（水生生物学专业论文）微藻生产生物柴油评价及其高产条件的优化.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑i 堡垒些盘堂或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签刍兹弘签字哦p 年石月y 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑兰堡垒些盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权泣墨堡垒些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：袁社 签字日期：沙n 年0 月y 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字 气啦易 摘要 圳i i il l f i i j fl l lj i i j j i i i ii i p i i i ! y 18 9 711 0 i i l l l 4 i i i l u 利用微藻生产生物柴油被认为是最有前景的可再生绿色能源。在利 用微藻生产生物柴油的过程中，藻株的性状直接决定了微藻生产生物柴 油中各个环节的技术要求，故利用微藻生产生物柴油首当其冲的是微藻 藻种的筛选；同时为了降低生产微藻生物柴油的成本，加快微藻产业化 的道路，在筛选时应选择细胞内具有高附加值产品的微藻，如生物聚合 物、蛋白质、碳水化合物等，提高微藻综合价值，从而降低利用微藻生 产生物柴油的成本。本研究的主要目的是筛选和评价产油微藻，得到具 有生产生物柴油潜质的藻株，并优化培养条件以提高藻株的油脂产量， 探讨最佳生长模式。 首先从多个地区采集水样，进行徼藻藻种的分离筛选。利用柱式光 反应器培养藻株，对其中7 7 株微藻的生长、油脂含量、脂肪酸的组成 进行了测定。测定的微藻的油脂含量从占细胞干重的l3 5 7 ，平均油脂 含量为细胞干重的3 4 ；其中2 l 株微藻的油脂生产能力超过0 1 g - l d a y 。含油量较高的是d e s m o d e s m u ss p ，该属的微藻平均油脂含 量占细胞干重的3 6 ；d e s m o d e s m u sa r m a t u sv a l 的油脂含量最低，平均 油脂含量占细胞干重的2 6 ；d e s m o d e s m u sa r m a t u sv a r 半均生物量最高 的，达到了3 5 2g 也；c h l o r e l l as o r o k i n i a n a 的平均生物量最低，仅为 1 5 3g l ：分析油脂含量超过细胞干重3 0 的藻株细胞的脂肪酸组成发 现，试验中大多数藻株的脂肪酸主要组成成分是c l8 ：1 和c16 ：o ，部分 藻株的脂肪酸主要成分是c18 ：2 ，对l6 株藻株的倍增时间进行测试发现， 藻株的倍增时间从6h 到3 1h ，平均倍增时间为16h 。s c e n e d e s m u s o b l i q u u s0 9 4 7 的倍增时间最短，为6 2h ；倍增时间较长的藻株是 d e s m o d e s m u ss p 0 9 5 2 ( 31 4h ) ；经过对7 7 株微藻的综合评价，选取产 油性状油量，具有生产生物柴油潜质，含有高附加值的脂肪酸产品( 神 经酸) 的藻株0 9 61 进行藻种的鉴定、培养条件的优化。 通过运用扫描电镜、透射电镜结合分析、比对0 9 6 1 号藻株的l8 s r d n a 、i t sl i t s 2 基因序列，确定该藻株为m y c h n o a s t e sa f e r ，并对 m y c h n o a s t e sa f e r 0 9 6l 进行培养条件的优化。 培养液中不同氮离子浓度对藻株生物量和油脂含量的影响均较大。 当n a n 0 3 添加量为3 0 0g l 一时，生物量最大( 3 2 9g l 叫) ；不同的n a n 0 3 浓度下，对脂肪酸主要组分的影响不大，但是各脂肪酸组分的比例会发 生变化，c 16 ：0 、c l6 ：2 、cl8 ：2 和cl8 ：4 的含量随着n a n 0 1 浓度的增加 而增加，cl4 ：0 、c l6 ：1 、cl8 ：l 、c 2 4 ：0 和c 2 4 ：l 的含量随着n a n 0 3 浓度 的增加而降低；说明通过调节培养液中氮离子浓度调节m a f e r0 9 6 1 油 脂的生产和脂肪酸的组成。 