CN102115776B - 一种微藻筛选方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微藻筛选方法及***，该方法包括：将待筛选的微藻藻株分别置于微藻培养装置中的若干光生物反应器中培养；微藻培养装置中气体分配单元上的可控出气管和至少一个恒温水槽，为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定流量的光合反应气体和设定的培养温度；放置在光生物反应器侧面的灯架，为微藻藻株提供设定强度的均匀光照；性能检测设备获取每个光生物反应器中培养的微藻藻株并进行生物性能指标检测，实现筛选出生物性能指标最佳的微藻藻株。能够对不同种类的微藻藻株和相同种类的微藻藻株在不同培养条件下的生物性能指标进行准确的评价、比较和筛选，实现了微藻的高效、快速、批量化筛选。

Description

一种微藻筛选方法及***

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤指一种实现对微藻藻株及其生长条件进行筛选的微藻筛选方法及***。

背景技术

微藻是指一些微观的单细胞、或多细胞群体或丝状的藻类，如小球藻、盐藻、螺旋藻等，大多数是浮游藻类，生物量大、分布广。微藻通过热解可获得生物质燃油，是重要的可再生生物能源；许多微藻能够在细胞中积累大量的油脂，最高含量可达到细胞干重的70%以上，通过生物炼制的方法从这些富含油脂的微藻细胞中提取油脂，用于制备食用油和生物柴油；微藻细胞中还含有多种维生素、类胡萝卜素、蛋白质、多不饱和脂肪酸等营养成分，是生物医药、功能食品、以及化妆品生产的重要原料来源；微藻还可用于废水处理等工业处理过程中，以减少环境污染。

具有简单细胞结构的微藻，相对于与陆生高等植物更有效地转化太阳能（光合作用转化效率可达到10%以上），并且繁殖速度较快，单位面积产量是陆生高等植物的若干倍。由于这些原因，许多含油微藻与高等陆生油料作物相比，单位面积内它们能够产生出20倍量之多的油脂。因此，微藻是最具发展潜力的液体生物燃料生产原料——油脂的重要来源。

优良微藻藻种的评价、筛选和藻株最佳生长条件的确定，是微藻规模化培养和微藻产品开发的根本性工作，而优良微藻藻种的评价、筛选和藻株的最佳生长条件的确定必须通过对在各种生长条件下的生长的各种藻株的生物性能进行比较，如生长速度、细胞中的生化组成成分、对环境的抗性等。影响藻株生长和细胞成分的主要因素是光照、温度、盐度、碱度（pH）等，因此，在微藻藻株的评价和筛选实验中，培养待评价和筛选的微藻藻种时，需要保证光照、温度和通气效果等培养条件，来从多个藻株中筛选性能比较好的藻株，以及确定藻株的最佳培养条件。

现有技术中，主要通过将三角瓶置于人工气候箱中或使用光照摇床进行微藻藻株的培养和筛选。其中，将培养微藻藻株的三角瓶置于人工气候箱中，通入光合反应气体，来进行微藻培养时，由于人工气候箱能够提供比较均匀可控的温度，但很难调节光照和通气效果与培养温度相协调。通过光照摇床来实现微藻藻株的培养，摇床可以调控温度和光照，同时可以通过摇动加速气体交换，来改善通气效果，但其对通气效果的控制并不是十分理想，不能根据需要进行准确的调节，而且其光照也不均匀，无法达到微藻生长的光照需求。

而且，三角瓶所占用的空间较大，较难实现大量微藻藻株的筛选，摇床一次只能对一种藻株进行培养，要实现大量微藻藻株的筛选也比较困难。

公开号为WO2006020177的国际专利申请中提到了一种通过小型光生物反应器对杜氏藻（Dunaliella prava）进行最佳生长（培养）条件的探索的方案，每天把微藻稀释至统一的初始生长条件，光照条件由150μE·m-2·s-1变化至2000μE·m-2·s-1，每天升高50μE·m-2·s-1，整个优化时间需要40天。该方法每次也只能探索一种微藻在特定条件下短时间内的生长情况，无法监测藻株在特定条件下的整个生长周期的生长和代谢物积累的情况。且该探索方法耗时很长，不能用于同时大批量培养不同藻株或者同一藻株的不同突变株的培养和筛选。

