一株小球藻及其应用.pdf

本发明公开了一株小球藻，其分类命名为小球藻Chlorella vulgaris，已保藏于中国典型培养物保藏中心，其保藏编号是CCTCC NO：M 209256。本发明还公开了上述小球藻在生产微藻油脂和固定CO2中的应用。本发明的小球藻能够耐受高达24.5％的CO2浓度，油脂含量能达到17～31％，其比普通海水藻有更高的CO2固定效率，并可通过选择适当的培养条件，得到高产量的微藻油脂，因此可大幅度降低微藻培养成本，为微藻油脂制备生物柴油提供了一株优良的生产菌种。

1.  一株小球藻，其分类命名为小球藻Chlorella vulgaris，已保藏于中国典型培养物保藏中心，其保藏编号是CCTCC NO：M 209256。

2.  权利要求1所述的小球藻在生产微藻油脂中的应用。

3.  权利要求1所述的小球藻在固定CO₂中的应用。

4.  权利要求1所述的小球藻在生产微藻油脂同时固定CO₂中的应用。

5.  根据权利要求4所述的应用，其特征在于在23～27℃、pH 5～10、通气量0.1～0.5vvm、其中CO₂含量为3～24.5％(v/v)、光照条件下，将CCTCC NO：M 209256在改良的f/2培养基中培养10～20天。

6.  根据权利要求5所述的应用，其特征在于在26～27℃、pH 7～9、通气量0.15～0.3vvm、其中CO₂含量为5～12％(v/v)、5000lux光照条件下，将CCTCC NO：M209256在改良的f/2培养基中培养15～20天。

