微藻培养条件和光反应
微藻光催化
微藻光催化微藻光催化是指利用微藻作为光催化剂，通过光能转化为化学能来进行催化反应的一种技术。
微藻是一类具有光合作用能力的微生物，能够利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质，同时产生氧气。
利用微藻进行光催化反应可以实现高效、可持续的能源转换和环境治理。
微藻光催化技术的发展得益于微藻在光合作用过程中形成的生物催化剂。
微藻的光合作用主要通过叶绿体中的叶绿素分子来吸收光能，然后将其转化为化学能。
在光合作用过程中，微藻还能够产生一些活性物质，如氧化还原物质和酶，这些物质可以作为催化剂参与到其他化学反应中。
微藻光催化技术在能源转换领域具有广泛的应用前景。
首先，微藻可以利用光能将二氧化碳转化为有机物质，这对于减缓温室气体的排放，缓解气候变化具有重要意义。
其次，微藻光催化技术可以用于制备可再生能源，如生物柴油和生物氢气。
微藻光催化制备生物柴油的过程中，微藻吸收太阳能后，将其转化为化学能，然后通过酶的催化作用将二氧化碳和水转化为甲酯等有机物质。
微藻光催化制备生物氢气的过程中，微藻吸收太阳能后，通过光解水反应将水分解为氢气和氧气。
除了能源转换领域，微藻光催化技术还可以应用于环境治理。
微藻可以利用光能降解和转化污染物，如重金属离子和有机污染物。
微藻光催化降解重金属离子的过程中，微藻通过吸附和还原作用将重金属离子从溶液中去除。
微藻光催化降解有机污染物的过程中，微藻通过光解和酶的催化作用将有机污染物分解为无害的物质。
微藻光催化技术具有许多优点。
首先，微藻是一种天然的光合生物，具有高效的光能利用能力。
其次，微藻生长速度快，繁殖能力强，可以大规模生产。
再次，微藻具有较高的抗逆性，能够适应不同的环境条件。
最后，微藻光催化技术是一种可持续的能源转换和环境治理技术，可以实现能源的可再生和环境的可持续发展。
然而，微藻光催化技术也面临一些挑战。
首先，微藻的光合作用效率有限，需要进一步提高光能利用率。
其次，微藻的生长过程中需要光、温度、养分等多种条件的配合，对环境要求较高。
光生物反应器培养微藻的原理
光生物反应器培养微藻的原理
光生物反应器培养微藻的原理主要基于微藻的光合作用特性。
微藻在光合作用中，利用光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气。
光生物反应器则提供了一种受控的环境，支持微藻的生长和光合作用过程。
具体来说，光生物反应器通过控制系统对光、温度、营养物质等微藻生长所需条件进行调控，为微藻提供最佳的生长环境。
在反应器中，光能被特定波长的光源（如LED灯）提供，确保微藻能够吸收到所需的光能进行光合作用。
同时，反应器中的温度控制系统保持适宜的温度，确保微藻的正常代谢活动。
此外，反应器中的营养物质浓度也是影响微藻生长的关键因素。
通过向反应器中添加适量的营养物质（如氮、磷等），可以满足微藻生长所需的营养需求。
同时，反应器中的pH值、溶氧量等参数也需要进行监测和调控，以确保微藻生长环境的稳定。
通过这些调控措施，光生物反应器可以模拟微藻的自然生长环境，实现大规模培养微藻的目标。
这种培养方式具有高效率、低能耗、低污染等优点，因此在微藻生物能源、生物肥料等领域具有广阔的应用前景。
20第二章微藻的培养概述
20第二章微藻的培养概述微藻是一类微小的植物，具有高度的生物多样性与生态适应性。
它们广泛存在于淡水、海水和土壤等环境中，并可以利用光合作用吸收二氧化碳、释放氧气，并且具有高度的生物转化能力。
近年来，微藻被广泛研究与利用于生物能源、食品、药物以及环境修复等领域。
而为了更好地利用微藻，首先需要建立高效稳定的微藻培养方法。
微藻的培养方法主要可以分为传统培养方法和新型培养方法两大类。
传统培养方法包括固体培养、液体培养和混合培养三种常见的培养方式。
固体培养是将微藻接种在基质上，通过生物活性物质或者化学物质来提供营养，适合于微藻的分离纯化以及初次培养。
液体培养是将微藻接种于液态培养基中，通过光照提供光能，提供适量的无机盐以及有机营养物，适应于大规模培养。
混合培养则是将固体培养和液体培养相结合，充分利用两者的优点。
然而，传统培养方法存在着培养周期长、传代效率低、产量不稳定等问题。
为了解决这些问题，近年来出现了多种新型培养方法。
其中，摇瓶培养是将微藻接种于摇床上，通过控制摇床的颠簸程度和频率来提高微藻的培养速度。
膜生物反应器是将微藻培养在透过微孔膜材料的容器中，通过透过微孔膜材料提供光能和营养物质，具有高度的光合和呼吸效率。
光生物反应器是将微藻培养在透明塑料容器中，并加入气体供应装置和光源，通过灌注合适的气体来改善微藻的培养环境。
对于微藻的培养方法，培养基的配方和光照条件也是非常重要的因素。
培养基的配方应根据微藻的需求而定，包括碳源、氮源、磷源、微量元素和维生素等。
光照条件应具备适量的光强、合适的波长和光照周期，以提高微藻的光合效率。
