微藻培養(yǎng)條件和光反應

微藻Contents

1.分類

2.微藻的培養(yǎng)

3.微藻的大規(guī)模培養(yǎng)

4.微藻的應用植物分類系統(tǒng)標記特征舉例門(Stamm,phylum)所用字尾-phyta綠藻門Chloro-phyta綱(Klasse,classis)所用字尾-phyceae綠藻綱Chloro-phyceae目(Ordnung,ordo)所用字尾-ales綠球藻目Chloro-ales科(Familie,familia)所用字尾-aceae綠球藻科Chloro-aceae屬(Gattung,genus)普通以希臘字為字尾小球藻屬Chlorella種(Art,species)普通以拉丁字為字尾vulgaris一藻類分類系統(tǒng)藍藻門(cyanophyta)屬于原核植物，沒有典型的可區(qū)分的核，且沒有色素體和線粒體。同化作用的色素（如果有的話）分散在原生質的表層。雜色藻門(Chromophyta)、紅藻門(Rhodophyta)與綠藻門(Chlorophyta)等屬于真核植物，具有典型的核和有被膜的色素體（如果有的話）和線粒體。一般來說，高等植物被歸于綠藻門一類，即綠藻門中包括頂級植物?，F(xiàn)在已在國內(nèi)外大量培養(yǎng)的微藻分屬于4個門。藍藻門Cyanophyta特征和名稱

藍藻這個名字是強調(diào)了其中特殊的藍色素（藻藍素），這種色素和其他同化色素共同存在藍藻細胞中，而使藍藻常常呈藍綠色。藍藻可以在極端不良的環(huán)境條件下出現(xiàn)，這些環(huán)境條件是其他植物所不能忍受的（如螺旋藻可生活在高鹽、高pH值環(huán)境中），這說明藍藻具有極大的適應性。藍藻大概有150屬，已經(jīng)有2000種，大多數(shù)在淡水中生活。原生質構造

無性的藍藻細胞的原生質可分為結構上和作用上不同的兩部分。在周圍包含有同化色素的為色素質；由色素質向里進為無色的中央質，也稱為中央體。此兩種原生質部分之間，并沒有定型的膜。色素質完全起色素體的作用，其中有亞顯微的片層，呈規(guī)則排列，群聚成類囊體；中央質內(nèi)一致認為包含有核質，并行使與核類似的功能。藍藻門Cyanophyta藍藻細胞和藻體的形態(tài)學

藍藻細胞的形態(tài)是簡單的，多圓球形、柱形、橢圓形、桶形、卵形、鐮刀形、棒形等。然而藍藻細胞很少單個生活，通常構成群體或連結成絲體。藍藻的繁殖

藍藻的繁殖方式有兩類，一為營養(yǎng)繁殖，包括細胞直接分裂（即裂殖）、群體破裂和絲狀體產(chǎn)生藻殖段等幾種方法；另一種為某些藍藻可產(chǎn)生內(nèi)生孢子或外生孢子等，以進行無性生殖。孢子無鞭毛。目前尚未發(fā)現(xiàn)藍藻有真正的有性生殖。

藍藻門Cyanophyta藍藻的營養(yǎng)

藍藻是光能自養(yǎng)型生物，它可以通過色素及光能同化二氧化碳；但它也能利用有機物質，并靠有機制生活，因此它是混合營養(yǎng)的。藍藻比其它植物更有能力適應光的強度和光的顏色，這也是為什么藍藻一般能生長在世界上不同地方的原因。許多藍藻能同化游離氮素，并能在無氮的營養(yǎng)液中生長，特別是含有鉬的溶液中。藍藻門Cyanophyta藍藻的影響

