您的位置:首页

详情

广泛普查 优中选优 为微藻产油产业化提供藻种保障——中国科学院水生生物研究所胡春香研究员成果

2017-04-01

随着人类能源需求量的不断增加,不可再生的化石能源储量在逐渐减少,同时化石能源在开采使用过程中的污染问题长期未得到彻底解决,因而寻求可再生的生物质能源成为世界能源格局调整的一个重要方向。微藻因生长周期短、不与人争粮、不与农争地等优势被认为是有开发前途的生物质能源。在微藻能源开发利用中,藻种是起点,也是关键的环节之一。藻种的品性不仅影响着微藻能源的最终产品及其特性,甚至对能源微藻的培养、收集、提取以及加工整个产业链的工艺、成本、利润有着深远影响。

我国地域辽阔,气候类型复杂多样,是世界上少有的藻类资源宝库。我国拥有从海平面下到海平面上“世界屋脊”的垂直空间带,有湿润的森林和干旱的沙漠,有黄海、东海、渤海、南海等约300万平方公里的海洋面积,有9万多平方公里的湖泊(1平方公里以上者)、1 580条河流(1 000 平方公里以上者)、12个土纲近60多个土壤类型。而藻类本是一大类无处不在的光合自养型生物,从热带雨林到极地寒漠,从肥沃的耕地到贫瘠的熔岩,从暴晒的沙漠到阴暗的洞穴,从海水到淡水,从土表到土下,从石表到石内都有它们的大量分布。而且,在不同的微生境中常生长着不同的优势种类,多样化的生境必定孕育着丰富的藻类资源。用于大量培养的微藻应适应于当地气候、水质等条件,藻种的大规模普查和积累也是优中选优,适应各种生产需要的先决条件。中国科学院水生生物研究所胡春香研究员长期从事能源微藻、陆生微藻的环境生物学及其应用技术研究,2012年以来,她带领团队开展了大规模的微藻样品采集工作,并在此基础上进行了产油微藻的分离和筛选,建立了产油微藻数据库,通过广泛普查筛选得到优良的产油微藻,为微藻产油产业化提供了藻种保障。

一、研究内容

(一)微藻样品采集

2012—2016年,胡春香课题组分别对我国黄海、渤海、东海、南海的海岸滨海、河口、湿地、海岛、红树林、珊瑚礁、上升流以及可达的大洋区等生境,西北干旱的荒漠和半荒漠地区中的淡水(内流湖泊尤其是盐湖、河流、水库、池塘、沼泽等)和土壤(以初育土、人工土、钙成土、干旱土、漠土、盐碱土上形成的多种耕地、草地、闲弃地为主)等生境,西南高海拔地带下青藏高原和云贵高原的淡水(湖泊、河流、池塘、沼泽等)和土壤(以高山土、人工土、铁铝土、淋溶土上形成的多种耕地、草甸、溶洞、闲弃地为主)等生境,东北、华北、华中、华东和东南受季风影响明显地区的淡水(湖泊、河流、水库、池塘、沼泽等)和土壤(以人工土、铁铝土、淋溶土、半淋溶土、盐碱土、水成土、半水成土上形成的水稻田、其他耕地、林地、草地、滩涂、泥炭地、盐碱地为主)等生境进行了微藻样品采集。

(二)产油微藻的分离、筛选

采用逐步稀释法、微挑法和平板划线法从采集的微藻样品中分离微藻,根据微藻特性差异有BG-11、BBM、HB-D1、SE、F/2和CSI多种培养基供选择培养。培养的微藻达到一定生物量后利用薄层层析、总脂提取等方法进行微藻油脂含量评估,油脂含量在30%以上的藻种进行传种保藏、显微拍照,同时结合显微形态特征及18S rRNA序列进行种属鉴定。对其中油脂含量达40%以上的藻种进行生长特征、CO2利用效率、脂肪种类、脂肪酸成分分析。

(三)产油微藻数据库的建立

对分离筛选的产油微藻建立以生境信息、显微照片、种属鉴定为基本数据,以18S rRNA序列、生长特征、CO2利用效率、脂肪种类、脂肪酸成分为高含油量藻株补充数据的档案,最终构建能够实时浏览和查询的中国产油微藻信息数据库,实现产油微藻资源信息共享。

二、主要创新点

1.建立了不同生境中产油微藻分离、筛选、保藏的技术体系,对中国产油微藻资源进行了全面普查,筛选得到了一大批性能优良的产油微藻。

2.面向我国科技界建立了中国产油微藻信息数据库,为我国产油微藻的实时浏览和查询提供了数字化信息平台。

三、应用前景展望

对分离筛选得到的两株优良产油微藻Chlorella sp. BSC-24和Monoraphidium dybowskii BSC-81在500mL培养规模下生物量产率达到218262 mg L-1 d-1,油脂含量为28.7%39.0%。扩大培养规模到140L后(吊袋式生物反应器),油脂产率仍可达到3235 mg L-1d-1。而且两株微藻饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸总和均大于70%,C16-C18比例大于96%,评价两株微藻生产的生物柴油均符合ASTM D6751-08(美国),EN 14214 (欧洲)和 GB/T 20828-2007(我国)标准。这表明通过广泛普查筛选得到的优良产油微藻真正实现了优中选优的目标,为今后微藻产油的产业化提供了更多可供选择的优良藻种。

专家简介

胡春香,女,研究员,博士生导师,中国科学院水生生物研究所特殊环境藻类生物学学科带头人,研究方向为能源微藻、陆生微藻的环境生物学及其应用技术。近年主持国家科技基础研究专项重点任务、国家863计划课题、国家自然科学基金面上项目等多项课题研究,参与研究的项目包括中国科学院第一批先导专项、中国科学院国际创新团队项目、中国科学院与中国石化集团合作项目、国家林业公益性行业科研专项等。发表科研论文近百篇,其中SCI源刊78篇,参编专著4部。相关成果获省部级自然科学二等奖1项、科技进步三等奖2项。