另外，微藻的培养过程中需要注意水质的处理与消毒、接种量的控制、培养温度的调节以及pH值的调节等因素。
合理地控制这些因素不仅能保证微藻的快速生长，还能提高产量和品质。
综上所述，微藻的培养是一项复杂而重要的工作，既需要充分了解微藻的生长要求和特点，又需要掌握各种培养方法和技术的操作。
随着科学技术的不断发展和进步，微藻的培养方法也在不断创新与提高，为微藻的研究和应用提供了广阔的空间和前景。
微藻的培养
四组：温志琛 徐宁 董福林 张玉良
微藻高密度培养 ①高效光生物反应器的透光性能 ②搅拌速率 ③通CO2速率 ④其它理化因素:温度、pH等。
一、微藻的营养 1，H2O：水质 2，CO2：一般需要量为5% 3，有机碳源：糖、有机酸和醇类 4，矿物质营养：氮、磷、钾、镁、钙、硫、 铁、铜、锰、锌、氯、镉、钴
7，生物因子 纯培养促进因素 ①最适培养条件 ②一定细胞浓度
8，流动培养 ①通过搅拌藻体获得高生物量 ②搅拌的作用
三 、杜氏藻的营养 1，碳源 ①光合自养：CO2 ②杜氏藻对CO2的富集
2，氮源 ①无机氮：硝酸盐、亚硝酸盐 ②有机氮：尿素、谷氨酰胺
3，磷 杜氏藻生长的最适磷浓度 0.02一0.025g／K 2HPO4，当浓度高于5g/l时 会抑制生长。
3，矿物质及微量元索 ①Na+和K+ ②K2HPO4,KH2PO4、K3P04和过磷酸盐 ③N/P ④微量元素：CoCl2、NiSO4
4，pH ①对pH有一定耐受性 ②对盐度有一定耐受性 ③控制pH的方法
5，温度 ①最适温度：28一35℃ ②温度与生长率 ③温度与螺旋藻脂肪酸成分关系
6，光照度 ①最适生长光照度 ②提高光照度的方法 ③光照度作用
5，氮源：硝酸盐、铵盐、氨基酸、尿素 培养基中氮源不超过2g/l 6，络合剂：EDTA、烷烃亚硝基盐、次氮三 乙酸、乙酰氨基环庚三烯酚酮。
二、螺旋藻营养条件 1，碳源 ①无机碳：CO2 、 NaHCO3 ②有机碳：葡萄糖 ③光合自养和混合营养
2，氮源 NaNO3、NaNO2、 (NH4)2SO4或尿素
4,钙、镁及其它阳离子 ①钙、镁 ②铁 ③微量元素
5，硫酸根离子和氯离子 ①硫酸根离子 ②氯离子有围宽 ②pH偏碱，积累胡萝卜素最佳为9
光照对我国常见藻类的影响机制及其应用
光照对我国常见藻类的影响机制及其应用光照对藻类的影响机制1.光照强度对藻类生长的影响表1 我国常见藻类最适光强/最适光强范围2.光照强度对藻类生理活动的影响除直接影响藻类生长外，光照强度对藻类光合活性、放氧速率、酶活性、胞内色素组成、脂肪和碳水化合物含量、新陈代谢产物等都会产生影响。
刘世明等的研究结果表明：在14，16，18 ℃的温度梯度和100，250，360 μmol/(m2·s)的光照强度梯度下，铜绿微囊藻在18 ℃、100 μmol/(m2·s)下生长速率和光合活性都显著高于其他组。
李娜等的研究结果表明：光照强度为0.9～252 μmol/(m2·s)时，刚毛藻的净产氧量和毛产氧量与光照呈曲线相关，光照为103.5 μmol/(m2·s)时刚毛藻光合作用的产氧量最高。
卿人韦等发现：极大螺旋藻的过氧化物歧化酶SOD活性在不同高光照强度胁迫下，呈先增加后下降趋势，但活性值始终高于正常光照；过氧化氢酶CAT活性则呈先下降后上升的变化，活性值始终低于正常光照。
当受到光限制时，藻类能够通过增加光合单位(photosythetic units)的数量及光捕获色素蛋白复合体的大小来增加细胞的色素；当藻类受到强光抑制时，捕光色素可能会被分解，光保护色素的含量则会相对增加。
Foy 等对颤藻的研究发现：低光照会导致藻青蛋白和叶绿素a含量的增加，但藻青蛋白的上升比例要高于叶绿素a，藻青蛋白与叶绿素a含量的比例与藻类对光的捕获效率呈显著正相关。
低光强条件下，藻类类囊体膜的表面积及其上色素蛋白复合体的数量均会增加，脂肪含量较高，碳水化合物含量相对较低；高光条件下，光合色素含量减少，膜脂合成速率降低，碳水化合物合成能力增加，进而导致脂肪含量较低，碳水化合物含量升高。
石娟等研究了小新月菱形藻(MACC/B228)和等鞭金藻(MACC/H060)在不同光强下的脂肪含量和碳水化合物含量，结果表明：2种藻均在低光下脂肪含量多，碳水化合物含量少。
藻类的实验室培养
微藻的实验室培养学生：林晓生学号：2120180414导师：杨缜教授一、藻类的概述藻类是原生生物界一类真核生物(有些也为原核生物，如蓝藻门的藻类）。
主要水生，无维管束，能进行光合作用。
藻类植物共约为2100属,27000种。
根据所含色素、细胞构造、生殖方法和生殖器官构造的不同，分为绿藻门、裸藻门、轮藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、甲藻门、蓝藻门、褐藻门和红藻门。
色素的颜色划分，藻可分为3类：绿藻、褐藻和红藻。
由于单胞藻具有利用太阳光能效率高、营养丰富、生长繁殖迅速、对环境的适应性强和容易培养等重要特性，因而受到重视。