藍藻在自然界中普遍分布，在對其他植物不具務生活條件的地方，藍藻都能生長。它是新開拓的土地和未開拓的土地（如火山形成的島嶼）上最初的生物。在潮濕的地區(qū)，特別是在熱帶地區(qū)，藍藻是重要的固氮生物。在一些營養(yǎng)豐富的水體中，夏季容易產(chǎn)生藍藻爆發(fā)，稱為“水華”。嚴重時耗盡水中氧氣而造成魚類的死亡。更為嚴重的是，藍藻中有些種類（如微囊藻）還會產(chǎn)生毒素（簡稱MC），大約50%的綠潮中含有大量MC。MC除了直接對魚類、人畜產(chǎn)生毒害之外，也是肝癌的重要誘因。MC耐熱，不易被沸水分解，但可被活性碳吸收，所以可以用活性碳凈水器對被污染水源進行凈化。藍藻等藻類是鰱魚的食物，可以通過投放此類魚苗來治理藻類，防止藻類爆發(fā)。二微藻的培養(yǎng)條件光照溫度pH碳源礦物質氮源藍藻門螺旋藻綠藻門小球藻螺旋藻細胞結構螺旋藻(spirulina)是一種多細胞的絲狀微藻(Microalge)，屬于藍藻門(cyanophyta或cyanobacteria)、段殖藻目(hormogonales)、顫藻科(oscilatoriaceae)的一個屬。螺旋藻屬于原核生物，其細胞結構很簡單，無細胞核與細胞器。類囊體(thylakoids)單條，多分布在細胞周邊，葉綠素a位于類囊體膜內(nèi)；藻膽體(phycobilisomes)顆粒附著在類囊體膜外表面上，是蛋白質和色素的復合體。藍藻的DNA無組蛋白包裹，呈絲狀，位于細胞中央。藍藻細胞內(nèi)還包含有70S核糖體、氣囊、葡聚糖顆粒、藍藻素顆粒、多角體等。螺旋藻個體成絲狀，一般其絲狀體為螺旋狀，這也是螺旋藻屬的特征。藻絲長50~500μm，直徑約為1~12μm。光照對S.platensis的影響光度對植物而言是相當重要的。鈍頂螺旋藻含葉綠素a/b，胡蘿卜素、藻藍素、藻紅素等多種色素。葉綠素吸收藍光與紅光，類胡蘿卜素吸收藍光為主，藻藍素以紅光為主（吸光值以565nm檢測），藻紅素以藍光為主；螺旋藻在波長較短的光波下（藍光），易產(chǎn)生較高的生產(chǎn)量。Qiand等指出螺旋藻的生長密度及光度是呈線性關系，在8000μmol?m-2

?s-1

（夏天正中午的2~3倍），螺旋藻有最大的產(chǎn)率為16.8g干重/每小時，但似乎尚未呈現(xiàn)最大的產(chǎn)率。在生物反應器中，反應器材質、形狀與直徑都影響著產(chǎn)量。同時，反應器里的細胞密度也會影響光的透過量，從而影響微藻的生長速率。此外，微藻培養(yǎng)對太陽光的利用率是較低的，主要是由于光的反射、折射以及太陽光譜性質等引起的。溫度對S.platensis的影響螺旋藻最適當?shù)某砷L溫度為35~37℃。在室外最低的成長溫度為18℃，當?shù)陀?2℃時會停止生長（Richmond,1986）。但某些種類的螺旋藻的生長溫度范圍是大于一般螺旋藻的生長溫度范圍（24~42℃）（VonshakeandTomaselli,2000）。Jiménez（2003）指出Spirulinaplatensis可以在低溫12℃時達到2g干重/每平方公尺/每天的生產(chǎn)量；15℃時，有6g干重/每平方公尺/每天的生產(chǎn)量；18℃為8g干重/每平方公尺/每天的生產(chǎn)量。令人驚訝的是，在9℃下，螺旋藻也有少許生長。溫度是酶的活性的重要因素之一。一般來說，在一定的范圍內(nèi)，溫度越高，酶的反應活度越強。在S.platensis里含有多種影響光合作用的酶，這些酶直接或間接地影響到其光能利用效率。因此在一定程度上，提升溫度可以使S.platensis的光飽和點升高。pH對S.platensis的影響S.platensis偏好在堿性環(huán)境下生存。其最適生長pH為8.5~10.5。pH過低，容易被其它藻類污染；pH過高，可利用的CO2量將受到限制。當pH接近11.5，光照度為12klx時，螺旋藻細胞會發(fā)生溶解現(xiàn)象。螺旋藻可以很好地耐受pH的逐漸改變，但pH的突然改變對其有害，這通常發(fā)生在沒有很好緩沖的培養(yǎng)液中?？刂婆囵B(yǎng)液pH的最好方法是利用CO2(隨著HCO3ˉ的消耗,pH會不斷升高)。碳源對S.platensis的影響無機碳源

