  69-71
    2.2 不同钼酸钠对小球藻C7脂肪酸组成的影响  71-72
  3 讨论  72-75
第六章总结与展望  75-79
  1 总结  75-77
    1.1 实验结论  75-76
    1.2 研究特色与创新点  76
    1.3 研究的不足  76-77
  2 展望  77-79
    2.1 实验展望  77
    2.2 微藻生物柴油展望  77-79
参考文献  79-92
附录  92-96
致谢  96-98
个人简历  98
攻读学位期间发表的论文  98

海洋微藻快速生长及油脂富集技术的初步研究

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