培养基中不同磷酸根离子浓度可以影响到m a f e r0 9 6l 的生长和油 脂含量，当k 2 h p 0 4 3 h 2 0 添加量为4 0m g l 。1 时，微藻细胞内油脂含量 最高( 5 0 5 细胞干重) ，此时的油脂生产能力也最大，达到1 6 0g l 一； 不同初始k 2 h p 0 4 3h 2 0 浓度也可调节总油脂中脂肪酸的组成，c 16 ：0 、 c l8 ：0 、cl8 ：2 和c 18 ：4 的变化趋势同细胞内总油脂含量的变化趋势相同， 而c l8 ：0 和c 2 4 ：l 的变化趋势与细胞内总油脂含量的变化趋势相反，说 明磷酸根离子也可以调节m a f e r0 9 6 l 油脂生产和脂肪酸的组成。 培养基中不同铁离子( f e 3 + ) 浓度能够影响藻株的生长，但对油脂含 量没有影响。当初始铁离子添加量为6m g l 一时，经过l4 天的培养后， 藻细胞的生物量最大，达到了3 3 0g l ；在缺乏铁离子的情况下，ma f e r 0 9 6 1 生物量仅为2 6 2g l ；对油脂内脂肪酸组成的分析发现c 16 ：0 和 c l8 ：l 仍是m a f e r0 9 6l 脂肪酸中的主要成分，cl6 ：0 、cl6 ：l 和cl6 ：2 的含量变化与细胞内总油脂的变化趋势相同；cl8 ：1 和cl8 ：2 的含量变 化与细胞内总油脂的变化趋势相反，故可以通过调节铁离子( f e 3 + ) 添加 量调节生长，以此提高藻株总的油脂产率。 关键词：生物柴油；微藻；筛选与评价；脂肪酸组成；m y c h n o a s t e sa f e r ：培养条 件优化 b i o d i e s e lf r o mm i c r o a l g a e ：s t r a i ns e l e c t i o n ，e v a l u a t i o no fl i p i dp r o d u c t i o n a n do p t i m i z a t i o no ft h ec u l t u r ec o n d i t i o n s o c e a nc o l l e g eo fh e b e ia g r i c u l t u r eu n i v e r s i t y a u t h o r ：c h e n gy u a n s u p e r v i s o r x i a o h u ip e n m a j o r ：h y d r o b i o l o g y a b s t r a c t b i o d i e s e lf r o mm i c r o a l g a ea r ec o n s i d e r e da sap r o m l s m gs u b s t i t u t ef o rf o s s i lf u e l smt h e f u t u r e t h ec h o i c eo fm i c r o a l g a es p e c i e sc a na f f e c te v e r ys t e p so ft h em i c r o a l g a et o b i o f u e l ss u p p l yc h a i n m o s to fm i c m a l g a eh a v et h ea b i l i t yt op r o d u c e2 0 5 0 t o t a ll i p i do f d r y c e l l w e i g h t ( d w ) ，a n d t h e l i p i dy i e l dm a yv a r yg r e a t l yb e t w e e ns p e c i e s ， p h o t o b i o r e a c t o rd e s i g na n dc u l t u r es t r a t e g i e s ，e s p e c i a l l yt h ec h o i c eo fs p e c i e s r o b u s t ， h i g h e rb i o m a s sp r o d u c t i v i t ya n dw i t har e l a t i v e l yh i g hl i p i dc o n t e n ta r et h ek e yd e s i r a b l e c h a r a c t e r i s t i c so fas p e c i e sf o rb i o d i e s e lp r o d u c t i o n i no r d e rt ou s em i c r o a