微藻具有生长周期短、光合效率高、环境适应性强和不占用农业耕地等特点,被认为是第三代生物质能源原料,引起了广泛的关注和研究。但是,微藻生物能源由于生产成本高以及对淡水资源的需求,大规模发展和应用受到了限制。针对该问题,使用废水作为廉价替代培养基,减少淡水资源和营养物质投入,是研究热点,但是废水环境复杂多变,培养过程中会影响藻细胞活性和胞内油脂的合成,造成油脂产量降低,因此如何提高微藻在废水中的细胞活性和生长能力,是提高最终油脂产率的关键。本论文以低成本和高产油率为立足点,从废水培养微藻入手,首先对废水预处理方式进行了优化,考察了其对微藻生物质浓度、油脂含量及产率的影响,揭示了废水中抑制藻细胞活性的主要因素。其次,揭示了植物激素处理下,微藻细胞的变化规律以及对废水环境的适应能力,阐明两株微藻对植物激素的响应机制,以期实现废水中微藻快速生长和高效积累油脂的有机耦合,降低微藻培养成本的同时提高油脂产量。主要研究结论如下:1.盐泽螺旋藻(S.susbasal)在稀释后的味精发酵母液(monosodium glutamate residue,MSGR)中生长良好,叶绿素合成速率和最终生物质浓度与标准螺旋藻培养基SP不相上下或者更高。油脂积累方面,淡水稀释的MSGR中藻细胞的总脂含量和产率有所下降,海水稀释的MSGR中S.subsalsa的脂质和产率是SP培养基中的1.8倍和2.5 倍。与发酵母液相比,味精厂综合废水CW中所含的营养物浓度不足以支持S.subsalsa生长所需。CW作为改良螺旋藻培养基mZM的替代培养基减缓了S.subsalsa的生长速度,削弱了S.积累生物质的能力。从当地湖泊中筛选并经味精厂综合废水驯化的单针藻Monoraphidium sp.SDEC-17是耐受CW环境的优势藻株,可以在纯CW中高效低成本地积累生物质,产量高达1.29 g·L-1与BG11中的1.31 g·L-1没有显著性差异;不过油脂含量和产率有所下降。餐厨垃圾厌氧消化液(effluent from anaerobic digestion of kitchen waste,ADE-KW)也需要进行一定的稀释才可用于微藻培养,稀释后的消化液仍然存在一定的不利因素,会破坏叶绿体、细胞核等细胞结构,使光合色素积累下降70%以上,导致生长速率、生物质浓度和油脂产率的减少。不同来源的微藻在不同废水中的生长及油脂积累特性表明:直接利用废水低成本培养微藻快速生产生物质的可行性不高,需要经过稀释、补充营养物质、筛选驯化藻种或去除大颗粒等预处理来减轻高浓度的有害成分(氨氮、有机物等)、不平衡的营养物质组成(氮磷比值)、内源细菌以及色素颗粒等不利因素带来的抑制作用。尽管如此,废水中微藻的生长速率和油脂产率相对于常规培养基还有一定的差距,需要进一步提高细胞活性和生产效率。2.细胞激动素(kinetin,KT)可以刺激微藻(Chlorella ellipsoidea SDEC-1 1和Scenedesmus quadricauda SDEC-13)快速地进入细胞分裂期。不过从整个生长周期来看,高浓度KT投加时,两株微藻的生长均受到抑制,在短暂的生长后快速凋亡。低剂量KT则可以刺激小球藻SDEC-11的生物质积累和两株微藻的营养元素利用效率。植物激素对微藻的作用有藻株特异性,KT作用下,小球藻SDEC-1 1的生物质浓度升高、叶绿素含量无明显变化,栅藻SDEC-13的生物质干重略有下降、叶绿素含量增多;在磷限制环境中,通过添加植物激素提高微藻的磷利用效率或可以成为提高微藻生长和生物质产出的有效手段,KT作用下,微藻的磷利用效率提高了 21%-34%。微量的新型植物生长调节剂己酸二乙氨基乙醇酯(diethyl aminoethyl hexanoate,DA-6)即可提高微藻的生物质积累,刺激藻细胞增大。在对数生长期中期追加DA-6可延长微藻的对数生长期,保持较高的比生长速率。尽管该植物激素没有显著改变胞内脂质、蛋白和多糖的组成,但是因为生物质产率的提高,三大代谢产物的生产效率均有所增长,尤其是油脂产率,小球藻SDEC-1 1被提高至39 mg·L-1d-1,栅藻SDEC-13被提高至33 mg·L-1d-1而在对照组中两株微藻的产率分别是30 mg·L-1d-1和28 mg·L-1d-1。植物激素也提升了脂肪酸组成,使两株微藻更适宜作生物柴油的原材料,刺激了栅藻SDEC-13中多不饱和脂肪酸的合成,拓宽了微藻生物质在食品和生物制药领域的应用范围。不同投加方式下农用混合植物激素GIB均可刺激小球藻SDEC-11和栅藻SDEC-13 的叶绿素合成、细胞分裂和蛋白质积累,同时细胞形态和单细胞质量也有所变化。在种子液培养阶段加入GIB处理,栅藻SDEC-13的油脂产率被提高了 56%,脂肪酸饱和度以及多不饱和脂肪酸的比例均有所提高,说明GIB可以优化生物质的脂肪酸组成,提升微藻在生物柴油、动物饲料、食品和生物制药等领域的发展前景和竞争力。3.从植物激素投加成本和性状稳定性考虑,价格低廉、水溶性好、作用稳定,同时对两株微藻也有一定影响的农用混合植物激素GIB被用来刺激餐厨垃圾厌氧消化液中椭圆小球藻SDEC-11和四尾栅藻SDEC-13的生长和生物质积累。在藻种制备过程中投加植物激素有利于提高微藻对不利环境的适应能力。植物激素也减缓了消化液对微藻细胞分裂和叶绿体的抑制破坏作用,提高了油脂含量。批试培养初期添加植物激素使得小球藻获得了最高的油脂产率,育种期添加植物激素使栅藻的油脂产率提高到了消化液对照的2.4倍。对于磷缺乏的消化液,磷元素的添加仅可以在一定程度上提高微藻的生长速率,对油脂积累无明显影响;而植物激素作用下,微藻的生长速度和脂质含量有了大幅提高,磷元素的利用效率也明显增强。这表明了植物激素刺激相对营养盐补充在提高废水生产微藻生物质方面的优势。植物激素对微藻活力、光合潜力及代谢能力的提升为应用微藻进行污水无害化和资源化提供了新的方向;借助于植物激素对微藻活性的提升,耦合餐厨垃圾厌氧消化工艺可以建立起微藻培养、生物柴油生产、餐厨垃圾处理及藻渣处理等工艺在内、几乎没有氮磷等化学物质损失的生态圈。