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在化石燃料日趋紧张的今天,寻找替代能源成为全世界关注的问题。开发生物能源越来越引起人们的重视。杜氏藻生物质能源的开发在培养条件、开放式培养、采收等方面依然存在很多问题亟待解决。
本实验以巴氏杜氏藻(Dunaliella bardawil)突变株HL-1为研究对象。对藻细胞进行了形态和结构观察;研究了碳源、氮源对藻的生长和脂类含量的影响,植物激素、多胺对藻的生长和胞内物质的影响,正常培养下胞内中性脂含量的变化以及氮饥饿下的脂积累情况;藻对氮源的消耗情况;利用高分子絮凝剂采收杜氏藻的效果。在此基础上通过室外开放式培养获得了大量、优质的杜氏藻生物质原料。研究结果对杜氏藻生物质能源的开发具有重要意义。结果如下:
(1)巴氏杜氏藻HL-1具有杜氏藻的一般特征。电镜切片显示藻细胞内含有大量的淀粉粒和一定数量的脂滴。淀粉粒形状不规则,大小差异较大,长度一般1μm左右,最大可达2μm,20~30个;脂滴呈球形,直径0.5~1μm,一般2~4个。细胞色素体发达,可延展至细胞前端。
(2)硝态氮和尿素均是巴氏杜氏藻HL-1很好的氮源,高浓度铵氮对细胞有致死作用。添加碳源、植物激素、多胺能促进藻的生长,最终细胞密度分别比对照提高32.9%,36.9%,35.2%。正交实验表明,NaNO3、尿素、NaHCO3、葡萄糖的浓度依次为(6、4、15、1)mmol·L-1时细胞密度最高,依次为(6、5、5、1)mmol·-1时脂类产率最高,细胞密度和脂类含量分别比最低值高出18.3%、61.4%。对生长和脂类含量影响最大的分别是NaHCO3和NaNO3。生长过程中藻细胞中性脂含量先减少,进入稳定期后开始增加,细胞荧光值变化范围为(3.07~4.72)×10-5FI/cell。可溶性糖类及蛋白含量的变化情况与中性脂相反,整体上先增加后减少。缺氮条件下胞内可积累大量脂滴,脂类含量达52.3%。
(3)巴氏杜氏藻HL-1在一个培养周期中对NaNO3、NH4Cl、NH4NO3、(NH2)2CO的消耗量分别为(2.7、2.4、3.4、3.3)mmol·L-1,平均消耗量2.9mmol·L-1。
(4)开放式培养的生物量产率为0.49~1.01g/m2/d(干重),脂类含量9.7%~22.1%。春秋季节的细胞干重和脂类含量较高,夏冬季节较低。开放池培养效果不及玻璃缸。复配氮源下的生物量产率比硝态氮最多高出18.4%。开放式培养中易受卤虫、纤毛虫的污染。140‰以上的盐度能有效抑制纤毛虫的大量繁殖。
(5)同浓度(50mg·L-1)下,聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铝铁(PAFC)、壳聚糖(CTS)三种絮凝剂24h小时后的絮凝效率均在80%以上。PAC絮凝效率最高,达87.3%,初凝速度最快。pH、盐度、温度、细胞密度对PAC的絮凝效率均有一定的影响,酸性或碱性环境、低盐度、30℃和低密度条件下的絮凝效率更高。室外采收杜氏藻时可采用投加50mg·L-1的PAC,絮凝24h的方法。