海洋能源微藻细胞半干贴壁培养方法的基础研究

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基本信息

  • 批准号：
    41276144
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    74.0万
  • 负责人：
    刘天中
  • 依托单位：
    中国科学院青岛生物能源与过程研究所
  • 学科分类：
    D0604.生物海洋学与海洋生物资源
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2012
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Mass cultivation of marine oleaginous microalgae is the bottleneck of microalgae biofuel industrial application. Conventional open pond and photobioreactors could not solve the problems of biomass productivity,water and power consumption,scale-up, captial investiment and cost.This project is based on our newly proposed semi-dry attached culture method for microalgae. microalgae cells were inolcumated on a supported materials surface to form"artifical leaf", and little nutrients medium was supplied to keep algal cell wetted for fast growth and lipid induction. The mechanisms of grwoth and lipid induction under attached culture, the correlation between the growth rate with light intnensity, and the influences of envioronmental factors including nutrient composition, CO2 concentration etc. on algal cells' growth and lipid accumulation were investigated. The results will help to understand the mechanism of attached cultivition and regulation method, and then provide more information for the bioreaction design and determination of cultivation conditions. It is hoped to setup a breakthough technology for microalgae cultivation and also to promote the conventional econmic microalgae industry.
微藻的规模培养是微藻生物能源技术产业化的瓶颈。传统的开放式跑道池和各类光生物反应器的培养效率低、能耗高、用水量大、设备投资大、成本高和放大困难的问题，不能适应微藻生物能源产业化的需要。本项目提出微藻细胞半干贴壁培养的新方法，将微藻细胞种子接种在支撑材料表面形成类似"人工叶片"的藻细胞层，用极少量的培养基液体保持藻细胞半干润湿并提供营养，促使细胞高效生长并积累油脂。研究微藻细胞的贴壁生长与油脂诱导机制、贴壁培养藻细胞的光全放氧规律、微藻细胞的贴壁生长速率与光照强度关系、半干贴壁微藻细胞生长与油脂诱导的环境影响因素等。项目研究结果将为全面了解微藻贴壁培养的机理与环境（工艺）影响规律，微藻高效贴壁培养反应器结构设计、工艺参数优化奠定基础，从而实现海洋微藻生物能源规模培养瓶颈问题的重要突破。该技术方法的建立还将为现有经济微藻培养技术的产业升级提供重要技术支撑。

结项摘要

本项目提出微藻细胞半干贴壁培养的新方法，研究微藻细胞的贴壁生长与油脂诱导机制、贴壁培养藻细胞的光合放氧规律、微藻细胞的贴壁生长速率与光照强度关系、半干贴壁微藻细胞生长与油脂诱导的环境影响因素等。. 研究发现，贴壁培养下虽然单个细胞的生理状态并不具优势，但其藻细胞受光率可达60—100%，而悬浮培养时只有30%左右的藻细胞能够受光，从而很好的解释了贴壁培养国家整体高光效高产率的原因；基于贴壁藻细胞的补偿光强与饱和光强，提出了光强稀释的微藻贴壁培养反应器设计原理；贴壁培养微藻特别是中频（0.1Hz）闪光比持续光照生物量生产速率提高了8.9%；建立了栅藻贴壁培养实现生物量与油脂同步积累的最佳供氮策略；发现葡萄藻贴壁培养时能够吸附钴且钴对葡萄藻的长链烃有促进作用，奠定了利用含钴废水进行葡萄藻贴壁培养的原理基础；气相补碳比气相CO2先通入培养基中形成富碳培养基有利于微藻生长；进一步发展了可模拟水生和陆生培养环境和不同浓度CO2下的贴壁培养平台，从而首次建立了产油和β-类胡罗卜素橘色藻的半气生贴壁培养模式，为橘色藻贴壁培养的油脂与高值化学品联产工艺建立奠定了基础。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Biofilm cultivation of the oleaginous microalgae Pseudochlorococcum sp.
产油微藻拟绿球藻的生物膜培养。
  • DOI：
    10.1007/s00449-013-1109-x
  • 发表时间：
    2014-07-01
  • 期刊：
    BIOPROCESS AND BIOSYSTEMS ENGINEERING
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Ji, Bei;Zhang, Wei;Liu, Tianzhong
  • 通讯作者：
    Liu, Tianzhong
Aeration strategy for biofilm cultivation of the microalga Scenedesmus dimorphus
微藻栅藻生物膜培养的通气策略
  • DOI：
    10.1007/s10529-015-1882-5
  • 发表时间：
    2015-10-01
  • 期刊：
    BIOTECHNOLOGY LETTERS
  • 影响因子：
    2.7
  • 作者：
    Ji, Chunli;Wang, Junfeng;Liu, Tianzhong
  • 通讯作者：
    Liu, Tianzhong
Comparative analysis of growth and carotenoid accumulation of Trentepohlia arborum in aerial, subaerial, and aquatic cultivation
树冠木空中、地上、水生生长及类胡萝卜素积累的比较分析
  • DOI：
    10.1007/s10811-014-0436-x
  • 发表时间：
    2015-06-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF APPLIED PHYCOLOGY
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Chen, Lin;Zhang, Lanlan;Liu, Tianzhong
  • 通讯作者：
    Liu, Tianzhong
Feasibility of attached cultivation for polysaccharides production by Porphyridium cruentum
紫球藻附着培养生产多糖的可行性
  • DOI：
    10.1007/s00449-016-1676-8
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    Bioprocess and Biosystems Engineering
  • 影响因子：
    3.8
  • 作者：
    Lutzu, Giovanni Antonio;Zhang, Lanlan;Zhang, Zhaohui;Liu, Tianzhong
  • 通讯作者：
    Liu, Tianzhong
Scenedesmus dimorphus biofilm: Photoefficiency and biomass production under intermittent lighting.
二形栅藻生物膜：间歇照明下的光效率和生物量生产
  • DOI：
    10.1038/srep32305
  • 发表时间：
    2016-08-26
  • 期刊：
    Scientific reports
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Toninelli AE;Wang J;Liu M;Wu H;Liu T
  • 通讯作者：
    Liu T

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其他文献

阳离子丙烯酸酯膜的制备及在微藻培养中的应用
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  • 期刊：
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    --
  • 作者：
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    刘天中
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  • 发表时间：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    刘天中

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刘天中的其他基金

三角褐指藻异养改造平台的构建
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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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