富油能源微藻的筛选及产油性能评价
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［ 1419 ］ pseudonana) 、 ， 裸甲藻 ( Gymnodinium sp． ) 等 在藻种
。 近 两 年 许 多 国际 上 能 源 生
产或消耗的巨 头 公司 如 壳 牌 石 油 ( Shell ) 、 英国石油公 美 国 埃 克 森 美 孚 ( ExxonMobil ) 、 雪佛龙石油 司( BP ) 、 ( Chevron ) 、 通用原子( General Atomics) 、 通用电气公司 ( GE ) 、 波音( Boeing ) 、 维 珍 航 空 公司( Virgin Airlines ) 、 日本航空公司( Japan Airlines) 和 新西 兰 航 空 公司( New Zealand Airlines) 都加入到了微藻能 源 的 研发行 列 中 并 投入了大量资金。我国 对 微藻 生物 质能 源 的 研究 开 发 起步 较 晚 ， 大家对它认 识 还 不 够， 随 着 国 外 微藻能 源 研 究开发的信 息不 断 传 入， 各 级 科技 部 门 对 能 源 微藻产 业的了解逐渐 加 深， 在 能 源 微藻产 业方 面 的 关 注 度 和 投入程度也在逐渐加大。 获得性能优越的产油能源微藻是从事基础研究和规 模化生产的关键， 其 中 微藻培养 过 程中生物 量 的 积 累 量 和油脂含量是体现产油能源微藻应用价值的两个重要指 标
广州 510632 )
廊坊 065001 )
摘要
为了筛选具有产油潜力的能源微藻， 以实验室保藏的 20 株淡水和海洋微藻( 绿藻门 18 株，
真眼点藻纲 1 株， 硅藻纲 1 株) 为研究对象， 利用光径为 3 cm 柱状光生物反应器通气分批培养， 通 过测定微藻培养物的生物量和总脂含量等指标， 从 中筛选 生 长 速 度 快、 生物 量和 总 脂 含 量高 的 微 藻。结果表明: 20 株微藻的生物量和总 脂 含 量 分别 在 1． 81 ～ 7． 88g / L 和 16． 0% ～ 55． 9% dw ( % Dry weight) 之间， 筛选得到具 有 产 油 潜 力的 微 藻 9 株， 分别 是 栅藻 ( Scenedesmus sp． ) ( 6． 34g / L， 55． 9% dw ) 、 46． 9% dw ) 、 麻 织 绿 球 藻 ( Chlorococcum tatrense ) ( 5． 93g / L， 眼点拟微绿球藻 ( Nannochloropsis oculata) ( 7． 88g / L， 35． 0% dw ) 、 油面绿球藻 ( Chlorococcum oleofaciens ) ( 5． 58g / L， 45． 9% dw ) 、 40． 0% dw ) 、 多 形 拟 绿 球藻 ( Pseudochlorococcum polymorphum ) ( 6． 10g / L， 八月 衣 藻 ( Chlamydomonas augustae) ( 5． 78g / L， 40． 5% dw ) 、 椭 圆 小 球藻 ( Chlorella ellipsoidea ) ( 5． 56g / L， 40． 7% dw ) 、 椭 圆 绿 球 藻 ( Chlorococcum ellipsoideum ) ( 5． 41g / L，38． 0% dw ) 、雪 绿 球 藻 ( Chlorococcum nivale) ( 5． 55g / L， 36． 3% dw ) ， 其 中 最 具产 业 化 潜 力的 微 藻 为 栅 藻 ( Scenedesmus sp． ) ， 其总脂收获量和单位体积总脂产率分别为 3． 5 g / L 和 218． 7mg / L·d。 关键词 生物柴油 产油微藻 生物量 单位体积总脂产率
1008 0211 收稿日期: 2010修回日期: 2011* 国家 “863 ” 计划重点项目( 2009AA064401 ) 、 珠海市科技局 重 点 项 目( PC20081008 ) 、 培育与创新资金( 暨南大学国际合作) 资助项目 ＊ ＊通 讯 作 者 ， 电子信箱: tzhangcw@ jnu． edu． cn
