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由于人类对能源需求的与日俱增、化石能源的枯竭以及空气污染的日益严重。寻找对环境友好且能持续利用的新能源成为人类目前急需解决的问题。利用微藻制备生物柴油原料比利用传统的农作物和其它高等植物具有更好的前景而受到越来越多的关注。为了探讨利用Chlorellnzofingiensis与Chlorococcum pamirum生产生物柴油原料的潜力以及室外大规模培养制备生物柴油原料的可行性,本论文对这两种绿藻的生长和油脂积累进行了较全面的研究。
室内的藻细胞培养实验表明:这两种绿藻在一定条件下的生长速度能够达到很高水平。在光径较小的250ml柱状生物反应器(2.8 cm)中,Chlorellazo/qngiensis的最高比生长速率能达到2.150d-1,Chlorococcum pamirum的最高比生长速率为1.888d-1。生长速度快的微藻才更有潜力应用于生产生物柴油原料。
室内自养条件下藻细胞油脂积累实验表明:缺N、缺P、强光照、较低的藻细胞起始浓度、NaCI以及较小光径的生物反应器都能有效地促进Chlorellazofingiensis或Chlorococcum pamirum油脂的积累。在室内自养条件下,Chlorococcumpamirum的油脂含量最高能达到干重的68.8％,并且最高的油脂生产率能达到170 mg L-1 day-1；Chlorellazofingiensis最高的油脂含量能达到干重的65.8％,获得最高的油脂生产率为118 mgL-1 day-1。此外,本研究还显示,这两种绿藻中类胡萝卜素占干重的比例随着藻细胞油脂含量的增高而上升,两者是相一致的。
室内条件下,葡萄糖的添加对两种绿藻生长和油脂的积累也有明显的作用。Chlorococcumpamirum在混合营养条件下的生长速度明显快于自养条件下的生长(生物反应器为1L玻璃瓶)。当葡萄糖浓度为10 g/L时,其比生长速率达到最高的1.250 d-1。混合营养缺N培养条件下,Chlorococcumpamirum的油脂积累要明显快于自养缺N培养条件下的情况。在低起始浓度时(OD550:0.400),混合营养条件下Chlorellazofingiensis的油脂积累与自养条件下的情况相似；但是较高起始浓度时(OD550:1.200),Chlorellazofingiensis的油脂含量(64.5％)和油脂生产率在混合营养条件下却得到显著的提高,明显高于自养条件下获得的49.2％。同时,在异养条件下,Chlorellazofingiensis的油脂积累速度也快于自养条件下高起始浓度时情况,并且获得更高的油脂含量和油脂生产率。实验结果还表明,在缺N条件下,Chlorellazofingiensis可能必须在光照或有机质存在的条件下才能促使藻细胞大量地积累油脂。
Chlorellazofingiensis的室外大规模培养和油脂积累实验显示:Cblorellazofingiensis能够迅速适应室外培养条件,实验中获得最高的比生长速率和生物量生产率分别为0.994 d-1和58.4 mg L-1 day-1。在两个季节(春季和秋季)的室外培养中,随着藻细胞接种浓度的升高,其比生长速率逐渐下降,但获得更高的生物量生产率。在室外N源限制的情况下,Chlorellazofingiensis油脂含量也能达到较高水平(54.5％),远高于N充足条件下的27.3％。随着藻细胞起始浓度的升高,Chlorellazofingiensis藻细胞油脂含量却逐渐下降,油脂生产率则升高。室外条件下获得最高的Chlorellazofingiensis油脂生产率为26.6 mg L-1 day-1。因此,在室外条件下利用60 L平板生物反应器对Chlorellazofingiensis进行培养,其油脂产量可达到31.1 kg ha-1day-1。
以上结果说明,Chlorellazofingiensis和Chlorococcum pamirum是两种有较大潜力用于生产生物柴油原料的微藻。同时,本研究也表明在室外大规模培养条件下,利用C.zofingiensis生产生物柴油原料具有较大的潜力和可行性。