高CO2浓度对莱茵衣藻在猪粪废水中的生长及光合生理响应的研究

摘要

微藻能够以CO2为碳源进行光合作用，同时能转化废水中的有机化合物为生物质。这种将污水资源化再利用和 CO2固定耦合起来生产微藻生物质的方式，有望成为可持续发展的经济生产模式。本论文以一株莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii CC-125）作为研究对象，建立了初级猪粪废水处理耦合碳捕集的微藻培养系统，探讨了在猪粪废水中生长的C.reinhardtii对高浓度CO2的光合生理响应。
　　本研究主要内容包括：⑴为了考察C.reinhardtii对 CO2的耐受性，在 TAP培养基中自养培养C.reinhardtii，分别通入体积比（v/v）为5％、10%、15%、20%的CO2空气混合气体以通入空气作为对照组，发现C.reinhardtii能够耐受15%CO2空气混合气体，并能在通入5%-15%CO2空气混合气体的培养基中快速生长，同时向培养液内通入CO2混合气体是生长过程中调节培养基pH的一个有效方式。⑵通入5%、10%、15%的CO2空气混合气体耦合处理初始 COD含量为1000mg/L的初级猪粪废水培养C. reinhardtii。结果表明，C.reinhardtii在通入5%~15%的CO2空气混合气体的猪粪废水中生长良好，与TAP培养基中的培养情况相比，高浓度CO2的通入更加显著地促进了C.reinhardtii在猪粪废水中的生长。通入5%、10%、15%的CO2空气混合气体的实验组的生物量分别是对照组的1.76倍，1.66倍和1.53倍。高浓度CO2气体的通入显著提高了猪粪废水中有机物的去除，其中总磷和氨氮的去除效果尤为明显，去除率分别高达96.3%和94.8%，同时，也有效地提高了总氮的利用效率。⑶采用液相氧电极测定C.reinhardtii在对数期的光合速率和呼吸速率，并测定了叶绿素的含量。比较在TAP培养基中和初级猪粪废水中培养的C.reinhardtii的光合响应，发现通入高浓度CO2后，在猪粪废水中培养的C.reinhardtii的叶绿素含量、光合速率和呼吸速率都显著高于空气对照组，但在 TAP培养基中光合速率和呼吸速率的升高并不明显。以脉冲调制式荧光仪测定C.reinhardtii在对数期的最大光合量子产量(Fv/Fm)，在初级猪粪废水中，高浓度CO2的通入使得C.reinhardtii的Fv/Fm值在生长期间一直稳定在0.67-0.8之间，维持了 C.reinhardtii光合作用的效率，保证了C.reinhardtii的正常生长。⑷为了进一步了解 C.reinhardtii在猪粪废水中如何响应环境 CO2升高，利用荧光定量PCR检测了通入高浓度CO2对C.reinhardtii的CO2浓缩机制(CCM)相关基因CAH1、HLA3、LCIA和RBCL表达的影响。发现与空气对照组相比，猪粪废水中培养的C.reinhardtii在高浓度CO2通入的条件下，CAH1、HLA3和LCIA的表达量明显下调，但编码二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RubisCO)的RBCL的表达量保持稳定。说明生长在猪粪废水中的C.reinhardtii可以通过改变CCM适应高浓度CO2的条件，并可能在RubisCO的作用下直接固定CO2。但在TAP培养基中通入高浓度CO2后，C.reinhardtii的CAH1、HLA3、LCIA的表达量下调不及猪粪废水中的明显，说明培养基的组分也会影响到C.reinhardtii对高浓度CO2的CCM响应。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 CO2的排放现状与控制技术

1.2 微藻在CO2减排中的应用及优势

1.3 微藻在废水处理中的应用

1.4 利用废水与高浓度CO2耦合培养微藻研究现状

1.5 莱茵衣藻的简介

1.6本文构想

第2章 C.reinhardtii对高CO2浓度耐受的研究

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 实验结果

2.4 讨论

第3章高CO2浓度对初级猪粪废水中C.reinhardtii的生长及水质净化的研究

3.1实验材料

3.2实验方法

3.3 实验结果

3.4 讨论

第4章高CO2浓度对C.reinhardtii光合作用的影响

4.1 实验材料

4.2 培养基及主要试剂

4.3实验方法

4.4实验结果

4.5 讨论

第5章高CO2浓度对C.reinhardtii CCM相关基因表达的影响

5.1 实验材料

5.2实验方法

5.3实验结果

5.4 讨论

总结

参考文献

致谢

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