微藻培养条件研究.doc

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1、微藻培养条件浅析摘要:微藻利用光和CO2合成蛋白质、糖类、脂类以及色素等大分子物质并放出O2，在人类食品、保健、医药、环保和生物炼制领域具有广阔的应用前景。本文针对目前微藻培养中存在的生产成本高、产率低的问题，主要从营养盐方面入手,浅析了碳、氮、磷等营养元素对微藻生长的影响，并在此基础上，概述了开放式及封闭式两种微藻培养系统。关键词：微藻；营养盐；培养系统1引言藻类是地球上最早进行光合作用的生物体，具有太阳能利用效率高、适应环境能力强等特点。微藻细胞富含蛋白质、多糖、脂类以及色素等，在食品、饲料、医药、精细化工及染料领域己得到广泛的应用。目前，由于培养

2、技术不成熟导致的生产成本高、效率低是限制微藻产业化培养的主要因素。高效、低成本、规模化的微藻培养技术，是实现微藻产业化培养的关键。降低微藻生产成本主要有两种途径:一是降低培养原材料成本，二是提高产量。营养盐成本占微藻培养原料成本比重很大，是影响微藻生长及产物积累的重要因素。在微藻培养中，通过优化营养盐的种类，监控培养中营养盐的水平，能够提高藻细胞或目标产物的产量，同时提高营养盐的利用率，是高效、低成本、规模化微藻培养的基础。2微藻概述微藻是指一些微观的单细胞群体，是最低等的、自养的水生生物。微藻能够利用阳光和CO2进行光合作用，合成有机物质并释放出O2

3、，是自然界中光合效率最高、生长最为迅速的原始生物种类之一，其种类繁多，分布广泛。微藻富含蛋白质、氨基酸、多糖、维生素、不饱和脂肪酸和色素等多种高附加值的生物物质，可以概括为以下四类:蛋白质、糖类、脂类、核酸及各种矿物质[1]。不同种类的微藻，各种组分的含量不同。3营养盐对微藻生长的影响碳、氮、磷等营养元素是微藻细胞合成的基础。微藻光合作用的底物为CO2和水，产物除了糖类之外，还合成蛋白质、核酸及脂类等一系列生物活性物质，因此，需要氮、磷等元素的参与。碳源、氮源、磷源以及一些微量元素的种类和供应水平，在一定程度上影响着微藻光合作用的能力和水平，从而直接影

4、响微藻的生长。营养盐的形态会影响微藻的生长。Chu等[2]分别在BBM培养基中添加0.1%的乙酸钠、柠檬酸钠、碳酸氢钠作为碳源培养卷曲纤维藻（Ankistrodesmusconvolutus），发现添加乙酸钠作为碳源有利于藻细胞的生长，而添加柠檬酸钠和碳酸氢钠作为碳源对藻细胞的生长没有促进作用。Berman等[3]采用N03-N，NH3-N以及次黄嘿吟、尿素、赖氨酸等有机氮源培养微藻，发现当使用尿素作为氮源时，蓝藻的生长最快且氮源得率系数最高。许多研究表明，培养基中碳源、氮源、磷源的水平是影响微藻营养组成的主要因素。微藻对碳源的需求量很大，碳源主要影响

5、藻细胞生长和脂类、糖类等物质的积累。Tang等[4]研究了不同CO2浓度对斜生栅藻(Scenedesmyusobliquus)和蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)总脂含量的影响，发现高CO2水平(30%～50%)有利于总脂和不饱和脂肪酸的积累。然而，Chen等[5]研究异养小球藻(Chorellasorokiniana)在不同的碳氮比(C/N)下细胞内总脂含量和脂肪酸组成时发现:碳源限制或者氮源限制均能促进细胞内油脂合成，且前者更为明显。高碳浓度能够促使微藻油脂积累可以用碳储存机制解释，但低碳浓度促使微藻油脂积累的机制，目前尚不明

6、确。微藻对氮源的需求仅次于碳源。氮源的形态及浓度都会对微藻的营养组成产生影响。骆育敏等[6]研究发现，当以浓度为0.1g/L～0.8g/L的尿素代替Zarrouk培养基中的硝酸盐作为氮源时，能够提高螺旋藻中叶绿素含量。Caudhury等[7]对比采用NaN03，NH4N03，NH4C1和(NH4)2HP04作为氮源培养螺旋藻，发现(NH4)2HP04更有利于细胞内γ-亚麻酸的积累。在氮源限制条件下，藻细胞中需要氮元素参与合成的营养组成如蛋白质、叶绿素等含量会下降，而糖类、脂类等不需要氮元素参与合成的营养组成含量会明显上升[8-9]。此外，缺氮还能诱导某

7、些藻类细胞内抗氧化性的类胡萝卜素积累[10]氮源限制条件下，特殊细胞营养组成的积累可能与藻细胞在抗逆反应中的自我保护机制相关。磷源也是微藻生长所必须的重要营养盐之一，己有研究表明，低磷浓度能够促进藻细胞油脂、叶绿素a及微藻囊毒素的积累[11]。氮磷比是影响微藻营养组成的重要因子之一，合适的氮磷比能够促进藻的生长以及某种特定产物(如叶绿素、脂类)含量的积累。微藻最适氮磷比没有一个定值，一般因藻种而异，例如小球藻的最适氮磷比(Chlorellavulgaris)为3.5，四尾栅藻(Scenedesmusquadricauda)的最适氮磷比是20，而聚球藻(

8、Synechococcus)的最适氮磷比为45[12]。3.1碳源对微藻生长的影响微藻的碳元素