微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养植物，细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。
二、微藻的营养模式和生长模式（二）、微藻的生长模式藻类在培养过程中，生长繁殖的速度，出现一定的起伏，这种生长模式可划分为五个时期（延缓期、指数生长期、相对生长下降期、静止期、死亡期）。
三、培养按培养的场所分室内培养和室外培养1）按培养基的形态分固体培养和液体培养 2）按培养的纯度分纯种培养和单种培养3）按藻液的流动情况分静止培养和循环流动水培养 4）按气体交换情况分充气培养和不充气培养 5）按藻液与外界接触程度分封闭式培养和开放式培养6）按培养规模和目的分小型培养、中继培养和大量培养方式简单介绍其中的四种方式：（1）纯培养和单种培养纯培养（axenic culture）：是无菌培养，指排除了包括细菌在内的一切生物的条件下进行的培养。
纯培养操作要求十分严格，要求有无菌室、超净台等设备，容器、工具、培养液等均须彻底灭菌。
培养成功率很高，是进行科学研究不可缺少的技术。
单种培养（single-species culture）：指区别于纯培养的不排除细菌存在的培养（可以是生产性的，也可以是非生产性的）（2）封闭式培养和开放式培养封闭式培养（closed culture）：指把培养液密封在透明的容器中，与外界空气隔离，暴露在阳光中，CO2完全采用人工供给的方法。
微藻光合作用
微藻光合作用
微藻光合作用是指微藻利用光能进行光合作用的过程。
微藻是一类微小的单细胞或多细胞藻类，它们具有较高的光合效率和光能利用能力，能够在光照条件下进行光合作用。
光合作用是一种生物化学过程，通过光能将二氧化碳和水转化为有机物质（如葡萄糖）和氧气。
光合作用发生在光合色素（如叶绿素）存在的细胞器——叶绿体内。
微藻光合作用的过程可以简述如下：
吸收光能：微藻细胞内的叶绿素吸收光能，特别是蓝色和红色光线。
光合色素反应：光能激发叶绿素分子中的电子，形成高能电子。
这些高能电子通过一系列电子传递过程，最终转移到光化学反应中心的反应中。
光化学反应：在光化学反应中，高能电子与电子受体（如辅酶NADP+或细胞色素）发生反应，产生能量丰富的物质（如ATP和NADPH）。
这些物质将光能转化为化学能。
碳固定：在碳固定过程中，微藻利用ATP和NADPH的能量，将二氧化碳（CO2）还原为有机化合物，如葡萄糖。
这个过程称为卡尔文循环或碳同化作用。
氧气释放：作为光合作用的副产物，氧气（O2）通过微藻细胞的气孔排出。
微藻光合作用对地球生态系统具有重要贡献，它们通过吸收二氧化碳和释放氧气，有助于维持大气中的气候平衡。
此外，微藻还能通过光合作用产生的有机物质，为食物链的底层提供能量来源，对海洋生态系统的生物多样性起着关键的作用。
因此，微藻光合作用在生态学、能源和环境保护等方面具有广泛的研究和应用价值。
微藻培养及应用
微藻培养及应用微藻是微小的单细胞藻类生物，具有较高的生物活性和生物多样性。
它们主要生活在淡水和海洋中，具有光合作用和无性繁殖的能力。
微藻可以通过光合作用吸收二氧化碳，并释放氧气，这对减少温室气体的排放和改善环境起到了积极的作用。
此外，微藻还富含蛋白质、脂肪酸、维生素和抗氧化物质等营养成分，有着广泛的应用前景。
微藻培养是将微藻在适宜的环境条件下进行繁殖和生长的过程。
首先，需要选择适合的培养基来提供微藻生长所需的营养物质，培养基中一般包括碳源、氮源、磷源、微量元素等。
其次，需要控制培养条件，如光照强度、温度、pH值和搅拌等，以保证微藻的正常生长。
此外，还需要选择合适的培养容器和培养方式，如培养槽、生物反应器和光生物反应器等。
最后，需要定期监测和调控培养系统，如测定微藻生物量和营养物质浓度等，以确保微藻的稳定生长和高产量。
微藻的应用非常广泛。
首先，微藻可以用作生物柴油的原料。
由于微藻富含脂肪酸，可以通过生物转化方法将其转化为生物柴油。
与传统石油燃料相比，生物柴油更环保、可再生，可以用于车辆、发电和航空等领域，具有广阔的市场潜力。
其次，微藻还可以用作饲料和食品添加剂。
由于微藻富含蛋白质和营养物质，可以作为饲料添加剂来提高家畜和水产养殖动物的生长和免疫能力。
此外，微藻中还含有多种生物活性物质，如多糖、多肽和抗氧化物质等，可以作为食品添加剂，提供营养和保健功能。
另外，微藻还可以用于治理环境污染。
微藻可以吸收水中的有害物质，如重金属离子、氮、磷等，从而净化水体。
此外，微藻还可以吸收二氧化碳，减少温室气体的排放，具有缓解气候变化的潜力。
微藻还可以利用废弃物和工业废水进行培养，实现资源的再利用和废物的处理。
最后，微藻还有医药和化妆品等领域的应用。
微藻中含有丰富的活性成分，如抗肿瘤物质、抗菌物质和美容物质等，具有广泛的药理活性和美容效果。
因此，微藻被广泛应用于药物开发和化妆品生产，在保健、美容和医疗领域具有很大的市场前景。