l g a ea sa n e c o n o m i c a l l yv i a b l eb i o f u e lf e e d s t o c k ，t h ec o s t so fp r o d u c i n gb i o d i e s e lf r o mm i c r o a l g a e n e e dt ob er e d u c e d t h em i c r o a l g a es h o u l dc o n t a i n e dv a l u a b l ec o - p r o d u c t so rb y - p r o d u c t s w h i c hw o u l db ec o m p l e m e n t a r yt ob i o f u e lp r o d u c t i o n ，s u c ha sb i o p o l y m e r s ，p r o t e i n s ， c a r b o h y d r a t ea n dr e s i d u a lb i o m a s s ，w h i c hm a yb eu s e da sf e e d ，f e r t i l i z e ro rp h a r m a c e u t i c a l s ot h ea i m so ft h i sw o r kw e r es e l e c ts t r a i n s ，e v a l u a t el i p i dp r o d u c t i o na n do p t i m i z et h e c u l t u r ec o n d i t i o n st oi m p r o v et h el i p i dy i e l d i n t h i ss t u d y , 7 7m i c r o a l g a es t r a i n sw e r es e l e c t e dt oe v a l u a t ef o rb i o m a s sa n dl i p i d p r o d u c t i o n t h et o t a ll i p i dc o n t e n to f t h e s em i c r o a l g a er a n g e sf r o m13 t o5 7 o fd r yc e l l w e i g h t ，w i t ha na v e r a g eo f3 4 a m o n gt h e m , 2 1 m i c r o a l g a es w a i n ss h o w e dl i p i d p r o d u c t i o nr a t e sg r e a t e rt h a n0 10g l d a y t h eb e s tl i p i dc o n t e n ti nt h e s em i c r o a l g a l s p e c i e sw a sd e s m o d e s m u ss p ( w i t ht h ea v e r a g el i p i dc o n t e n to f3 6 d w ) ，t h el i p i d c o n t e n tofd e s m o d e s m u sa r m a t u sv a t w a st h el o w e s tw i t ht h ea v e r a g el i p i dc o n t e n to f2 6 d w t h es p e c i e sd e s m o d e s m u sa r m a t u s 砌，：h a dh i g ha v e r a g ea l g a eb i o m a s so f 3 5 2g 。l 。1 ； b yt e s t i n gt h ef a t 哆a c i dc o m p o s i t i o no f t h em i c r o a l g a ew b i c ht h el i p i dc o n t e n to v e r3 0 o ft h et o t a ll i p i d ，t h em a j o rc o m p o n e n t so ft h ef a t t ya c i d sc o m p o s i t i o nw a sc18 ：1a n d c16 ：0 ；t os c r e e nf o rt h er o b u s tm i c r o a l g a et