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《华东理工大学》 2011年
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聚球藻7942光自养本征成长动力学及其能量使用研讨

颜日明  
【摘要】:微藻及其代谢产品在食物和医药工业、动力供应和环境保护等范畴有广泛的使用远景,但现在大规模培育微藻仍是一个难题,怎么进步微藻的培育密度和光能使用功率是其走向使用的关键技能之一。聚球藻7942(Synechococcus sp.PCC7942)是一个优秀的光自养形式蓝藻,其在微藻光合效果机理和光能使用等研讨方面具有重要的位置。本文以聚球藻7942作为研讨目标,别离从成长动力学、叶绿素荧光诱导动力学和代谢流剖析等视点对其在不同培育条件下的成长特性和能量使用进行了较为深化的研讨。研讨结果为提醒微藻光自养成长的本征动力学规则和进步微藻光能使用功率奠定了重要根底。 在1.5 L气升式光生物反响器上对聚球藻7942的光自养成长特征进行了研讨。结果标明,藻细胞在光自养培育下根本呈线性成长特征,并且跟着入射光强的添加,聚球藻7942的线性成长速率和最大比成长速率不断添加,但叶绿素α含量会逐步下降。一起,剖析了培育进程中光传递对藻细胞成长的影响,结果标明,使用均匀光强作为聚球藻7942的约束因子更能反映培育进程实质,以此为根底建立了依据均匀光强的成长动力学模型,并开始预算得聚球藻7942光自养条件下的最大比成长速率μm=1.53 d-1。 使用连续培育技能,在2.5 L平板式光生物反响器上对不同光强下聚球藻7942的光能吸收与使用进行了剖析,结果标明聚球藻7942细胞的最大光能得率为1.15×10-2 g/kJ,相应的最大生物能量得率为24.23%。 使用叶绿素荧光技能,剖析了光自养培育中氮、磷浓度关于细胞的成长和光合效果.的影响。结果标明恰当进步BG-11中的NaN03和K2HP04浓度可以促进聚球藻7942的成长,并且可以添加细胞内蛋白质和叶绿素α的含量。BG-11培育基中NaN03和K2HP04的浓度别离为1.5 g/L和60 mg/L时具有较高光合功率。研讨还发现,在氮、磷约束的条件下,聚球藻7942细胞的光合体系Ⅱ(PSⅡ)的光合反响中心会发作可逆性失活。 依据微藻光合效果机理,结合叶绿素荧光参数,建立了一个新的光能使用模型(?)和m。别离标明藻细胞依据吸收光能的实践最大细胞成长得率系数和实践光能保持系数)。并依据该模型,获得了聚球藻7942在光自养条件下的本征动力学参数,藻细胞的实践最大光能得率系数(Ymaxθ)和实践光能保持系数(mΘ别离为,0.0119 g/kJ和0.705 kJ/(g·h)。这个新模型处理了微藻光自养成长动力学与传统成长动力学之间的对立。 建立了聚球藻7942光自养培育代谢网络,并经过代谢通量办法剖析了不同入射光强下的碳代谢流散布和能量代谢。结果标明光合磷酸化是ATP和NADPH的首要发生途径,而将CO2固定的Calvin循环则是代谢能量和复原力耗费的首要途径。在必定光强规模,依据ATP生成的细胞得率和最大细胞得率根本保持不变,别离约为2.80 g/mol ATP和2.95 g/mol ATP,而相应的实践光能转化功率别离为13.65%,10.02%和7.86%。 聚球藻7942能在以葡萄糖和乙酸为有机碳源的培育基上进行光混养培育。4.0 g/L的葡萄糖和2.0 g/L乙酸均对藻细胞的的成长有显着促进效果,并且能改动藻细胞中碳水化合物、脂类和叶绿素α的含量。运用代谢通量剖析办法对聚球藻7942在混养条件下的碳代谢特征进行研讨标明,葡萄糖和乙酸能显着促进糖酵解途径和TCA循环的代谢流量,一起发现混养条件下细胞得率和能量转化率均要高于光自养。 本研讨不仅从微观的细胞成长的视点,并且还从光合效果机制和代谢的微观视点上讨论了聚球藻7942细胞光自养成长的本征动力学特征和光能使用规则。这为完成微藻的大规模培育奠定了理论根底。
【学位颁发单位】:华东理工大学
【学位等级】:博士
【学位颁发年份】:2011
【分类号】:Q945

【参考文献】
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