微藻_精品文档
微藻微藻是一种微小的单细胞藻类生物，其在自然界中广泛分布并具有丰富的物种多样性。
微藻是现代生物技术领域中备受关注的研究对象，因为它们具有许多独特的特性和潜在的应用价值。
本文将介绍微藻的特点、分类和潜在应用领域，并探讨其在生物技术中的前景。
首先，微藻的特点使其成为研究的焦点之一。
微藻通常以单细胞的形式存在，尺寸微小、形态简单，因此易于培养和研究。
此外，微藻通常具有较高的光合效率，并能够在不同的光照、温度和营养环境下生长，因此对培养条件的要求相对较低。
微藻还可以产生大量的生物活性物质，如脂肪、蛋白质、多糖和酶类等，这些物质在医药、食品、化妆品和能源等领域中具有广泛的应用潜力。
根据形态和特征，微藻可以分为多个不同的类群。
最常见的微藻类群包括硅藻、绿藻、蓝藻、金藻等。
硅藻是一类具有二氧化硅壳的藻类，其壳具有复杂的形态和纹饰，并广泛分布于海洋和淡水环境中。
绿藻是一类普遍存在于水体和土壤中的藻类，其细胞含有叶绿素和类囊素等色素。
蓝藻是一种古老的藻类，其细胞结构简单，通常为单细胞或菌丝状，可以进行光合作用并固氮。
金藻是一类常见的淡水藻类，其细胞通常呈黄绿色，具有丰富的脂肪和类胡萝卜素等物质。
微藻在许多领域中具有广泛的应用潜力。
首先，微藻可以用作食品和饲料的来源。
由于其丰富的营养成分和天然产物，微藻可以作为高蛋白、高纤维和低脂肪的健康食品的原料，如螺旋藻、海藻和紫菜等。
此外，微藻还可以作为动物饲料的补充和替代品，为动物提供丰富的蛋白质和必需的营养物质。
其次，微藻在医药领域具有广泛的应用前景。
微藻可以生产抗氧化剂、多糖、多肽和生物活性物质等，这些物质具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、降血压和镇痛等多种药理活性。
此外，微藻还可以用于制备药物载体，帮助药物的传递和释放，提高药物疗效。
此外，微藻还可以用于环境保护和能源开发。
微藻具有较高的光合效率，可以利用阳光和二氧化碳进行光合作用，产生氧气并固定二氧化碳。
这对于减缓全球气候变暖和减少温室气体的排放具有重要意义。
微藻培养反应器课件
在开放式培养系统中，微藻在自 然环境下生长，反应器可以是一 个池塘或一个玻璃瓶等开放式容
器。
封闭式培养
在封闭式培养系统中，微藻在人工 控制的环境下生长，反应器可以是 一个密封的容器或管道等。
半封闭式培养
在半封闭式培养系统中，微藻在部 分受控的环境下生长，反应器可以 是一个有遮盖的池塘或一个有透明 玻璃盖的容器等。
微藻培养反应器课件
目录
• 微藻培养反应器概述 • 微藻培养反应器的工作原理 • 微藻培养反应器的操作流程 • 微藻培养反应器的维护与保养 • 微藻培养反应器的技术参数与性能评估 • 养反应器概述
定义与特点
定义
微藻培养反应器是一种用于培养 微藻的设备，通常由光合反应器 、搅拌器、照明系统等组成。
食品补充
某些微藻富含蛋白质、脂 肪、维生素等营养成分， 可作为一种食品补充。
微藻培养反应器的历史与发展
历史
微藻培养反应器的研究和应用已有多年历史，最初主要用于藻类生物量的生产，近年来逐渐发展成为一项受到关 注的技术，应用领域不断扩大。
发展
随着技术进步和科研深入，微藻培养反应器的效率和稳定性不断提高，成本也在逐渐降低，使得这项技术在更多 领域的应用成为可能。同时，新型反应器的设计和优化也在不断推进，如光生物反应器、气升式反应器等，将进 一步促进微藻培养反应器的应用和发展。
05
微藻培养反应器的技术参数与 性能评估
技术参数的设定与选择
反应器尺寸
根据培养规模和产能需求，选择合适 的反应器尺寸。
反应器材质
选择耐腐蚀、抗氧化的材质，以保持 长期稳定运行。
搅拌和循环系统
根据培养液的粘度、密度等特性，设 计合理的搅拌和循环系统，确保培养 液充分混合和氧气传递。
第二章微藻的培养(1)
2、我国的微藻的培养历史
• 最早报道在1942年（朱树屏） • 1957年后，开始单细胞藻类的分离、筛选和培养研 究 • 1966年后，单细胞藻类正式作为水产动物的饵料在 马氏珠母贝的人工育苗中应用，开始了单胞藻的实 际生产和应用时期 • 目前，我国已培养并有应用的单胞藻有30多种
3、微藻利用的优势和劣势
1）优势 3、开展微藻培养的优势及劣势 • 整个生物体都可被利用，没有废弃物 • 营养丰富，富含蛋白，维生素和多不饱和脂肪酸 • 相比农作物，单位时间单位面积的产量高
• 生长周期短，繁殖快，适宜条件下指数增长
• 可利用海水培养，是开发海洋的有效途径 • 可进行自动化生产
2）劣势
• 藻细胞的采收，耗能 • 培养条件相对高
4、微藻的应用情况
A
B C D E F G
作为食品及食品的添加剂
饵料或饲料添加剂 提取活性物质（DHA、EPA、类胡萝卜素等） 水处理 生物学研究 水产养殖上生态防病 生产新能源 Biofuel
微藻在海水养殖中的作用
第二节、主要培养种类及其生物学
