一種應用于評估微藻二氧化碳耐受力的方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種應用于評估微藻二氧化碳耐受力的方法及裝置，步驟是：A、培養基配制：培養基依據目標藻株定，滅菌；B、目標藻株活化擴種：在光生物反應器中活化并擴種目標藻株；C、目標藻株接種：確定接種量后對藻液進行離心，反復使用無碳培養基洗凈后重懸，接入十二孔板；D、OD

Method and device for evaluating carbon dioxide tolerance of microalgae

And the device, the invention discloses a method used to evaluate the microalgae tolerance steps are: carbon dioxide A, medium preparation: medium according to the target strain, B strain, sterilization; target species: activation in photobioreactor and activation on the target, the target strain; C strain inoculation: determine the inoculation amount of algal centrifugal liquid, repeated use of carbon free medium wash after heavy suspension, access to twelve orifice plate; D, OD

【技術實現步驟摘要】
一種應用于評估微藻二氧化碳耐受力的方法及裝置
本專利技術涉及生物
，更具體涉及一種快速評價微藻對高濃度二氧化碳耐受力的方法，涉及一種應用于評估微藻二氧化碳耐受力的裝置，同時還涉及應用于微藻快速擴培的小型光生物反應器裝置，尤其適合于篩選具有規模化生產潛質的可利用煙道尾氣進行培養的經濟微藻。
技術介紹
微藻是原核或者真核的光合微生物，是非常高效的太陽能轉換器，分布于淡水或者咸水中，通過吸收水環境傳遞的光能、水和二氧化碳及營養物質積累生物量，可以將光能轉化為化學能，積累可被人類利用的代謝物或次生代謝物，如初級代謝物有油脂、蛋白質及多糖；以及次生代謝物有蝦青素、藻藍蛋白、類胡蘿卜素等高價值活性物質。其次，微藻可以固定二氧化碳，減少溫室氣體排放，降低環境污染。因而，耐受且能在高濃度二氧化碳條件下生長的微藻可以利用工業煙道尾氣、燃煤及生物質電廠尾氣進行生長，從而降低微藻培養的生產成本，不僅達到二氧化碳減排的目的，而且具有顯著的經濟效益及環境效益，從而使得微藻培養和資源化研究得到國內外越來越多的關注。目前，已經公開的關于微藻固定二氧化碳的專利文獻大多數集中在：(1)種源：如通過誘變育種，篩選出耐高濃度二氧化碳(10～30％)的微藻，對該藻株進行培養4天，其最終生物量可達1.3g·L-1，其生物量產率約為0.3g·L-1·d-1(C12N1/12(2006.01)I)；此外，也有開發一株凸頭柵藻，一天之內每升藻液最多可去除0.88mg的二氧化碳，與此同時，該藻能耐受氧化硫與氮氧化物，但未提及藻株對其的耐受濃度(C12N1/12(2006.01)I)；(2)優化微藻減排二氧化碳的產業鏈中的關鍵技術，包括如對工業尾氣進行除塵洗滌、加壓、調氣等裝置(B01D53/84(2006.01)I)；此外一種利用微藻清潔工業廢氣中二氧化碳的裝置和方法也見報道，其特征在于耦合培養液循環系統和廢水處理裝置，用經培養液循環系統處理后的工業廢水作為培養溶液，選用耐熱性的小球藻進行培養(B01D53/84(2006.01)I)；另外，也有報道利用高pH誘導藻液發生自沉降后，收獲后的高pH的上清液能高效吸收酸性二氧化碳，并調節該上清培養液至適合微藻生長的水平(pH≥8.2)，實現培養基的高效補碳，保障采收后的上清液的循環利用(C12N1/12(2006.01)I)。