耐受性和固定率微藻的选育装置的制造方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于微藻培育技术领域，涉及一种微藻的选育培育装置，特别是一种用于 高co2耐受性和固定率微藻的选育装置，能够培养选育出高co 2耐受性和固定率的微藻。
【背景技术】：
[0002] 自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增 加，大气的温室效应也随之增强，其引发的一系列问题已引起了全世界各国的关注。如何在 现有的燃料和能源结构条件下，采取经济有效的方法控制C0 2的排放，是研究者多年来重点 研究的课题;根据众多科学家的研究经验和申请人近几年的研究成果分析，微生物法是一 种行之有效的减排法，但是这其中所需的氢化细菌培养需要通入氢气，实际工程应用中技 术复杂性较高，且微藻耐高温性差，通常当C0 2浓度大于5%时生长就会受到抑制，固碳效率 也较低。因此选育出一种或几种合适的微生物不仅能实现对高浓度C0 2高效减排以突破生 物法的技术瓶颈，而且所获得的生物质还可通过质能转化开发出新能源，以减少对化石燃 料的需求同时也减少了因化石燃料燃烧而引起的C0 2的排放。
[0003] 查阅国内外典型研究成果发现，大部分微生物研究或是因为最适ω2浓度和最高 耐受浓度较低、或是因为低固定率等原因都未取得满意的结果;例如虽然刘玉环等人研究 的Scenedesmus dimorphus最适C〇2浓度和最高耐受浓度较高，但其在最佳浓度时的固定率 仅达0 . 99gAL · d);黄和等人研究的"一株小球藻及其应用"（专利号为 ZL201019026021 .X)，其分离的小球藻M209256最高C〇2耐受浓度仅为24.5% (v/v)，最佳C〇2 固定浓度为5% (v/v)，15天最佳生物量为2.23g/L，按通常的小球藻的含碳量50%计算，最 佳⑶2固定率为4.088g/L(折合0.273g/(L · d))，在⑶2浓度为24.5% (v/v)时C02固定率为 2.05g/L(折合0.137g/(L · d));刘君寒等人研究的"一株小球藻及其培养方法和应用"（专 利号为ZL201110145547.7 )，该方法重点是获得具有多功能的小球藻，其中所涉及的小球藻 皿4653最高〇)2耐受浓度为30%(￥八），优选在5%(￥八）〇)2时油脂含量为33.5%和产量 1.51g/L，在20 %时仅为24.7 %和0.79g/L，显然该小球藻不适宜在高⑶2浓度环境下生存， 且该方法中也未对小球藻的适宜C02浓度和最佳C0 2固定情况进行阐述;李福利等人研究的 "一株栅藻及其培养方法和应用"（专利号ZL201110144545.6)，该方法中仅仅阐述了栅藻 M4653可用于空气（30%(v/v)C02环境），研究重点在于含氨氮等废水的净化及其油脂含量， 但对C〇2固定及去除情况未有提及，并且最佳生物质生长量出现在5 % (v/v)C〇2和最佳蛋白 量出现在3%&八)〇)2时，可以理解为最高〇)2耐受浓度为30%&八），最佳固定浓度仅为5% (v/v);因此需要研究设计一种新的具有较高C0 2耐受浓度和固定浓度的微藻，本发明的申 请人于2012年2月13日申请的专利号为ZL201210030297.8中公开了一株具有高C〇2耐受性 和固定率的微藻，并在说明书中给出了该株微藻的选育过程;但是该专利技术虽然公开了 具有高C0 2耐受性和固定率的微藻的选育试验过程，但是其在实际应用过程中缺乏专业装 置或设备用于选育生产，也不利于规范的可量化生产；因此本发明设计出一种能够选育出 具有高C0 2耐受性和固定率微藻的选育装置，以便于今后量化生产培育出具有高C02耐受性 和固定率的微藻，实现对烟道气等高浓度复杂环境下c〇2的有效固定，对解决温室效应问题 具有良好的应用价值和实际效益。
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种专门用于高c〇2耐受性和 固定率的微藻选育装置，实现高c〇 2耐受性和固定率的微藻的选育培养。
[0005] 为了实现上述目的，本发明涉及的用于高C02耐受性和固定率微藻的选育装置主 体结构包括c〇2钢瓶、空气栗、c〇 2分析仪、水浴加热器、纤维膜组件、反应器、光源、三通阀、气 体流量计、配气室、I号管道、Π 号管道和m号管道，c〇2钢瓶的瓶口处设置有I号管道用于 输送⑶2气体，空气栗上连接有Π 号管道用于输送空气，Π 号管道通过三通阀与I号管道连 通，I号管道上连通设置有配气室用于配制来自c〇2钢瓶和空气栗的气体以形成富含c〇 2的气 体;配气室下端连通的I号管道通过三通阀分别与c〇2分析仪和m号管道连通，c〇 2分析仪用 于测定c〇2的体积浓度，m号管道与反应器密封对接连通用于传送配气室配制后的气体；I 号管道和π号管道上均设置有气体流量计用于控制气流速度，m号管道内部设置有无菌滤 膜和纤维膜组件用于过滤通入的气体，反应器固定放置于水浴加热器中进行恒温水浴加 热，反应器的上方固定设置有配有光照度计的光源以提供稳定的光照强度，从而实现微藻 的选育培养。
[0006] 优选的，涉及的反应器为内装有培养基的有机玻璃瓶，其侧面均匀涂制有白色涂 料以防止侧面光影响，控制反应器的上层和两侧光照面积总和为反应器自身表面积的6-10%;涉及的纤维膜组件为内装有纤维膜的中空框架结构式组件，并带有入口和出口，且整 体设计成有助于产生内部紊流的形式，所使用的纤维膜为四聚丙烯制成的多孔中空纤维， 纤维的内外直径分别为〇. 330mm和0.630mm，孔径为0.2μL?，表面孔隙率为69%。
