專利名稱：一株柵藻及其培養(yǎng)方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用生物的方法，處理人類活動(dòng)產(chǎn)生的生產(chǎn)、生活廢水，或含高濃度二氧化碳的廢氣，并且將由此生產(chǎn)的生物質(zhì)用于進(jìn)一步的資源開發(fā)，包括能源、食品、保健品、 肥料、飼料等產(chǎn)品。本發(fā)明屬于環(huán)境處理和生物或能源產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前人類社會(huì)面臨兩大難題氣候變暖和環(huán)境惡化。氣候變暖的一大誘因是工業(yè)革命以來由于化石能源的消耗造成的大氣中CO2含量的上升。工業(yè)生產(chǎn)部門的CO2集中排放是大氣中新增CO2的主要來源，熱電廠、工業(yè)與建筑業(yè)、交通行業(yè)排放成為主要的CO2來源。工廠高COD污水的排放，農(nóng)業(yè)肥料的使用和畜牧業(yè)糞便處理的不當(dāng)，使我國工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)水體的污染和富營養(yǎng)化日益嚴(yán)重。微藻也稱單細(xì)胞藻類，種類約占全球已知藻類的70%。微藻具有資源豐富、光合效率高、生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，20世紀(jì)50年代，Oswald和Gotaas最早提出利用微藻處理污水的想法。自20世紀(jì)80年代以來，生物技術(shù)的飛速發(fā)展，使藻類大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)逐步完善。國內(nèi)外對(duì)進(jìn)一步發(fā)揮藻類凈化污水的潛力進(jìn)行了大量研究，使藻類凈化污水的機(jī)理研究取得了很大進(jìn)展。微藻光合作用過程中，它們以光能為能源，利用簡(jiǎn)單的無機(jī)物合成有機(jī)物，同時(shí)消耗、同化污水中大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，使水源得到凈化。微藻對(duì)氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的主要去除途徑一般包括吸收和吸附。微藻利用水中溶解的CO2、HCO3-和CO32-作為碳源進(jìn)行光合作用的同時(shí)，使廢水的PH升高，從而導(dǎo)致氨態(tài)氮的揮發(fā)和正磷酸鹽的沉淀，這也是氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)去除的一條途徑。微藻消化吸收無機(jī)氮磷轉(zhuǎn)化成生物量的能力可以有效的進(jìn)行氮磷化合物解毒。同時(shí)，由于微藻能有效地進(jìn)行光合作用，將光能、吐0、0)2和無機(jī)鹽(如NH4+) 轉(zhuǎn)化為體內(nèi)有機(jī)化合物，產(chǎn)生大量氧氣，提高溶氧水平，使水體PH值升高；在細(xì)菌的作用下使H2S變成無毒的硫酸鹽，從而達(dá)到凈化污水和保持良好水壞境的目的。微藻生物質(zhì)有許多潛在的應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)樵孱惛缓椭?、蛋白質(zhì)、色素、維生素和礦物質(zhì)。其主要的潛能有用于食料和醫(yī)藥業(yè)(人和動(dòng)物的營養(yǎng)補(bǔ)充物維生素、蛋白質(zhì)、脂肪酸、多糖等)；提取化工產(chǎn)品如化妝品、精細(xì)化工產(chǎn)品等；作為能源產(chǎn)生沼氣、燃料；用于餌料和飼料業(yè)(魚蝦、甲殼動(dòng)物等水產(chǎn)動(dòng)物的餌料，家禽飼料)；農(nóng)業(yè)上作為土壤調(diào)節(jié)劑、肥料等。近年來隨著能源問題的日益突出，尋找合適的可再生能源成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 微藻能源具備多個(gè)優(yōu)勢(shì)，成為備受關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。首先，微藻的生長(zhǎng)迅速，且不占用耕地， 可以在灘涂、鹽堿地等邊際土地上養(yǎng)殖；其次，微藻生長(zhǎng)可吸收CO2作為碳源，可緩解全球溫室效應(yīng)；再次，若以污水中的有機(jī)物和離子作為微藻生長(zhǎng)的營養(yǎng)，收獲微藻的同時(shí)可以凈化污水。

發(fā)明內(nèi)容
