120
80
细胞密度(106/ml)
细胞密度 溶氧%
110 100 90 80
0 1 2 3 4 5
40 20 0
培养时间(d)
反应器优化条件下纤细角毛藻的培养
溶氧%
60
从图中可以看出，优化条件下纤细角毛藻 具有很高的生长速率，在 120 小时内细胞浓度 从接种时的205万/ml迅速增加到8100万/ml，为 开放式培养的40倍。生物量产量达到了1.13g/L， 生长周期也由通常所需的8天缩短为5天，成功 实现了纤细角毛藻的高密度培养。
方差分析表
方差来源 KH2PO4 Na2SiO3 NaNO3 NaHCO3 Vb1/Vb12 Qe 平方和 61.57 38.99 9.92 6.49 2.02 8.52 自由度 3 3 3 3 3 6 均方 20.52 13.00 3.31 2.16 0.67 1.42 F比 14.45 ** 9.15* 2.33 1.50 0.48
通气率对纤细角毛藻生长的影响
80
细胞密度(106 /ml)
70 60 50 40 20 21 22 23 24 25 26
培养温度(℃)
培养温度对纤细角毛藻生长影响
实验结果
• 光照强度对纤细角毛藻生长速率的影响高度显 著，通气率的影响显著。 • 纤细角毛藻在反应器中的优化培养条件为：光 强8mW/cm2﹑、通气量0.6vvm、培养温度23℃。
4 纤细角毛藻的光生物 反应器高密度培养
• 目的： 实现纤细角毛藻在光生物反应器中的高密 度培养 • 方法： 在PhR—L20C气升内环流光生物反应器采 用正交实验针对光照强度、培养温度、通气率 等因素进行培养条件优化。
PhR--L20C光生物反应
10 15 14
2 19 6 15 15 17 18 6 1 12 13 19
0.09, 0.05 0.45, 0.25 1.35, 0.75 2.70, 1.50
培养基优化正交试验结果
实验 组 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ ⑺ ⑻ ⑼ ⑽ ⑾ ⑿ ⒀ ⒁ ⒂ ⒃ NaHCO3 (g/L) 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 NaNO3 (g/L) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 Na2SiO39H2O (g/L) 1 2 3 4 2 1 4 3 3 4 1 2 4 3 2 1 KH2PO4 (g/L) 1 2 3 4 3 4 1 2 4 3 2 1 2 1 4 3 VB1 ，VB12 mg/L, μg /L 1 2 3 4 4 3 2 1 2 1 4 3 3 4 1 2 培养密度 105/ml 85.5 90.8 91.2 59.3 84.3 30.8 93.3 94.8 84.7 103 66.3 117.3 110.8 125.8 32.3 48.3
• 藻体生长速度的测量：
比生长速率（1/d）：
μ=(LnX2-LnX1)/(t2-t1)
对实际培养而言，单位时间的产率更为重要（g/L· d 或g/m2· d）
三个关键因素
• 如何高效率地捕获和利用光能
• 如何高效率地吸收和利用营养
• 如何优化微藻的培养工艺条件
如何高效率地捕获和利用光能
光照和微藻的生长
0起点
光合作用和光辐射的关系（p/I曲线）
光衰减现象
• 定义：当光辐射通过培养液时，随着光 子的被吸收、反射和散射等而造成的光 子通量密度（Photon flux density,PFD） 减少的现象。 • 公式： lg(I0/Ir) = aXL
I0:入射光的PFD，Ir:穿透光的PFD，X:细胞密度，L:光径，a:指定条件下 样品的光吸收(衰减)系数
24.84*
温度
Qe 总和
28.22
8.2 1064.82
2
2 8
3.31
2.16
3.43
80
细胞密度 (10 6 /ml)
70 60 50 40 0 2 4 6 8 10 光照强度 (mW/cm2 )
光照强度对纤细角毛藻生长影响
80
细胞密度 (10 6 /ml)
70 60 50 40 0 0.2 0.4 0.6 通气率 (vvm) 0.8
4.2 纤细角毛藻的优化条件培养
• 目的：
检验前阶段工作的优化效果，实现纤细角 毛藻在反应器中的高密度培养
• 方法：
利用优化培养基，采用高压CO2瓶经空气 管路旁路向反应器中输送CO2的混合碳源供应 方式，培养液的pH值稳定在8.0左右。光强 8mW/cm2﹑、通气量0.6vvm、培养温度23℃。
8.6 8.5
pH值 细胞数
50
pH值
30 8.4 20 8.3 8.2
0 1 2 3 4 5 6 7 8
