6,第二章(3),微藻的分类与培养

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光照对S. 光照对 platensis的影响 的影响
光度对植物而言是相当重要的。钝顶螺旋藻含叶绿素a/b, 胡萝卜素、藻蓝素、藻红素等多种色素。叶绿素吸收蓝光 与红光,类胡萝卜素吸收蓝光为主,藻蓝素以红光为主 (吸光值以565nm检测),藻红素以蓝光为主;螺旋藻 在波长较短的光波下(蓝光),易产生较高的生产量。 Qiand等指出螺旋藻的生长密度及光度是呈线性关系,在 Qiand 8000µmol •m-2 •s-1 (夏天正中午的2~3倍),螺旋藻 有最大的产率為16.8 g 干重/每小時,但似乎尚未呈现最 大的产率。在生物反应器中,反应器材质、形状与直径都 影响着产量。同时,反应器里的细胞密度也会影响光的透 过量,从而影响微藻的生长速率。 此外,微藻培养对太阳光的利用率是较低的,主要是由 于光的反射、折射以及太阳光谱性质等引起的。 www.themegallery.com
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蓝藻门Cyanophyta 蓝藻门
蓝藻的影响
蓝藻在自然界中普遍分布,在对其他植物不具务生活条 件的地方,蓝藻都能生长。它是新开拓的土地和未开拓的 土地(如火山形成的岛屿)上最初的生物。 在潮湿的地区,特别是在热带地区,蓝藻是重要的固氮 生物。 在一些营养丰富的水体中, 夏季容易产生蓝藻爆发, 称为“水华” 。严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。 更为严重的是,蓝藻中有些种类(如微囊藻)还会产生毒 素(简称MC),大约50%的绿潮中含有大量MC。MC除 了直接对鱼类、人畜产生毒害之外,也是肝癌的重要诱因。 MC耐热,不易被沸水分解,但可被活性碳吸收,所以可 以用活性碳净水器对被污染水源进行净化。 蓝藻等藻类是鲢鱼的食物,可以通过投放此类鱼苗来 治理藻类,防止藻类爆发。
有机碳源
螺旋藻与大多数蓝藻一样,在黑暗条件下不能利用有机碳源, 但在光照条件下可以利用碳水化合物。在其生长培养液中添 加质量浓度为0.1g/100mL的葡萄糖,可以提高螺旋藻的生 长率和细胞产量。Ogava和Terui用C—14标记的葡萄糖培 养螺旋藻,有50%的标记物进入螺旋藻的细胞中,31%以 CO2释放,19%以有机副产物的形式分泌到培养液中。葡萄 糖作为唯一碳源时,其生物量是以NaHCO3为唯一碳源的 166%,但叶绿素和胡萝卜素含量减少。二者混用,螺旋藻 会优先利用葡萄糖。有实验表明,螺旋藻自养与异养生长代 谢是独立进行的。
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矿物质及微量元素对S. 矿物质及微量元素对 platensis的影响 的影响
Na+与K+:当K+/Na+ > 5时,抑制螺旋藻的生长; 只要K+/Na+ < 5,即使Na+ 很高,也不会抑制螺旋 藻生长。 磷酸盐:缺磷时,螺旋藻中可溶性蛋白质和结构蛋白 减少,螺旋藻有进行脂肪酸代谢的确切倾向,脂肪酸 组成也会改变。N/P对螺旋藻的生长也有一定的影响。 N/P为5.5:1时,在有Fe—EDTA存在并通入 1.5%CO2的条件下,用Zarruk合成培养液培养的螺 旋藻生物量高。 微量元素:Co2+与Ni2+会影响维生素B12的产量, Mo能影响其固氮能力,而Mg是合成叶绿素不可缺少 的元素。
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一 藻类分类系统
现在已在国内外大量培养的微藻分属于4个门。 现在已在国内外大量培养的微藻分属于 个门。 个门 蓝藻门(cyanophyta)属于原核植物,没有典型 的可区分的核,且没有色素体和线粒体。同化作 用的色素(如果有的话)分散在原生质的表层。 杂色藻门(Chromophyta)、红藻门 (Rhodophyta)与绿藻门(Chlorophyta)等属于 真核植物,具有典型的核和有被膜的色素体(如 果有的话)和线粒体。一般来说,高等植物被归 于绿藻门一类,即绿藻门中包括顶级植物。
铵态氮
当NH4+的浓度低于0.100mol/L时,铵盐也可以作为螺旋藻的 氮源。也有研究报告指出在铵态氮浓度为0.206mol/L时,螺 旋藻可正常生长,还可控制落体中非蛋白态氮物质的合成。当 其浓度超过0.412mol/L时,就会对螺旋藻产生毒害作用。 此外,培养液的pH值也会影响螺旋藻对铵态氮的耐受性。有研 究表明,当pH=8.4时,尿素浓度低于1.5g/L,则不会对螺旋 藻产生毒害作用。