螺旋藻可以直接利用空氣中的CO2進行光合生長，但CO2必須先溶于水，且主要以HCO3ˉ形式存在。在一定范圍內(nèi)，pH值越高，CO2的利用率也越高。碳酸氫鹽與碳酸鹽也可以作為碳源，這二者同時存在，也可以起調(diào)節(jié)pH的作用。有機碳源

螺旋藻與大多數(shù)藍藻一樣，在黑暗條件下不能利用有機碳源，但在光照條件下可以利用碳水化合物。在其生長培養(yǎng)液中添加質量濃度為0.1g/100mL的葡萄糖，可以提高螺旋藻的生長率和細胞產(chǎn)量。Ogava和Terui用C—14標記的葡萄糖培養(yǎng)螺旋藻，有50%的標記物進入螺旋藻的細胞中，31%以CO2釋放，19%以有機副產(chǎn)物的形式分泌到培養(yǎng)液中。葡萄糖作為唯一碳源時，其生物量是以NaHCO3為唯一碳源的166%，但葉綠素和胡蘿卜素含量減少。二者混用，螺旋藻會優(yōu)先利用葡萄糖。有實驗表明，螺旋藻自養(yǎng)與異養(yǎng)生長代謝是獨立進行的。氮源對S.platensis的影響硝酸鹽

硝酸鹽是可以被螺旋藻同化的主要氮源，在35℃以上使用高濃度的NO3ˉ，螺旋藻的生長率和產(chǎn)量均增加。亞硝酸鹽也可以作業(yè)其氮源，且和硝酸鹽以同樣方式影響螺旋藻生物量的積累，以及蛋白態(tài)氮和非蛋白態(tài)氮的積累。

銨態(tài)氮

當NH4+的濃度低于0.100mol/L時，銨鹽也可以作為螺旋藻的氮源。也有研究報告指出在銨態(tài)氮濃度為0.206mol/L時，螺旋藻可正常生長，還可控制落體中非蛋白態(tài)氮物質的合成。當其濃度超過0.412mol/L時，就會對螺旋藻產(chǎn)生毒害作用。 此外，培養(yǎng)液的pH值也會影響螺旋藻對銨態(tài)氮的耐受性。有研究表明，當pH=8.4時，尿素濃度低于1.5g/L，則不會對螺旋藻產(chǎn)生毒害作用。氮源的種類與濃度會直接影響到其蛋白質的合成，并引起其它非蛋白態(tài)含氮有機物、揮發(fā)性物質的產(chǎn)量。礦物質及微量元素對S.platensis的影響Na+與K+：當K+/Na+>5時，抑制螺旋藻的生長；只要K+/Na+<5，即使Na+