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技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一株柵藻藻株，并利用工農(nóng)業(yè)廢棄物或人工培養(yǎng)基培養(yǎng)該柵藻獲得生物質(zhì)，從中可開發(fā)多種產(chǎn)品，或應(yīng)用于廢水凈化。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問題的解決，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一株柵藻(Scenedesmus sp.)，命名為MRA-2，已保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，其特征在于其基因組包含核酸序列18S rDNA(SEQ ID NO :1，圖3)和ITS (SEQ ID NO :2，圖4)或者它們的互補(bǔ)序列；根據(jù)序列比對(duì)， 本發(fā)明的MRA-2藻株與已公布的藻株的18S rDNA數(shù)據(jù)存在差異。本發(fā)明的柵藻藻株kenedesmus sp. MRA-2已經(jīng)于2011年3月4日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，地址為北京市朝陽區(qū)北辰西路1號(hào)院3號(hào)，保藏編號(hào)為 CGMCC No. 4653。在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種培養(yǎng)物，包含所述的MRA-2藻株及其培養(yǎng)基；所述的培養(yǎng)基，其特征在于采用各類無機(jī)鹽，或者采用工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)生的含有機(jī)質(zhì)的廢水， 或者利用工業(yè)加工的各種糖類配置。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種培養(yǎng)第一方面的藻株的培養(yǎng)方法，所述培養(yǎng)方法采用各類無機(jī)鹽，或者采用工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)生的含有機(jī)質(zhì)的廢水，或者利用工業(yè)加工的各種糖類配置。在一個(gè)實(shí)施方案中，柵藻的培養(yǎng)方式，其特征在于培養(yǎng)溫度為15-37°C，可接受50-2000 μ mol photonsnT2s4以上的燈光或太陽光光照(優(yōu)選200-600 μ mol photons mH，向培養(yǎng)物中通入含0. 03-30% (v/v)CO2的氣體或空氣；其中所述的CO2的來源包含工廠產(chǎn)生的廢氣或者空氣，在通入氣體中CO2的含量不超過30% (ν/ν)；本發(fā)明還提供MRA-2藻株用于廢水的凈化的應(yīng)用；在一個(gè)實(shí)施方案中，所述廢水為含硝酸鹽的廢水。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述廢水為含氨氮的廢水。在一個(gè)實(shí)施方案中， 所述廢水中硝酸鹽的濃度為1. 76mM、4. 41mM、17. 6mM。在一個(gè)實(shí)施方案中，高氨氮廢水中氮濃度為39. 4mg/L本發(fā)明還提供MRA-2藻株用于生產(chǎn)油脂、脂肪酸、蛋白質(zhì)、淀粉、色素、多糖和/或核酸的應(yīng)用；MRA-2的生產(chǎn)應(yīng)用，其領(lǐng)域包含能源、食品、飼料、保健品和醫(yī)藥。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述藻株可以在硝酸鹽存在的情況下，進(jìn)行油脂、脂肪酸、蛋白質(zhì)、淀粉、色素、多糖和/或核酸的生產(chǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述硝酸鹽濃度調(diào)整為0.375g/L。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述色素為葉綠素a，葉綠素b，葉綠素總量和類胡蘿卜素。有益效果工業(yè)社會(huì)以來，人類的生產(chǎn)生活活動(dòng)，對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生了多方面的不良影響。首先是化石燃料的使用造成了 (X)2排放增多，引起了全球的氣候變暖問題，成為了當(dāng)前人類社會(huì)面臨的重要挑戰(zhàn)。其次，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類的生活，帶來了廢水的大量排放，廢水中往往含有高濃度的氮磷等營養(yǎng)物，這些營養(yǎng)物進(jìn)入江河湖海，引起了水體的富營養(yǎng)化問題，已經(jīng)深刻影響到了人們的生活和養(yǎng)殖業(yè)。MRA-2藻株可以利用廢水中的氮磷營養(yǎng)生長(zhǎng)，同時(shí)作為自養(yǎng)生物，可固定轉(zhuǎn)化CO2 為生物質(zhì)。若以廢水和廢氣培養(yǎng)MRA-2，一方面可以減輕高濃度的氮磷等營養(yǎng)物流入自然水體，一方面有減少CO2排放的效果。生產(chǎn)的生物質(zhì)，有開發(fā)成多種工業(yè)產(chǎn)品的潛力。以生產(chǎn)生物柴油的原料一油脂為例，在低氮條件下培養(yǎng)，總脂的含量可達(dá)到干重的37. 6% ；平均油脂產(chǎn)率為1.9g/L，高于絕大多數(shù)的文獻(xiàn)報(bào)道；作為生物柴油的原料部分，中性脂在總油脂中的含量高達(dá)90%，其脂肪酸組成以油酸和棕櫚酸為主，適合生物柴油的生產(chǎn)。若通過廢水提供營養(yǎng)物質(zhì)，利用微藻MRA-2的光合作用特性，固定工廠廢氣中碳，合成油脂或其他生物質(zhì)，進(jìn)一步加工為生物柴油等高附加值產(chǎn)品，是一條可持續(xù)的綠色生產(chǎn)路線。