［8 ］ “Aquatic Species Program( ASP) ” 项目 ， 最近美国能源
。各国 政 府 制 定 了 许 多 政 策、 法 规 鼓励
本国生物柴油的 发展， 如 美 国 能 源 部 计 划到 2030 年实 现 30% 的生物柴油替代化石燃料， 欧 盟 于 上 世纪 90 年 代就制定了生物 柴 油 的 标 准， 我 国海 南 也 在 2010 年 6 “生物 柴 油 B5 地 方 标 准 ” 月发布了 试 行 计 划。 不 同 国 家针对本国国情选择适 宜 的 油 料 作 物 积 极 发展生物 柴
［1011 ］
资源拓展方面缺乏 一 定 的 创新 性， 限 制 了 微藻 生物 柴 油 产业化的发展。 自然 界 藻 类 种 类 多， 微藻 资 源 尤 为 丰 富。 筛选 生 长速 度 快 、 生物量和油 脂 含量 高、 易 于 培养 的 优 良 能 源 微藻， 是实 现 能 源 微藻 规 模 化 培养 的 前 提和 保 障。 本 研究利用一 套 高 效 的 微藻培养 评价系 统， 对 实验 室 保 藏的 20 株野生型淡 水 和 海 洋微藻 进 行 了 筛选 和 评价， 旨在获得生长速度快、 生物 量 和 油 脂 含量 高 的 藻 株， 为 后续油脂生产条件优化 及 产油 代 谢 生 理方 面 工 作提 供 基础， 同时为 利用 光 合 生物 反 应 器 进 行大 规 模 培养 提 供重要的种质资源。
2011 ， 31 ( 4 )
李
涛 等: 富油能源微藻的筛选及产油性能评价
99
资约 25 亿美 元， 筛选 出 多株 耐 受高 CO2 浓度、 生长速 度快、 生物 量 高 的 藻 种
［9 ］
42% dw， 单位体积油脂产率可达 147mg / L ·d; 目前国内 对于微藻脂 类 研究 的 相 关工 作 大 多 集中 在 一 些 饵 料 微 如 小 球 藻 ( Chlorella sp． ) 、 等 鞭 金 藻 ( Isochrysis 藻， galbana) 、 三角褐指 藻 ( Phaeodactylum tricornutum ) 、 盐生 杜 氏 藻 ( Dunaliella salina ) 、 中 肋 骨 条 藻 ( Skeletonema costatum) 、 新月菱 形 藻 ( Nitzschia closterium ) 和 一 些 赤 潮 藻， 如 盐 生 卡 盾 氏 藻 ( Chattonella subsalsa ) 、 角毛藻 ( Chaetoceros sp． ) 、假 微 型 海 链 藻 ( Thalassiosira
［13 ］
1
1． 1
材料与方法
藻 种 20 株微藻均由暨南大学水生生物研究中心实验与
评 价 了 一 株 普 通 小 球 藻 ( Chlorella
vulgaris FACHB1068 ) 同时 处 理 废 水 及 生 产油 脂 的 潜 能， 结果表明， 该藻可在人工废水中生长， 其最高总脂含量为
表1 Table 1
［23 ］
。 与 高 等陆 生 油
料作物相比， 微藻 的 单 位面 积 油产 量 是 油 料 植 物 油产 量的数十倍 。因而， 从 微藻油 的 产 量 和品 质 上 考 虑， 它应是解决全球能源 短 缺 的 重 要 非 粮 食 原 料。 我 国人 口多， 人均耕 地 面 积 少， 因 此， 微藻 作 为 生物 柴 油 原 料 适宜在我国发展。 国外利用 微藻 制 备 生物 柴 油 的 研究 较 早， 其中规 模较 大 的 研究 是 1978 ～ 1996 年 由 美 国 能 源 部 资 助 的
中图分类号 Q 949． 93 油
［4 ］
人类文 明 的 快 速 发展， 得 益 于 化 石 能 源， 据 统 计， 人类所使用的能源中 88% 来源于化 石 燃 料
［1 ］
。微藻是 一类 以 光 合 自 养产 生 能 量 的 低 等 植 物，
。 但 目前
是自然界起源最早、 分 布最 广、 种 类 和 数 量最 大 的 生物 质资源。在一定条件下 许 多 微藻能 够 在细胞 中大 量 积 累储藏性三酰甘 油 ( 微藻油 ) ( 类 似 于 植 物 油 ) ， 其最高 含量可达到 细胞 干 重 的 50% 以 上
［7 ］ ［56 ］
