大规模异养发酵培养小球藻USTB-01研究

采用异养小球藻USTB-01,分别在50、500 L和5000 L发酵罐逐级放大进行异养发酵培养的优化控制研究。结果表明,随着小球藻异养培养过程中生物量的增大,按照3个不同阶段逐渐加大葡萄糖和硝酸钾(C/N质量比为20∶1)分别作为碳源和氮源的流加量,可以大幅度提高小球藻USTB-01的生长速度。72 h内,分别在50、500 L和5000 L发酵罐进行异养发酵培养小球藻USTB-01过程中,都获得了质量浓度40 g/L以上的藻细胞干重,在培养物中保持低浓度的葡萄糖和硝酸钾在支持小球藻快速生长方面发挥了重要作用。无论在培养规模,还是在最终培养获得的藻生物量上,均取得了非常重要的研究进展。

原核小球藻USTB-01去除化肥厂废水中总氮的研究

采用1株异养原核小球藻USTB-01对化肥厂废水中总氮的去除进行了研究。结果表明,添加一定量的磷酸盐和碳酸钠特别是葡萄糖分别作为磷、无机碳和有机碳源,不仅可以明显促进原核小球藻USTB-01的生长,而且可以大幅度提高废水的总氮去除效率。在4 d时间内原核小球藻USTB-01的生长从OD680 nm0.5增加到3.6,提高到7倍,而废水中总氮的浓度从125 mg/L降低到10.3 mg/L,去除率达到了93.1%,处理后的废水可以达标排放。不仅在高含氮废水的处理,而且在利用废水中的氮培养原核小球藻USTB-01的废水资源化利用方面均具有重要的意义。

不同温度和pH对小球藻USTB-01生长和品质的效应

采用50 L全自控发酵罐,在不同温度和pH对小球藻USTB-01的异养生长和品质效应方面进行了研究。发现在24~28℃内,随温度的升高,小球藻的生长速度明显加快,培养48 h最终生物量(OD680 nm)从45.8提高到122.4,但代表小球藻品质的蛋白含量却从18.5%降低到14.6%,叶绿素含量从25 mg/g降低到18 mg/g。进一步研究表明,与pH 6.5和7.5相比,pH 7.0不仅能够支持小球藻的异养快速生长,而且可以获得较高的蛋白含量,但叶绿素含量却低于生长于pH 6.5的小球藻,尚未见有文献报道。

利用小球藻USTB-01控制蓝藻水华污染研究

采用一种具备光照自养和无光照异养双重生长能力的小球藻USTB-01,在异养培养阶段获得可高效吸收磷的超高细胞浓度小球藻USTB-01,然后按不同比例投加于北京妫水湖现场实验的围隔水体中,研究了其控制蓝藻水华和去除水体氮磷的效果。结果表明,投加小球藻USTB-01后能够明显控制蓝藻水华的发生与发展,与对照相比,按照实验水体体积千分之一投加小球藻液后,不仅可以持续降低蓝藻颗粒质量分数达47%左右,而且可以快速降低水体中的磷浓度。从实验水体表观观察,按照实验水体体积千分之一投加小球藻USTB-01后,在实验5天以后水体清澈,水质得到明显改善。

从异养小球藻USTB-01中提取纯化叶黄素研究

在成功筛选异养小球藻种USTB-01并完成高效发酵培养的基础上,主要针对从小球藻干粉中提取纯化叶黄素进行了研究。得到的优化工艺是:采用正己烷-乙醇混合试剂(体积比6.7∶1.0)从藻细胞中提取叶黄素1 h,固液质量比为1∶50,可以从小球藻粉中高效提取出叶黄素和叶黄素酯类。用质量分数20%的NaOH-水溶液,在50℃下皂化6 h,皂化剂用量为1∶40,可以高效地将叶黄素酯转化为叶黄素。通过条件优化实验,可将藻粉中游离叶黄素的含量由0.09%提高到0.32%,获得叶黄素的纯度达到了80.6%,为进一步将异养小球藻作为叶黄素来源的产业化生产奠定了重要的研究基础。

