pH對小球藻Chlorella sp. XQ-200419光合作用、生長和產(chǎn)油的影響

張 虎張桂艷溫小斌耿亞洪李夜光

(1. 中國科學院武漢植物園, 植物種質(zhì)創(chuàng)新與特色農(nóng)業(yè)重點實驗室, 武漢 430074; 2. 中國科學院大學, 北京 100049)

pH對小球藻Chlorella sp. XQ-200419光合作用、生長和產(chǎn)油的影響

張 虎1,2張桂艷1,2溫小斌1,2耿亞洪1李夜光1

(1. 中國科學院武漢植物園, 植物種質(zhì)創(chuàng)新與特色農(nóng)業(yè)重點實驗室, 武漢 430074; 2. 中國科學院大學, 北京 100049)

以一種生長快、油脂含量高的小球藻(Chlorella sp. XQ-200419)為實驗材料, 利用測定凈光合放氧速率的方法研究了pH對其光合作用的影響; 使用改良的BG-11培養(yǎng)基在微藻環(huán)形培養(yǎng)池模擬系統(tǒng)中進行分批培養(yǎng), 培養(yǎng)周期為8d, 培養(yǎng)過程中使用 pH控制儀在線監(jiān)測藻液的pH, 根據(jù)pH變化, 自動接通、關閉CO2通氣管道, 將藻液pH分別控制在5.0—6.0, 7.0—8.0, 8.0—9.0, 9.0—10.0, 10.0—11.0內(nèi), 研究pH對生長速率、生物質(zhì)面積產(chǎn)率、總脂含量和總脂面積產(chǎn)率的影響。主要結(jié)果如下: 藻液 pH 對小球藻 Chlorella sp. XQ-200419光合放氧、生長速率、生物質(zhì)產(chǎn)率、總脂含量和產(chǎn)率都有顯著影響, 適宜的pH范圍是7.0—9.0,在此范圍內(nèi), 光合放氧、生長速率、生物質(zhì)產(chǎn)率、總脂含量和產(chǎn)率均保持較高水平, 且pH的影響不顯著; pH低于7.0, 高于9.0, 其光合放氧、生長速率、生物質(zhì)產(chǎn)率、總脂含量和產(chǎn)率都顯著降低。這表明pH對小球藻Chlorella sp. XQ-200419光合作用的影響和對生長、產(chǎn)油的影響是一致的。pH 7.0—8.0, 小球藻的生物質(zhì)平均面積產(chǎn)率和總脂平均面積產(chǎn)率都達到最大值, 分別是8.9 g/(m2·d)和2269.5 mg/(m2·d); 當藻液pH超過10.0, 生物質(zhì)平均面積產(chǎn)率和總脂平均面積產(chǎn)率分別降低42.1%和60.0%。適合于小球藻生長的pH也有利于其積累油脂, 所以, pH對小球藻產(chǎn)油的影響是一種“適宜模式”, 而非“脅迫模式”。規(guī)?；囵B(yǎng)小球藻Chlorella sp. XQ-200419, 通過補充CO2將藻液pH控制在7.0—9.0內(nèi), 可以獲得高生物質(zhì)產(chǎn)率和總脂產(chǎn)率。研究結(jié)果反映出pH對小球藻光合作用、生長和產(chǎn)油影響的規(guī)律, 也為規(guī)?；囵B(yǎng)小球藻生產(chǎn)微藻油脂過程中合理控制藻液pH提供了依據(jù)。

