菌藻互作体系中微藻生长规律和聚集趋势的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:henbuxiaxin11
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微藻因其具有较高的综合利用价值和广阔的应用前景,成为生物柴油等各大领域的研究热点。如何提高微藻生长速率,同时低成本高效地收集微藻是限制其大规模应用的瓶颈所在。菌藻共生体系可以促进微藻絮凝,然而这种共培养体系中菌藻的交互作用对微藻的生长规律和聚集发生过程的作用机制尚不明确。本文从菌藻互作角度出发,以菌藻共生体系为研究对象,选取小球衣藻和活性污泥细菌为模式藻种和混合菌种,通过构建微型微藻反应器系统,探究碳源属性和生长因子对菌藻共生体系中小球衣藻的生长规律和聚集趋势的影响,解析碳源浓度、投加方式、菌藻接种比例的影响程度,得出的主要结论如下:第一,尽管外源无机碳源的出现对于纯培养小球衣藻的生长没有显著影响,但是在菌藻混合体系中无机碳源却可以显著促进微藻的生长。在低浓度无机碳源(38 mg-C/L)水平下,当初始菌藻比为15:1时,经过4 d培养,微藻生物量达到了1.22×10~6cells/m L,较纯藻培养体系增加30%。当碳源水平升高至188 mg-C/L时,微藻生物量进一步升至1.64×10~6cells/m L,较纯藻培养体系增加68%。同时,对微藻聚集分析发现,菌藻共生体系也有助于微藻发生聚集,并且随着体系中无机碳源浓度增加,其聚集效果越明显。例如,当初始菌藻比为15:1时,经过6 d培养,投加无机碳源实验组中微藻聚集率可高达59%~67%,远高于纯培养体系中24%~27%的聚集率。第二,有机碳源的出现可以促进纯培养体系中小球衣藻的生长,经过6 d培养,小球衣藻生物量可达(1.26~1.38)×10~6cells/m L,高于纯培养时的生物量1.16×10~6cells/m L。然而,在菌藻混合体系中,小球衣藻的生长不仅与有机碳源浓度相关,还取决于不同的初始菌藻比。当初始菌藻比为15:1时,高浓度(化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)为500 mg/L)葡萄糖有机碳源显著促进微藻生长,6 d后生物量可达1.93×10~6cells/m L;而菌藻比3:1时,微藻生物量与纯培养时不发生显著变化。值得注意的是,降低有机碳源浓度会减少菌藻混合体系中微藻生物量。例如,菌藻比3:1时,在低浓度(COD为100 mg/L)葡萄糖有机碳源培养时,6 d后生物量仅为1.06×10~6cells/m L。当外源有机碳源种类由葡萄糖换成乙酸钠时,菌藻混合体系中微藻的生长均受到不同程度抑制,但是随着初始乙酸钠浓度的增加,抑制效果逐渐减弱。有机碳源对小球衣藻聚集的影响较为明显,无论是纯培养或混合培养体系中,有机碳源的出现均能不同程度促进微藻聚集,尤其在高菌藻比实验组中,聚集率可以高达61%~85%。第三,生长因子吲哚-3-乙酸(IAA)和维生素B12对纯培养或菌藻混合体系中微藻的生长均具有轻微的抑制作用。IAA浓度为1.0μg/L时,经6 d培养的纯藻和菌藻比3:1的混合体系中小球衣藻生物量分别为0.96×10~6cells/m L和0.92×10~6cells/m L,均低于不添加IAA培养体系中的微藻生物量。与此同时,研究发现IAA和维生素B12可以促进纯培养或菌藻混合体系中微藻的聚集。例如,添加IAA或者维生素B12时,经6 d培养后,纯藻和菌藻比3:1的混合体系中小球衣藻平均聚集率分别为17%和37%,均高于不添加IAA的培养体系中微藻聚集率。
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