[0007] 本发明与现有技术相比，详细公开了具有高C02耐受性和固定率的微藻的培养过 程中使用的装置及其连接关系，并对培养方法中涉及的驯化培养、定点诱变和基因重组等 主要操作步骤和装置进行了设计公开，实现了菌株在最大条件下的C0 2耐受性的提高;整体 装置设计科学，构思巧妙，原理可靠，操作简单，条件易控，应用广泛。
【附图说明】：
[0008] 图1为本发明涉及的用于高c〇2耐受性和固定率的微藻选育装置的结构原理示意 图。
[0009] 图2为本发明涉及的微藻选育装置中纤维膜组件的内部结构原理示意图。
[0010]图3为本发明涉及的用于高C02耐受性和固定率的微藻选育方法的流程框图。
【具体实施方式】：
[0011]下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述，但本发明并不仅限于以下实 施方式。
[0012] 实施例1:
[0013]本实施例涉及的用于高C02耐受性和固定率的微藻选育装置主体结构包括C02钢瓶 1、空气栗2、C〇2分析仪3、水浴加热器4、纤维膜组件5、反应器6、光源7、三通阀8、气体流量计 9、配气室10、1号管道11、11号管道12和111号管道13,0)2钢瓶1的瓶口处设置有1号管道11用 于输送⑶2气体，空气栗2上连接有Π 号管道12用于输送空气，Π 号管道12通过三通阀8与I 号管道11连通，I号管道11上连通设置有配气室10用于配制来自⑶2钢瓶1和空气栗的气体 以形成富含C〇2的气体;配气室10下端连通的I号管道11通过三通阀8分别与C〇2分析仪3和m 号管道13连通，C02分析仪3用于测定C02的体积浓度，m号管道13与反应器6密封对接连通用 于传送配气室10配制后的气体；I号管道11和Π 号管道12上均设置有气体流量计9用于控制 气流速度，m号管道13内部设置有无菌滤膜和纤维膜组件5用于过滤通入的气体，反应器6 固定放置于水浴加热器4中进行恒温水浴加热，反应器6的上方固定设置有配有光照度计的 光源7以提供稳定的光照强度，从而实现微藻的选育培养。
[0014]本实施例中涉及的反应器6为内装有培养基的有机玻璃瓶优选三角瓶，其侧面均 匀涂制有白色涂料以防止侧面光影响，控制反应器6的上层和两侧光照面积总和为反应器6 自身表面积的6-10%;涉及的纤维膜组件5为内装有纤维膜的中空框架结构的组件(具体如 图3所示），并带有入口和出口，且整体设计成有助于产生内部紊流的形式，所使用的纤维膜 为四聚丙烯制成的多孔中空纤维，纤维的内外直径分别为〇 · 330mm和0 · 630mm，孔径为0 · 2μ m，表面孔隙率为69 %。
[0015] 实施例2:
[0016] 本实施例中涉及的微藻选育装置用于实现高C02耐受性和固定率的选育方法在具 体包括以下步骤：
[0017] (1)样品的采集与预培养：
[0018] 试验样品为:福建稻田土壤样品（含水率^ 90 % )，青岛温泉镇某池塘水样，青岛温 泉镇某自然河流水样，青岛温泉镇排污塘水样，青岛发电厂附近的水潭水样和青岛海泊河 电厂段水样；
[0019] 培养前将上述各水样在光学生物显微镜(LEICA，上海)下进行观察，分别记录所含 微藻的种类;在300ml容量的反应器6中按1:3的比例加入所取样品及已灭菌的BBM培养基， 将约lg湿重的微藻混合试样接种到该培养基里，在光照培养箱(SPX-250B，上海跃进医疗器 械厂）中进行培养，控制培养条件为：25°C ± 2°C，光照强度25000LUX，光暗比12:12，培养液 初始pH值为6;预培养3周待明显变绿后，按上述步骤继续进行扩大培养，将50ml水样加入到 150毫升已灭菌的BBM培养基中，培养方法同上；
[0020] (2)模拟烟气驯化培养
[0021] 将预培养后的微藻试样装入新的反应器6内进行驯化培养，将配气室10中配制的 成分和含量分别为⑶215( %，v/v)、N283( %，v/v)和022( %，v/v)的模拟烟气，通过三通阀8 和ΙΠ 号管道13通入反应器6中，通过气体流量计9控制气流速度大于60mL/min，光源7选用白 炽灯控制光照强度为llOOOLux，光照周期为10:14(h)，驯化培养4天;取驯化后的藻液lmL接 种到新的反应器6的培养基中，依照上述方法反复驯化培养三次得高密度藻液，然后采用平 板分离法进行微藻分离试验；
[0022] (3)平板分离
[0023] 将上述高密度藻液接种在平板上，控制温度21°C_25°C，光照强度25000LUX，光照 周期12:12，培养6-8天并观察藻落生长情况；
[0024] (4)较纯种群的采集
[0025]待步骤(3)中单藻落形成时，挑取部分藻落在显微镜下观察，选取较多同一种属的 进行分离和采集；
[0026] (5)获得纯种群
[0027]将步骤(3)和(4)反复多次进行多代培养，直至单菌落特征一致，且显微镜下观察 为唯一种属时确定为纯菌落藻种而进行保存；
[0028] (6)纯种保存
[0029] 将纯菌落藻种接种于斜面培养基中，放置于恒温培养箱中控温4°C保存，1-2个月 转接一次，直至长出清晰藻落；
[0030] (7)培养特性测定
[0031]取50ml