基于生物膜贴壁培养技术处理含Co2+工业废水的葡萄藻产烃与去除Co2+耦合机理研究

Botryococcus braunii was more interesting and considered one of the most development potential of biofuels. It was because it could accumulate hydrocarbon, which was more similar to fossil source. If we produce biofuel and coupling purify wastewater with Botryococcus braunii, not only the environment will be purified, but also the culture cost could be lowed..This project is based on the study of Botryococcus braunii 807-1 with biofilm attached culture in industrial wastewater contained cobalt to produce biofuel and coupling purify wastewater. Furthermore, the hydrocarbon characteristics, cobalt removed mechanism, and also the effect of cobalt on aldehyde decarbonylase and hydrocarbon accumulation of Botryococcus braunii was investigated. It is hoped to realize the mechanism of heavy metal elements removal in industrial wastewater and synthetic route of hydrocarbon. This project may be conductive to create a new thinking for yielding hydrocarbon biofuel and coupling purify wastewater.

葡萄藻因其产生的脂肪烃类比脂肪酸甲酯更接近于传统化石燃料，被认为是最具发展潜力的生物能源微藻之一。在生产生物燃料的同时耦合废水处理，不但可以净化环境，而且可以降低培养成本。.本项目提出利用生物膜贴壁技术，以布朗葡萄藻A品系Botryococcus braunii 807-1为研究对象，处理含Co2+工业废水。对培养过程中葡萄藻产烃特性，Co2+去除机理，以及Co2+对葡萄藻产烃过程相关酶脂肪醛脱羰基酶的影响进行研究，探索Co2+对脂肪烃合成的影响情况。本项目研究将阐明葡萄藻去除废水中金属离子的机制及脂肪烃的合成机理，为绿色高能燃料烃类的生物生产与工业废水处理耦合提供重要基础。

布朗葡萄藻（Botryococcus braunii）以高产烃类而著称，是一种理想的生产生物燃料的生物质资源。当前，利用葡萄藻生产烃类燃料在经济上是不划算的。但在生产生物燃料的同时耦合废水处理，不但可以净化环境，而且可以降低培养成本。本研究主要利用生物膜贴壁技术，以布朗葡萄藻A品系Botryococcus braunii SAG 807-1为研究对象，探究高Co2+条件下葡萄藻的产烃特性，阐释葡萄藻去除Co2+的机理，揭示葡萄藻耐受高Co2+的产烃机制，阐明葡萄藻脂肪烃的主要合成路径。.主要结论如下：①与液体培养相比，布朗葡萄藻B. braunii SAG 807-1贴壁培养下藻细胞的生长及烃类积累略高，更为重要的是，藻类贴壁培养相比传统液体悬浮培养，在水消耗、采收成本、培养过程污染控制等方面显示了优势。②微量元素Mn2+、Zn2+、Co2+对葡萄藻B.braunii SAG 807-1贴壁培养生长的影响表明，Co2+影响最大；在不同Co2+浓度对葡萄藻贴壁培养影响中，4.5 mg. L-1浓度Co2+对葡萄藻生长影响不大，却可以提高产烃量，但其合成糖类与蛋白的量相对较少；葡萄藻可利用含钴废水进行贴壁培养，废水中少量Co2+的存在不影响藻细胞的生长，反而有利于促进长链烃类的合成。③布朗葡萄藻B.braunii SAG 807-1在钴富余下能适应高CO2，4.5 mg. L-1高浓度钴有利于该藻株适应5.0%的高CO2。当葡萄藻在钴富余及高浓度CO2条件下，LCE和CO2固定率都相对较高，生物膜贴壁培养葡萄藻吸附钴可能主要通过细胞膜转运体中巯基进行转运。④通过对A品系葡萄藻B.braunii SAG 807-1转录组的从头组装和功能注释，检索到196276个平均长度为1086 bp的非冗余单基因；在已组装的单基因中，89654（45.7%）、42209（21.5%）和32318（16.5%）被发现与至少一个KOG、GO或KEGG直系函数相关；在前期高钴处理（第2天），上调的基因主要是那些与脂肪酸生物合成、代谢和氧化磷酸化的基因，而下调基因主要涉及糖类代谢和光合作用；藻细胞萜类烃的基因也得到了很好的鉴定和注释，其中21个基因（占29.2%）在钴处理过程中得到了不同程度的表达。本项目研究为阐明葡萄藻去除废水中金属离子的机制及脂肪烃的主要合成路径提供重要基础。