小球藻; 微藻生物柴油; pH; 光合作用; 生長; 產(chǎn)油

水體 pH是水生微藻生態(tài)環(huán)境最重要的理化因子之一。pH能改變微藻體內(nèi)相關酶的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和活性, 決定培養(yǎng)液中碳源的存在形式以及各種金屬復合物的溶解性, 是影響藻細胞生長和生物質(zhì)積累以及次生代謝產(chǎn)物的重要因素[1—4]。同時, 藻類光合作用吸收CO2和呼吸作用釋放CO2也影響HCO3–- CO32–緩沖體系的化學平衡移動, 從而影響培養(yǎng)基的pH[5],所以 pH變化也可以作為預報藻類生長速度的一個指標[6]。許多研究報道了pH對微藻光合作用和生長的影響, 不同的藻類有一定的pH適應范圍[7—10]。同時, pH對微藻產(chǎn)油的影響也已經(jīng)受到了廣泛的關注。Santos等[11]通過熒光顯微鏡觀察證明了 Neochloris oleoabundans 在高pH下積累油脂。王翠等[12]發(fā)現(xiàn)偏堿性環(huán)境有利于小球藻積累油脂。楊勛等[13]發(fā)現(xiàn)pH 9.5 和pH 4.5時若夫小球藻(Chlorella zofingiensis)油脂質(zhì)量分數(shù)略低于正常狀況。呂夢夢等[14]提出富油微藻培養(yǎng)過程中 pH 的分階段調(diào)節(jié)路徑從而兼顧微藻生物質(zhì)積累和油脂積累。pH不僅影響微藻的生長, 而且決定培養(yǎng)基中三種碳源形式(CO2、HCO3–、CO32–)的相互轉(zhuǎn)化, 影響碳源利用效率[15]。合理的控制藻液的pH, 能夠促進微藻快速生長并大量積累油脂, 同時還能提高碳源利用效率, 降低生產(chǎn)成本。

小球藻(Chlorella sp. XQ-200419)是一株生長快、油脂含量高的藻株, 具有規(guī)模化培養(yǎng)的應用前景[8]。張桂艷等[16]利用通氣培養(yǎng)研究了N、P、Fe3+、鹽度、溫度、光照強度對該小球藻生長和產(chǎn)油的影響, 發(fā)現(xiàn)除了 N源對產(chǎn)油的影響是一種“脅迫模式”外, 其他因子對產(chǎn)油的影響都是“適宜模式”, 對優(yōu)化培養(yǎng)條件、促進油脂積累提供了指導。但是, 我們還不清楚藻液 pH對這株小球藻生長及油脂積累有何影響。為了深入認識 pH對微藻生長、產(chǎn)油影響的規(guī)律, 本文以小球藻(Chlorella sp. XQ-200419)為實驗材料, 系統(tǒng)研究了pH對小球藻(Chlorella sp. XQ-200419)生長、生物質(zhì)單位面積產(chǎn)率、總脂含量和總脂單位面積產(chǎn)率的影響。旨在掌握 pH對小球藻的生長和產(chǎn)油影響的規(guī)律, 為規(guī)模化生產(chǎn)中藻液pH 的合理調(diào)控提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 藻種及其培養(yǎng)

小球藻(Chlorella sp. XQ-200419)由中國科學院武漢植物園經(jīng)濟微藻藻種庫提供。

采用2倍改良的BG-11培養(yǎng)基[16]。用1L三角瓶培養(yǎng)小球藻(Chlorella sp. XQ-200419), 每瓶放藻液 600 mL, 接種后放在水平搖床上培養(yǎng), 轉(zhuǎn)速110 r/min, 溫度(24±1) , ℃ 光強70 μmol/(m2·s), 光暗周期為14h︰10h。

1.2 不同pH 條件下光合放氧速率的測定

取對數(shù)生長期的小球藻(Chlorella sp. XQ-200419)藻液, 向滅菌的 250 mL三角瓶中放入100 mL 藻液, 共24瓶, 分為8組, 每組3瓶(平行樣), 用NaOH和HCl將每組藻液的pH 分別調(diào)至6.5、7.0、8.0、9.0、10.0、10.5、11.0。在弱光環(huán)境中放置12h, 每隔4h用NaOH和HCl調(diào)節(jié)藻液的pH , 測定前再一次將藻液調(diào)為設定的 pH。在光強為 600 μmol/ (m2·s)、溫度為35.0℃的條件下, 測定小球藻在不同pH 條件下的凈光合放氧速率。通過計算單位時間內(nèi)溶解氧變化的平均值求得凈光合放氧速率[7—9]。

