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钝顶螺旋藻在不同光照条件下的放氧特性

2011-09-29薛升长张庆华吴霞丛威

生物工程学报 2011年4期
关键词:效应

薛升长,张庆华,吴霞,丛威

1 中国科学院过程工程研究所 生化工程国家重点实验室,北京 100190

2 中国科学院研究生院,北京 100049

钝顶螺旋藻在不同光照条件下的放氧特性

薛升长1,2,张庆华1,吴霞1,丛威1

1 中国科学院过程工程研究所 生化工程国家重点实验室,北京 100190

2 中国科学院研究生院,北京 100049

钝顶螺旋藻在持续照光和中等频率 (0.01~20 Hz) 的光/暗交替照光下的放氧特性对光生物反应器的设计和操作具有重要意义。构建了一套可实现光/暗交替的光生物反应器系统对此进行研究,结果显示:根据与放氧速率的关系,可以将光强分为 4 个区:光限制区 (0~335 µmol/(m2·s)),过渡区 (335~875 µmol/(m2·s)),光饱和区 (875~2 775 µmol/(m2·s))以及光抑制区 (2 775 µmol/(m2·s)以上)。提高光/暗频率能否提高微藻光合速率取决于所采用的光强和光比例:低光强、低光比例下无明显提高;在光比例处于0.1~0.6之间时,光强越高,提高光/暗频率所带来的光合速率提高的幅度越大。研究结果对于实际生产的指导意义是,在午间高光强下提高藻液混合程度所带来的光合速率的提高相对于早晚低光强下更加明显,经济上更加可行。

微藻,螺旋藻,光生物反应器,光/暗交替,光合放氧

Abstract:The knowledge of oxygen evolution characteristics, which is a symbol of photosynthetic activity, under various light conditions is important for photobioreactor design and operation. In this study, we constructed a device to investigate oxygen evolution characteristics of Spirulina platensis under two different light regimes: 1) continuous illumination of various light intensities (14−6 500 µmol/(m2·s)); 2) medium frequency L/D cycles of four different light intensities (69, 505, 1 330,4 265 µmol/(m2·s)). Light limited region, intermediate region, light saturated region and light inhibited region of light intensity were recognized according to their relationship with oxygen evolution rate (OER) under continuous illumination. Investigation of S. platensis under L/D cycles showed whether photosynthetic efficiency could be increased with increasing L/D frequency largely depended on the light intensity applied. The higher the light intensity, the larger the photosynthetic enhancement could be expected with the increase of L/D frequency. The largest light integration effect was found under L/D cycles of high light intensity(4 265 µmol/(m2·s)) and medium light fraction (k=0.6), while light integration effect was totally absent under low light fractions(k<0.2). We also discussed their implications to the practical aspects of microalgae cultivation.

Keywords:microalgae, Spirulina, oxygen evolution rate, photobioreactor, light/dark cycles

微藻能利用相对廉价的物质,如 CO2、碳酸盐等作碳源,将太阳能转变成化学能储存在生物质中,同时富集有用的代谢产物,对解决人类社会所面临的资源、环境、能源和食品等方面的问题具有广阔的前景[1-2],受到了越来越多的关注。室外培养微藻通常采用2种方式:开放池和密闭式光生物反应器。……

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