• 绿藻门：小球藻、扁藻、微绿球藻、雨生红球藻 • 硅藻门：三角褐指藻、小新月菱形藻、牟氏角毛藻、
开放式培养
单胞藻的敞池增殖
单胞藻的敞池增殖
封闭式培养
• 指单胞藻在一相对封闭的体系中培养，主要用于藻 种保藏，也用于生产性培养中藻种级培养，也有在 工厂化生产中应用。培养体系一般在100L以下
• 光生物反应器：管道式、平板式、光纤、发酵罐等
• 共同特点：具有大的表面积与体积比，有效的光源 系统，光能传递到微藻的光程短，具有有效的混合 循环系统
• 应用：甲壳类、贝类及棘皮动物的幼体饵料
11、牟氏角毛藻
微藻
蓝藻门Cyanophyta
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。
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
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。
微 藻
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
植物分类系统
标记 门(Stamm, phylum)
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
微藻培养的光生物反应器
知识介绍微藻培养的光生物反应器刘志伟1) 余若黔2) 郭 勇4)(华南理工大学食品与生物工程学院,广州510640)张 晨3)(嘉应学院生物系,梅州514015)摘要 介绍了用于微藻培养的各种密闭式光生物反应器,包括发酵罐式、管式和平板式生物反应器及光照系统。
关键词 微藻,培养,光生物反应器Photobioreactors for cultivating microalgaeLIU Zhiwei ,YU Ruoqian ,G UO Yong(C ollege of F ood Engineering and Biotechnology ,S outh China University of T echnology ,G uangzhou 510640)ZH ANG Chen(Department of Biology ,Jiaying C ollege ,Meizhou 514015)Abstract The hermetic photobioreactors used to cultivate microalgae were introduced ,including fermenter style ,tubular and flat plate bioreactor.I lluminated system were als o discussed.K ey w ords microalgae ,cultivation ,photobioreactor 第一作者:刘志伟,男,1969年生,博士研究生,讲师,从事发酵工程方面的研究。
微藻能有效利用光能、C O 2和无机盐类合成蛋白质、脂肪、碳水化合物以及多种高附加值生物活性物质,可以培养微藻来生产健康食品、食品添加剂、动物饲料、生物肥料及其他天然产品。
另外,近年来分子遗传学和基因工程研究证实,大肠杆菌的载体和启动因子往往可以适用于蓝藻,尤其是单细胞蓝藻的转基因,这使得蓝藻基因工程得到了较快的发展,利用藻类为宿主的基因产物的生产也日益受到关注,因此微藻的培养受到广泛重视。
不同营养方式下小球藻生长与光合作用的变化
不同营养方式下小球藻生长与光合作用的变化王超;孙春晓;乔洪金;丛超;王际英;张利民【摘要】Objective]The variation of growth and photosynthesis of microalgae was studied and compared under autotrophic condition and hetero-and mixotrophic conditions with acetate as carbonsource.[Methods]With Chlorella sorokiniana as material,the changes of growth and photosynthesis were reflected by determining the OD550 and the chlorophyll fluorescence from photosystem Ⅱ(PS Ⅱ).