10 0 培养时间(d)
CO2 为唯一碳源对纤细角毛藻生长的影响
细胞密度(106/ml)
40
9.2 9.1 9.0
30
20 15 10 pH值 细胞数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 5 0
50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
培养时间(d)
原生动物污染下纤细角毛藻的生长
实验结果
• 接种量在1%~5%时，藻细胞的延迟期也较长， 细胞生长缓慢；而接种量在10%~12.5%之间时， 细胞的延迟期较短，最终培养密度也较高，从 生产实际考虑接种量取7.5%比较合适 。 • 纤细角毛藻细胞在pH7.8~8.6范围内生长良好。 • 培养纤细角毛藻时，必须对海水进行严格灭菌 操作以防止污染。
pH值
80 70
细胞密度(106/ml)
60 50 40 30 20 10 0 0 1 2
OI OIF
3
4
5
6
7
8
9 10
培养时间(d)
流加营养对纤细角毛藻生长的影响
实验结果
• 采用先以NaHCO3为碳源，培养中期再 往瓶中通入适量的CO2控制pH值稳定的 混合碳源培养方法时纤细角毛藻的培养 效果最好。 • 微生物培养优化中常用的流加营养的方 法也能地有效提高该藻的生长速率和生 物量产量。
5
16
20 21
3
78
9
10
11
4
4.1 反应器正交实验
正交实验因素水平 表
温度 ℃
因素 水平
光强 mW/cm2
通气量 vvm
1 2 3
21 23 25
2 4 8
0.2 0.4 0.6
方差分析表
方差来源 平方和 自由度 均方 F比
光照
通气量
824.2
204.2
2
2
20.52
13.00
100.24**
• 一种经济饵料微藻的大规模高密度培养的研究
只设计简要的实验路线； 不包括具体方法及其他细节；
举例：实验论文
纤细角毛藻的光生物反应器 高密度培养
答 辩 人： 田 治 立 指导教师： 王 长 海 教授
Chaetoceros gracilis
研究目的
遵照：实验室技术开发→过程工程研究→
工厂生产实践的科技成果产生转化规律，采用： 摇瓶优化→放大培养→光生物反应器高密度培 养的研究路线，使藻细胞密度和生物量产量分 别达到了 8.1107/ml 和 1.13g/L ，最终实现纤细
3.3
微藻大规模高密度培养技术
微藻生物量产量和生长速度的测量
• 藻体细胞计数：血球计数板计数
• 吸光度值：最适波长；藻细胞密度与吸光度值的关系曲线
• 生物量干重的测量：
方法：取10ml培养液在4.5*103r/min的转速下离心15min后弃上清液，以PH=4的酸化水 洗2遍后用PallA/B膜过滤，于105℃ 烘至恒重后以精密分析天平称量。
Light zone
Response to light
Dark zone
如何高效率地吸收和利用营养
• 海水VS人工海水 有机肥料VS无机配方 • 最主要因素：N、P、维生素
研究内容：来源；N/P；优化配方
• 碳源：HCO3-盐更经济；
常与CO2结合使用
如何优化微藻的培养工艺条 件
• 实验设计作业1
8.9 8.8 8.7 8.6
培养时间（d）
NaHCO3 唯一碳源对纤细角毛藻的影响
细胞密度(106 /ml）
25
pH值
9.2 9.0 8.8 8.6 8.4 8.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 pH值 细胞数
50 40 30 20 10 0
培养时间(d)
混合碳源对纤细角毛藻生长的影响
细胞密度(106 /ml)
2.2 培养条件的影响
目的：
考察接种量 、pH值等培养条件对纤细角毛 藻生长影响。
方法：
300mL三角瓶（150mL培养基）在ZPG-350 型智能光照培养箱中进行，光照4103lx，光暗 时间比为14:10, 温度为23℃，每天摇瓶3次。
12
细胞密度(106/ml)
10 8 6 4 2 0 0 1
光补偿点(Ic)
• 光反应 • 暗反应
光饱和点(Ik)
• 光抑制
• 光衰减
光反应包括光能的吸收、传递和转换等 过程。其最终电子供体是（H2O ），最终受 体是（NADP+ ）。反应结果产生了固定和还 原CO2所需的（ 能量ATP ）和（还原力 NADPH), 即光合同化力，同时产生（O2）。
暗反应实质上是一个酶化学反应过程，这 一过程主要受CO2浓度、温度和其他有关培养 条件的影响和调控，是固定（CO2）的具体过 程，其基本转化途径就是（ 磷酸戊糖还原途径 或称卡尔文途径）。在一次循环中，必须动用 光反应中合成的（ 12）分子NADPH和（18） 分子ATP.