1.3 環(huán)形培養(yǎng)池模擬系統(tǒng)培養(yǎng)小球藻

環(huán)形培養(yǎng)池模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和技術參數(shù)見苗鳳萍等[17]的描述。

取對數(shù)生長期的小球藻藻液, 在 4000 r/min離心 10min, 采收藻細胞, 然后用 2倍的改良 BG-11培養(yǎng)基清洗采收的藻, 反復操作兩次, 再將離心收集的藻接種于2倍的改良BG-11培養(yǎng)基中, 放入環(huán)形培養(yǎng)池模擬系統(tǒng)中培養(yǎng)。培養(yǎng)條件: 溫度 30 , ℃光照強度 300 μmol/(m2·s), 光暗周期為 14h︰10h,攪拌轉(zhuǎn)速為50 r/min。初始A540值設為0.5±0.005, 藻液深度為4 cm。記錄藻液液面高度, 每天定時在藻液中加入一定量的蒸餾水至原液面高度, 以補充揮發(fā)掉的水分。每24h測定一次OD540值, 繪制生長曲線、生長速率曲線、單位面積產(chǎn)率曲線。待藻液OD540不再明顯增長, 離心收集環(huán)形培養(yǎng)池模擬系統(tǒng)中的藻液, 真空干燥至恒重, 并測定小球藻的總脂含量。重復實驗3次。

1.4 pH的設定和控制

pH 設定為: pH 6.0—7.0、pH 7.0—8.0、pH 8.0—9.0、pH 9.0—10.0、pH 10.0—11.0。

pH控制系統(tǒng)由 pH傳感器、pH控制儀、CO2鋼瓶、管道、電磁閥、流量計組成。培養(yǎng)過程中, 伴隨小球藻旺盛的光合作用, 藻液的 pH 不斷升高[18]。當藻液pH 達到設定的pH 控制上限, pH 控制儀控制電磁閥開啟, 向藻液中通入 CO2。隨著CO2的不斷通入, 藻液pH 降低, 當pH 降低到設定的pH 控制下限, pH 控制儀控制電磁閥關閉, 停止充CO2。如此循環(huán)往復, 藻液的pH 被控制在設定的范圍內(nèi)。

1.5 藻液吸光度的測定

用UV5800紫外可見分光光度計(上海元析), 在波長為 540 nm、光徑 1 cm下測定藻液的吸光度(A540)。每隔24h, 取出約3 mL藻液測定藻液的吸光度, 重復測定3次, 取平均值[19]。

1.6 葉綠素含量的測定

利用熱乙醇萃取分光光度法[20]測定葉綠素a的含量。

1.7 生長速率的計算

生長速率計算公式:

OD1和OD2分別是兩次取樣時藻液OD值, t1和t2是對應的培養(yǎng)時間(天)。

1.8 生物質(zhì)干重的測定

準確量取藻液體積, 用事先干燥并已稱重的孔徑為 0.45 μm的玻璃纖維膜過濾收獲藻細胞, 用蒸餾水洗滌兩次, 放入真空干燥器中干燥至恒重。根據(jù)干藻重量和藻液體積計算出 1 L藻液中的生物質(zhì)干重(g/L)。

1.9 生物質(zhì)平均面積產(chǎn)率的計算

Pm是小球藻平均面積產(chǎn)率(g/m2·d), B是培養(yǎng)結(jié)束時小球藻的生物質(zhì)干重與接種時生物質(zhì)干重之差(g/L), M是反應器的有效培養(yǎng)面積(m2), T是培養(yǎng)時間(d), V是藻液體積(L)。

1.10 總脂含量定量分析

采用超聲波輔助正己烷-乙酸乙酯提取法[16,21]。

1.11 總脂平均面積產(chǎn)率的計算

PTP是總脂平均面積產(chǎn)率(g/m2·d), CTP是培養(yǎng)結(jié)束時小球藻的總脂含量。

1.12 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2007 和 SPSS 17.0進行統(tǒng)計分析、作圖等。