人类所面临化石燃料的 日 益 短 缺 和 燃烧 所 带 来 的 对 全 球生态环境的破坏， 已 经 严 重 威胁 人 类 的 生 存。 因 此， 积极寻找可 再 生 的、 环 境 友 好 型 能 源 是 当 今 社会 亟 待 解决的问题。 生物 柴 油 在 能 量 密 度、 燃烧 性 等 方 面 与 石化柴油具 有 极 高 的 相 似 性， 被 认 为是 解 决 能 源 危 机 最好的出路
中国生物工程杂志
China Biotechnology， 2011 ， 31 ( 4 ) : 98105
富 油 能 源 微藻 的筛选及 产 油 性 能 评 价
李 涛
1
*
李爱芬
来自百度文库
1
桑 敏
1
吴 洪
2
尹顺吉
2
张成武
1＊ ＊
( 1 暨南大学水生生物研究中心 热带亚热带水生态工程教育部工程研究中心 ( 2 新奥科技发展有限公司煤基低碳能源国家重点实验室
“Biomass Program” 部又资助了一项名为 的项目， 该项目 19% 的资金用于藻类 生物 柴 油 开 发( http : / / www． eere． energy． gov / ) 。1990 ～ 2000 年间， 日 本政 府 也 资 助 了 一 “地球 研究 更 新技术 计 划 ” 项名为 的 项目， 该 项目共 投
应用藻类学实验 室 微藻 种 质 库 提 供， 各藻种的具体信 息见表 1 。
本研究所选择的微藻种类和其生长环境
Microalgae species selected in this research and their habitats
拉丁名 Chlorococcum ellipsoideum Chlorococcum granulosum Chlorococcum nivale Chlorococcum oleofaciens Chlorococcum tatrense Pseudochlorococcum polymorphum Pseudochlorococcum typicum Neochloris oleoabundans Chlorella ellipsoidea Chlorella vulgaris Chlorella zofingensis Chlamydomonas augustae Bracteacoccus minor Scenedesmus sp． Neospongiococcum excentricum Chlorella marina Halococcum saccatum Halochlorococcum marinum Nannochloropsis oculata Phaeodactylum tricornutum 缩写 C． ellipsoideum C． granulosum C． nivale C． oleofaciens C． tatrense P． polymorphum P． typicum N． oleoabundans C． ellipsoidea C． vulgaris C． zofingensis C． augustae B． minor S． sp N． excentricum C． marina H． saccatum H． marinum N． oculata P． tricornutum 淡水 / 海水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 海水 海水 海水 海水 海水
。国内外对于能源微藻的筛选和评价做了许多的
［8 ］
“Aquatic Species Program” 工作， 美国 最 早 通 过 项目 筛 得 了 300 株油脂含量 高 的 藻 株 ; 意 大 利 的 Rodolfi 等
［12 ］
，
从 30 株 淡 水 和 海 洋 微 藻 中 筛 选 出 一 株 拟 微 绿 球 藻 ( Nannochloropsis sp． F＆MM24 ) ， 其 在 氮 限 制 的 条件 下， 油脂含量达 60% dw， 单位体积总脂产率为204mg / L·d， 并预测在阳光充足的热带地区， 该藻可以获得每公顷 30 吨 的 油 脂; Feng
。 近 两 年 许 多 国际 上 能 源 生