微藻 Microalgae
金明花
Contents
1. 分类 2. 微藻的培养 3. 微藻的大规模培养 4. 微藻的应用
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植物分类系统
标记 门(Stamm, phylum) 纲(Klasse, classis) 目(Ordnung, ordo) 科(Familie, familia) 属(Gattung, genus) 种(Art, species)
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蓝藻门Cyanophyta 蓝藻门
蓝藻的营养
蓝藻是光能自养型生物,它可以通过色素及光能 同化二氧化碳;但它也能利用有机物质,并靠有机制 生活,因此它是混合营养的。蓝藻比其它植物更有能 力适应光的强度和光的颜色,这也是为什么蓝藻一般 能生长在世界上不同地方的原因。 许多蓝藻能同化游离氮素,并能在无氮的营养液 中生长,特别是含有钼的溶液中。
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温度对小球藻的影响
温度是影响藻类所有代谢活动的一个主要因子。 根据培养小球藻需要的最适温度,可将小球藻分 为两类:低温藻株,生长最适温度为25~30℃; 高温藻株,最适温度为35~40℃。 通常在指数生长期把温度调到最适生长温度,以 利于微藻的快速生长;在稳定期时,把温度调低 些,以利于糖类的积累。 昼夜温度也能影响微藻的生长。一般昼夜恒温有 利于藻类的快速生长,但是昼夜更替温度所得到 的产量会高些。以蛋白核小球藻为例,白天采用 25℃,夜间维持20℃会比恒定25℃得到的产量要 高一些。
温度对S. 温度对 platensis的影响 的影响
螺旋藻最适当的成长温度为35~37℃。在室外最低的成 长温度为18℃,当低于12℃时会停止生长(Richmond, 1986)。但某些种类的螺旋藻的生长温度范围是大于一 般 螺 旋 藻 的 生 长 温 度 范 围 ( 24~42℃ ) ( Vonshake and Tomaselli,2000)。 Jiménez(2003)指出Spirulina platensis可以在低温 12℃时达到2g干重/每平方公尺/每天的生产量;15℃时, 有6g干重/每平方公尺/每天的生产量;18℃为8g干重/每 平方公尺/每天的生产量。令人惊讶的是,在9℃下,螺旋 藻也有少许生长。温度是酶的活性的重要因素之一。一般 来说,在一定的范围内,温度越高,酶的反应活度越强。 在S. platensis里含有多种影响光合作用的酶,这些酶直 接或间接地影响到其光能利用效率。因此在一定程度上, 提升温度可以使S. platensis的光饱和点升高。
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小球藻
绿藻门 绿球藻目 小球藻科 小球藻属 小球藻
小球藻是单细胞真核藻,细胞内含有多种营养物 质。小球藻在食品、饲料、饵料、医药、环保等 方面都有广泛的应用,是一种重要的微藻资源, 有广阔的应用前景。
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光照对小球藻的影响
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蓝藻门Cyanophyta 蓝藻门
特征和名称ຫໍສະໝຸດ Baidu
蓝藻这个名字是强调了其中特殊的蓝色素(藻蓝素),这种色 素和其他同化色素共同存在蓝藻细胞中,而使蓝藻常常呈蓝绿 色。 蓝藻可以在极端不良的环境条件下出现,这些环境条件是其 他植物所不能忍受的(如螺旋藻可生活在高盐、高pH值环境 pH 中),这说明蓝藻具有极大的适应性。 蓝藻大概有150属,已经有2000种,大多数在淡水中生活。 原生质构造 无性的蓝藻细胞的原生质可分为结构上和作用上不同的两部 分。 在周围包含有同化色素的为色素质;由色素质向里进为 无色的中央质,也称为中央体。此两种原生质部分之间,并没 有定型的膜。色素质完全起色素体的作用,其中有亚显微的片 层,呈规则排列,群聚成类囊体;中央质内一致认为包含有核 质,并行使与核类似的功能。