很高，也不會抑制螺旋藻生長。磷酸鹽：缺磷時，螺旋藻中可溶性蛋白質和結構蛋白減少，螺旋藻有進行脂肪酸代謝的確切傾向，脂肪酸組成也會改變。N/P對螺旋藻的生長也有一定的影響。N/P為5.5:1時，在有Fe—EDTA存在并通入1.5%CO2的條件下，用Zarruk合成培養(yǎng)液培養(yǎng)的螺旋藻生物量高。微量元素：Co2+與Ni2+會影響維生素B12的產(chǎn)量，Mo能影響其固氮能力，而Mg是合成葉綠素不可缺少的元素。小球藻小球藻是單細胞真核藻，細胞內(nèi)含有多種營養(yǎng)物質。小球藻在食品、飼料、餌料、醫(yī)藥、環(huán)保等方面都有廣泛的應用，是一種重要的微藻資源，有廣闊的應用前景。綠藻門綠球藻目小球藻科小球藻屬小球藻光照對小球藻的影響光飽和效應：限制了藻類對光能利用的有效性光抑制：當光照度達到全日照的10%時，某些海藻會出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。在低溫下，這種抑制作用跟明顯，在高細胞濃度規(guī)模化培養(yǎng)時，光抑制作用并不是很嚴重。光限制：小球藻培養(yǎng)體系中光照度按Lambert-Beer規(guī)則隨深度和濃度的增加而逐漸減弱。間歇光照效應：蛋白核小球藻在光合作用過程中要充分有效地利用入射光的光能，暗時間必須至少是閃光時間的10倍；細胞間歇曝光時間為30s時，即可達到間歇光照效應。溫度對小球藻的影響溫度是影響藻類所有代謝活動的一個主要因子。根據(jù)培養(yǎng)小球藻需要的最適溫度，可將小球藻分為兩類：低溫藻株，生長最適溫度為25～30℃；高溫藻株，最適溫度為35～40℃。通常在指數(shù)生長期把溫度調(diào)到最適生長溫度，以利于微藻的快速生長；在穩(wěn)定期時，把溫度調(diào)低些，以利于糖類的積累。晝夜溫度也能影響微藻的生長。一般晝夜恒溫有利于藻類的快速生長，但是晝夜更替溫度所得到的產(chǎn)量會高些。以蛋白核小球藻為例，白天采用25℃，夜間維持20℃會比恒定25℃得到的產(chǎn)量要高一些。pH值對小球藻生長的影響pH值是影響小球藻生長的重要因素之一。pH值影響光合作用中CO2的可用性，在呼吸作用中影響微藻對有機碳源的利用效率，并影響培養(yǎng)基中微藻細胞對離子的吸收、利用以及代謝產(chǎn)物的再利用、毒性。一般來說，小球藻存活的pH范圍為4.5～10.6，pH在5.5～8.0時有利于小球藻的生長，異養(yǎng)培養(yǎng)體系中一般采用pH6.0～7.0.在培養(yǎng)過程中不能控制pH時，起始pH一般在6.0以下。如圖1所示。異養(yǎng)培養(yǎng)體系中，培養(yǎng)基中使用的有機碳源種類及濃度對藻細胞生長的最適pH均有影響。碳源對小球藻生長的影響二氧化碳

二氧化碳是小球藻自養(yǎng)生長條件下的普通碳源。當pH較低時，足以保持二氧化碳氣體存在與溶液中，以利于光合作用的進行。當輸入氣體中二氧化碳的濃度在0.56%-4.43%時，蛋白核小球藻的生長速度變化不大。當二氧化碳濃度較低時，需加快氣體的供應速度；當向高濃度的培養(yǎng)物輸入氣體時，氣體中要含有高濃度的二氧化碳，以保證細胞的需求。一般二氧化碳濃度維持在5%，二氧化碳濃度太高，還會降低蛋白核小球藻的產(chǎn)率和生物體產(chǎn)量。碳源對小球藻生長的影響有機碳源