一株小球藻及其应用
技术领域
本发明属于微藻生物技术领域，具体涉及一株小球藻及其应用。
背景技术
传统化石资源的开采和使用促进了经济社会发展，同时也产生了大量的CO₂等温室气体，从而使得全球环境进一步恶化，灾难性气候频发，严重威胁了社会的可持续发展。据世界银行统计，在过去的30年当中，因CO₂过度排放造成的温室效益使得地球温度以每10年0.2摄氏度的速度上升，温室气体已经变成最主要的气候改变因素，并对全球生态平衡构成严重威胁。
近20年来，一些发达国家采用各种物理、化学和生物方法研究CO₂收集、浓缩、以及固定和转化。其中，从持续发展的角度来看，生物CO₂固定技术，是地球上最主要和最有效的固碳方式，在碳循环中起决定作用。微藻由于具有光合速率高、繁殖快、环境适应性强、处理效率高以及易与其它工程技术集成等优点，广泛应用于废气中CO₂捕集。微藻固定CO₂技术的另一潜在应用领域是密闭空间，如潜艇和载人航天器中CO₂的去除。微藻生物捕集CO₂已成为了温室气体的处理的最佳、可持续的方法。
而在石化资源的的大量使用，带来温室效应、气候恶化的同时，石化资源的匮乏也使柴油的大量紧缺。为了应对目前的柴油资源缺乏，生物柴油作为柴油的替代品已经成为国际上的热点。我国生物柴油产业日渐兴起，而我国生物柴油目前主要还是以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和麻风树等油料木果实以及动物油脂、废餐饮油等为原料制备，虽然生物柴油的原料来源比较多样，但各种原料是非常有限的，就算把它们加起来也难以满足人类对燃油的需求。产油微藻即在一定条件下能将二氧化碳、碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等碳源转化为藻体内大量贮存的油脂，且油脂含量超过生物总量20％的微型藻类。微藻因含油量高、易于培养、单位面积产量大等优点，而被视为新一代的、甚至是唯一能实现完全替代石化柴油的生物柴油原料。
微藻固定CO₂技术并同时合理利用其生成的油脂已经成为全球研究和关注的热点。2007年10月1日，国际能源公司(International Energy Inc)宣布开发以绿色微藻为原料生产生物燃料的新技术。21世纪以来，石油价格飞速飙升、对环保的呼声日益高涨、新的技术进步，以及美国政府不断强调可再生清洁燃料等，重新激起了人们开发藻类生物燃料的热情。2006年，美国国会原则同意斥资4亿美元支持从阳光到燃料的Helios(太阳神)计划。太阳神计划提出的从阳光到燃料的途径二即为采用光合成法合成微生物燃料，即利用光合微生物，直接从阳光制取燃料。同年，美国两家企业建立了可与1040兆瓦电厂烟道气相连接的商业化系统，成功利用烟道气中的CO₂进行大规模光合成培养微藻，并将微藻转化为生物“原油”。“点燃燃料”公司启动了“微型曼哈顿计划”，此项计划的任务是到2010年实现藻类产油工业化，以及未来每天生产百万桶生物原油的目标。2008年，美国国防部宣布投入2000万美元基金进行微藻生物柴油研究工作，主要目的在于在2010年前证实并使基于海藻的生物质燃料能够实现商业化并成为JP-8喷气燃料的替代品，该项目由遍布美国的各个机构共同实施。
除美国外，澳洲、日本、西欧、印度和南非的政府或企业也投入巨资进行微藻生物柴油的研究。如日本两家公司联合开发出了利用微藻将CO₂转换成燃料乙醇的新技术，计划在2010年研制出有关设备，并投入工业化生产。英国也于2008年启动一项藻类生物燃料公共资助项目，计划将耗资2600万英镑，于2020年前实现利用藻类生产运输燃料以代替传统的化石燃料。此外，以色列一家公司于2007年对外展示了利用海藻吸收CO₂，将太阳能转化为生物质能的技术，每5千克藻类可生产1升燃料。
目前，微藻生物柴油价格较高，相对目前的石化柴油和利用植物油脂生产的生物柴油根本无法适应目前市场的需求。微藻生物质资源的不足是微藻生物柴油发展的“瓶颈”，而目前的微藻大规模培养水平尚有限，这使得微藻生物柴油价格居高不下。而通过微藻生物柴油生产过程与CO₂减排的高度耦合是降低微藻生物柴油成本的有效手段。目前，欧盟的每吨CO₂指标售价约为20欧元，我国每减排1吨CO₂的指标售价约为100元人民币。微藻生物柴油的生产同时实现CO₂减排，能有效的降低微藻生物柴油的成本。此外，微藻生物柴油生产过程中耦合CO₂减排有更为深远的社会意义，能有效的去除温室气体，而本发明的小球藻能够很好的适合微藻生物柴油的生产和CO₂减排的耦合，与其他微藻相比有更好的CO₂吸收率和更好的油脂含量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种小球藻，该株微藻可用于生产高产量油脂的同时高效捕集气体中的CO₂，以解决现有微藻油脂生产成本过高的问题。
本发明所要解决的另一技术问题是提供上述小球藻的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种小球藻LICME001，其分类命名为小球藻(Chlorella vulgaris)。本发明的小球藻LICME001属于绿藻门绿球藻目、小球藻科，普生小球藻。目前该菌株保藏于中国典型培养物保藏中心(简称CCTCC)；地址：武汉，武汉大学；邮编：430072；登记入册的编号：CCTCC NO：M 209256；保藏日期：2009年11月5日。
上述小球藻LICME001，是从江苏省连云港海域，取海水，用改良的f/2培养基，进行培养。用显微镜观察发现存在该株小球藻，后用水滴分离法得到。
CCTCC NO：M 209256菌株具有下述特征：
(1)菌落形态：单细胞藻类，常单生，也常有多数细胞聚于一起；细胞多为球形、椭圆形；每个细胞内有1个周生、杯状或片状的叶绿体，具有1个蛋白核或缺如，1个细胞核；细胞壁通常很薄；每个细胞可以产生2、4、8或16个似亲孢子，进行无性繁殖。
(2)菌体形态：培养液呈均匀分布的绿色或深绿色液体。
(3)耐受性：该株小球藻具有较强的极端环境耐受性，能耐受pH5～10，21～30℃和强光照射。
上述小球藻在生产微藻油脂中的应用。
上述小球藻在固定CO₂中的应用。
