发状念珠藻细胞开放式培养

6．7．2　发状念珠藻细胞开放式培养

开放式培养池是目前普遍采用的微藻规模化培养方式。在一个60cm ×40cm ×30cm的顶部敞口的长方形玻璃反应器中接种所筛选的耐碱性发状念珠藻细胞株，在反应器的上部10cm处加有间距为8cm平行排列的六盏40W白色荧光灯管提供照明，用气泵向反应器的底部平行排列的两列长50cm的通气管进行通气，作为发状念珠藻细胞开放式培养池的模拟培养。

6．7．2．1　开放式培养池中发状念珠藻细胞培养过程特性

培养过程中控制培养液pH值为9．5～10。可观察到培养初期（1～12天）发状念珠藻细胞基本呈线性生长，当细胞浓度较高时其生长速率明显降低，培养12天以后，细胞生长趋缓，至18天时基本停止生长。培养最终细胞产量为0．43g· L^－1，该值远低于摇瓶培养和封闭式光反应器所获得的生物量。在培养0～12天时，硝酸钠的消耗基本呈直线下降，之后趋于平缓，培养结束时，培养基中硝酸钠的含量仍高达1．3g· L^－1（图6－33），可见其生物量不再增长并不完全是培养基中营养物质消耗所造成的。在培养过程中，随着细胞浓度的增加，培养液消光增加，使得细胞无法获得充足的光照，因此细胞生长减缓，并最终停止。

培养过程中培养液pH值呈下降趋势，通过在培养过程中控制pH值，使其稳定在9．0～10．0，可成功实现开放条件下发状念珠藻细胞的单种培养。在其平行实验中，不控制培养液pH值，培养到第6天当pH值降到8．0以下时，极易污染绿藻及一些原生动物，绿藻生长速度较快，随着培养时间的推移，第10天即可成为优势藻。所以，在培养过程中，维持高pH值是保证发状念珠藻细胞单种培养的前提。

图6－33　开放式培养池中发状念珠藻细胞生长及硝酸钠消耗曲线

6．7．2．2　光照周期对于开放式培养池培养的影响

在开放式培养过程中分别进行周期光照（12小时∶12小时）和全光照培养，结果表明，全光照培养细胞生长明显优于周期光照（图6－34），在全光照培养的第12天即达到生物量的最大值，而周期光照培养到第16天生物量才基本稳定。周期光照培养由于存在夜间生物量损失，因此细胞生长速率低于全光照培养。

培养结束时，周期光照细胞产量为0．397g· L^－1，全光照为0．455g· L^－1，前者为后者的87．5%。就光照时间而言，全光照是周期光照的两倍，可见周期光照培养对于光能的利用率更高。

图6－34　光照周期对于发状念珠藻细胞开放式培养生物量的影响

6．7．2．3　通气量对于开放式培养池培养的影响

开放式培养过程中设置四种不同的通气量，分别为0、0．20m³· h^－1、0．14m³· h^－1和0．08m³· h^－1。不同通气量下培养18天后测定生物量的结果如图6－35所示。

由图中可以看出，通气状态下发状念珠藻细胞产量均高于无通气条件下的细胞产量，并以通气量为0．08m³· h^－1下发状念珠藻细胞产量最高，较无通气条件下发状念珠藻细胞产量高约50%。在培养过程中通气，不仅可向培养体中通入二氧化碳，为细胞生长提供充足的碳源，并有助于保持细胞处于悬浮状态，以利于营养物的吸收及光源的获得。

图6－35　通气量对发状念珠藻细胞开放式培养池培养生物量的影响

不同通气量状态下发状念珠藻细胞产量差异并不明显，低通气量状态下产量甚至略高于高通气量。培养中发现高通气状态下培养液中多糖含量高于低通气状态下，这可能是因为高通气量有利于发状念珠藻细胞胞外多糖扩散至培养液中，而有机物质的积累会增加培养液的消光系数，影响光合作用，从而影响细胞的生长速率。

6．7．2．4　培养液深度对于开放式培养池培养的影响

设培养液初始液深分别为5cm和10cm，培养18天后测定生物量，液深对于发状念珠藻细胞生物量的影响如图6－36所示。低液位条件下发状念珠藻细胞单位体积产量略高于高液位单位体积产量，但就单位面积产量仅为高液位时的51．4%。光在介质中传播时光强随着穿入介质的深度而减少。当入射光强不变时，液位较低的培养体获得的平均光强较高，有利于发状念珠藻细胞的生长。

在发状念珠藻细胞培养过程中，其培养基的营养成分主要是无机盐及水，成本较低，最主要的消耗是通气搅拌等电能的消耗，从经济利益上考虑，在培养面积一定的情况下，采用相对较高的液位可以获得更高的产量，有利于生产。

图6－36　初始液位对发状念珠藻细胞开放式培养池培养生物量的影响