[Results]The growth rates of hetero-and mixotrophic conditions were significantly higher than that of autotrophic condition.It was only 1 .5 d for cells reaching sta-tionary phase under hetero- and mixotrophic conditions,but 9 d for cells under autotrophic condition.The parameters of chlorophyll fluo-rescence under autotrophic condition were signif-icantly higher than that under hetero-and mix-otrophic conditions,and that under mixotrophic condition were significantly higher than that un-der heterotrophic condition.The effective PS Ⅱquantum yield under mixo-and heterotrophic condition was reduced 21.5% and 98.1%,re-spectively,compared with that of autotrophic condition.The mRNA expression of Rubisco gene under mixotrophic condition were highest,and 3 .2-fold and 1 .8-fold of that under hetero-and autotrophic conditions,respectively.[Conclusion]The photosystems ofChlorella under mixotro-phic condition only slightly inhibited.In addition,the growth rate and maximal cell density un-der mixotrophic condition were higher than otherconditions.Therefore,mixotrophic growth mode is suitable for large-scale cultivation.%【目的】研究小球藻在自养条件下和以乙酸为碳源的异养、混养条件下生长以及光合作用的变化。
微藻培养与光生物反应器教学讲义
02
03
04
光照系统设计
选择合适的光源和光照强度， 确保微藻能够充分进行光合作
用。
营养物质供应系统
设计合理的营养物质供应方式 ，保证微藻生长所需的营养充
足且均衡。
生长环境调控系统
实现对温度、pH值、溶解氧 等生长环境的精确调控，确保 微藻能够在适宜的环境中生长
。
反应器结构优化
通过对反应器结构的优化设计 ，提高光能利用率和微藻生长
速率，降低培养成本。
PART 04
微藻培养与光生物反应器 的结合
REPORTING
WENKU DESIGN
PART 04
微藻培养与光生物反应器 的结合
REPORTING
WENKU DESIGN
微藻在光生物反应器中的生长特性
光合作用与生长速率
微藻在光生物反应器中通过光合作用将光能转化为化学能， 其生长速率受光照强度、光质、光周期等光环境因素的影 响。
生态修复
微藻能够吸收废水中的营 养物质，净化水质，同时 降低水体富营养化程度， 有助于生态修复。
光生物反应器的应用
提高微藻产量
光生物反应器通过优化光照、温 度、营养盐等条件，促进微藻生
长，提高生物质产量。
降低成本
光生物反应器可实现微藻培养的自 动化和规模化，降低生产成本，提 高经济效益。
拓展应用领域
管式光生物反应器
具有较大的光照面积和较高的光能利用率， 适用于大规模培养。
封闭式光生物反应器
光能利用率高，微藻生长速率快，但结构复 杂，成本较高。
平板式光生物反应器
结构简单，易于清洗和维护，适用于实验室 规模的研究。
光生物反应器的类型与结构
开放式光生物反应器
采用微藻种植技术减排CO2的环保研究
采用微藻种植技术减排CO2的环保研究引言：随着全球气候变化的加剧和人类对环境的不断破坏，CO2等温室气体排放已成为世界所面临的重大挑战之一、为了应对这一挑战，科学家们开始寻找创新的方法来减少CO2的排放，其中一种方法就是利用微藻种植技术。
微藻是一种单细胞的藻类植物，它们具有高效利用二氧化碳进行光合作用的能力，并且能够在光照充足的条件下快速繁殖。
本文将探讨利用微藻种植技术减排CO2的环保研究。
1.微藻的特点及光合作用能力微藻是一种单细胞的藻类植物，其体内含有丰富的叶绿素，可以通过光合作用将二氧化碳转化为有机物质和氧气。
相比传统的陆生植物，微藻具有以下特点：（1）生长速度快，每天可以繁殖数倍于其自身的数量；（2）对氮和磷等营养物质的需求较低，减少了对化肥的需求；（3）具有较高的光合效率，对CO2的吸收利用率高。
因此，利用微藻种植技术可以在较短的时间内大量吸收和固定CO2，从而减少CO2的排放。
2.微藻种植系统的构建为了高效种植微藻并利用其减排CO2的能力，需要建立一个完善的微藻种植系统。