产或消耗的巨 头 公司 如 壳 牌 石 油 ( Shell ) 、 英国石油公 美 国 埃 克 森 美 孚 ( ExxonMobil ) 、 雪佛龙石油 司( BP ) 、 ( Chevron ) 、 通用原子( General Atomics) 、 通用电气公司 ( GE ) 、 波音( Boeing ) 、 维 珍 航 空 公司( Virgin Airlines ) 、 日本航空公司( Japan Airlines) 和 新西 兰 航 空 公司( New Zealand Airlines) 都加入到了微藻能 源 的 研发行 列 中 并 投入了大量资金。我国 对 微藻 生物 质能 源 的 研究 开 发 起步 较 晚 ， 大家对它认 识 还 不 够， 随 着 国 外 微藻能 源 研 究开发的信 息不 断 传 入， 各 级 科技 部 门 对 能 源 微藻产 业的了解逐渐 加 深， 在 能 源 微藻产 业方 面 的 关 注 度 和 投入程度也在逐渐加大。 获得性能优越的产油能源微藻是从事基础研究和规 模化生产的关键， 其 中 微藻培养 过 程中生物 量 的 积 累 量 和油脂含量是体现产油能源微藻应用价值的两个重要指 标
广州 510632 )
廊坊 065001 )
摘要
为了筛选具有产油潜力的能源微藻， 以实验室保藏的 20 株淡水和海洋微藻( 绿藻门 18 株，
真眼点藻纲 1 株， 硅藻纲 1 株) 为研究对象， 利用光径为 3 cm 柱状光生物反应器通气分批培养， 通 过测定微藻培养物的生物量和总脂含量等指标， 从 中筛选 生 长 速 度 快、 生物 量和 总 脂 含 量高 的 微 藻。结果表明: 20 株微藻的生物量和总 脂 含 量 分别 在 1． 81 ～ 7． 88g / L 和 16． 0% ～ 55． 9% dw ( % Dry weight) 之间， 筛选得到具 有 产 油 潜 力的 微 藻 9 株， 分别 是 栅藻 ( Scenedesmus sp． ) ( 6． 34g / L， 55． 9% dw ) 、 46． 9% dw ) 、 麻 织 绿 球 藻 ( Chlorococcum tatrense ) ( 5． 93g / L， 眼点拟微绿球藻 ( Nannochloropsis oculata) ( 7． 88g / L， 35． 0% dw ) 、 油面绿球藻 ( Chlorococcum oleofaciens ) ( 5． 58g / L， 45． 9% dw ) 、 40． 0% dw ) 、 多 形 拟 绿 球藻 ( Pseudochlorococcum polymorphum ) ( 6． 10g / L， 八月 衣 藻 ( Chlamydomonas augustae) ( 5． 78g / L， 40． 5% dw ) 、 椭 圆 小 球藻 ( Chlorella ellipsoidea ) ( 5． 56g / L， 40． 7% dw ) 、 椭 圆 绿 球 藻 ( Chlorococcum ellipsoideum ) ( 5． 41g / L，38． 0% dw ) 、雪 绿 球 藻 ( Chlorococcum nivale) ( 5． 55g / L， 36． 3% dw ) ， 其 中 最 具产 业 化 潜 力的 微 藻 为 栅 藻 ( Scenedesmus sp． ) ， 其总脂收获量和单位体积总脂产率分别为 3． 5 g / L 和 218． 7mg / L·d。 关键词 生物柴油 产油微藻 生物量 单位体积总脂产率
1008 0211 收稿日期: 2010修回日期: 2011* 国家 “863 ” 计划重点项目( 2009AA064401 ) 、 珠海市科技局 重 点 项 目( PC20081008 ) 、 培育与创新资金( 暨南大学国际合作) 资助项目 ＊ ＊通 讯 作 者 ， 电子信箱: tzhangcw@ jnu． edu． cn
［8 ］ “Aquatic Species Program( ASP) ” 项目 ， 最近美国能源
。各国 政 府 制 定 了 许 多 政 策、 法 规 鼓励
本国生物柴油的 发展， 如 美 国 能 源 部 计 划到 2030 年实 现 30% 的生物柴油替代化石燃料， 欧 盟 于 上 世纪 90 年 代就制定了生物 柴 油 的 标 准， 我 国海 南 也 在 2010 年 6 “生物 柴 油 B5 地 方 标 准 ” 月发布了 试 行 计 划。 不 同 国 家针对本国国情选择适 宜 的 油 料 作 物 积 极 发展生物 柴
［1011 ］