小球藻可在無光條件下利用糖或其他有機化合物作為能源和碳源進行異養(yǎng)生長。葡萄糖、半乳糖、醋酸鹽、乙醇、乙醛、丙酮酸可作為唯一碳源支持小球藻的生長。葡萄糖、半乳糖、醋酸鹽，可在無光條件下支持蛋白核小球藻的連續(xù)生長。最適合小球藻異養(yǎng)生長的有機碳源是葡萄糖。當葡萄糖濃度較低時，其細胞濃度較低；相對高的葡萄糖起始濃度，如30g/L、35g/L和50g/L，可用于培養(yǎng)高細胞濃度的小球藻。氮源對小球藻生長的影響小球藻合成蛋白質時，硝酸鹽是比銨鹽更好的氮源，如果用銨鹽取代硝酸鹽作為氮源，藻的產(chǎn)量要高些。采用硝酸銨做氮源時，小球藻綠色變種優(yōu)先利用銨離子，因為吸收銨離子所花費的能量要少一些。盡管如此，選擇硝酸鹽作為氮源比銨鹽更普通些，這也許是因為銨鹽在高溫滅菌時不大方便，以及銨鹽被利用后的培養(yǎng)基pH急劇下降，從而引起細胞死亡。甘氨酸和尿素是很好的有機氮源，且尿素不引起污染物的生長。在藻類的生長過程中，消耗等量的氮，以尿素作氮源比硝酸鹽產(chǎn)生出較多的生物量，引起較小的pH值變化。以生物量和類葉黃素的產(chǎn)量來評價，尿素是蛋白核小球藻最好的氮源。礦物質對小球藻生長的影響藻類需要的營養(yǎng)液在組分上同高等植物的營養(yǎng)液沒有多大的區(qū)別，唯一特殊的是藻類對鈣的需要量非常微少。綠藻生長的必須無機元素是：氮、磷、鉀、鎂、鈣、硫、鐵、銅、錳、鋅。氯對綠藻的自養(yǎng)生長是必需的；鉬在硝酸鹽的還原過程中也起著重要作用。培養(yǎng)小球藻時，應用最廣泛的是Basal和Kuhl培養(yǎng)基，Basal培養(yǎng)基含有一定量的鈷，Kuhl培養(yǎng)基則完全不含鈷。絡合劑對小球藻生長的影響絡合劑可防止微量營養(yǎng)成分的沉淀。如果沒有絡合劑，微量元素將會由于沉淀和吸附，很快成為生長的限制因子。EDTA是用于培養(yǎng)基中最普通的絡合劑，它維持著足夠的微量金屬元素的供應，并能防止這些金屬元素對細胞生長代謝的抑制作用。除EDTA外，還有以下絡合劑可用于藻類培養(yǎng)：烷烴亞硝基鹽、次氮基三乙酸和乙酰氨基環(huán)庚三烯酚酮。在規(guī)模培養(yǎng)時，烷烴亞硝基鹽最受推崇，因為它比EDTA便宜。通氣與攪拌像小球藻綠色變種體系中輸入二氧化碳或空氣，既可為生活細胞提供碳源，又有助于保持生活細胞處于懸浮狀態(tài)。但僅僅是鼓氣還不夠，還需要攪拌，而攪拌又會導致藻類培養(yǎng)體系氣泡，因此，常常需要使用消泡劑。在異養(yǎng)培養(yǎng)體系中，藻細胞生長要達到高濃度必須有足夠的溶解氧，而通氣和攪拌則是向培養(yǎng)體系提供溶解氧的一種重要手段。環(huán)境因子強化處于極端饑餓狀況下的微藻細胞中的脂組分可高達總有機物的85%，其它環(huán)境因子（如光照度、鹽濃度和溫度）強化也可以引起類似的藻種脂產(chǎn)量的增長。但是，在這種條件下，藻的生長速度往往會下降。有利于脂類生產(chǎn)的環(huán)境條件并不是微藻生長的最優(yōu)條件。因此，在評價利用微藻生產(chǎn)某一代謝產(chǎn)物的潛力或可行性時，最重要的一點是其經(jīng)濟效率。在商業(yè)生產(chǎn)時，有時可采用兩步法生產(chǎn)：第一步可采用一些措施使其生物量達到最高，第二步通過環(huán)境因子強化等措施使代謝產(chǎn)物達到高濃度。微藻的大規(guī)模培養(yǎng)

水平池培養(yǎng)系統(tǒng)目前一般都在水平淺水池中進行，或者利用天然的湖泊、環(huán)湖礁等。池深一般為10～30cm，面積為500～5000m2，使用槳板輪、螺旋槳或空氣噴射器等進行攪拌，或將池體隔成跑道式，用泵使藻液循環(huán)以加強液體的流動。但是存在如下的缺點。培養(yǎng)液濃度不宜控制、培養(yǎng)條件無法控制、易污染、培養(yǎng)效率低、藻細胞內(nèi)有害物質超標、收獲費用該、占地面積大等。微藻的大規(guī)模培養(yǎng)分為兩種：開放式水平池培養(yǎng)系統(tǒng)、封閉式光生物反應器系統(tǒng)開放式大規(guī)模培養(yǎng)裝置微藻的工業(yè)生產(chǎn)目前一般是在光生物反應器（photobioreactor）里進行。用反應器進行大規(guī)模培養(yǎng)的好處有：實時監(jiān)控生長條件、防止雜菌污染、提高光合作用效率以及進行連續(xù)生產(chǎn)等。光生物反應器一般分為：管式反應器，平板反應器、柱式反應器等。光生物反應器常見的光生物反應器管式反應器（tubularbioreactor）：目前采用得最多的一種反應器，一般認為是最適合于微藻的商業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng)。但由于O2累積、CO2消耗及pH變化等，不能將此類反應器無限放大，一般是采用多個小型同類反應器進行工業(yè)生產(chǎn)。平板式反應器：有文獻表明，在平板式反應器里細胞濃度最大，可以達到80g/L（Huetal.,1998）柱式反應器：氣液混合較均勻，最易控制生長條件，是實驗室中應用最多的一種反應器。同樣也適用于大規(guī)模生產(chǎn)。管式反應器平板式反應器柱式反應器HighDensityVerticalBioreactor

