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高效固碳微藻的筛选及响应CO2浓度变化的生理特性的研究
Alternative TitleScreening of Microalgae Capable of Utility of High CO2 and Their Physiological Responses to the Change of CO2
卫 晴
Subtype硕士
Thesis Advisor宋立荣
2017-05
Degree Grantor中国科学院水生生物研究所
Abstract摘 要大气CO2浓度的增高导致全球温室效应愈演愈烈。微藻能够高效固定CO2并积累生物质资源为人类所用,因而受到广泛关注。优良藻种的获得是微藻产业化应用的首要问题。本研究选取十株小球藻和十株栅藻作为筛选对象,以期获得能够高效利用CO2的藻株;经过筛选,从中挑选出生长性状良好的两株绿藻:小球藻Chl-4和栅藻Sce-2,作为研究对象。设置了空气,5% CO2和20% CO2(v/v)三种通气浓度,探讨两株绿藻的生长和生理特征的响应。试图阐述与无机碳利用相关生理参数和微藻利用CO2能力的关系。本研究的具体研究结果如下:1. 高效固定CO2藻种的筛选:利用十二孔板开展共计二十株绿藻的初步筛选和pH适应性实验。依据藻株对CO2的利用能力划分为较差,一般和高效三个区组水平。此外,通过pH适应性实验发现绿藻的pH适应范围广,能适应6~11的pH范围,优良固碳藻种的最佳pH适应范围为8~11。根据生长速率和结团系数,最终选择小球藻Chl-4和栅藻Sce-2作为进一步的研究对象。2. 两株绿藻在不同浓度CO2条件下的生长:利用柱状光生物反应器对所选的小球藻Chl-4和栅藻Sce-2进行扩大培养。结果显示:通入空气,5% CO2,20% CO2(v/v)之后,在一天之内藻液pH会发生较大变化,最终分别稳定在11,7.5和6.5。两株绿藻均在5% CO2(v/v)条件下获得最大生物量积累、最大比生长速率和最大CO2固定速率;其中小球藻Chl-4和栅藻Sce-2最大生物量分别为3.5和5.4 g/L。20% CO2(v/v)条件下,两株绿藻的生物量仍高于空气组,并且小球藻Chl-4和栅藻Sce-2的比生长速率与空气组相比分别增加83%和22%。3. 不同浓度CO2条件下藻株的生理响应:随着CO2浓度的增加,两株绿藻无机碳亲和力、胞内和胞外CA活性,及初始Rubisco活性和Rubisco活化度均下降。其中,小球藻Chl-4和栅藻Sce-2在20% CO2(v/v)条件下的K0.5(DIC)值分别是空气组的6.8和2.1倍,20% CO2(v/v)条件下K0.5(DIC)值显著增高,即该条件下无机碳亲和力显著下降。与空气组相比,小球藻Chl-4在20% CO2(v/v)条件的胞内CA活性下降82%;初始Rubisco活性下降52.4%;Rubisco的活化度下降53.5%。然而,两株绿藻总的Rubisco活性、PSII最大光合效率Fv/Fm和实际光合效率Y(II)在不同浓度CO2条件下无明显变化。同时,我们发现小球藻Chl-4的胞外、胞内CA活性均显著高于栅藻Sce-2(p<0.01),空气条件下小球藻Chl-4胞内CA活性高达540.0 EU/(mg Chla)。由此可见,两株绿藻对无机碳利用的机制不同。小球藻Chl-4存在胞外CA活性,推测其能够同时利用HCO3-和CO2。空气条件下小球藻Chl-4表现出典型的CCM特征,通CO2条件下其CCM功能减弱。而栅藻Sce-2几乎不存在胞外CA活性,胞内CA活性也较低;推测其主要利用CO2,可能通过提高胞内CA含量或增强Rubisco对CO2亲和力等促进光合固碳作用。4. 不同浓度CO2条件下藻细胞生化组分的积累:两株绿藻均在20% CO2(v/v)供给条件下获得最高的蛋白质含量(% DW),栅藻Sce-2蛋白质相对含量最高达到细胞干重的67.3%;5% CO2(v/v)条件下两株藻种油脂产率最高,其脂肪酸成分中C16-C18含量占总脂的95%以上。两株绿藻多不饱和脂肪酸的相对含量随CO2供给浓度的增加而增加。综上,本研究揭示了两株绿藻在不同浓度CO2条件下的生长、生理响应,及生化组分积累的差异。结果表明实验所选两株绿藻能够高效利用CO2积累生物量,并耐受体积比高达20%的CO2浓度,有望成为耦合烟道气CO2减排的户外规模培养的潜在经济藻株。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/31163
Collection藻类生物学及应用研究中心_学位论文
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GB/T 7714
卫 晴. 高效固碳微藻的筛选及响应CO2浓度变化的生理特性的研究[D]. 中国科学院水生生物研究所,2017.
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