可见，现有技术中的三角瓶加人工气候箱以及光照摇床均很难做到各种培养条件的均一稳定和协调，不能很好的提供对同一种类的若干微藻进行最佳培养条件筛选的过程中所需的不同培养条件以及对相同培养条件下不同种类的微藻进行评价和筛选的过程中所需的稳定一致的培养条件。且由于其占用空间大、需要大量的人力物力投入，不能一次性针对大量藻株进行筛选培养以便进行生物性能指标评测。因此，现有技术中的微藻培养和筛选***均不能很好的用于大量藻株的培养和筛选，无法高效、批量化地进行微藻筛选和准确的评测藻株的生物性能指标。

发明内容

本发明实施例提供一种微藻筛选方法及***，用以解决现有技术中不能高效、快速、批量化进行微藻筛选以及准确评测藻株生物性能指标的问题。

一种微藻筛选方法，包括：

将待筛选的微藻藻株分别置于微藻培养装置中的若干光生物反应器中盛放的微藻培养液中培养；

所述微藻培养装置包括气体分配单元，光生物反应器，以及恒温水槽和位置可调的灯架，其中，所述气体分配单元上设置有至少一个可控出气管，所述可控出气管与每个光生物反应器的进气口相连，所述光生物反应器安置于至少一个恒温水槽中，所述光生物反应器侧面放置有所述灯架，其中，所述可控出气管为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定流量的光合反应气体，所述恒温水槽为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定的培养温度，所述灯架，为所述微藻藻株提供设定强度的均匀光照；

性能检测设备获取每个光生物反应器中培养的微藻藻株并进行生物性能指标检测，实现筛选出生物性能指标最佳的微藻藻株。

一种微藻筛选***，包括：微藻培养装置、微藻性能检测设备；

所述微藻培养装置，用于通过若干光生物反应器培养待筛选的若干微藻藻株，其中，所述微藻培养装置包括气体分配单元，光生物反应器，以及恒温水槽和位置可调的灯架，其中，所述气体分配单元上设置有至少一个可控出气管，所述可控出气管与每个光生物反应器的进气口相连，所述光生物反应器安置于至少一个恒温水槽中，所述光生物反应器侧面放置有所述灯架，其中，所述可控出气管为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定流量的光合反应气体，所述恒温水槽为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定的培养温度，所述灯架，为所述微藻藻株提供设定强度的均匀光照；

所述微藻性能检测设备，用于从所述微藻培养装置中获取培养的微藻藻株，对获取的微藻藻株的生物性能指标进行检测；实现根据检测得到的生物性能指标，筛选出生物性能指标最佳的所述微藻藻株。

本发明实施例提供的微藻筛选方法及***，将待筛选的微藻藻株分别置于微藻培养装置中的若干光生物反应器中盛放的微藻培养液中培养；所述微藻培养装置中与每个光生物反应器的进气口相连的气体分配单元上的可控出气管和安置所述光生物反应器的至少一个恒温水槽，为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定流量的光合反应气体和设定的培养温度；放置在所述光生物反应器侧面且位置可调的灯架，为所述微藻藻株提供设定强度的均匀光照；性能检测设备获取每个光生物反应器中培养的微藻藻株并进行生物性能指标检测，实现筛选出生物性能指标最佳的微藻藻株。该方法能够实现从不同的微藻藻种中筛选优良藻种以及探索某一种微藻藻种的最佳培养条件，能够根据不同的筛选要求为每个光生物反应器提供相同或各自不同的培养条件，实现光照强度、培养温度和通气效果的稳定一致，且能够对微藻的不同生长阶段的生物性能进行比较监测，极大的提高了微藻筛选和评价的速度和效率以及生物性能检测的准确性和可比性，实现了微藻的高效、快速、批量化筛选。

附图说明

图1为本发明实施例中微藻培养装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中光生物反应器的结构示意图；

图3为本发明实施例中恒温水槽的结构示意图；

图4为本发明实施例中气体分配器的结构示意图；

图5为本发明实施例中灯架的结构示意图；

图6为本发明实施例中反应器支架的结构示意图；

图7为本发明实施例中微藻筛选***的结构示意图；

图8为本发明实施例中微藻筛选方法的流程图；

图9为本发明实施例一中针对同一藻种的微藻筛选方法的流程图；

图10为本发明实施例二中针对不同藻种的微藻筛选方法的流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供的微藻筛选方法及***，通过采用可以控制气体流量、光照强度和培养温度的微藻培养装置，实现为相同种类的微藻藻株提供不同的培养条件以便筛选出生物性能指标最佳的微藻藻株并确定其所对应的培养条件，以及实现为不同种类的微藻藻株提供相同的培养条件以便筛选出生物性能指标最佳的微藻藻株。