上述小球藻在生产微藻油脂同时固定CO₂中的应用。具体的方法是：在23～27℃、pH 5～10、通气量0.1～0.5vvm、其中CO₂含量为3～24.5％(v/v)、光照条件下，将CCTCCNO：M 209256在改良的f/2培养基中培养10～20天。优选的方法为：在26～27℃、pH 7～9、通气量0.15～0.3vvm、其中CO₂含量为5～12％(v/v)、5000lux光照条件下，将CCTCC NO：M 209256在改良的f/2培养基中培养15～20天。最优选的方法为：在27℃、pH 7.2、通气量0.25vvm、其中CO₂含量为5～12％(v/v)、5000lux光照条件下，将CCTCC NO：M209256在改良的f/2培养基中培养15天。
本发明中所提及的改良的f/2培养基包含如下组分：对于每1L改良的f/2培养基包含：29.23g/L氯化钠，105g/L氯化钾，11.09g/L七水硫酸镁，1.21g/L Tris碱，1.83g/L二水合氯化钙，0.25g/L碳酸氢钠和3.0mL痕量培养基。
其中，对于每1L的痕量培养基包含：281.3mg/L硝酸钠，21.2mg/L一水磷酸二氢钠，16.35mg/L Na₂-EDTA，11.8mg/L六水合硫酸铁，675μg/L 4水合氯化锰，37.5μg/L六水合氯化钴，37.5μg/L五水硫酸铜，82.5μg/L七水硫酸锌，22.5μg/L钼酸钠，0.375mg/L维生素B₁，0.188μg/L维生素B₁₂和0.188μg/L生物素。【Guillard，R.R.L.1975.Culture ofphytoplankton for feeding marine invertebrates.pp 26-60.In Smith，W.L.and Chanle，y M.H.(eds.)Culture of Marine Invertebrate Animals.Plenum Press，New York，USA.】
有益效果：本发明提供的小球藻LICME001(Chlorella vulgaris LICME001)能够耐受3～24.5％(v/v)的CO₂，而且能达到12～55％CO₂除去率。本发明提供的小球藻LICME001(Chlorella vulgaris LICME001)还能在高产油脂的基础上，吸收气体中的CO₂。能够实现废气中CO₂的减排。利用该株小球藻在光生物反应中，利用合适的培养方法，能快速的形成生物量，固定CO₂，并积累油脂，油脂含量能达到17～31％。发明的小球藻比普通海水藻有更高的CO₂固定效率，并可通过选择适当的培养条件，得到高产量的微藻油脂，因此可大幅度降低微藻培养成本，为微藻油脂制备生物柴油提供了一株更优良生产菌种。
附图说明
图1为本发明小球藻的培养装置及工艺流程示意图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
以下实施例所用的装置如图1所示，CO₂与空气分别经气体流量计控制进入气体混合器混合，再经气体过滤器过滤后进入CO₂检测器在线监测CO₂含量，之后由鼓泡氏光生物反应器玻璃罐体底部的进气口进入罐体与小球藻接触反应，未被吸收的CO₂和空气再经顶部的出气口排出进入另一CO₂检测器在线监测CO₂含量。整个鼓泡式光生物反应器玻璃罐体可有加热棒和通入冷却水控制温度，并可接受光照。
实施例1：
用改良的f/2培养基5L于自制光生物反应器中，接入细胞密度为5×10⁷个/ml藻液500mL。通入0.25vvm的空气，CO₂含量为0.03％(v/v)，培养15天后，生物量达到1.1g/L，CO₂吸收率6％。培养到15天时油脂含量为21％。
实施例2：
用改良的f/2培养基5L于自制光生物反应器中，初始pH7.2，温度27℃±0.5℃，光强5000lux，通入0.25vvm空气与CO₂混合气体，其中CO₂含量为5％(v/v)，接入细胞密度约为5×10⁷个/mL藻液500mL。培养15天后，生物量达到2.23g/L，CO₂的吸收率为51％。培养到15天时油脂含量为31％。
实施例3：
用改良的f/2培养基5L于自制光生物反应器中，初始pH7.2，温度27℃±0.5℃，光强5000lux，通入0.25vvm空气与CO₂混合气体，其中CO₂含量为10％(v/v)，接入细胞密度约为5×10⁷个/mL藻液500mL。培养15天后，生物量达到1.91g/L，CO₂的吸收率为26％。培养到15天时油脂含量为22％。
实施例4：
用改良的f/2培养基5L于自制光生物反应器中，初始pH7.2，温度27℃±0.5℃，光强5000lux，通入0.25vvm空气CO₂混合气体，CO₂含量为15％，接入细胞密度约为5×10⁷个/ml藻液500ml。培养15天后，生物量达到1.31g/L，CO₂的吸收率为22％。培养到15天时油脂含量为19％。
实施例5：
用改良的f/2培养基5L于自制光生物反应器中，初始PH7.2，温度27℃±0.5℃，光强5000lux，通入0.25vvm空气CO₂混合气体，CO₂含量为20％，接入细胞密度约为5×10⁷个/ml藻液500ml。培养15天后，生物量达到1.12g/L，CO₂的吸收率为17％。培养到15天时油脂含量为18.1％。
实施例6：
用改良的f/2培养基5L于自制光生物反应器中，初始PH7.2，温度27℃±0.5℃，光强5000lux，通入0.25vvm空气CO₂混合气体，CO₂含量为24.5％，接入细胞密度约为5×10⁷个/ml藻液500ml。培养15天后，生物量达到1.12g/L，CO₂的吸收率为13％。培养到15天时油脂含量为16.8％。
实施例7：
本株小球藻CCTCC NO：M 209256和本实验室保藏的普通小球藻LICME002以及市场上购买的小球藻(购于南京夫子庙花鸟市场)的性质比对实验。用改良的f/2培养基5L于自制光生物反应器中，初始pH7.2，温度27℃±0.5℃，光强5000lux，通入0.25vvm与空气CO₂混合气体，其中CO₂含量为5％(v/v)，分别接入细胞密度约为5×10⁷个/ml藻液500mL的CCTCC NO：M 209256和小球藻LICME002以及市场上购买的小球藻。
CCTCC NO：M 209256培养15天后生物量达到2.23g/L，CO₂的吸收率为51％。培养到15天时油脂含量为31％。
小球藻LICME002培养15天后生物量达到1.22g/L，CO₂的吸收率为15％。培养到15天时油脂含量为18.1％。
市场上购买的小球藻培养15天后生物量达到0.63g/L，CO₂的吸收率为7.6％。培养到15天时油脂含量为10.1％。