2 結(jié)果

2.1 pH對小球藻光合放氧速率的影響

在 pH 6.5—7.0內(nèi), 小球藻凈光合放氧速率隨pH的增加呈上升趨勢; pH 7.0時, 其凈光合放氧速率達到最大值; pH 7.0—9.0, 隨著pH 的升高, 凈光合放氧速率呈下降趨勢, 但變化不大; pH 超過9.0,隨著 pH 的進一步升高, 凈光合放氧速率快速下降(圖1)。數(shù)據(jù)表明, 小球藻適宜生長在中性偏堿的環(huán)境中, 在pH 7.0—9.0內(nèi)其凈光合放氧速率均保持在較高的水平。

圖1 Chlorella sp. XQ-200419凈光合放氧速率與pH的關系Fig. 1 Photosynthesis of Chlorella sp. XQ-200419 in different pH

2.2 pH對小球藻生長的影響

小球藻在pH 6.0—7.0、pH 7.0—8.0的OD值變化幾乎一致; pH 8.0—9.0時小球藻在接種后第2、第3天的OD值略低于pH 6.0—7.0、pH 7.0—8.0時的OD值, 但是從第4天開始趕上前兩組的OD值。pH 9.0—10.0、pH 10.0—11.0兩組, 小球藻從接種后第1天的OD值就明顯低于前三組OD值(P＜0.01), 培養(yǎng)過程中從未趕上前三組的OD值。pH 10.0—11.0, 小球藻接種后OD值增長緩慢, 一直低于前四組(圖2)。

圖2 Chlorella sp. XQ-200419在不同pH條件下的生長曲線Fig. 2 Growth curves of Chlorella sp. XQ-200419 in different pH

在pH 6.0—7.0、7.0—8.0、8.0—9.0時小球藻在接種后第1天均能快速生長, 第2天生長速率開始減緩, 三組間的生長速率沒有明顯差異(P＞0.05);當pH升高至9.0—10.0時, 小球藻在接種后第1天的生長速率較前三組明顯減緩(P＜0.01), 第2天的生長速率與前三組的生長速率接近; pH為10.0—11.0時, 小球藻第1天和第2天生長很慢, 第3天生長速率才達到最大值, 但是, 其最大生長速率明顯低于前四組。pH 9.0是一個分界點, pH 低于9.0, 小球藻很快進入快速生長狀態(tài); pH 高于 9.0, 小球藻就需要一段時間適應高pH 環(huán)境, pH 越高, 適應環(huán)境需要的時間越長(圖3)。

2.3 pH對小球藻生物質(zhì)產(chǎn)率的影響

小球藻的生物質(zhì)平均面積產(chǎn)率在pH 7.0—8.0時最大, pH 8.0—9.0時的生物質(zhì)干重次之, pH 6.0—7.0時生物質(zhì)干重比前兩組更低, 三組間差異明顯(P＜0.01); 當pH高于9.0時, 小球藻的生物質(zhì)干重明顯低于前三組(P＜0.01), 其中pH10.0—11.0比pH9.0—10.0時生物質(zhì)干重更低。數(shù)據(jù)表明pH7.0—8.0最有利于小球藻生物質(zhì)的積累(圖4)。

2.4 pH對小球藻總脂含量的影響

小球藻在pH 6.0—7.0、7.0—8.0、8.0—9.0時總脂含量都較高, 三組間差異不顯著(P＞0.05), 但是,均極顯著高于 pH為 9.0—10.0、10.0—11.0時小球藻的總脂含量(P＜0.01)。pH為10.0—11.0時小球藻總脂含量最低, 與pH 9.0—10.0時總脂含量相比較差異也極顯著(P＜0.01)(圖5)。這表明pH 6.0—9.0范圍內(nèi), 小球藻均可以達到較高的總脂含量, 而更高的pH環(huán)境則不利于小球藻積累油脂。

pH 7.0—8.0時小球藻的總脂平均面積產(chǎn)率最高; pH 8.0—9.0時次之; pH 6.0—7.0時更低; pH 9.0—10.0、10.0—11.0的小球藻的總脂平均面積產(chǎn)率顯著降低(P＜0.01), 兩組間差異也很顯著(P＜0.01); pH 7.0—8.0最有利于小球藻生物質(zhì)和油脂的積累, 因而, 在這個 pH范圍小球藻獲得了最高的總脂平均面積產(chǎn)率(圖6)。