og r o wi nt h eo u t d o o re n v i r o n m e n tf o r b i o d i e s e lp r o d u c t i o ni nt h ef u t u r e ，t h es p e c i f i cg r o w t hr a t ea n dd o u b l i n gt i m eo f16s t r a i n s m i c r o a l g a ew h i c ht h el i p i dc o n t e n to v e r4 0 d ww e r es u r v e y e d ，t h e s em i c r o a l g a ea r ea l l b e l o n gt oc h l o r o p h y t a t h ed o u b l i n gt i m eo ft h o s eg r e e na l g a ei s6ht o3 lhw i t ha n a v e r a g eo f16h s c e n e d e s m u so b l i q u u s0 9 4 7h a dt h el o wd o u b l i n gt i m e o f6 3h d e s m o d e s m u ss p 0 9 5 2h a st h eh j 曲d o u b l i n gt i m eo f31 4h 7 7m i c r o a l g a es t r a i n sw e r e t e s t e df o rb i o m a s sa n dl i p i dc o n t e n ta n da n a l y z e dt h ef a t t ya c i dc o m p o s i t i o no ft h e m s t r a i n0 9 6lh a dt h ep o t e n t i a lt op r o d u c eb i o d i e s e l t h em i c r o a l g a es t r a i n0 9 61w a si d e n t i f i e db yp h y s i o l o g i c a la n dm o l e c u l a ra p p r o a c h e s t h e p r o d u c t i o no fb i o d i e s e la n de f f e c to fn u t r i t i o no ng r o w t ha n dl i p i da c c u m u l a t i o no fma f e r 0 9 61w a si n v e s t i g a t e d t h eb i o m a s sy i e l da n dt o t a ll i p i dp r o d u c t i v i t yi n c r e a s e da st h e n i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n si n c r e a s e d t h eh i 曲e s tb i o m a s sy i e l da n dl i p i dp r o d u c t i v i t yw a s 3 2 9 g l 叫a n d 1 6 2 g l ，r e s p e c t i v e l y , w h e n w e r eb o t hc u l t u r ea t n i t r o g e n c o n c e n t r a t i o n so f3 0g l t h em a j o rc o m p o n e n t so ft h ef a t t ya c i d sc o m p o s i t i o nw a s a l s oc 1 8 ：1a n dc 1 6 ：0 ，b u tt h er a t i oo ff a t t ya c i dc o m p o s i t i o ni nt o t a ll i p i dw a sc h a n g e d w i t ht h ei n c r e a s e do f n i t r o g e ni nm e d i u m c 1 6 ：0 、c 1 6 ：2 、c 1 8 ：2a n dc 1 8 ：4w a si n c r e a s e , b u tc 1 4 ：0 、c 1 6 ：l 、c 1 8 ：1 、c 2 4 ：0a