沼泽红假单胞菌与小球藻USTB-01的共培养研究

围绕沼泽红假单胞菌和小球藻USTB-01共培养的优化控制条件进行了研究。采用光合细菌培养基,在沼泽红假单胞菌和小球藻USTB-01共培养条件下,可以明显促进沼泽红假单胞菌的生长,但小球藻USTB-01的生长却没有明显的提高。进一步研究发现在培养基中加入葡萄糖后可以明显促进小球藻USTB-01的生长,但高浓度4 g/L的葡萄糖会引起体系pH下降,不利于沼泽红假单胞菌的生长。在初始加入1 g/L的葡萄糖时,共培养体系中pH先下降后上升,能同时促进小球藻USTB-01和沼泽红假单胞菌的生长。

多效唑对异养小球藻USTB-01生长和蛋白含量的效应

主要研究了生长调节剂多效唑对小球藻USTB-01生长和蛋白含量的效应,结果表明在其质量浓度0~50 mg/L内,随多效唑浓度的增加,抑制小球藻USTB-01生长的作用逐渐加强,但小球藻USTB-01蛋白质含量却逐渐从25%提高到37%,提高了48%;进一步采用先使小球藻快速生长,然后提高蛋白质含量的控制战略,在小球藻处于生长指数后期的第4天添加多效唑,不仅获得了较高浓度的藻生物量,而且藻蛋白质含量可以更进一步提高到47%,已经达到自养培养小球藻蛋白质含量的水平。

小球藻USTB-01脂的提取和转化生物柴油研究

研究了乙醚、正己烷、石油醚、乙酸乙酯、石油醚-乙醚混合溶液(体积比2∶1)和氯仿-甲醇混合溶液(体积比1∶1)分别浸提小球藻USTB-01中油脂的效果,发现石油醚-乙醚混合溶液从小球藻USTB-01细胞中提取脂类的效果最好。在此基础上,探索了研磨、反复冻融、超声波破碎和超声波结合反复冻融这4种不同破壁处理方式对油脂提取率的效应,结果表明采用超声波结合反复冻融法破壁后,与未经任何破壁处理时相比,油脂提取率提高了2.7倍。进一步研究显示,在提取的藻脂中分别加入水、柠檬酸、磷酸、草酸和EDTA进行高温水化脱胶,发现柠檬酸的脱胶效果最好。采用碱催化甲酯化法,将小球藻USTB-01油脂转化为脂肪酸甲脂,经气相色谱质谱测定结果显示,其主要成分为以C16∶0和C18∶1为主的脂肪酸甲酯,为进一步生产高品质生物柴油奠定了重要的基础。

高效提取小球藻USTB-01细胞中叶黄素研究

本文对不同有机试剂从异养小球藻USTB-01细胞中提取叶黄素进行了研究。结果表明,甲醇和正辛烷作为单一极性和非极性试剂提取叶黄素的效果最好。进一步研究发现,采用乙醇-正己烷混合试剂可以获得最大的叶黄素提取效率,为采用单一试剂提取量的3倍。本文提出采用极性非极性混合试剂,其碳氧比按照与叶黄素分子碳氧比相似的比例混合,可以提取出大量叶黄素。

Z-QS01菌株对小球藻的生态学效应及对UV-B辐射的响应

利用生态毒理学方法研究了小球藻共栖Z-QS01菌株的生态学效应及对UV-B辐射的响应.结果表明:Z-QS01菌株通过分泌化学物质实现自我行为调节和对小球藻的抑制效应,Z-QS01菌株的密度和分泌到培养液中的化学物质的浓度是启动调节机制的必要条件;UV-B辐射增强显著影响Z-QS01菌株的群感效应,随UV-B辐射剂量的增加,Z-QS01菌株对小球藻的抑制效应降低.实验数据可为水产养殖业生态防病提供参考,并为揭示藻菌间相互作用机制提供有价值的参考资料.

微囊藻毒素降解菌的分子鉴定和特性研究

在成功筛选出1株能够降解微囊藻毒素(Microcystins,MCs)菌株的基础上,利用16S rDNA的PCR扩增和序列分析对其进行了分子鉴定。由BLAST序列比对及进化树分析可将该菌株定属至鞘氨醇单胞菌USTB-01(Sphingopyxissp.USTB-01),这是我国首次筛选出高效降解MCs的鞘氨醇单胞菌。在鞘氨醇单胞菌USTB-01降解MC-RR和MC-LR活性研究方面发现,温度30℃和pH7.0条件下该菌降解MCs的速率最大,日均降解MC-RR和MC-LR分别达到了23.4mg/L和7.9mg/L,在进一步去除水体中的MCs的基础和应用研究方面都具有非常重要的意义。