本发明实施例提供的微藻培养装置，如图1所示为微藻培养装置的结构示意图，包括：若干光生物反应器1、至少一个恒温水槽2、气体分配单元3和至少一个灯架4。图1中仅示意出了一个恒温水槽2和一个灯架4，实际应用中，一个恒温水槽2可以配置一个以上的灯架4，当恒温水槽2的数量增加时，灯架4的数量一般也会随之增加。

光生物反应器1，安置在恒温水槽2中，用于盛放微藻培养液并培养待筛选的微藻藻株。

恒温水槽2，用于安置光生物反应器1，为微藻藻株提供设定的培养温度。

气体分配单元3设置有若干能够控制气体流量的可控出气管，每个可控出气管与一个光生物反应器1的进气口相连通，用于分别为相连接的光生物反应器提供设定流量的光合反应气体。

灯架4放置在恒温水槽2的侧面，灯架位置可调，用于为光生物反应器1中的微藻藻株提供提供设定强度的均匀光照。

上述光生物反应器1的结构如图2所示，是一个封闭式的光生物反应器，包括玻璃柱式反应容器101、作为进气管的毛细玻璃管102、作为出气管的毛细玻璃管103、胶塞104。其中，玻璃柱式反应容器101用于盛放微藻培养液以及作为培养微藻的反应器皿培养待筛选的微藻藻株，其中，玻璃柱式反应容器101顶部用胶塞104封口，毛细玻璃管102和103通过胶塞104上的通孔***玻璃柱式反应容器101中，实现光合反应气体的导入和光合反应后产生的剩余气体的导出。

此外，通过可控出气管向光生物反应器1提供的光合反应气体通过***胶塞104中毛细玻璃管103鼓出气泡，进入微藻培养液中。该方式能够同时起到有效的冲刷和清洁光生物反应器的内表面的作用，避免了微藻藻株在反应器内表面的积累和/或附着。

除了可以直接通过毛细玻璃管鼓入气体外，还可以使用一个小型、简单的气体分配器或扩散器，实现光生物反应器内部更好的通气和搅动效果。

上述恒温水槽2的机构如图3所示，恒温水槽2上设置进水口201和出水口202。进水口201，用于允许设定温度的循环水（可以是高温水或低温水）进入恒温水槽2。恒温水槽2，用于允许循环水与安置的光生物反应器1进行热交换。出水口202，用于将进行热交换后的循环水（高温水热交换后得到的低温水或低温水进行热交换后得到的高温水）排出恒温水槽2。光生物反应器1浸泡在恒温水槽2的设定温度的水中，可以通过循环水泵和循环管路为恒温水槽2提供循环水，保证水温恒定。通过温控设备，例如：冷暖水机，调节所提供的循环水的温度。

也可以不使用恒温水槽2，将光生物反应器1暴露在空气中，通过光生物反应器所在环境空间的温度来调控光生物反应器1的温度。

上述气体分配单元3，具体包括：至少一个混气罐31和至少一个气体分配器32。图中仅示意出了一个气体分配器32。

混气罐31设置两个进气口，混气罐用于将从两个进气口通入的设定体积比的空气和二氧化碳气体混合，得到光合反应气体，并提供给气体分配器32。

气体分配器32上设置若干可控出气管，通过可控出气管为相连接的光生物反应器提供设定流量的光合反应气体。可控出气管包括：出气管道和每个出气管道上设置的流量控制阀，通过流量控制阀控制出气管道上的气体流量。

例如：上述气体分配器32的结构如图4所示，包括与混气罐31连通的进气口301、气体分配室302、以及由出气管道304和每个出气管道上设置的流量控制阀303组成的可控出气管。从而实现混合后的光合反应气体在气体分配室中向各个出气管道304分配，为与各个通气管道304连接的光生物反应器1提供各自所需流量的光合反应气体。

气体分配单元3，还包括：空气压缩机33和相连接第一流量计34，以及二氧化碳钢瓶35和第二流量计36。其中，空气压缩机33，用于为混气罐31提供压缩空气；第一流量计34与空气压缩机33相连，用于监控空气压缩机33提供给混气罐31的空气的流量。二氧化碳钢瓶35，用于为混气罐31提供二氧化碳气体；第二流量计36与二氧化碳钢瓶35相连，用于监控二氧化碳钢瓶35为混气罐31提供的二氧化碳气体的流量。