n dc 2 4 ：1w a sd e c r e a s e d t h eb i o m a s sy i e l di n c r e a s e da s t h en i t r o g e nc o n c e n t r a t i o n si n c r e a s e d ，b u tt h e r ew a sn oi n f l u e n c eo nl i p i dc o n t e n t 1 1 圮p h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o n sc o u l di n f l u e n c et h eb i o m a s sy i e l da n dt o t a ll i p i dc o n t e n t 1 1 圮h i g h e s tl i p i dc o n t e n ta n dl i p i dy i e l dw a s 5 0 5 d wa n d1 6 0g l 一，r e s p e c t i v e l y , w h e n w e r eb o t hc u l t u r ea tp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o n so f 4 0m gl - 1 d i f f e r e n ti m t i a l k 2 h p 0 4 3 h 2 0c o n c e n t r a t i o nc o u l di n f l u e n c e dt h ef a 姆a c i dc o m p o s i t i o ni n t o t a ll i p i d w i t ht h ei n c r e a s e do f p h o s p h o r u si n m e d i u m ，c 1 6 ：0 、c 1 8 ：0 、c 1 8 ：2a n dc 1 8 ：4w a si n c r e a s e ， b u tc 18 ：0a n dc 2 4 ：lw a sd e c r e a s e d b ya d j u s t i n gk 2 h p 0 4 3 h 2 0c o n c e n t r a t i o ni nt h e m e d i u mc o u l di n f l u e n c et h el i p i dp r o d u c t i v i t ya n df a t t ya c i dc o m p o s i t i o no fm a f e r0 9 61 ， b u tt h e r ew e r em a n yd i f f e r e n c e sw i t ht h er e g u l a t i o nw a yo fn i t r o g e ni r o n ， t h em a x i m u mb i o m a s so f 彪咖，0 9 6 1w a s3 3 0g l 1u n d e r6g l “o fi n i t l a li o n s t h e b i o m a s so f 肱a # r0 9 6lw a so n l y2 6 2g l q u n d e rl a c ko fi n i t i a li o n s t h ec o n t e n tt r e n d o fc 1 6 ：0 、c 1 6 ：la n dc 1 6 ：2w e r ec o r r e l a t e dt ot h el i p i dc o n t e n t ，s ow h e nma f e r0 9 6 1 c u l t u r e du n d e rd i f f e r e n ti o n sc o n c e n t r a t i o nc o u l da d j u s tt h ef a t t ya c i dc o m p o s i t i o n k e yw o r d s ：b i o d i e s e l ；m i c r o a l g a e ；s e l e c t i o na n de v a l u a t i o n ；f a t t ya c i dc o m p o s i t i o n ； m y c h n o a s t e sa f e r ；o p t i m i z et h ec u l t u r ec o n d i t i o n s 目录 l 引言1 1 1 微藻生物燃料概念的提出：1 1 2 微藻生物燃料产业化的主要障碍和解决方法1 1 2 1 技术障碍2 1 2 2 经济障碍2 1 2 3 环境障碍3 1 2 4 社会和政治影响3 1 2 5 解决微藻生物燃料产业化的方法3 1 3 产油微藻的种质资源：。