圖3 不同pH條件下培養(yǎng)Chlorella sp. XQ-200419生長速率隨培養(yǎng)時間的變化Fig. 3 The growth rate of Chlorella sp. XQ-200419 in different pH

圖4 Chlorella sp. XQ-200419在不同pH下的單位面積的生物質(zhì)產(chǎn)率Fig. 4 Average areal biomass productivity of Chlorella sp. XQ-200419 in different pH

圖5 不同pH培養(yǎng)Chlorella sp. XQ-200419的總脂含量Fig. 5 Total lipid content of Chlorella sp. XQ-200419 in different pH

圖6 Chlorella sp. XQ-200419在不同pH下的總脂平均面積產(chǎn)率Fig. 6 Average areal lipid productivity of Chlorella sp. XQ-200419 in different pH

3 討論

pH是藻類生長環(huán)境的重要理化指標之一, 許多研究報道了 pH對微藻光合作用、生長及代謝產(chǎn)物的影響。不同的藻類生長的最佳 pH 不同, 偏離最佳pH , 微藻生長和體內(nèi)有關代謝活動會受到抑制。如鈍頂螺旋藻(Spirulina Platensis)生長的最適pH為9.0—9.6, 偏離此值時, 藻體生長變慢, 而且高pH(超過 10.5)還影響藻細胞的形態(tài)[22]。新月菱形藻(Nitzschia Closterium)最適生長的pH為6.5, 在此pH下, 藻體的EPA含量也最高[23]。Yongmanitchal等[24]研究發(fā)現(xiàn)當初始 pH在 6.4—8.4時三角褐指藻(P. tricornutum)均能很好的生長, 但只有當初始 pH為7.6時 EPA在總酯中含量才最高。王子敬等[25]研究發(fā)現(xiàn)小球藻 USTB-01在 pH 7.0 條件下小球藻生長最好而且有利于蛋白質(zhì)的合成; 隨著pH從6.5增加到7.0時, 小球藻USTB-01蛋白質(zhì)含量從19.17%增加到 23.19%, 但 pH進一步增加時, 蛋白含量卻下降。還有研究報道了培養(yǎng)體系 pH的改變可以影響小球藻細胞內(nèi)pH, 因此可以通過改變培養(yǎng)體系的pH從而影響細胞內(nèi)的酸堿平衡來控制小球藻細胞的生長和繁殖[26]。徐年軍等[27]發(fā)現(xiàn)在起始pH 8.5時后棘藻(Ellipsoidion sp.)有最大的生長速率和最高的總脂含量, 而EPA和PUFA在起始pH 7.5時含量最大, 分別占脂肪酸的18.77%和23.38%?？梢? pH是影響微藻生長和代謝的重要因子之一。

在培養(yǎng)過程中, 藻液的pH不是穩(wěn)定的, 而是隨著微藻的生長、代謝一直處于變化中。受實驗條件等限制, 以前的報道大多集中在研究藻液的起始或收獲時的 pH對微藻生長和代謝的影響[13,24,27], 而沒有在培養(yǎng)微藻的過程中將 pH 恒定在一定的范圍內(nèi)研究pH對微藻的影響。此外, 在調(diào)節(jié)藻液pH 時大多采用強酸和強堿, 例如氫氧化鈉和鹽酸, 而沒有使用經(jīng)濟的、在微藻規(guī)?；囵B(yǎng)中普遍使用的CO2。本研究使用 pH控制儀在線監(jiān)測藻液 pH, 根據(jù)pH變化, 控制CO2的供給與否, 將pH一直控制在設定的范圍, 更能準確反映pH對微藻的影響。