首先，需要选择适合生长的微藻品种，例如嗜高温的蓝藻和绿藻等。
其次，需要搭建一个合适的密闭式生物反应器，以控制温度、光照、氧气和二氧化碳等环境参数。
反应器内应配备相应的光源，以提供充足的光照能量供微藻进行光合作用。
此外，反应器内还应添加适量的培养基来满足微藻的营养需求。
3.微藻的CO2吸收与利用微藻能够通过光合作用将CO2转化为有机物质，并释放氧气。
研究表明，微藻在单位面积内的光能利用效率远高于传统的陆生植物，每克微藻可以吸收和固定更多的CO2、此外，微藻还可以利用CO2生产生物柴油、生物燃气等可再生能源，进一步减少CO2的排放。
4.微藻种植技术的挑战与前景尽管微藻种植技术具有很大的潜力，但目前还面临一些挑战。
首先，微藻的生长受到光照、温度和营养等因素的影响，需要确保这些因素在合适的范围内。
其次，微藻种植系统的建设和维护成本较高，需要进一步降低成本并提高系统的经济可行性。
微藻培养的工艺流程
微藻培养的工艺流程1. 微藻筛选和培养基的准备：首先从野外采集到微藻样本，经过筛选和鉴定，选择出目标微藻菌株。
同时准备好适合微藻生长的培养基，培养基种类繁多，可以根据微藻的特性来选择合适的培养基。
2. 微藻的预培养：将筛选出的微藻菌株接种到培养基中，进行初步培养。
在恒温恒光条件下，待微藻生长适应培养基后，可进入正式的扩大培养阶段。
3. 微藻的扩大培养：将预培养好的微藻菌株转移到更大容器中，以促进微藻生长和增殖。
在此阶段需要不断监测微藻的生长情况，确保培养基中养分的充足和良好的生长环境。
4. 微藻的收获和提取：当微藻生长到一定密度时，可以进行收获和提取微藻的操作。
通常采用离心或超声波破碎等方法将微藻从培养基中分离出来，并提取出目标物质。
5. 微藻的寿命管理：在微藻培养过程中，需要注意微藻的寿命问题，避免微藻培养中的老化和死亡现象，并及时进行传代培养，保持微藻群体的生机和充足的生长能力。
通过以上工艺流程，可以有效地培养出大量的微藻菌株，并获得目标物质，为微藻研究和应用提供了可靠的基础。
微藻是一类微小的藻类植物，它们具有高效的光合作用能力，可以将阳光能转化为有机物质，并且生长速度较快。
微藻不仅是生物圈中重要的一环，也是一种重要的生物资源，因为它们可以产生多种有益物质，包括蛋白质、藻类油、色素、多糖等，被广泛应用于食品、药品、生物能源等领域。
微藻培养工艺的优化和改进，对于生产高品质微藻产品具有重要意义。
6. 微藻的培养条件控制：在微藻培养过程中，光照、温度和pH值是影响微藻生长的重要因素。
需要根据微藻的种类和特性，合理控制这些培养条件，以保证微藻的正常生长和充分利用光合作用能力。
在实际操作中，通常采用光照培养箱和恒温恒湿培养箱等设备，对培养环境进行精确控制。
7. 微藻的生物反应器培养：除了传统的培养方式外，还可以采用生物反应器进行大规模微藻培养。
生物反应器可以根据需要设计不同类型和规模，包括批式反应器、连续流反应器、循环式反应器等。
光对微藻的影响
光对微藻柴油的影响一、简介生物柴油是以生物体油脂与醇类物质(通常为甲醇、乙醇)为原料，通过酯化反应而得到的长链脂肪酸甲酯。
藻类的含油量很高，一般占干重的20%~50%，某些微藻的含油量最高可以达到生物质干重的80% 以上。
[1]所以，应用微藻生产柴油有很大的发展空间。
微藻是一种独特的光合生物，可将太阳能直接转化为化学能并且能够累积高含量的天然油脂，藻类分布广泛，适应环境能力强，在光照和潮湿的环境中几乎都有藻类的存在，有些甚至可以在盐碱环境下生长，与油料植物相比，藻类无需占用耕地资源，不会与农业产生竞争关系，不会造成粮食危机，这一点是我们为什么极力发展微藻柴油的原因，且它克服了植物生长周期长，受季节气候变化影响等不定因素，更使人们对微藻生产柴油充满了希望。
国内外研究微藻生产柴油的人很多，方向也不同，大致根据目前微藻柴油面临的问题分为以下四个方面：一是微藻收获的固液分离过程的方法改进，以便适应于工业生产；二是针对地域环境的不同，考虑地区因素来生产，例如光照强度，温度，反应器中水分蒸发等等都应考虑到整个模型中，这些都是影响微藻生长的重要因素。
部分微藻反应器建造在沙漠地带就是考虑了光照影响；三是应用基因工程改造的微藻，虽然具有较高的油脂含量，但是对自然生态系统存在潜在的威胁，不适合开放式培养，因此在提高含油量的同时也要考虑如何避免这种危害；四是现在十分热门的利用污水处理厂、发电厂等工厂污水作为微藻基质进行培养，利用微藻对污水的部分净化功能和产柴油功能相结合。
所以对于微藻的研究方向很多，藻类属于光能自养型，在这里主要讨论光源对微藻生长以及成产柴油的影响。
二、光对与微藻的影响光照是影响微藻生长的最重要的环境因子之一。
光照对微藻的生长、繁殖、藻体颜色、细胞形态及胞外多糖积聚都有重要影响。
自然界中光照的变化具有一定的规律性和稳定性，在微藻的长期进化过程中，光照对它们的影响使它们对光照的反应具有特异性，不同的微藻都有最适于其生长的最佳光照环境。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