5 1 3 1 产油微藻的种类5 1 3 2 产油微藻的筛选6 1 4 影响微藻细胞生长和油脂积累的因素：7 1 4 1 微藻生长和油脂积累的环境调控8 1 4 2 微藻生长和油脂积累的营养元素调控：8 1 5 本研究的目的及意义l o 2 材料与方法1 l 2 1 技术路线l l 2 2 试验材料1 2 2 2 1 主要试剂、仪器设备1 2 2 2 2 微藻培养基1 2 2 3 微藻的培养1 3 2 3 1 微藻样品的来源1 3 2 3 2 微藻的培养方法1 3 2 4 生长、油脂含量和脂肪酸组成的评价1 3 2 4 1 生长曲线的绘制1 3 2 4 2 比生长速率的计算1 4 2 4 3 微藻细胞的收集及干燥1 4 2 4 4 粗油脂含量的测定1 4 2 4 5 微藻细胞中脂肪酸成分的分析1 4 2 5 其它测定方法1 5 2 5 1 蛋白质含量的测定1 5 2 5 2 水体中氮含量的测定1 5 2 6 微藻藻种的鉴定1 5 2 6 1 微藻细胞扫描电镜前处理方法1 5 2 6 2 微藻细胞透射电镜前处理方法1 6 2 6 3 微藻基因组总d n a 的提取方法1 6 2 6 4p c r 扩增及基因序列同源性分析1 7 2 7 产油微藻培养条件的优化1 7 2 7 1 培养基中氮离子含量的优化1 8 2 7 2 培养基中磷酸根离子含量的优化1 8 2 7 3 培养基中铁离子含量的优化1 8 3 结果与分析。1 9 3 1 产油微藻的筛选和评价1 9 3 1 1 藻株的生物量1 9 3 1 2 藻株的油脂含量2 2 3 1 3 不同微藻藻种生物量和油脂含量的比较。2 3 3 1 4 油脂产量、生物量及油脂含量之间的关系2 4 3 1 5 油脂含量较高的藻株脂肪酸组成2 5 3 1 6 油脂含量超过4 0 的微藻细胞生长速率的测定2 7 3 2 一株具有产业化前景微藻的藻株鉴定2 8 3 2 1 藻株的基本形态鉴定- 。2 9 3 2 2 藻株系统发育学研究3 1 3 2 3 藻株脂肪酸组成的测定3 3 3 3 微藻培养条件的优化3 4 3 3 1 氮离子含量对藻株生长及油脂积累的影响3 4 3 3 2 氮离子含量对藻株脂肪酸组成的影响3 6 3 3 3 磷酸根离子含量对藻株生长及油脂积累的影响3 7 3 3 4 磷酸根离子含量对藻株脂肪酸组成的影响3 8 3 - 3 5 铁离子( f c 3 + ) 含量对藻株生长及油脂积累的影响3 9 3 3 6 铁离子( f e ”) 含量对藻株脂肪酸组成的影响4 l 4 讨论4 3 4 1 产油微藻的分离、筛选和评价。4 3 4 2 微藻藻种的鉴定4 5 4 3 m y c h n o a s t e sa f e r0 9 6l 生长条件的优化4 6 5 结论4 8 参考文献5 0 在读期间发表的学术论文。5 4 作者简历5 5 致谢5 6 微藻牛产牛物柴油评价及其高产条件的优化 1 1 微藻生物燃料概念的提出 1 引言 廉价的生物燃料时代即将结束，根据相关资料，按照目前各国对化 石燃料的消耗速度和地球上现已探明的化石燃料的储量，化石燃料将在 未来的5 0 年内消耗殆尽；同时伴随着化石燃料的燃烧，大量温室气体 的排放，也直接导致了全球气候的日益趋暖：加之现有第一代生物燃料 对于生态系统和环境的影响，更加引发了人类对于寻找新的生物燃料的 期望，由于以上多种原因，急需寻找和发展一种可再生的、零碳排放的、 经济可行的新型生物能源，缓解化石燃料的短缺和全球气候变暖的趋势 i i i 。能源作物作为新型生物能源的主要研究对象，可提供部分液体燃料 解决一小部分能源需求，但是由于受到季节、地资源、水源等的限制， 难以满足人类社会发展的要求。微生物广泛存在于自然环境中，微生物 群体巨大，同时由于微生物光合作用还未得到完全的开发利用、生长迅 速、易于培养等优点，引起了科研人员的关注。微生物生产生物燃料的 潜在可能，尤其是利用微藻的光合作用，固定空气中c 0 2 转化为生物质 和自身代谢产物，进而生产生物柴油被认为是最具发展潜力，且环保、 经济的生物燃料1 2 - 5 i 。 利用微藻生产生物燃料的想法最早提出于l9 5 0 s ，19 6 0 s 有关研究人 员开始了有关微藻的大规模培养的研究。19 7 0 年，由于全球能源危机， 美国国家可再生能源实验室首先发起了一项名为“水生生物物种计划” ( a s p ) 的研究，旨在利用微藻生产可再生能源。