利用光生物反应器培养大型海藻无性克隆系的关键问题研究

It is an important biotechnology to cultivate the clones of macroalgae with photo-bioreactor, which can be widely used in production of seed stock and aquaculture, bioactive products, and environmental remediation. The most suitable type of photo-bioreactor for macroalgae culture is airlift. There are several key problems to study to realize the high-density cultivation of macroalgae in photo-bioreactor as followed: 1. To develop algal microsphere systems suitable for bioreactor cultivation; 2. To explore the light delivery in algal microsphere suspension cultures; 3. To study the inorganic carbon utilization mechanisms of algal microsphere. These problems are generality for algal culture by photo-bioreactor. The results could provide the basis of photo-bioreactor vessel design, the mode of algal cultures, high efficient utility of light and high-density culture of macroalgae.

应用藻类生物反应器培养大型海藻无性系进行海藻良种化育苗养殖、药物等高值化产品生产和水产养殖水处理等是海藻生物技术的重要研究课题。根据前期工作结果，利用气升式反应器对大型海藻的培养是最适宜的。为实现海藻的生物反应器的高密度培养，需进一步研究和解决以下关键问题： 1、用海藻克隆技术构建适于气升式培养和有效利用光能的各种类型的微球体。 2、研究微球体的光适应类型和光能利用与球体结构的关系，提高光能利用效率。 3、研究各种微球体的光合作用无机碳利用机理，实现碳源的有效补给。 本项研究所要解决的这些问题也是用光生物反应器培养各种海藻面临的共性问题。研究结果可为改进光生物反应器和培养技术，提高光能利用效率，实现高密度培养提供依据。

大型海藻生物反应器在海藻育苗、养殖水处理和环境保护以及活性物质生产等方面有广泛的应用前景。如同微藻产业的发展，大型海藻的生物反应器高效培养将成为现代海藻产业的基础，也是海藻生物技术的研究趋势之一。但目前相关研究国内外均处于实验室阶段。.本项目以气升式光生物反应器为基础，抓住实现大型海藻的高密度培养必需解决藻体形态、光能和无机碳源利用3个关键问题，展开研究。.1、以蜈蚣藻、多管藻、孔石莼、江蓠等几种海藻的丝状体无性系为起始材料，分别构建了绒球状、网状和簇生这3类不同形式的微球体，使之适于反应器培养；并通过研究其形态建成的原理和方法，提出构建各类海藻的微球体的普适性原理和技术。.2、将反应器表面至藻体表面和藻体内部的光能传输情况相结合，全面考察培养过程中的光能利用问题。以簇生状微球体为主要研究对象，进行了微球体光能利用情况的研究，着重分析研究了长期以来一直被忽视的微球体内部的光衰减情况，建立了光衰减模型；将反应器表面至藻体表面和藻体内部的光能利用情况相结合，全面了解反应器培养中的光能传输问题。.3、确定海藻无性系的无机碳利用形式，为反应器培养中大型海藻的无机碳源有效提供和高效利用提供主要的理论依据。.研究结果不但为反应器的设计优化提供了理论依据和主要参数，还实现了大型海藻无性系的反应器高密度培养，形成切实可行的大型海藻高密度培养技术方案。.同时，这些海藻在细胞工程育苗、生态工程和天然产物生产等方面有着重要的应用价值，分别对其育苗、无机氮磷吸收、天然活性物质含量等方面进行了初步研究，为大型海藻的生物反应器培养应用于海藻良种化育苗养殖、药物等高值化产品生产和水产养殖水处理等开辟了新途径。