也就是说，通过空气压缩机33提供空气、二氧化碳钢瓶35提供二氧化碳气体，二氧化碳其体可以取自工业尾气或废气，因此，微藻培养能够实现废气回收，净化环境。将一定比例的空气和二氧化碳气体混合，通过第一流量计34和第二流量计36控制空气和二氧化碳气体的体积比。混合后通入各个光生物反应器的气体流量通过流量控制阀控制。

上述灯架4的结构如图5所示，包括若干平行布置的日光灯管或其他管状的光源如LED灯管。通过均匀密布日光灯管或LED灯管实现光源在各个光生物反应器上的光辐射强度均匀一致。如需要较高的光辐照强度，可以在光生物反应器的双侧均布置灯架。

上述微藻培养装置还可以包括如图6所示的反应器支架5。反应器支架5可以放置在恒温水槽2，用于放置光生物反应器1，实现将光生物反应器1安置在恒温水槽2中。图6中所示的反应器支架2是一个具有三层结构的有机玻璃架体，其中上两层的隔板上设置若干用于插放光生物反应器1的孔，光生物反应器***后，由底层的隔板和上两层隔板对应位置的孔支撑，实现竖直放置。

使用上述微藻培养装置可以构建一种微藻筛选***，如图7所示，包括：上述的微藻培养装置10和微藻性能检测设备20。

其中，微藻培养装置10的结构及功能如上所述。

微藻性能检测设备20，用于从微藻培养装置中获取培养的微藻藻株，对获取的微藻藻株的生物性能指标进行检测。然后，通过人为筛选或设备软件筛选的方式，根据检测得到的生物性能指标，筛选出生物性能指标最佳的微藻藻株。

上述微藻筛选***中，根据不同的检测指标和检测方法可以选用不同的微藻性能检测设备20。其中，微藻性能检测设备可以选用现有技术中的任意一种或几种性能检测设备，例如：包括下列设备中的至少一种：

用于测量藻株光密度的分光光度计、用于测量藻株干重的精密天平、用于测量藻株的叶绿素含量及其他色素含量的分光光度计或高效液相色谱仪、用于测量藻株的油脂含量的氮吹仪、精密天平和气相色谱仪。检测指标、检测方法和所选用的微藻性能检测设备20的对应关系，如下表1所示：

表1

其中，光密度是表征微藻藻株的细胞数量的检测指标，干重是表征微藻藻株的生物量的检测指标。

上述微藻培养装置10的若干光生物反应器可以用于培养同一种类的微藻藻株，以获取其最佳培养条件。

相应的，微藻培养装置10的恒温水槽设置为多个，具体用于为光生物反应器提供不同的培养温度，气体分配单元的可控出气管，则具体用于为每个光生物反应器提供不同流量或相同流量不同配比的光合反应气体。

相应的，微藻性能检测设备20，用于从微藻培养装置10中获取培养的同一种类的微藻藻株进行生物性能指标检测；以便后续进行筛选，筛选出所培养的同一种类的微藻藻株中生物性能最佳的微藻藻株，并确定该生物性能最佳的微藻藻株所对应的培养条件；其中，培养条件包括培养温度、光照强度和光合反应气体的通气情况。

上述微藻培养装置10的若干光生物反应器可以用于培养不同种类的微藻藻株，以评价在此培养条件下的各藻株的性能，从而获取设定培养条件下的最优藻种。

相应的，微藻培养装置10的恒温水槽，具体用于为光生物反应器提供相同的培养温度；气体分配单元的可控出气管，具体用于为每个光生物反应器提供相同流量的光合反应气体。

相应的，微藻性能检测设备20，用于从微藻培养装置10中获取培养的不同种类的微藻藻株进行生物性能指标检测；以便后续进行筛选，筛选出在所提供的相同培养条件下，不同种类的微藻藻株中生物性能最佳的微藻藻株，并确定该生物性能最佳的微藻藻株的藻种。

上述微藻筛选***，还包括：工业化培养装置30。

当微藻培养装置用于培养同一种类的微藻藻株并为其提供不同的培养条件，确定生物性能最佳的微藻藻株所对应的培养条件后，工业化培养装置30用于采用确定出的生物性能最佳的微藻藻株所对应的培养条件和同一种类的微藻藻株所对应的藻种进行微藻工业化培养。