(3)在大規模培養體系(跑道式培養池和環形培養池)下添加二氧化碳并提高對其利用率的裝置，如微藻養殖池有效補充二氧化碳的充氣凹槽，并提高藻液對二氧化碳的吸收率(C12N1/12(2006.01)I)；此外也有直接將二氧化碳直接溶入水中，將二氧化碳飽和水直接添加入藻液中(C12N1/12(2006.01))；也有專利技術一種帶壓力表的二氧化碳溶解裝置，對二氧化碳氣體進行加壓處理至0.1～1.0MPa通入二氧化碳溶解裝置，通過監測溶液pH值(6.0～8.5)以確定二氧化碳是否充分溶解至回流培養液中，在其實施于螺旋藻培養的案例中，減少70～90％的NaHCO3用量，二氧化碳固定率為163～178mg·L-1·h-1(C12N1/12(2006.01))。另外，也有報道一種濃縮回收空氣中的二氧化碳用于微藻培養的裝置，在電壓作用下，電動濃縮裝置的陽極室和陰極室分別電動產生H+和OH-。空氣中的二氧化碳進入陰極室轉化為HCO3-以及CO32-形式，并在電遷移作用下透過陰離子交換膜進入陽極室，在陽極室內獲得高濃度CO2氣體；被濃縮的CO2用于微藻的培養(C12M1/04(2006.01)I)。從以往的報道可以發現，目前鮮有報道微藻耐受高濃度二氧化碳能力的快速評價裝置，而優質的耐受高濃度二氧化碳的微藻種源是微藻在煙道尾氣等減排產業的應用基礎。因此，針對微藻在固定煙道尾氣方面的應用，需要對眾多保藏的微藻進行二氧化碳耐受性的篩選及普查。然而，目前而言，較多的評價流程是在三角瓶、或者柱狀光生物反應器培養微藻，通過取樣，比較吸光值評價微藻的生長性能(C12N1/12(2006.01)I，C12Q1/04(2006.01)I)，而三角瓶和柱狀光生物反應器體積較大不適宜用于大批量的藻株篩選，取樣工作對于批量藻株而言需投入大量的人力與物力。因此，本專利技術構建二氧化碳培養缸，對培養缸中的二氧化碳濃度進行追蹤檢測，發現該系統通氣和二氧化碳濃度穩定，簡易高效、光照透過性優良；本專利技術使用十二孔板培養微藻，無須取樣，即可原位追蹤微藻生長趨勢；并通過在小型光生物反應器培養，比較發現兩種培養體系下藻株的生長及對高濃度二氧化碳的耐受力趨勢一致，表明本專利技術基于十二孔板實驗可表征不同藻株對高濃度二氧化碳的耐受力。
技術實現思路
本專利技術的目的是在于提供了一種應用于評估微藻二氧化碳耐受力的方法，本專利技術引入相對光密度變化率(deltaOD·d-1)，見公式1)，該參數可有效地用于評價目標藻株對高濃度二氧化碳的耐受力，而光密度變化率(OD·d-1)用于評價目標藻株在高濃度二氧化碳條件下的生長力。同樣，經前期實驗表明，本專利技術還可應用于快速評價經濟微藻在高低溫、酸堿等環境的生長力和耐受力。本專利技術已經在實驗室條件下被較為成熟地應用于優良藻株篩選，平均每天人均可以評價2-3株微藻的生長，較現行的光合生物反應器下評價方法而言，該方法簡單易行，操作簡單，快速便捷。該方法同樣可以用于篩選耐受高濃度二氧化碳的優良藻株。以光密度變化率(OD·d-1)及相對光密度變化率(deltaOD·d-1)兩個參數確定藻株在散點圖中的分布，對比后，可以篩選出既能耐受高濃度二氧化碳，且能在高濃度二氧化碳補給下快速生長的優良藻株。本專利技術的第二個目的是在于提供了一種應用于評估微藻二氧化碳耐受力的裝置，結構簡單，使用方便，可設定既定的二氧化碳濃度，使用十二孔板培養微藻，可原位追蹤并評價經濟微藻在高濃度二氧化碳環境的生長力和耐受力等重要性能，補充實驗比較三株微藻在本專利技術裝置和小型光生物反應器在高濃度二氧化碳條件下的生長力及耐受力，結果顯示三株微藻在同等條件下的生長及耐受力趨勢保持一致，結合上述的散點分布圖可以篩選出優良的藻株，準確率可以達到85％以上。本專利技術的第三個目的在于提供一種小型的微藻快速活化及擴培的裝置，該裝置結構簡單，操作簡便，主要由培養部件和通氣部件兩個部分組成，操作方法與傳統的光合生物反應器一致，優點在于小體積培養，通氣穩定可控，可應用于大批量的藻株生長性能評價及藻株生長參數優化實驗。為了實現上述的目的，本專利技術采用以下技術措施：一種用于評估微藻二氧化碳耐受力的方法，其步驟是：A、培養基配制。