微藻与其他能源作物 生产生物燃料相比具有巨大的优势1 3 , 4 , 6 , 7 1 ：( 1 ) 微藻细胞的单位含油量 远远超过产油性状优良的能源作物近百倍；( 2 ) 微藻生长于水生环境中， 但是其需水量少于陆地作物；( 3 ) 微藻可以在海水或者废水中生长，不 占用陆地资源，不与粮食作物争夺土地，还能达到处理废水的目的：( 4 ) 微藻利用大气中的c 0 2 进行生长，能够固定c 0 2 ，减少温室气体的排放： ( 5 ) 微藻生产生物柴油的剩余产品，可用作肥料或食物，同时可以发 酵生产乙醇等。由于利用微藻生产生物柴油具有巨大的优势，世晃各国 争相启动了该方向的研究。 1 2 微藻生物燃料产业化的主要障碍和解决方法 虽然利用微藻生产生物柴油在技术上被认为是可行的( 图1 ) ，而且 利用微藻生产生物柴油是可持续的，但是实现利用微藻产业化之路仍然 很长，其中技术问题和成本问题被认为是阻碍微藻产业化之路的主要障 河北农、i k 大学硕士学位毕吖肛论文 碍引，同时随着经济的发展，环境保护等问题也成为人们关注的热点， 这些问题同样会成为微藻生物燃料产业化的潜在障碍。 1 2 1 技术障碍 。f e l 蜢豫f 呦 阳翻醚富鬣蔬磊；i 蔷蔷 图1 、用微藻生产生物柴油的技术路线1 5 i f i g it h et e c h n i c a lr o u t eo fp r o d u c eb i o d i e s e lf r o mm i c r o a l g a e 利用微藻生物柴油的产业化过程涉及藻细胞的高密度培养、藻细胞 的收集、干燥、粗油脂的提取以及油脂的转化等技术环节1 9 1 。为降低微 藻生物柴油的生产成本，就需针对生产过程中的各个环节进行技术优化， 包括微藻细胞的高密度培养和细胞内油脂的积累、微藻细胞的高效、低 能采收技术、油脂的环保提取技术( 湿藻细胞油脂的提取和干藻细胞油 脂的提取) 、油脂的低能高效转化以及油脂提取后藻渣的利用等。这些 技术环节的优化对微藻藻种的生理、室外的大规模培养、以及微藻生产 生物柴油下游技术的研究提出了较高要求1 1 0 i 。以目前的技术和科技手段， 假定微藻细胞的培养能够在开放式培养池和光反应器中得以实现，欲在 短时间内大幅度提高上述生物柴油生产环节中的关键技术仍很艰难，因 此技术障碍是当前阻碍微藻生物燃料产业化的最大障碍i l l i 。 1 2 2 经济障碍 7 达到经济可行性被认为是微藻生物燃料大规模培养所要面对的另 一挑战。经济的可行性直接决定了市场的需求量和社会的认可度。微藻 生物燃料要与第一代燃料以及其它化石燃料具有竞争性，除了自身具有 的环保、可循环、零温室气体排放的优点外，还需大力降低油脂的生产 成本和节约能源的投入。微藻的生产成本取决于生产的规模、采用的生 2 微藻牛产牛物柴油评价及其高产条件的优化 产体系，其与技术的发展具有相关性。就目前来看，微藻生物柴油的成 本难于其它化石燃料相比，同时与第一代生物燃料相比价格也相对较高 1 1 2 l o 同时市场对于微藻生物柴油的需求也决定了微藻生物柴油的价值， 。 如果消费者对于生物柴油需求量不高，加之政府的支持不够，也会间接 导致生物柴油的价值降低，无法推动微藻生物柴油的发展，结果将类似 与第一代生物燃料，无法实现产业化1 1 3 i 。 。 1 2 3 环境障碍 微藻生物柴油生产环节中，环境的可持续发展也是一项挑战。由于 人们对于环境保护的日益重视，环境保护也成为未来发展微藻生物柴油 需要考虑的重要问题i i2 1 。微藻在生产过程中，能量的投入与产出的比例 决定了生产过程的可持续性，由于微藻的生产、收获以及油脂的提取需 要高能量的消耗，其对环境的危害巨大。另外，由于微藻现阶段的生产 仍需占用大量的土地，且微藻的培养主要在开放式培养池和光反应器中， 一旦一些具有较强适应性的藻株流入自然环境中，进入自然水体中，其 对生态环境的破坏和生物多样性的影响尚且未知，仍然需要进一步研究： 而且微藻细胞的毒性研究尚未开展，对于气候的影响尚且未知1 1 4 i 。环境 因素成为微藻生物柴油发展的潜在影响因素。 1 2 4 社会和政治影响 微藻生物柴油面对的社会、政治问题尚未得到足够的重视，如要将 微藻生物柴油推向市场，这些问题的影响是巨大的f 1 4 l 。社会的认可度、 各种各样的政策导向以及各种团体组织的对微藻生物柴油市场化的影 响直接相关，只有公众认可、政府大力支持和企业团体的大量关注才能 使微藻产业化之路尽早打通。 1 2 5 解决微藻生物燃料产业化的方法 从长远看，想要在短时间内通过优化微藻生产生物柴油的生产工艺、 大范围改进技术大幅度的降低微藻生物柴油生产成本的可行性极小。