当微藻培养装置用于培养不同种类的微藻藻株并为其提供相同的培养条件，确定生物性能最佳的微藻藻株所对应的藻种后，工业化培养装置30，用于采用确定出的培养条件和生物性能最佳的微藻藻株所对应的藻种进行微藻工业化培养。

利用上述微藻筛选***实现微藻筛选的流程如8图所示，包括下列步骤：

步骤S11：将待筛选的微藻藻株分别置于微藻培养装置中的若干光生物反应器中盛放的微藻培养液中培养。

可以通过放置在恒温水槽中的反应器支架，将光生物反应器安置在恒温水槽中。

步骤S12：微藻培养装置为微藻藻株提供特定培养条件。

微藻培养装置可以为每个光生物反应器中的微藻藻株提供所需的特定培养条件，其中：

（1）与每个光生物反应器的进气口相连的气体分配单元上的可控出气管为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定流量的光合反应气体。具体包括：

将从气体分配单元中的混气罐的两个进气口进入混气罐的设定体积比的空气和二氧化碳气体混合，得到光合反应气体；通过气体分配单元中的气体分配器上的可控出气管控制气体流量，为相连接的光生物反应器提供设定流量的光合反应气体。

即通过可控出气管控制每个光生物反应器中光合反应气体的通气情况，包括通气流量和气泡大小等。通入的光合反应气体为适宜微藻光合作用的空气、或空气与二氧化碳混合气体。一般空气和二氧化碳气体的配比为：0.5%-40%。

（2）安置光生物反应器的至少一个恒温水槽的温度，为每个光生物反应器中的微藻藻株提供相应的培养温度。具体包括：

从恒温水槽的进水口向恒温水槽中注入设定温度的循环水（高温水或低温水），循环水在恒温水槽中与安置的光生物反应器进行热交换后从恒温水槽的出水口排除，实现为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定的培养温度。

一般根据光生物反应器中的微藻藻株的藻种的特性以及所需要关注的培养条件，确定循环水的温度，然后，设定温度的循环水从恒温水槽的进水口201进入，由出水口202排出，来保证光生物反应器的温度。

一般需要保持光生物反应器中的微藻培养液的温度在15-37℃范围内，较佳的，保持光生物反应器中的微藻培养液的温度在15-25℃内。恒温水槽中的水对于光照强度具有一定的衰减作用，但经测量并不是十分明显，因此其对光照强度的衰减对微藻生长的影响不大。

（3）放置在光生物反应器侧面的灯架，为微藻藻株提供设定强度的均匀光照。

灯架位置可调、灯架上日光灯管的数量和间距也可调，从而实现调节为光生物反应器中的微藻藻株提供不同强度的光照的目的。

步骤S13：性能检测设备获取每个光生物反应器中培养的微藻藻株并进行生物性能指标检测。

生物性能指标包括下列指标中的至少一种：藻株光密度、藻株干重、藻株的叶绿素含量及其他色素含量和藻株的油脂含量等；可以选用上述表1中所给出的设备进行生物性能指标检测。

步骤S14：筛选出生物性能指标最佳的微藻藻株。

上述步骤S12中每个光合反应器中的通气情况均单独可调，并可以通过带出光合作用进行时产生的大量的O₂，加速气体交换的进程，促进光合作用的进行。由于本申请中光生物反应器采用的是光径较短的柱式反应器，可以通过通气条件的控制使光生物反应器中的微藻藻液能够充分混合，使得微藻藻株能在较短的时间内进入光区和暗区实现交替分布，从而能够充分的利用光能进行光合作用。也就是说通过提供足够的气液接触时间以及提供微藻所需的足够的黑暗和停留时间，来保证光合作用的高效进行，具体可以通过选择反应器的长度和通气速度来提供足够的接触时间，同时需要考虑所培养的藻种的生长速度、碳的吸收速度、进气的组成和流量以及液体的体积和高度等多种因素对接触时间的影响，以便在气体和液体介质中间达到所需的传质水平。通过选择反应器的横截面积，保证通气时培养液的充分湍动，为微藻提供所需的黑暗和停留时间，并避免微藻沉降并沉积在反应器的底部。