如果使用酸、堿控制pH, 雖然pH處于設定范圍內(nèi), 但是, 由于光合作用不斷消耗碳源, 藻液中可供利用的碳源濃度并不穩(wěn)定。與酸、堿控制pH 的方法相比, 通過控制CO2補給恒定藻液 pH 的方法有一個優(yōu)點: 在培養(yǎng)過程中, 不僅pH被恒定在設定的范圍內(nèi), 由于不斷地補充 CO2, 藻液的碳源總濃度也在與pH對應的范圍內(nèi)波動, 即pH和碳源總濃度均處于設定的范圍內(nèi)。

從pH對小球藻Chlorella sp. XQ-200419光合放氧速率的影響看, 在pH 6.5—7.0范圍內(nèi), 小球藻凈光合放氧速率隨 pH的增加呈上升趨勢, 在pH7.0—9.0的范圍內(nèi)其凈光合放氧速率變化不大,均保持在較高的水平; pH低于 7.0, 高于 9.0, 光合放氧速率明顯降低。從 pH對生長和產(chǎn)油的影響來看, 在pH 7.0—9.0小球藻生長速率與油脂含量沒有顯著的差異, 說明小球藻在pH為7.0—9.0的環(huán)境下均能很好的生長和積累油脂; pH低于7.0, 高于9.0,小球藻生長速率和總脂含量、產(chǎn)率均顯著下降。很顯然, pH對小球藻Chlorella sp. XQ-200419光合作用的影響和對生長、產(chǎn)油的影響是一致的。

光合作用特征是微藻最基本、最重要的生理生態(tài)特征, 光合作用特性的研究已被用于藻種篩選[8,9]、藍藻水華發(fā)生機理[7]和赤潮發(fā)生機理[29,30]的研究。研究表明, 通過研究微藻光合作用對主要理化因子變化的響應, 可以掌握其生長繁殖對理化因子的要求以及對這些理化因子變化的適應性[30]。本研究進一步表明重要理化因子—pH對于微藻光合作用的影響不僅與對其生長的影響是一致的, 而且與對其總脂產(chǎn)率的影響也是一致的, 這一結(jié)果啟發(fā)我們思考: 有利于光合作用的條件也有利于其油脂的積累,這中間的聯(lián)系環(huán)節(jié)是什么？能否通過調(diào)節(jié)產(chǎn)油微藻的光合作用促進其油脂的積累？這些問題值得深入研究。

在 pH7.0—8.0, 小球藻的生物質(zhì)平均面積產(chǎn)率和總脂平均面積產(chǎn)率都達到最大值, 分別為 8.9和2269.5 mg/(m2·d)。當藻液 pH超過10.0, 生物質(zhì)平均面積產(chǎn)率和總脂平均面積產(chǎn)率都大幅度降低,與最高值相比, 分別降低 42.1%和 60.0%?？梢?為了獲得高產(chǎn)率必須將藻液 pH控制在適宜的范圍內(nèi)。

張桂艷等[16]發(fā)現(xiàn), 理化因子對生長和油脂含量的影響分為兩種模式: (1) 溫度、光強、鐵濃度和鹽度的影響表現(xiàn)為在適宜生長的條件下油脂含量提高,這種模式稱為“適宜模式”; (2) 氮濃度的影響表現(xiàn)為在不利于生長的條件下油脂含量提高, 這種模式稱為“脅迫模式”。在適宜模式中, 理化因子對油脂含量、產(chǎn)量的影響是一致的: 利于生長的條件既提高油脂含量也提高油脂產(chǎn)量。在脅迫模式中, 理化因子對油脂含量、產(chǎn)量的影響是不一致的: 不利于生長的條件提高油脂含量但是降低油脂產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明, pH 7.0—8.0, 小球藻的生物質(zhì)產(chǎn)率最高; pH 8.0—9.0, 其總脂含量略高于pH 7.0—8.0, 但是差異不顯著; pH 7.0—8.0, 總脂產(chǎn)率最高。很顯然,適合于小球藻生長的 pH也有利于其積累油脂, 所以, pH對小球藻產(chǎn)油的影響是一種“適宜模式”。本文通過研究pH對小球藻Chlorella sp. XQ-200419光合作用、生長和產(chǎn)油的影響, 發(fā)現(xiàn)藻液pH對小球藻Chlorella sp. XQ-200419光合放氧、生長速率、生物質(zhì)產(chǎn)率、總脂含量和產(chǎn)率都有顯著影響, 最適pH是7.0—8.0, 適宜的pH是7.0—9.0, pH低于7.0, 高于9.0, 其光合放氧、生長速率、生物質(zhì)產(chǎn)率、總脂含量和產(chǎn)率都顯著降低; 規(guī)模化培養(yǎng)小球藻 Chlorella sp. XQ-200419, 通過補充 CO2將藻液 pH控制在7.0—9.0范圍內(nèi), 可以獲得最高的生物質(zhì)產(chǎn)率和總脂產(chǎn)率; pH對小球藻Chlorella sp. XQ-200419光合作用的影響和對生長、產(chǎn)油的影響是一致的; 適合于小球藻生長的pH也有利于其積累油脂, pH對小球藻產(chǎn)油的影響是一種“適宜模式”。本研究為規(guī)?；囵B(yǎng)小球藻Chlorella sp. XQ-200419合理調(diào)節(jié)藻液pH提供了理論依據(jù)。