温度对S. platensis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）。
氮源对S. platensis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 度作的业N其O氮3ˉ源，，螺且旋和藻硝的酸生盐长以率同和样产方量式均影增响加螺。旋亚藻硝生酸物盐量也的可积以累， 以及蛋白态氮和非蛋白态氮的积累。
微藻
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
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)
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。
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。
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。
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。
光照对S. platensis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。
光照对小球藻的影响
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。
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。
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。
蓝藻门Cyanophyta
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。
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 C糖16O作62% 释为放，唯，但一1叶碳9绿源%素时以和，有胡其机萝生副卜物产素量物含是的量以形减N式a少分H。C泌O二到3者为培混唯养用一液，碳中螺源。旋的葡藻萄 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。
蓝藻门Cyanophyta
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。
pH对S. platensis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。
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。
矿物质及微量元素对S. platensis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。
铵态氮
当氮N源H。4+也的有浓研度究低报于告0指.1出00在m铵ol态/L氮时浓，度铵为盐0也.2可0以6m作o为l/L螺时旋，藻螺的 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。
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
Байду номын сангаас
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。
蓝藻门Cyanophyta
特征和名称
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 中），这说明蓝藻具有极大的适应性。
蓝藻门Cyanophyta
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。
微 Mo量能元影素响：其C固o2氮+与能N力i2，+而会M影g响是维合生成素叶B绿12素的不产可量缺，少 的元素。
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。
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HCO3ˉ的消耗,pH会不断升高)。
碳源对S. platensis的影响
无机碳源
螺须p以H旋 先 作值藻 溶 为越可 于 碳高以 水 源，直 ， ，C接 且 这O利主二2的用要者利空以同用气时H率C中存O也的在3越ˉ，C形高O也式2。进可存行以碳在光起酸。合调氢在生节盐一长p与定H，碳范的但酸围作C盐内用O也，。2必可