圖1為MRA-2在不同硝酸鹽濃度下的生長(zhǎng)和氮源消耗圖2為MRA-2對(duì)含氨氮廢水的處理效果。A.除菌污水且不添加接種物；B.除菌污水添加MRA-2 ；C.未除菌污水不添加接種物；D.未除菌污水添加MRA-2圖3a MRA-2中性脂經(jīng)甲酯化后的脂肪酸甲酯質(zhì)譜北為MRA-2中性脂的脂肪酸組分圖4. MRA-2藻株的色素含量變化圖 5 為 MRA-2 18S rDNA 核酸序列(SEQ ID NO 1)圖 6 為 MRA-2 ITS 核酸序列(SEQ ID NO 2)
具體實(shí)施例方式MAR-2分離自山東省濰坊市昌樂縣某村莊飲用水水池，具體過程為用無菌瓶取適量水樣，在實(shí)驗(yàn)室無菌條件下，涂布BG-Il培養(yǎng)基平板，置光照培養(yǎng)箱，250C條件下培養(yǎng)至出現(xiàn)藻落，挑取多個(gè)藻落再進(jìn)行多次劃線分離的步驟，直至得到完全純化的藻落。其中的一株命名為MRA-2，經(jīng)18SrDNA和ITS序列的測(cè)序分析，鑒定為kenedesmus sp.。實(shí)施例1. MRA-2藻株的培養(yǎng)和油脂生產(chǎn)方法采用改良的BG-Il培養(yǎng)基，其硝酸鹽濃度調(diào)整為0. 375g/L，采用柱式培養(yǎng)器(直徑為42mm)(直徑為42mm，長(zhǎng)度為600mm，壁厚2mm，材質(zhì)為普通玻璃，下同)，從底部通入含 5% CO2的空氣，光照強(qiáng)度為200μπιΟ1 photons IrT2iT1,在25°C恒溫室采用上述培養(yǎng)基培養(yǎng) MRA-2藻株，接種濃度為0D750為0. 2。培養(yǎng)基的配方如表1 :表1改良的BG-Il培養(yǎng)基的配置
權(quán)利要求
1.一株柵藻藻株kenedesmus sp. MRA-2，保藏編號(hào)為CGMCC No. 4653，其特征在于其基因組包含核酸序列18S rDNA(SEQ ID NO 1)和ITS(SEQ ID NO 2)或者它們的互補(bǔ)序列。
2.一種培養(yǎng)物，包含權(quán)利要求1所述的MRA-2藻株及其培養(yǎng)基，其特征在于所述培養(yǎng)基采用各類無機(jī)鹽，或者采用工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)生的含有機(jī)質(zhì)的廢水，或者利用工業(yè)加工的各種糖類配置。
3.一種培養(yǎng)權(quán)利要求1的MRA-2藻株的培養(yǎng)方法，其特征在于采用各類無機(jī)鹽，或者采用工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)生的含有機(jī)質(zhì)的廢水，或者利用工業(yè)加工的各種糖類配置進(jìn)行培養(yǎng)。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于培養(yǎng)溫度為15-37°C，可接受50-2000μ mol photons HT2s-1的燈光或太陽光光照，向培養(yǎng)物中通入含0. 03-30% (v/v)CO2的氣體或空氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的培養(yǎng)方法，其中所述(X)2的來源包含工廠產(chǎn)生的廢氣或者空氣，在通入氣體中(X)2的含量不超過30% (ν/ν)。
6.權(quán)利要求1所述的MRA-2藻株進(jìn)行含硝氮或含氨氮廢水的凈化的應(yīng)用。
7.權(quán)利要求1所述的MRA-2藻株進(jìn)行含(X)2廢氣凈化的應(yīng)用。
8.權(quán)利要求1的藻株用于生產(chǎn)油脂、脂肪酸、蛋白質(zhì)、淀粉、色素、多糖和/或核酸的應(yīng)用。
9.權(quán)利要求8的應(yīng)用，其中所述脂肪酸的組分為油酸(C18:l)占到了48%，棕櫚酸 (C16:0)占到了 21%。
10.權(quán)利要求8的應(yīng)用，其中所述色素包括葉綠素a，葉綠素b，葉綠素總量和類胡蘿卜
全文摘要
本發(fā)明公開了一株柵藻藻株，命名為MRA-2，其保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，保藏編號(hào)為CGMCC No.4653。MRA-2藻株的生長(zhǎng)可利用人工培養(yǎng)基或經(jīng)適當(dāng)處理的廢水生長(zhǎng)，其特點(diǎn)是油脂產(chǎn)率高于目前的大多數(shù)藻株，本發(fā)明也公開了MRA-2的培養(yǎng)方法及其應(yīng)用領(lǐng)域，其應(yīng)用領(lǐng)域包括CO2的固定，廢水的凈化，油脂、蛋白質(zhì)、色素、淀粉、多糖、核酸等生物質(zhì)的生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C12P21/00GK102250773SQ20111014454
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者何茹, 劉君寒, 張婉璐, 李福利 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所