培養基依據目標藻株而定，所述的藻株包括涵蓋隸屬綠藻門的小球藻、柵藻、集星藻、纖維藻、球空星藻、葡萄鼓藻、實球藻、蹄形藻、集球藻、盤星藻、原球藻、并聯藻、月芽藻、紅球藻等；藍藻門的聚球藻、集胞藻；硅藻門的小環藻、脆桿藻、窄異極藻、菱板藻、舟形藻、菱形藻、舟形藻、三角褐指藻、針桿藻、直鏈藻等。所述的培養基具體有BG-11，SP，DM，SE，CSI等類型。基于孔板的二氧化碳耐受性實驗所使用的培養基為無碳培養基(即上述培養基去除無機或有機碳源)。B、目標藻株活化擴種。對配制好的全培養基進行高溫121℃，30min滅菌。之后在超凈工作臺將上述全培養基分裝至小型光生物反應器裝置(圖1)(裝本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于評估微藻二氧化碳耐受力的方法，其步驟是：A、培養基配制：培養基依據目標藻株定，所述的培養基有BG?11，SP，DM，SE，CSI，基于孔板的二氧化碳耐受性實驗所使用的培養基為無碳培養基；B、目標藻株活化擴種：對配制的全培養基進行高溫121℃，30min滅菌，在超凈工作臺將全培養基分裝至光生物反應器裝置，接著往光生物反應器接入目標藻種：固體平板上刮取克隆接入培養基，或從液體種子中轉接至培養基進行擴培，培養條件為，光照強度為50～60μmol·m

【技術特征摘要】
1.一種用于評估微藻二氧化碳耐受力的方法，其步驟是：A、培養基配制：培養基依據目標藻株定，所述的培養基有BG-11，SP，DM，SE，CSI，基于孔板的二氧化碳耐受性實驗所使用的培養基為無碳培養基；B、目標藻株活化擴種：對配制的全培養基進行高溫121℃，30min滅菌，在超凈工作臺將全培養基分裝至光生物反應器裝置，接著往光生物反應器接入目標藻種：固體平板上刮取克隆接入培養基，或從液體種子中轉接至培養基進行擴培，培養條件為，光照強度為50～60μmol·m-2·s-1，溫度控制在24-26℃，通氣培養7～10天；C、目標藻株接種及OD680檢測：檢測擴種7～10天后的藻液OD680以決定接種量V1，確定接種量V1之后對藻液進行離心，無碳培養基洗凈后重懸，接入十二孔板，藻株接入OD680濃度C2為0.2～0.3，每孔接入體積為3mL，共計三個平行，將十二孔板放置在培養缸中靜置培養，培養條件為光照強度為30～40μmol·m-2·s-1，溫度控制在24-26℃，實驗組和對照組培養缸二氧化碳濃度分別為1～20％和0.03％；D、OD680檢測：檢測OD680之前，使用一次性吸管對藻液進行重懸直至藻液均勻，使用酶標儀對十二孔板中的藻液OD680進行檢測，檢測吸光度波長為680nm；E、目標藻株在1～20％二氧化碳的生長力及耐受力評價：追蹤OD680變化曲線，以OD·d-1設定條件下的生長力，以1～20％二氧化碳條件下的光密度變化率與空氣下的光密度變化率差值代表目標藻株對高濃度二氧化碳的耐受力；F、藻株篩選：散點作圖法，依據以OD·d-1及deltaOD·d-1兩個參數確定藻株在散點圖中的分布，對比后，篩選出高濃度二氧化碳，在高濃度二氧化碳補給下快速生長的藻株；公式1：公式2：其中：deltaOD·d-1為1～20％二氧化碳條件下的光密度變化率與空氣下的光密度變化率差值，代表目標藻株對高濃度二氧化碳的耐受力；OD·d-1為1～20％二氧化碳組和空氣組的光密度變化率，代表目標藻株在1～20％二氧化碳組和空氣組的生長力；二氧化碳占比氣體總體積的1～20％；V1為接入十二孔板所需的活化擴培后原藻液的體積；C2為十二孔板的藻液光密度；C1為活化擴培7～10天后的原藻液光密度；mL為毫升；air為空氣組，二氧化碳體積占比氣體總體積的0.03％；所述的藻株包括涵蓋隸屬綠藻門的小球藻、柵藻、集星藻、纖維藻、球空星藻、葡萄鼓藻、實球藻、蹄形藻、集球藻、盤星藻、原球藻、并聯藻、月芽藻、紅球藻等；藍藻門的聚球藻、集胞藻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋立榮，盧哲，崔慧君，衛晴，霍巖，楊子寒，
申請(專利權)人：中國科學院水生生物研究所，
類型：發明
國別省市：湖北,42