微藻的大規(guī)模養(yǎng)殖目前，微藻大規(guī)模養(yǎng)殖的藻種有螺旋藻、小球藻、鹽藻等，其余藻種在開放式的戶外養(yǎng)殖中，很難形成優(yōu)勢種。我國的微藻工廠規(guī)模一般都比較小，1997年，全國45家微藻企業(yè)，養(yǎng)殖面積在1-2萬平米，年產(chǎn)量40-60噸的有15家，年產(chǎn)量35噸以下的22家，惟有一家福建新大澤在江西、福建的三個基地加在一起年產(chǎn)量達150噸。直到2001年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)有5萬平米面積的8家左右，產(chǎn)量最大屬云南施普瑞、福建新大澤、廣東梅雁、江蘇的明天生物。2008年3月10日PetroSun公司于公司網(wǎng)站宣布其位于美國得克薩斯州的微藻養(yǎng)殖場于2008年4月1日投入商業(yè)化運作，現(xiàn)有的微藻養(yǎng)殖場的海水槽占地1100英畝，共包含94個5英畝和63個10英畝的海水池塘。

Arizona公共服務公司下屬的紅鷹（redhawk）電廠也利用一套收集CO2的工業(yè)化體系技術進行了試驗，微藻平均產(chǎn)率為每天57g/m2，每年可生產(chǎn)生物燃料（生物柴油和生物乙醇）11000加侖/英畝。

S.platensis的大規(guī)模培養(yǎng)近20年來，國內(nèi)外工業(yè)化生產(chǎn)的螺旋藻生物技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度之快、產(chǎn)品之多、產(chǎn)量之高，在微藻產(chǎn)業(yè)領域猶如異軍突起?，F(xiàn)在國內(nèi)外工廠化生產(chǎn)的螺旋藻主要有兩個種：鈍頂螺旋藻（S.platensis）和極大螺旋藻（S.maxima）。目前世界上天然螺旋藻產(chǎn)地主要是墨西哥（Texcoco湖）、非洲查德湖(LakeChad)以及中國云南程海湖20世紀80年代，我國將螺旋藻和鹽藻的研究列入“十五”國家攻關計劃，1989年在云南程海湖建成第一座螺旋藻工廠化生產(chǎn)中試基地。2001年，我國年產(chǎn)150噸以上有3家，50噸以上3家。目前我國螺旋藻年生產(chǎn)能力還不足1500噸，需求量很大。日本DIC在海南建10萬平方米，年產(chǎn)干粉300噸以上，價格都在9萬元/噸以上，我國藻粉在國際市場價格一般只有6-8萬元/噸，效益明顯偏低。日本DIC2001年藻粉銷售量占世界總量的49.42%，其中飼料占68.16%，食品占40%。印度近幾年螺旋藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，成本低，產(chǎn)量正在逐年增加，在國際市場上將成為一大競爭對手。小球藻的大規(guī)模養(yǎng)殖小球藻大規(guī)模培養(yǎng)研究可以分為兩個階段：20

世紀50年代至70年代末，主要進行開放池培養(yǎng)的研究；20世紀80年代以后，開始密閉和半密閉反應器的研究。１開放池大規(guī)模培養(yǎng)