应 将技术改进与筛选优良藻种结合起来，优良性状的藻株能够降低技术的 难度，同时运用遗传工程和代谢工程改造微藻的生理和代谢途径，对提 高微藻生产生物柴油的经济可行性具有重要作用i1 5 i ，提高微藻油脂产量 的生物途径主要包括以下几个面：1 提高微藻光合效率，提高生物质产量 和微藻的生长速率：应用不同的培养方法诱导微藻细胞油脂的积累1 1 6 i ： 3 河北农、i k 大学硕士学位毕、i p 论文 提高微藻细胞的耐热性，以降低生产过程中的降温成本；降低光抑制现 象，消除光饱和，使微藻能有效地利用光照1 1 7 l ；降低微藻对光氧化的敏 感性；结合微藻在生理生化的代谢调控，寻找可能存在的调控油脂积累 的生化的因子，通过改造提高微藻油脂含量。 表1 微藻细胞合成的主要副产品1 t a b l elp r o d u c t ss y n t h e s i z e db ym i c r o a l g a e 呈竺蟹! 兰竺鲤! 竺生璺曼 p 日r 口细脯瓴肭曲b 船0 4 嘲皤 v 睁 ，喇删铀付懿单9 i 哪嘛 铂m 。i 廿删a o 湖略瑚嘶抽蝴 、 风蛐“州w 耐埘纽竹a c i d s i , k m v y 姥，t a b b 删m o ：a b o 擀u 聊岢觯j ，鼙 蝴卿w 州培mi 鑫b o q i 吼：c $ 螂d i t 拳 两 “d 麒埘m 峭- 慵 b i o 撇 筠靖曲* 釉嘲 c ，。柏 c 阳抽丁】掰n _ ；蛐口腑触 a n r 巩 幻“磕噱鼢 i s o c 脚y s 瞎 棚臻傅a ( 却口w o c 自h s d 睨9 c j h 智岬 m e 鲥j l e c 岬咖锄懒 n a c 撕m 卅b 靠啊碡霉 8 。l ，y o c a 培 棚 画w n 掰 醯 c h b 眦 d w l a 枘 一 n e o d 珀w 墙 娜 t 0 0 02 0 , 0 0 蜘 1 锄 撇 枞 帆 碍旧c 雕嘲e n 8l v v 矗甜l i 哪t 觚u s a ) c o 口n 8n u 红 & + # h i j 暾怕茸奎 ( h n o l e c h 拉培w 糊u s a ) n i k k e ns o h o n s h ac o r p 。r 融煳u q 堵r 峥 托妒l a 雕越b 肼e c n n o o 鲥 a 叫n 砷 p 4 竹p h a r m a c e u t 剃a t s l n d 蛐 坳t i 蚓1 f l d o 伊端 i 斜辩 b j o 删( h a w a u s a ) c y a r ? l e c n 争谵w 8 i u s a ) m e r ep h 猷m 默删t i e 碚 s h 钠旧崴u 8 哪 r 玎吖纠培r r 二a 融哪憎c a 括( h d 磷i 融8 l 口吣蚋绷| o f 摘l 氆呐h 箱哪m 卿i c y a n o l e c h h a w a i i u s j e 锄时w 1 8 en u 打巾o n 8 bf c 毫i 柏斗n 臣u s a ) 纠唧撕掣博g 蝴 o h i 0 1u s a ) a q u e t 虹6 - s l | 憾鲫s 嗣a i d a l 融 b 啪吼e 心i n l e r r g t l o c k l lg m ( g e r m a n y c n t a i b o m a r ；i c o n n e c u t u 8 l r 喇m 章n c l ：t i 胂托翻# 翻t a u s a ) b 蝴e c hi n 岫t 砷o l 臼r t 荆 ( ；e m t 蚋砷 s p e d r as t a b l e i 带f m r , l a n o ；t j s ) m a n e kb 撇i 拍e e s 怫船呻n au e ；触 枷t c ts 纽b 培。饵，e 奉l h “埘扪d u s a ) 8 i u d 知毗瓤加l n l e r t d t l o i l 蚶c - i c a h 辑k 嘲碡n 田 。归n 。t e c h 瞎kl 爆肿 瑚m 矗m 私, s o a 扩： r i n e o n 科镰m 埔啦岫l c 城b r 慨i j 晶q c e l a n al h a w 秘i 。u & ) 8 r * i i f u d 了e c j o a 泓 舯鞠曲u 始犯。涵尚 l 懈u ，l s 1 r t c ，( c 纳协r n 辄u s p e t r o u g a ef f k n d a ，u s a ) s a p p h 鹏e n e r g yf c a i i | o f m a _ 嘲 p 湖a