Transcript 不同氮磷浓度对斜生栅藻的生长及酯类积累的影响.ppt

不同氮、磷浓度对斜生栅藻的
生长及脂类积累的影响
组员：
高静
韩培
郭祥
李金玲
牛蕙
高红霞
1
目
录
背景介绍
2
氮、磷对斜生栅藻生长的影响
3
氮、磷对斜生栅藻脂类积累的影响
一、背景介绍
1、微藻

主要的初级生产力

光能无机营养兼有机营养，光合效率高

对环境变化比较敏感，个体小，易于培养，繁
殖快，世代周期短

富含蛋白质、脂类和甘油等成分
微藻具有很高的光合效率和脂肪含量，其光合效率
与农作物相比，单位面积的产率可高出数十倍；单位
生物量的脂类产量是普通农作物的15~300倍，所以微
藻作为一种潜在的可再生能源具有广阔发展前景。
2、影响藻类生长的因素
光照强度
 CO2的浓度
 pH

营养盐的浓度
 盐度
 生物因子
在环境压力下，微藻会停止细胞分裂，将CO2转化为脂
类储存起来，此时每单位生物量的脂类含量会增加。
3、藻类生长模型
微藻的生长模型分为两类，第一类是研究藻类种群
繁殖机理建立起藻群生长模型。第二类是通过研究藻
类生长同外界因素，考虑藻类生长同这些外部限制性
条件的关系而建立起来的模型。
第一类模型
1.Malthus指数增殖模型
当培养时间较短时，种群的规模按指数规律增长，即适合Malthus模型；
但时间较长时，种群规模的增长将呈饱和趋势，此时不适合Malthus模型。
2.Logistic模型
Logistic模型克服了Malthus指数增值模型中忽略资源限制的问题，适用
于描述细菌、浮游藻类等低等生物的生长。
第二类模型
1.Monod方程
表达了稳态状况、营养盐限制条件下藻类生长速率与细胞外
部营养盐之间的关系，广泛被用于藻类的吸收动力学研究。
2.Droop方程
Droop模型的主要缺陷在于，它将藻类生长描述为细胞生理
特征，其实藻类生长是细胞内外环境的综合反映；在非限制营
养盐条件下，该方程并不成立。
4、利用微藻制备生物柴油简介
生物柴油是以生物油脂（包括植物脂肪，动物脂肪等）
与醇类物质（通常为甲醇，乙醇）为原料，通过酯交换反
应得到的长链脂肪酸甲酯。
生物柴油可取代由石油提取的柴油应用于现有的柴油
机中，其结构稳定、使用安全，在燃烧过程中比传统的柴
油排放出更少的大气污染物，并具备无毒无害的、可生物
降解等优点，应用前景非常具有潜力。
（甘油三酯）
图5
（甲醇）
（脂肪酸甲酯） （甘油）
制造生物柴油的酯交换反应
图5所示为生物柴油的制造反应方程式：甲醇在一定温度下，与生物油脂
中的甘油三酯交换反应，生成甘油和脂肪酸甲酯，甘油被分离后，得到的脂
肪酸甲酯就是生物柴油。
从微藻中提取生物油脂的方法
干燥
微细胞破碎
油脂萃取
微藻的油脂产量高，在其生命周期内可以达到碳平衡，
有利于减少因为化石燃料的使用而产生的二氧化碳排
放，是值得期待的绿色能源。
二、N、P对斜生栅藻的生长影响
培养条件如下：
光照强度：50 — 60 u mol (m2s)-1
温度：25 ℃
光：暗 = 14:10
培养基： 50% BG11
条件的设置：NO3–N 和PO4–P分别作为氮源和磷源
表1 初始TN和TP的浓度
初始TN浓度
（mg/L）
2.5
5
10
15
25
初始TP浓度
（mg/L）
0.1
0.2
0.5
1.0
2.0
图1 不同初始浓度的营养盐下，斜生栅藻的生长曲线
初始的N、P浓度与斜生栅藻的最大增长速率R max,N
（R max,P）间的关系符合Monod 方程：
Rmax, N（P）
'
max, N ( P )
R
 S N ( P)
K s,N ( P)  S N ( P)
表2 不同初始浓度的TN、TP对斜生栅藻最大增长速率的影响
相关参数如下：
'
6
1
1
Rmax,

1
.
78

10
cell

(
mL

d
)
,
K

11
.
8
mgL
N
S ,N
'
max, p
R
 1.02 10 cell  mL  d  , K S , P  0.28mgL1
6
1
Rmax, N  1.78  10 6 
SN
11.8  S N
Rmax, P  1.02  10 6 
SP
0.28  S P
如果把氮、磷作为藻类的生长限制性物质，并且两
种都是生长所需的，则Monod 方程可用相互作用模型
表示：
Rmax  R
'
max
SN
SP


K s, N  S N K s,P  S P
利用“DataFit 7.0”求出相关参数，结果如下：
Rmax  2.21 106 
SN
SP

12.1  S N 0.27  S P
结论：
 斜生栅藻的生长符合Monod方程，在N、P浓度
饱和下，其最大增长速率为2.21 × 106 cells mL-1 d-1 ，
N、P吸收的半饱和常数分别为 12.1 mg L-1 and 0.27
mg L-1。

随着N、P浓度的增加，斜生栅藻的生物量增加。
三、N、P对斜生栅藻脂类积累的影响
许多研究表明在营养盐限制条件下，每单位藻生物
量的脂类含量会增加。Rodolfi 等研究发现，在一定体
积的光生物反应器内，Namnochloropsis从氮充足转变
为氮缺乏时，其脂类含量由32% 增加到 60%。
氮、磷浓度不足引起藻类脂类含量升高的原因：
 细胞中可利用性的氮用于酶的合成及基本细胞的构成，藻
类固定的CO2被转化为脂类或糖类，而不是蛋白质。
 藻的细胞密度低，使光的渗透性增加，每个藻细胞所吸收
的光能增加，使得单位生物量所产生的能量增加，从而更多的
能量以脂肪的形式储存起来。
 二酰基甘油转移酶被激活，这种酶可以将酰基辅酶-a转化为
三酰甘油酯（TAG）
图3 在不同初始浓度的TN下，斜生栅藻生物量
脂 类含量及产量的变化
图4 在不同初始浓度的TP下，斜生栅藻生物量
脂 类含量及产量的变化
表2 不同初始TN浓度或TP下的最大脂类积累速率
在氮、磷不足情况下，斜生栅藻的脂类含量增加，
但由于低的藻生物量，使脂类产量和积累速率并不是
最大的。此外，脂类的积累速率由微藻种群增长速率
所控制。
为了获得高产量的微藻生物柴油，可采用“两阶段”的培
养过程：
高的脂类
含量
高的生物量
营养物充足
氮、磷缺乏
第一阶段
第二阶段