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蓝藻门Cyanophyta 蓝藻门
蓝藻细胞和藻体的形态学
蓝藻细胞的形态是简单的,多圆球形、柱形、椭圆形、桶 形、卵形、镰刀形、棒形等。然而蓝藻细胞很少单个生活, 通常构成群体或连结成丝体。
蓝藻的繁殖
蓝藻的繁殖方式有两类,一为营养繁殖,包括细胞直接分 裂(即裂殖)、群体破裂和丝状体产生藻殖段等几种方法; 另一种为某些蓝藻可产生内生孢子或外生孢子等,以进行 无性生殖。孢子无鞭毛。 目前尚未发现蓝藻有真正的有性生殖。
光饱和效应:限制了藻类对光能利用的有效性 光抑制:当光照度达到全日照的10%时,某些 海藻会出现光抑制现象。在低温下,这种抑制作 用跟明显,在高细胞浓度规模化培养时,光抑制 作用并不是很严重。 光限制:小球藻培养体系中光照度按LambertBeer规则随深度和浓度的增加而逐渐减弱。 间歇光照效应:蛋白核小球藻在光合作用过程中 要充分有效地利用入射光的光能,暗时间必须至 少是闪光时间的10倍;细胞间歇曝光时间为30s 时,即可达到间歇光照效应。
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氮源对S. 氮源对 platensis的影响 的影响
氮源的种类与浓度会直接影响到其蛋白质的合成,并 引起其它非蛋白态含氮有机物、挥发性物质的产量。
硝酸盐
硝酸盐是可以被螺旋藻同化的主要氮源,在35℃以上使用高浓 度的NO3¯,螺旋藻的生长率和产量均增加。亚硝酸盐也可以 作业其氮源,且和硝酸盐以同样方式影响螺旋藻生物量的积累, 以及蛋白态氮和非蛋白态氮的积累。
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pH对S. platensis的影响 对 的影响
S. platensis偏好在碱性环境下生存。其最适生 长pH为8.5~10.5。 pH过低,容易被其它藻类 污染; pH过高,可利用的CO2量将受到限制。当 pH接近11.5,光照度为12klx时,螺旋藻细胞会 发生溶解现象。 螺旋藻可以很好地耐受pH的逐渐改变,但pH的 突然改变对其有害,这通常发生在没有很好缓冲 的培养液中。控制培养液pH的最好方法是利用 CO2(随着HCO3¯的消耗,pH会不断升高)。
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碳源对S. 碳源对 platensis的影响 的影响
无机碳源
螺旋藻可以直接利用空气中的CO2进行光合生长,但CO2必 须先溶于水,且主要以HCO3¯形式存在。在一定范围内, pH值越高, CO2的利用率也越高。 碳酸氢盐与碳酸盐也可 以作为碳源,这二者同时存在,也可以起调节pH的作用。
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二 微藻的培养条件
蓝藻门 螺旋藻
温度 pH 光照 碳源
矿物质
氮源
绿藻门 小球藻
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螺旋藻细胞结构
螺旋藻(spirulina)是一种多细胞的丝状微藻(Microalge), 属于蓝藻门(cyanophyta或cyanobacteria)、段殖藻目 (hormogonales) 、 颤藻科(oscilatoriaceae)的一个属。 螺旋藻属于原核生物,其细胞结构很简单,无细胞核与细 胞器。类囊体(thylakoids)单条,多分布在细胞周边,叶 绿素a位于类囊体膜内;藻胆体(phycobilisomes)颗粒附 着在类囊体膜外表面上,是蛋白质和色素的复合体。蓝藻 的DNA无组蛋白包裹,呈丝状,位于细胞中央。蓝藻细胞 内还包含有70S核糖体、气囊、葡聚糖颗粒、蓝藻素颗粒、 多角体等。 螺旋藻个体成丝状,一般其丝状体为螺旋状,这也是螺旋 藻属的特征。藻丝长50~500µm,直径约为 1~12µm。
特征
所用字尾-phyta 所用字尾-phyceae 所用字尾-ales 所用字尾-aceae 普通以希腊字为字尾 普通以拉丁字为字尾
举例
绿藻门Chloro-phyta 绿藻纲Chloro-phyceae 绿球藻目Chloro-ales 绿球藻科Chloro-aceae 小球藻属Chlorella vulgaris
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