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光生物反应器第1页/共16页概念类型与结构培养条件生长动力学研究第2页/共16页概念光生物反应器是培养有光合作用能力的细胞或组织的反应器系统,20世纪40年代首次用于大规模培养微藻,目的是收获生物量作为饵料,或提取其中的活性化合物团。第3页/共16页光生物反应器的类型和结构培养大型海藻组织或细胞的光生物反应器主要有三类,分别是搅拌罐式、

鼓泡柱或气升式和管道式光生物反应器（如下图）。第4页/共16页气升式中气流产生的剪切力远比搅拌罐式中搅拌桨产生的小,在培养大型海藻组织或细胞中使用比广泛。管道式由螺旋管部分（又称提升管）和储液部分（类似搅拌罐）组成，管道式对光和利用率比气升式和搅拌罐式都高,适于工业规模生产,目前主要用于微藻大量培养,用于大型海藻细胞或组织培养的报道还比较少见。第5页/共16页光生物反应器是一套完整的培养体系,除了反应器主体外,还有通气部分、照明系统和测定装置。通气部分一般由充气泵或二氧化碳钢瓶及配气装置、滤器（filter）、流量计（flowmeter）、气体分布器（sparger）及增湿器（humidifier）组成;照明系统包括光源和定时器（timer）两部分。第6页/共16页培养条件的研究实验材料目前,光生物反应器培养的大型海藻细胞或组织主要有两种形式,配子体和微繁殖体。配子体是某些大型海藻如海带、裙带菜世代交替的一种生命形式,在形态上是微小、不分化的丝状体,适宜采用反应器悬浮培养的方法培养。第7页/共16页光照光照是反应器内细胞或组织进行光合作用的能量来源,包括光强度和光周期两个参数。光生物反应器培养大型海藻细胞或组织时,光强度必须满足细胞进行光合作用的需要,否则将影响光合作用效率,减少生物量积累。当光周期不适宜时会诱导藻体分化区,甚至引起色素体解体和藻体死亡。第8页/共16页温度大型海藻培养温度一般都比较低,如Laminaria属,适宜温度为5~18℃左右,红藻Agardhiellasubulata在24℃左右。不适宜的温度会影响细胞生长,表现为诱导其分化或是致死。第9页/共16页无机碳利用和通气速率海藻是光自养生物,需要进行光合作用。目前,光生物反应器培养大型海藻一般以空气中的二氧化碳作为碳源,由于其在大气中含量低仅位0.03%,且大多数大型海藻可以利用碳酸氢钠为无机碳源,因此人工海水培养液中一般添加适量作为补充。海藻对重碳酸根、硝酸根以及磷酸根的消耗使培养基的Ph值和碱度不断增高,进一步促进大气中向培养基中扩散即所谓的生物泵。第10页/共16页营养物质大型海藻是海洋植物,其营养需求和海水成分直接相关,海水中有多种微量元素和其他生长必须的物质,因此配制人工海水培养液往往比较复杂。为了简化,一般可直接在天然海水中添加氮、磷和铁等。人们对于铁元素被海藻的利用情况了解很少,氮是参与合成光合色素的重要物质,磷大量代谢进人ATP和NADPH,因此氮和磷成为研究较多的限制性营养物质。第11页/共16页生长动力学研究光强度生长动力学模型光周期生长动力学模型第12页/共16页温度和盐度生

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