微藻培养与光生物反应器.ppt

第一部分 微藻及其应用 1. 微藻定义及分类 藻类是能够进行放氧光合作用的自养无胚植物 2. 微藻的应用价值 微藻具有三个基本特性 种类很多，生理学和生化特性范围很广,因此微藻能产生很多功能独特的脂肪、多糖、蛋白、类胡萝卜素等生物活性物质； 微藻能低成本地将用于标记的同位素13C、15N和2H结合进入体内,因而这类标记元素可进入微藻产生的各种代谢产物中； 微藻包括了一个大而尚未开发的生物类群，因而提供了一个实质上未开发的资源宝库。 微藻的特性,决定了微藻在医药、食品、水产养殖、化工、能源、环保、农业及航天等领域有着重要的开发价值 微藻的应用价值 医药来源 微藻中的生物活性物质具有抗肿瘤、抗病毒、抗真菌、防治心血管疾病、防治老年人痴呆症等功能。 螺旋藻对于糖尿病、高血压、心脏病、胃病、贫血病、肝病、肾脏病、风湿病、骨质疏松症、肥胖症、营养不良、癌症、爱滋病等具有预防和辅助疗效。 保健食品 微藻中含有丰富的蛋白质、多不饱和脂肪酸、维生素、多糖、矿物质等,是极好的天然保健食品。 此外，微藻中含有大量的天然色素。 微藻的应用价值 饵料 虾和蟹在长成过程中主要使用动物饵料(如轮虫、卤虫等)，而培养这些动物本身所用的饵料全部是微藻。微藻中的不饱和脂肪酸是水产动物不可缺少的营养，一些微藻产生的虾青素等色素对人工养殖的虾和鱼具有很好的着色作用。 基因工程产品 如兔防御素（NP-1）、金属硫蛋白（MT）、人肿瘤坏死因子、人表皮生长因子、磷酸酯酶、超氧化物歧化酶（SOD）及杀幼蚊毒素等。 利用微藻作为表达系统生产基因工程产物具有两大优点:① 无知识产权问题;② 产物的分离纯化较简单。 其它应用 能源 航天 化工 环保 农业 3. 微藻的国内外应用现状及存在的问题 微藻产业已初见倪端,但尚未真正形成，其原因分析如下： 微藻产品的产业化包括五个环节： 获得优质藻种(即微藻上游生物技术) 微藻的大规模培养 微藻的大规模采收(即从培养液中分离出微藻细胞) 微藻细胞内产物的分离提取 产品开发 目前我国在微藻生物上游技术方面具有较好的工作基础(尤其是在微藻基因工程方面处于国际先进水平)，而在微藻的大规模培养、采收和胞内产物的分离提取方面基础薄弱，它是制约我国微藻产业形成的根本原因所在。 第二部分 微藻营养模式 微藻光自养培养 微藻大多数是专性光合自养生物，以光作为能量还原CO2同化为碳水化合物，而获得生物量。光合成反应如下： CO2 + NO3- + PO43- + H2O + 太阳能 [CH2ONP] + O2 目前国内外微藻的大规模培养均属光自养培养。 微藻光自养生长的影响因子 光照 溶解氧 培养液pH 营养盐 温度 光照 光是微藻生长的重要限制因素。当温度和营养不限制其生长时，光就成为影响微藻光自养生长的主要因素。 光不仅有光周期、光质和光强的不同，还有明显的时、空（纬度、水体深度〕的变化。 光照 一般情况下，在一定光照度范围内，微藻的光合作用效率会随光照度的增加而增加，但当光照度达到一定值时，光合作用效率几乎保持在一定水平，不再增加，这种现象称为光饱和效应。 如果光照度超过光饱和点一定限度后，微藻的光合作用效率将会下降，导致细胞生长减缓，甚至死亡，这就是通常所说的光抑制现象。 溶解氧 微藻光自养培养过程会产生大量氧气，需从培养液中解析出去。 对于管道式光生物反应器系统，溶解氧的积聚是一个严重的问题，需要专门设计的脱气系统有效释放光合作用放出的氧气。 培养液pH 微藻光自养培养过程的pH基本呈上升趋势 控制培养液pH的最好方法是利用CO2 营养盐 微藻生长所需要的营养元素有15～20种，C、N、P 是微藻生长的主要营养。 对于微藻光自养生长而言，主要利用无机态的碳源。 微藻可直接利用空气中的CO2进行生长，但CO2必须先溶解于水中，且主要以HCO3－的形式被利用。 HCO3－盐也可直接作为微藻生长的碳源，如螺旋藻大规模培养常采用的是NaHCO3。 温度 一般在18～25℃，