國際上小球藻大規(guī)模開放池培養(yǎng)研究，設計1000—5000m2、深15-30cm的圓形潑水池，采用螺旋槳攪拌，平均生長量16～22g/（ｍ２?ｄ），一般藻細胞密度為200-500ｍｇ／Ｌ，

２半密閉和密閉式大規(guī)模培養(yǎng)烏茲別克地區(qū)設計的K6型光合反應器，試驗產(chǎn)量19-30g/（ｍ２?ｄ），培養(yǎng)藻液的密度為250-1500mg/（ｍ２?ｄ），土庫曼科學院設計的玻璃管道全密閉全天候光合反應器，平均產(chǎn)量20g/（ｍ２?ｄ），20世紀80年代后，玻璃管道光合反應器的研究和應用受到重視，Pirt等（1983）首次設計了100m2的管道反應器，Torzillo等（1986）用管道反應器在戶外培養(yǎng)螺旋藻，Richmond設計10Ｌ管道反應器在戶外進行了螺旋藻和魚腥藻的培養(yǎng)，生長量隨管道直徑大小而變化。光合反應器大規(guī)模培養(yǎng)，藻細胞的密度提高了6-12倍．單位光照面積的生長量保持在15～30g／（ｍ2?ｄ）。由于玻璃管道光合反應器一次性投資大，許多技術問題尚未完全解決，目前尚無工業(yè)化應用的報道，但這是未來發(fā)展的趨勢。中國科學院水生所在50年代對小球藻進行研究和培養(yǎng)，60年代初期全國曾掀起土法養(yǎng)殖小球藻的熱潮，中國臺灣糖業(yè)研究所50年代開始綠藻(小球藻)的大量研究，1976年臺灣已外銷綠藻75噸(干重)，成為世界最大的綠藻產(chǎn)地，至1977年已達28家。1995年臺灣一家企業(yè)利用海南得天獨厚的氣候條件，在?？诟浇ㄆ鹆说谝蛔?0萬平方米的小球藻工廠。廣東金球綠藻有限公司于1999年在中國廣東省河源市建起1萬平方米的小球藻生產(chǎn)基地，2001年生產(chǎn)藻粉10多噸。

四微藻的應用Food&PharmacologyBio-H2WastewaterTreatment organicchemicals NandPreduction heavymetalremovalindicatororganismBiofuel&BiodieselFood&Pharmacology