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EFFECTS OF PH ON THE PHOTOSYNTHESIS, GROWTH AND LIPID PRODUCTION OF CHLORELLA SP. XQ-200419

ZHANG Hu1,2, ZHANG Gui-Yan1,2, WEN Xiao-Bin1,2, GENG Ya-Hong1and LI Ye-Guang1
(1. Key Laboratory of Plant Germplasm Enhancement and Speciality Agriculture, Wuhan Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430074, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Chlorella sp. XQ-200419 is a lipid-rich strain with potential application in microalgal biodiesel. To study the effects of pH on the growth rate, areal biomass productivity, total lipid content, and areal lipid productivity of Chlorella sp. XQ-200419, the batch culture was conducted for 8 days with modified BG-11 medium in a pH range of 5.0—6.0, 7.0—8.0, 8.0—9.0, 9.0—10.0, 10.0—11.0, which was monitored by a on-line pH controller in a self–designed photo bioreactor that mimics the open circular pond. We observed that pH significantly regulated the photosynthesis, growth rate, areal biomass productivity, total lipid content and areal lipid productivity of Chlorella sp. XQ-200419 the pH range of 7.0—9.0 was the best condition for culturing Chlorella sp. XQ-200419 and no significant difference was existed in the pH from 7.0 to 9.0. Both pH values below 7.0 and above 9.0 significantly reduced the photosynthesis, growth rate, areal biomass productivity, total lipid content and areal lipid productivity compared with pH range of 7.0—9.0. The photosynthesis was consistent with the growth and lipid production of Chlorella sp. XQ-200419 at all pH conditions.Chlorella sp. XQ-200419 achieved the peak average areal biomass productivity [8.9 g/(m2·d)] and the maximal average areal lipid productivity [2269.5 mg/(m2·d)] in pH 7.0—8.0. The average areal biomass productivity and average areal lipid productivity decreased by 42.1% and 60% at the pH range of 10.0—11.0, respectively. Both the growth and lipid production were enhanced under suitable pH range, indicating that the effects of pH on the lipid production of Chlorella sp. XQ-200419 was a kind of “fitting mode” not “stress mode”. The current study not only evaluated the effects of pH on the photosynthesis, growth and lipid production of Chlorella sp. XQ-200419, but also provided a basis for controlling of proper pH in mass culture of Chlorella for algal lipid production.

Chlorella; Microalgal biodiesel; pH; Photosynthesis; Growth; Lipid production

S968.4

A

1000-3207(2014)06-1084-08

10.7541/2014.159

2013-12-18;

2014-03-15

國家“863”項目(2013AA065805); 國家科技基礎性工作專項(2012FY112900); 國家自然科學基金項目(31272680)資助

張虎(1988— ), 男, 河南信陽人; 碩士; 主要從事微藻生物技術研究。E-mail: zhanghu1900@sina.com

李夜光, E-mail: yeguang@wbgcas.cn