化石能源的使用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染和氣候變化問題,亟需尋求清潔、可再生的新型替代能源以減少對化石能源的依賴。生物柴油由于其零碳排放和環(huán)境友好性受到了廣泛關(guān)注。微藻的油脂產(chǎn)率遠(yuǎn)高于普通油料作物,被認(rèn)為是生產(chǎn)生物柴油最有前景的原料之一。然而,生長迅速、高油脂含量微藻藻株的缺乏以及高培養(yǎng)成本一直是制約微藻柴油技術(shù)規(guī)�；l(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵。暗發(fā)酵制氫會產(chǎn)生大量難以利用的小分子有機酸等副產(chǎn)物,這抑制了產(chǎn)氫過程且對環(huán)境存在潛在的危害性。小分子有機酸是生產(chǎn)微藻油脂的合適原料,將暗發(fā)酵制氫與微藻產(chǎn)油相結(jié)合,同時解決了原料短缺與產(chǎn)物抑制兩個限制問題,可提高底物的利用效率和系統(tǒng)的產(chǎn)能能力,對加快生物能源技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化步伐有重要意義。通過高通量篩選技術(shù)從88株微藻藻株中篩選出一株高油脂含量藻株R-16,經(jīng)形態(tài)學(xué)分析和分子生物學(xué)鑒定將其命名為柵藻R-16 (Scenedesmus sp. R-16)。同時研究了不同營養(yǎng)因子和生態(tài)因子下藻株R-16的細(xì)胞生長和油脂積累規(guī)律。研究表明：該藻株能利用多種碳源和氮源進(jìn)行生長和油脂積累,其最適的碳源和氮源分別為葡萄糖和硝酸鈉。藻株R-16表現(xiàn)出了對葡萄糖濃度的高耐受性(100 g/L)和較寬的pH耐受范圍(4.0-11.0)。氮饑餓促進(jìn)了微藻油脂的大量積累,最高油脂含量達(dá)52.6%。在適應(yīng)期和穩(wěn)定生長期,油脂濃度的增長主要來自藻細(xì)胞的增加,而在穩(wěn)定期微藻主要進(jìn)行油脂的積累。針對傳統(tǒng)油脂含量測定方法和尼羅紅熒光染色法的局限性,開發(fā)了超聲波技術(shù)和三維熒光光譜相結(jié)合快速檢測微藻油脂含量的新方法。對影響熒光染色的關(guān)鍵因素進(jìn)行優(yōu)化,并建立了油脂濃度-熒光強度的關(guān)系曲線。研究表明：熒光強度與油脂濃度間有顯著的線性關(guān)系(R2=0.9957),與傳統(tǒng)的尼羅紅熒光染色法相比,這種方法能高效破損微藻的細(xì)胞壁并顯著改善染色效果。探討了在不同培養(yǎng)模式和金屬離子等條件下微藻的油脂合成調(diào)控和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律�；祓B(yǎng)模式的生物量和油脂產(chǎn)率高于異養(yǎng)模式、厭氧模式和自養(yǎng)模式,但混養(yǎng)模式消耗了大量光能,在異養(yǎng)模式中獲得了最高的能源轉(zhuǎn)化效率。Fe3+、Mg2+和Ca2+對微藻的細(xì)胞生長和油脂產(chǎn)量有重要影響,向培養(yǎng)基中添加乙二胺四乙酸(EDTA)能增強鐵離子和鈣離子的溶解性,使其更易被微藻利用,進(jìn)而促進(jìn)了油脂的積累。與未添加EDTA的對照組相比,油脂含量和油脂產(chǎn)率分別提高了28.2%和29.7%。構(gòu)建了暗發(fā)酵細(xì)菌和微藻耦合產(chǎn)能工藝體系。以葡萄糖和不同類型的淀粉為底物,哈爾濱產(chǎn)乙醇桿菌B49 (Ethanoligenens harbinense B49)和混合菌種分別被用于暗發(fā)酵階段來生產(chǎn)氫氣,暗發(fā)酵廢液中的末端代謝產(chǎn)物主要是乙酸和丁酸／乙醇,這些產(chǎn)物被柵藻R-16進(jìn)一步用于生長和油脂積累。在混合菌種和微藻一步法產(chǎn)能體系中,混合比例、淀粉濃度和初始pH對產(chǎn)氫和油脂積累有重要作用,一步法體系可消耗多數(shù)制氫過程產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。與暗發(fā)酵制氫相比,耦合體系可顯著提高系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)化效率。此外,對暗發(fā)酵制氫和一步法體系的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TE667;TQ920.6
【部分圖文】：