资源拓展方面缺乏 一 定 的 创新 性， 限 制 了 微藻 生物 柴 油 产业化的发展。 自然 界 藻 类 种 类 多， 微藻 资 源 尤 为 丰 富。 筛选 生 长速 度 快 、 生物量和油 脂 含量 高、 易 于 培养 的 优 良 能 源 微藻， 是实 现 能 源 微藻 规 模 化 培养 的 前 提和 保 障。 本 研究利用一 套 高 效 的 微藻培养 评价系 统， 对 实验 室 保 藏的 20 株野生型淡 水 和 海 洋微藻 进 行 了 筛选 和 评价， 旨在获得生长速度快、 生物 量 和 油 脂 含量 高 的 藻 株， 为 后续油脂生产条件优化 及 产油 代 谢 生 理方 面 工 作提 供 基础， 同时为 利用 光 合 生物 反 应 器 进 行大 规 模 培养 提 供重要的种质资源。
2011 ， 31 ( 4 )
李
涛 等: 富油能源微藻的筛选及产油性能评价
99
资约 25 亿美 元， 筛选 出 多株 耐 受高 CO2 浓度、 生长速 度快、 生物 量 高 的 藻 种
［9 ］
42% dw， 单位体积油脂产率可达 147mg / L ·d; 目前国内 对于微藻脂 类 研究 的 相 关工 作 大 多 集中 在 一 些 饵 料 微 如 小 球 藻 ( Chlorella sp． ) 、 等 鞭 金 藻 ( Isochrysis 藻， galbana) 、 三角褐指 藻 ( Phaeodactylum tricornutum ) 、 盐生 杜 氏 藻 ( Dunaliella salina ) 、 中 肋 骨 条 藻 ( Skeletonema costatum) 、 新月菱 形 藻 ( Nitzschia closterium ) 和 一 些 赤 潮 藻， 如 盐 生 卡 盾 氏 藻 ( Chattonella subsalsa ) 、 角毛藻 ( Chaetoceros sp． ) 、假 微 型 海 链 藻 ( Thalassiosira
［13 ］
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1． 1
材料与方法
藻 种 20 株微藻均由暨南大学水生生物研究中心实验与
评 价 了 一 株 普 通 小 球 藻 ( Chlorella
vulgaris FACHB1068 ) 同时 处 理 废 水 及 生 产油 脂 的 潜 能， 结果表明， 该藻可在人工废水中生长， 其最高总脂含量为
表1 Table 1
［23 ］
。 与 高 等陆 生 油
料作物相比， 微藻 的 单 位面 积 油产 量 是 油 料 植 物 油产 量的数十倍 。因而， 从 微藻油 的 产 量 和品 质 上 考 虑， 它应是解决全球能源 短 缺 的 重 要 非 粮 食 原 料。 我 国人 口多， 人均耕 地 面 积 少， 因 此， 微藻 作 为 生物 柴 油 原 料 适宜在我国发展。 国外利用 微藻 制 备 生物 柴 油 的 研究 较 早， 其中规 模较 大 的 研究 是 1978 ～ 1996 年 由 美 国 能 源 部 资 助 的
中图分类号 Q 949． 93 油
［4 ］
人类文 明 的 快 速 发展， 得 益 于 化 石 能 源， 据 统 计， 人类所使用的能源中 88% 来源于化 石 燃 料
［1 ］
。微藻是 一类 以 光 合 自 养产 生 能 量 的 低 等 植 物，
。 但 目前
是自然界起源最早、 分 布最 广、 种 类 和 数 量最 大 的 生物 质资源。在一定条件下 许 多 微藻能 够 在细胞 中大 量 积 累储藏性三酰甘 油 ( 微藻油 ) ( 类 似 于 植 物 油 ) ， 其最高 含量可达到 细胞 干 重 的 50% 以 上
［7 ］ ［56 ］
人类所面临化石燃料的 日 益 短 缺 和 燃烧 所 带 来 的 对 全 球生态环境的破坏， 已 经 严 重 威胁 人 类 的 生 存。 因 此， 积极寻找可 再 生 的、 环 境 友 好 型 能 源 是 当 今 社会 亟 待 解决的问题。 生物 柴 油 在 能 量 密 度、 燃烧 性 等 方 面 与 石化柴油具 有 极 高 的 相 似 性， 被 认 为是 解 决 能 源 危 机 最好的出路
中国生物工程杂志
China Biotechnology， 2011 ， 31 ( 4 ) : 98105
富 油 能 源 微藻 的筛选及 产 油 性 能 评 价