藻類營養(yǎng)價值很高，含有大量糖、蛋白質、脂肪、無機鹽、各種維生素和有機碘。在中國與日本，藻類（主要是紅藻中的紫菜屬的各種）是普通的食物；中部非洲Chad湖中產(chǎn)有大量螺旋藻屬的Spirulinapletensis，含有約50％的蛋白質，當?shù)厝耸占髸窀?，做糕點食用；海藻是維生素的來源，含有維生素C，D，E和K。各種海藻的化學分析證明，它們還含有豐富的微量元素，如硼、鈷、銅、錳、鋅等。從褐藻中提取的碘，可治療和預防甲狀腺腫。藻膠酸在牙科可作牙模型原料。藻膠酸鈣鹽制成人造羊毛，可作止血藥。瓊膠在醫(yī)學上和生物學上可作各種微生物和小植物的培養(yǎng)基。螺旋藻中蛋白質含量高達60%~70%，含有人體所需的全部必需氨基酸，其氨基酸組成符合聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）確定的蛋白質標準。氨基酸螺旋藻FAO標準亮氨酸6.94.8異亮氨酸4.74.2賴氨酸4.64.2蛋氨酸1.92.2苯丙氨酸3.92.8蘇氨酸4.32.8色氨酸1.01.4纈氨酸5.64.2螺旋藻必需氨基酸組分與FAO標準對照單位：%螺旋藻中的氨基酸含量螺旋藻中總的脂肪含量較低，僅是蛋白質含量的1/10，其脂肪酸含量中不飽和脂肪酸占很大比例，尤其是人體必需脂肪酸（如亞油酸和γ-亞麻酸）。脂肪酸含量/mgkg-1DW月桂酸180~229肉蔻酸520~664棕櫚酸16500~21141棕櫚亞油酸1490~2035硬脂酸130~353十七碳二烯酸90~142油酸1970~3009γ-亞麻酸8750~11970α-亞麻酸699~7000螺旋藻中一些脂肪酸的含量螺旋藻中的脂肪酸含量螺旋藻中與人體生長發(fā)育直接相關的各類維生素含量十分豐富，比普通食物中的含量要高得多，特別是β-胡蘿卜素、維B1與維B2。維生素含量/mgkg-1DWβ-胡蘿卜素1700VB121.6d–泛酸鈣11葉酸0.5肌醇350煙酸118VB63VB240VB155VE190螺旋藻中的維生素含量螺旋藻中一些維生素的含量礦物質含量/mgkg-1DWCa1045~4000Mg7617~8942Fe457~580Na275~412Cl4000~4400Mg1410~1915Mn18~25Zn27~39K13303~15400其它36000~57000色素含量葉綠素a800~2000mg/100g類胡蘿卜素與葉黃素200~400mg/100g藻藍素和藻藍蛋白占細胞內(nèi)蛋白質約20%螺旋藻中礦物質的含量螺旋藻中主要色素的含量螺旋藻中的礦物質與色素含量小球藻的食用和藥用食用小球藻不僅可以改變不良體質，清除體內(nèi)毒素，促進人體新陳代謝，而且對各種慢性疾病均具有良好輔助療效。小球藻獨有的CGF（活性生長因子）具有誘發(fā)干擾素，激發(fā)人體免疫組織的防御能力，具有抗腫瘤、抗輻射、抗病原微生物等作用，尤其對于放化療之后的消化性潰瘍有明顯的改善。小球藻中珍貴的天然核酸含量遠比螺旋藻高，保健效果顯著。小球藻中還含有天然的生物素，有助于防止白發(fā)、脫發(fā)、緩解痛風、減輕皮膚過敏癥狀等。小球藻中葉綠素含量為2000~7000mg，是自然界中葉綠素含量最高的植物。葉綠素分子結構和血紅蛋白分子結構相似，被譽為腸、腎臟、肺、血液中的“清潔工”。對于不愿意吃蔬菜的兒童和老年人來說，小球藻是補充葉綠素、葉酸的佳品。Bio-H2自Nakamura于1937年首次發(fā)現(xiàn)微生物的產(chǎn)氫現(xiàn)象，到目前為止已報道有20多個屬的細菌種類及真核生物綠藻具有產(chǎn)氫能力。光解水產(chǎn)氫：目前發(fā)現(xiàn)的具有光解水產(chǎn)氫能力的藻類主要有萊茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii)、斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)、海洋綠藻(Chlorococcumlittorale)、亞心形扁藻(Platymonassubcordiformis)和小球藻(Chlorellafusca)等；藍細菌里有固氮菌魚腥藻(Anabaenasp.)、海洋藍細菌顫藻(Oscillatoriasp.)、絲狀藍藻(Calothrixsp.)等和非固氮菌聚球藻(Synechococcussp.)、黏桿藍細菌(Gloeobactersp.)等。WastewaterTreatment降解有機物：藻類在光合作用過程中放出氧氣，能促進細菌的活動，以加速廢水中有機物的分解。分解過程中所產(chǎn)生的二氧化碳，又可在藻類的光合作用過程中被利用或排除。有些單細胞藻類，如一種衣藻也能像有些細菌那樣，在無氧的條件下，同化污水中的有機物，供自身需要。在近年來，也有采用微藻作用陽極微生物來降解有機物的研究。脫氮除磷：藻類細胞能利用水體中多種無機氮和有機氮化合物作為氮源，利用二氧化碳和碳酸鹽作為碳源進行光自養(yǎng)生長，被藻細胞吸收的硝酸鹽、亞硝酸鹽和按鹽可以用于氨基酸和蛋白質等物質的合成。污水中磷酸鹽的去除有兩條主要途徑：1)在有氧的條件下，直接被藻細胞吸收，并通過多種磷酸化途徑轉化成ATP、磷脂等有機物；2)在無氧的條件下形成磷酸鹽沉淀。因此，藻類細胞可以用來去除污水中富集的N,P等營養(yǎng)物質，并以有機物的形式將其儲存在藻細胞中。WastewaterTreatment