別可供開采５２．５年、５４．１年和１１０年。雖然中國是世界上最大的能源生產(chǎn)國，能??源的供應(yīng)量占到全世界的１９．１％，但中國同時也是全球最大的能源消費國和凈進(jìn)??口國，占世界能源消費量的巧％，能源消費凈増長的６１％。如圖１－１所示Ｐ３，中??國僅煤炭的產(chǎn)量能基本滿足消耗所需，每年需從國外進(jìn)口大量的石油和天然氣，??且進(jìn)口量逐年遞增。與巨大的能源需求相比，中國的化石燃料儲量有限，石油、??天然氣和煤炭的儲量占世界總儲量的比例分別為１．１％、１．８％和１２．８％。若不進(jìn)行??化石燃料進(jìn)口，本國石油、天然氣和煤炭的儲量僅分別可供使用１１．９年、巧．７年??和３０年。能源供給的相對不足嚴(yán)重影響著經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，如何解決能源緊缺??問題是一個重大課題。??化石燃料的使用還會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。一方面，化石燃料的轉(zhuǎn)化過??程中會產(chǎn)生大量的環(huán)境污染物，帶來溫室效應(yīng)等全球性的環(huán)境和生態(tài)問題，另一??方面，Ｗ化石燃料為原料生產(chǎn)的化學(xué)制品大多難Ｗ降解，其使用后的殘留物也會??成為威脅環(huán)境的公害。這些問題已成為制約社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素

法篩選??微藻巧在瓊脂培養(yǎng)基上生長良好，顏色為綠色。微適于進(jìn)行生物柴油生產(chǎn)的一個重要指標(biāo)。有機溶劑８００?Ｉ???Ｉ??６００?－???］???■?＇?Ｉ??２００?－?，?孔而６?？?ｒ而Ａ而ｓｆｉ??■?Ｕｆ?ｍ?Ｉ?ｉｆ?Ｔｙ??Ｊｌｌｌｌｉｌｌｌｌｌｉｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｉｉｌｌｌｉ??０?２０?４０?６０?８０??

?綠色后接種于新的培養(yǎng)基中，反復(fù)富集４次￣５次后采用平板分離法分離３次￣５??次。圖３－１為藻株的分離、純化過程。光學(xué)顯微鏡下微藻細(xì)胞形態(tài)一致時即為純??藻株，分離獲得了微藻藻株共８８株，命名為Ｒ－ｎ（ｎ－藻株分離編號）。??凹３－１微藻的分離篩選??Ｆｉｇ．３－１?Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏａｌｇａｅ??３．２．２巧光染色法篩選??所有的８８株微藻巧在瓊脂培養(yǎng)基上生長良好，顏色為綠色。微藻的油脂含量??是評價藻株是否適于進(jìn)行生物柴油生產(chǎn)的一個重要指標(biāo)。有機溶劑提取法是測定??８００?Ｉ???Ｉ??６００?－??？?］??ｉ?■?＇?Ｉ??２００?－?，?孔而６?？?ｒ而Ａ而ｓｆｉ??■?Ｕｆ?ｍ?Ｉ?ｉｆ?Ｔｙ??Ｊ
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本文編號：2867772