栅藻产油：怎么控“氮”和“光”最划算？

2025/11/28 13:38 I 阅读：6

一、          引言

栅藻（Scenedesmus sp.）因其生长速度快、油脂含量高且环境适应性强，被认为是开发生物柴油的重要原料。在实际培养中，氮胁迫虽能有效提升微藻油脂含量，但往往抑制藻细胞生长，如何在提升油脂含量的同时维持较高的生物量，是当前面临的主要挑战。光照作为微藻光合作用的能量来源，其强度对藻细胞生长及代谢产物积累具有直接影响。因此，研究氮胁迫与光强的协同作用，对优化栅藻油脂产率具有重要意义。

二、          材料与方法

1、   藻种与培养基

实验藻种为栅藻（Scenedesmus sp.），由本实验室保种。基础培养基采用BG-11培养基，通过调整NaNO₃用量设置两个氮浓度水平：正常氮组（1.5 g/L，标记为N+）与氮胁迫组（0.15 g/L，标记为N-）。

2、   培养条件与实验设计

实验设置4个处理组：

1)       处理1：N+ & 低光强（50 μmol/m²/s）

2)       处理2：N+ & 高光强（200 μmol/m²/s）

3)       处理3：N- & 低光强（50 μmol/m²/s）

4)       处理4：N- & 高光强（200 μmol/m²/s）

所有组别均采用500 mL锥形瓶，装液量300 mL，接种密度为OD680=0.1。培养周期为10天，每天手动摇瓶3次以减少藻体附着。

3、   关键转折与设备升级

在预实验中我们发现，由于光照不均和摇动频率不足，各组内藻细胞生长重复性差，数据波动大，严重影响了实验的准确性和效率。

为解决这一问题，我们引入了多功能光照培养摇床。该设备具备以下特点：

1)       光照均匀稳定：独特的四面光照设计，确保每个锥形瓶都能接受均匀的光照，消除了局部光抑制或光不足的隐患。

2)       温控精准：内置的精密温度控制系统，将培养温度稳定控制在（25±0.5）℃，为栅藻提供了最佳生长环境。

3)       振荡充分：可控的振荡速度（0-300 rpm）保证了培养液内养分和气体的充分交换，避免了藻体沉淀。

4)       设备的升级，使我们的实验条件得到了精确控制，数据可靠性和实验效率获得了显著提升。

4、   分析指标与方法

1)       生物量：每天测定OD680，培养结束后取样测定干重。

2)       油脂含量：取第10天藻液，离心收集藻泥，经冷冻干燥后采用改良的Bligh-Dyer法提取总脂，油脂产率（mg/L/d）= 生物量（mg/L）× 油脂含量（%）/ 培养天数。

三、          结果与讨论

1、   不同处理对栅藻生物量的影响

结果显示，处理2（N+ & 高光强）的生物量最高，说明充足的氮源和光照最利于栅藻快速生长。处理4（N- & 高光强）的生物量虽低于处理2，但显著高于两个低光强处理组，表明在氮胁迫下，提高光强能有效补偿因营养缺失造成的生长抑制。

2、   不同处理对栅藻油脂积累的影响

油脂含量分析表明，两个氮胁迫组（处理3和处理4）的油脂含量均显著高于正常氮组。其中，处理4（N- & 高光强）的油脂产率最高，比生物量最高的处理2高出约35%。这证明，适度的氮胁迫结合高光强培养，能够在维持相对较高生物量的同时，最大程度地激发栅藻的油脂合成能力，实现了油脂产率的协同优化。

四、结论与展望

本研究表明，通过氮胁迫（0.15 g/L NaNO₃）与高光强（200 μmol/m²/s）的协同调控，可有效提高栅藻的油脂产率。这一优化策略为降低微藻生物柴油的生产成本提供了可行的技术路径。

合作伙伴

本研究的部分工作得到了以下合作伙伴的支持，在此致以诚挚谢意：

1、   北京医药生物技术研究所（藻种代谢机理研究合作）

2、   SGS通标标准技术服务有限公司（油脂成分分析服务）

3、   华兰生物工程重庆有限公司（生物过程放大技术咨询）

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