元素磷在氮缺乏刺激微藻生物柴油產(chǎn)率提高方面的作用研究.pdf

1、作為替代傳統(tǒng)能源的一種新型生物能源，微藻生物柴油因其具備可再生性，可持續(xù)性以及潔凈性在世界范圍內(nèi)獲得了一致認(rèn)可。近年來(lái)，作為一種刺激微藻細(xì)胞含油量提高的方法，氮缺乏和氮限制引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，伴隨著含油量的提高，生物量產(chǎn)率往往比較低，由此導(dǎo)致最終的產(chǎn)油率往往得不到提高甚至出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。因此，許多研究人員認(rèn)為用完全營(yíng)養(yǎng)的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)微藻以生產(chǎn)生物柴油更具經(jīng)濟(jì)性。然而，微藻在環(huán)境壓力條件下通常會(huì)吸收更多的磷，這一現(xiàn)象在微藻生產(chǎn)生物

2、柴油的研究中常常被忽略。因此，元素磷對(duì)于氮缺乏條件下微藻生物柴油產(chǎn)率提高的作用也因此沒(méi)有得到足夠的重視。
　　為了研究氮缺乏條件下，元素磷對(duì)于微藻脂質(zhì)提高的作用，實(shí)驗(yàn)采用五種含有不同氮和磷濃度的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)Chlorella vulgaris FACHB-1072。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生物量的產(chǎn)率在氮缺乏磷充足條件下和營(yíng)養(yǎng)元素完全（對(duì)照）的情況下是差不多的，而且由于氮缺乏刺激含油量的提高，最大的產(chǎn)油率58.39 mg L-1 day-1

3、出現(xiàn)在氮缺乏磷充足的情況下。31P NMR顯示培養(yǎng)基中的磷被轉(zhuǎn)移到了細(xì)胞內(nèi)以聚磷的形式儲(chǔ)存下來(lái)。氮缺乏條件下磷的吸收速率是營(yíng)養(yǎng)元素完全時(shí)的3.8倍。這些結(jié)果表明元素磷在氮缺乏條件下小球藻的產(chǎn)油過(guò)程中扮演了重要的角色。
　　不僅如此，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化了兩個(gè)重要參數(shù)二氧化碳濃度以及光照強(qiáng)度以獲得小球藻在氮缺乏條件下的最大生物柴油產(chǎn)率以及磷吸收速率。結(jié)果表明在4％的CO2濃度以及200μmol photons m-2 s-1的光照強(qiáng)度條件

4、下獲得了最大的生物柴油產(chǎn)率34.56 mg L-1 day-1，該數(shù)值是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)完全情況下的2.7倍。磷的最大吸收速率2.08 mg L-1 day-1是對(duì)照情況下的2倍，磷被吸收后以聚磷的形式儲(chǔ)存在細(xì)胞里。經(jīng)優(yōu)化，氮缺乏條件下的產(chǎn)油率和磷吸收速率都明顯高于那些氮充足的環(huán)境，而這種現(xiàn)象卻少見(jiàn)報(bào)道。
　　小球藻在重新提供氮源后會(huì)出現(xiàn)返綠現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究了細(xì)胞里聚磷的利用對(duì)于這種返綠過(guò)程尤其是生物柴油產(chǎn)率增加的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明返

5、綠過(guò)程在3-5天內(nèi)完成，無(wú)論是否有外源磷的供應(yīng)，細(xì)胞內(nèi)的聚磷都在返綠的3天內(nèi)降解了。在提供外源磷的情況下，聚磷的降解是先于磷的吸收過(guò)程的，在沒(méi)有外界磷供應(yīng)時(shí)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)部的聚磷降解完之后，細(xì)胞對(duì)于氮元素的吸收明顯受到影響，緊接著生物量以及生物柴油的生產(chǎn)嚴(yán)重受阻。因此，以上結(jié)果可以得出的結(jié)論是在細(xì)胞的返綠過(guò)程中，同時(shí)提供外界的氮源和磷源對(duì)于小球藻生物柴油的生產(chǎn)恢復(fù)過(guò)程是非常重要的。
　　為了研究氮缺乏條件下磷的供應(yīng)對(duì)于微藻生物柴油產(chǎn)率

6、提高的作用是否具有普遍性，實(shí)驗(yàn)采用了另一種常見(jiàn)的綠藻斜生柵藻作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，并選擇了不同氮磷濃度組合起來(lái)的六種培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)該藻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明相比較于氮充足的條件，氮缺乏能促進(jìn)生物柴油產(chǎn)率的提高，不僅如此，生物柴油產(chǎn)率還進(jìn)一步隨著磷濃度的提高而提高。在氮缺乏磷充足的條件下，獲得了最大的生物柴油產(chǎn)率，該產(chǎn)率是營(yíng)養(yǎng)元素完全情況下的兩倍，與此同時(shí)，磷被大量的吸收到細(xì)胞內(nèi)，但是并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)聚磷的形成。
　　該研究表明對(duì)于許多的藻種，氮缺乏外加磷