李 涛
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李爱芬
来自百度文库
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桑 敏
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吴 洪
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尹顺吉
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张成武
1＊ ＊
( 1 暨南大学水生生物研究中心 热带亚热带水生态工程教育部工程研究中心 ( 2 新奥科技发展有限公司煤基低碳能源国家重点实验室
“Biomass Program” 部又资助了一项名为 的项目， 该项目 19% 的资金用于藻类 生物 柴 油 开 发( http : / / www． eere． energy． gov / ) 。1990 ～ 2000 年间， 日 本政 府 也 资 助 了 一 “地球 研究 更 新技术 计 划 ” 项名为 的 项目， 该 项目共 投
应用藻类学实验 室 微藻 种 质 库 提 供， 各藻种的具体信 息见表 1 。
本研究所选择的微藻种类和其生长环境
Microalgae species selected in this research and their habitats
拉丁名 Chlorococcum ellipsoideum Chlorococcum granulosum Chlorococcum nivale Chlorococcum oleofaciens Chlorococcum tatrense Pseudochlorococcum polymorphum Pseudochlorococcum typicum Neochloris oleoabundans Chlorella ellipsoidea Chlorella vulgaris Chlorella zofingensis Chlamydomonas augustae Bracteacoccus minor Scenedesmus sp． Neospongiococcum excentricum Chlorella marina Halococcum saccatum Halochlorococcum marinum Nannochloropsis oculata Phaeodactylum tricornutum 缩写 C． ellipsoideum C． granulosum C． nivale C． oleofaciens C． tatrense P． polymorphum P． typicum N． oleoabundans C． ellipsoidea C． vulgaris C． zofingensis C． augustae B． minor S． sp N． excentricum C． marina H． saccatum H． marinum N． oculata P． tricornutum 淡水 / 海水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 淡水 海水 海水 海水 海水 海水
。国内外对于能源微藻的筛选和评价做了许多的
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“Aquatic Species Program” 工作， 美国 最 早 通 过 项目 筛 得 了 300 株油脂含量 高 的 藻 株 ; 意 大 利 的 Rodolfi 等
［12 ］
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从 30 株 淡 水 和 海 洋 微 藻 中 筛 选 出 一 株 拟 微 绿 球 藻 ( Nannochloropsis sp． F＆MM24 ) ， 其 在 氮 限 制 的 条件 下， 油脂含量达 60% dw， 单位体积总脂产率为204mg / L·d， 并预测在阳光充足的热带地区， 该藻可以获得每公顷 30 吨 的 油 脂; Feng