光生物反应器
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Leabharlann 光生物反应器 大型海藻细胞或组织的培养
吉林大学 余灿
2012.04.26
• 概念 • 类型与结构 • 培养条件 • 生长动力学研究
概念
• 光生物反应器是培养有光合作用能力的细 胞或组织的反应器系统, 20世纪40年代首次 用于大规模培养微藻 , 目的是收获生物量作 为饵料, 或提取其中的活性化合物团。
营养物质
• 大型海藻是海洋植物, 其营养需求和海水成分 直接相关, 海水中有多种微量元素和其他生长 必须的物质, 因此配制人工海水培养液往往比 较复杂。为了简化, 一般可直接在天然海水中 添加氮、磷和铁等。人们对于铁元素被海藻的 利用情况了解很少, 氮是参与合成光合色素的 重要物质, 磷大量代谢进人ATP和NADPH, 因此 氮和磷成为研究较多的限制性营养物质。
培养条件的研究
实验材料 • 目前, 光生物反应器培养的大型海藻细胞或
组织主要有两种形式, 配子体和微繁殖体。 • 配子体是某些大型海藻如海带、裙带菜世
代交替的一种生命形式, 在形态上是微小、 不分化的丝状体, 适宜采用反应器悬浮培养 的方法培养。
光照
• 光照是反应器内细胞或组织进行光合作用 的能量来源, 包括光强度和光周期两个参数。
组成，管道式对光和利用率比气升式和搅 拌罐式都高, 适于工业规模生产, 目前主要用 于微藻大量培养 , 用于大型海藻细胞或组织 培养的报道还比较少见。
• 光生物反应器是一套完 整的培养体系, 除了反应 器主体外, 还有通气部分、
照明系统和测定装置。
通气部分一般由充气泵
或二氧化碳钢瓶及配气 装置、滤器（filter）、 流量计（flowmeter）、 气体分布器（sparger） 及增湿器（humidifier） 组成;照明系统包括光源 和定时器（timer）两部 分。
光生物反应器的类型和结构
• 培养大型海藻组织或细胞的光生物反应器 主要有三类, 分别是搅拌罐式、 鼓泡柱或气 升式和管道式光生物反应器（如下图）。
• 气升式中气流产生的剪切力远比搅拌罐式 中搅拌桨产生的小, 在培养大型海藻组织或
细胞中使用比广泛。管道式由螺旋管部分
（又称提升管）和储液部分（类似搅拌罐）
• 光生物反应器培养大型海藻细胞或组织时, 光强度必须满足细胞进行光合作用的需要, 否则将影响光合作用效率, 减少生物量积累。
• 当光周期不适宜时会诱导藻体分化区, 甚至 引起色素体解体和藻体死亡。
温度
• 大型海藻培养温度一般都比较低, 如 Laminaria属, 适宜温度为5~18℃左右,红藻 Agardhiella subulata在24℃左右。不适宜的 温度会影响细胞生长, 表现为诱导其分化或 是致死。
生长动力学研究
光强度生长动力学模型
光周期生长动力学模型
温度和盐度生长动力学模型
谢谢
无机碳利用和通气速率
• 海藻是光自养生物, 需要进行光合作用。目前, 光生物反应器培养大型海藻一般以空气中的二 氧化碳作为碳源, 由于其在大气中含量低仅位 0.03%, 且大多数大型海藻可以利用碳酸氢钠为 无机碳源, 因此人工海水培养液中一般添加适 量作为补充。海藻对重碳酸根、硝酸根以及磷 酸根的消耗使培养基的Ph值和碱度不断增高, 进一步促进大气中向培养基中扩散即所谓的生 物泵。
吉林大学 余灿
2012.04.26
• 概念 • 类型与结构 • 培养条件 • 生长动力学研究
概念
• 光生物反应器是培养有光合作用能力的细 胞或组织的反应器系统, 20世纪40年代首次 用于大规模培养微藻 , 目的是收获生物量作 为饵料, 或提取其中的活性化合物团。
营养物质
• 大型海藻是海洋植物, 其营养需求和海水成分 直接相关, 海水中有多种微量元素和其他生长 必须的物质, 因此配制人工海水培养液往往比 较复杂。为了简化, 一般可直接在天然海水中 添加氮、磷和铁等。人们对于铁元素被海藻的 利用情况了解很少, 氮是参与合成光合色素的 重要物质, 磷大量代谢进人ATP和NADPH, 因此 氮和磷成为研究较多的限制性营养物质。
培养条件的研究
实验材料 • 目前, 光生物反应器培养的大型海藻细胞或
组织主要有两种形式, 配子体和微繁殖体。 • 配子体是某些大型海藻如海带、裙带菜世
代交替的一种生命形式, 在形态上是微小、 不分化的丝状体, 适宜采用反应器悬浮培养 的方法培养。
光照
• 光照是反应器内细胞或组织进行光合作用 的能量来源, 包括光强度和光周期两个参数。
组成，管道式对光和利用率比气升式和搅 拌罐式都高, 适于工业规模生产, 目前主要用 于微藻大量培养 , 用于大型海藻细胞或组织 培养的报道还比较少见。
• 光生物反应器是一套完 整的培养体系, 除了反应 器主体外, 还有通气部分、
照明系统和测定装置。
通气部分一般由充气泵
或二氧化碳钢瓶及配气 装置、滤器（filter）、 流量计（flowmeter）、 气体分布器（sparger） 及增湿器（humidifier） 组成;照明系统包括光源 和定时器（timer）两部 分。
光生物反应器的类型和结构
• 培养大型海藻组织或细胞的光生物反应器 主要有三类, 分别是搅拌罐式、 鼓泡柱或气 升式和管道式光生物反应器（如下图）。
• 气升式中气流产生的剪切力远比搅拌罐式 中搅拌桨产生的小, 在培养大型海藻组织或
细胞中使用比广泛。管道式由螺旋管部分
（又称提升管）和储液部分（类似搅拌罐）
• 光生物反应器培养大型海藻细胞或组织时, 光强度必须满足细胞进行光合作用的需要, 否则将影响光合作用效率, 减少生物量积累。
• 当光周期不适宜时会诱导藻体分化区, 甚至 引起色素体解体和藻体死亡。
温度
• 大型海藻培养温度一般都比较低, 如 Laminaria属, 适宜温度为5~18℃左右,红藻 Agardhiella subulata在24℃左右。不适宜的 温度会影响细胞生长, 表现为诱导其分化或 是致死。
生长动力学研究
光强度生长动力学模型
光周期生长动力学模型
温度和盐度生长动力学模型
谢谢
无机碳利用和通气速率
• 海藻是光自养生物, 需要进行光合作用。目前, 光生物反应器培养大型海藻一般以空气中的二 氧化碳作为碳源, 由于其在大气中含量低仅位 0.03%, 且大多数大型海藻可以利用碳酸氢钠为 无机碳源, 因此人工海水培养液中一般添加适 量作为补充。海藻对重碳酸根、硝酸根以及磷 酸根的消耗使培养基的Ph值和碱度不断增高, 进一步促进大气中向培养基中扩散即所谓的生 物泵。