也就是说，在选择反应器和通气的毛细玻璃管的横截面积（或说内径）时，需要考虑气体分配器的可控出气管所提供的气体流量、所需的湍动效果、气泡的尺寸和气体分配器的尺寸等，以便选择合适的横截面积或说内径。如果通气的毛细玻璃管的内径过大，则会导致气泡很大，使二氧化碳从气相进入液相的传质水平下降，吸收效果也随之下降；如果通气的毛细玻璃管的内径过小，则会导致气泡较小，可能会使微藻藻株在表面张力的作用下随气泡上浮离开液体介质，对于微藻藻株的生长十分不利。

对微藻生物性能指标的筛选，主要分为两种情况：一是针对同一种类的微藻藻株提供不同的培养条件，筛选出其中生物性能指标最佳的微藻藻株，以获取选定的某一种类的微藻藻株的最佳培养条件。二是针对不同种类的微藻藻株，提供相同的培养条件，筛选出其中生物性能指标最佳的微藻藻株，以确定在所提供的培养条件下哪一种类的微藻藻株的生物性能最佳，实现获取优良藻种的目的。下面针对这两种情况采用两个具体的实施例进行详细说明。

实施例一

本发明实施例一提供的微藻筛选方法，针对同一种类的微藻藻株探索其最佳的生长（培养）条件，其流程如图9所示，执行步骤如下：

步骤S101：在微藻培养装置中的若干光生物反应器中盛放的微藻培养液中培养同一种类的微藻藻株。

例如：选用的玻璃柱式反应器的直径为40mm，高度为600mm，整个反应器的容积750ml，反应器为硼硅玻璃材料。在微藻培养装置的每个光生物反应器中盛放相同藻种的微藻藻株。

步骤S102：微藻培养装置为各光生物反应器中的微藻藻株提供各不相同的培养条件。

即针对每个光生物反应器中微藻藻株，分别通入不同流量或相同流量不同配比的光合反应气体，并控制器气泡大小。将光生物反应器放置在多个提供不同培养温度的恒温水槽中来获取不同的培养温度。

还可以通过调节灯架的位置及其上边灯管的数量和间距来提供不同的光照强度。上述光照强度、培养温度、通气情况可以根据正交试验选取。

例如，使用五套光生物反应器培养葡萄藻（Botryococcus braunii），培养液，即培养基为Modified Bold 3N Medium，微藻藻株的接种浓度设置五个梯度。光合反应气体中CO₂的含量为1%-25%，并设置五个梯度。此时，则需要分别由多个气体分配单元，将光合反应气体通过各自的气体分配器接入需要指定浓度CO₂的光合反应气体的毛细玻璃管中。培养温度范围为19-31℃，也设置五个梯度，由五个恒温水槽调控。

这样每个恒温水槽中放置五个不同接种浓度的光生物反应器，而各个光生物反应器所需要的CO₂浓度不同的光合反应气体由不同的气体分配单元提供。即实现了选择三因素五水平正交试验设计，以便有效的探索所选定的微藻藻种的最佳的生长条件。

上述培养基Modified Bold 3N Medium的组分如表3所示。

表3

步骤S103：获取各光生物反应器中培养的同一种类的微藻藻株进行生物性能指标检测。

可以获取不同生长阶段的微藻藻株进行检测，以观测各个不同阶段的生长状况。

步骤S104：确定出生物性能指标最佳的微藻藻株。具体包括：

筛选出同一种类的微藻藻株中生物性能最佳的微藻藻株，并确定该生物性能最佳的微藻藻株所对应的培养条件。其中，培养条件包括培养温度、光照强度和光合反应气体的通气情况。

例如上述正交试验中，从多种不同培养条件下的微藻藻株中确定出生长状况，即生物性能指标最好的藻株。

步骤S105：确定生物性能指标最佳的微藻藻株所对应的培养条件。

例如：确定出上述正交试验中生物性能最佳的微藻藻株的光生物反应器中通入的光合反应气体流量、所在恒温水槽的温度、光照强度等。

实施例二

本发明实施例二提供的微藻筛选方法，针对不同种类的微藻藻株，给予稳定一致的培养条件，探索在特定的生长（培养）条件哪个藻种的生物性能最佳，其流程如图10所示，执行步骤如下：

步骤S201：在微藻培养装置中的若干光生物反应器中盛放的微藻培养液中培养若干不同种类的微藻藻株。

例如：选用的玻璃柱式反应器101的直径40mm，高度600mm，整个反应器的容积750ml，反应器为硼硅玻璃材料。在微藻培养装置的每个光生物反应器中盛放不同藻种的微藻藻株。例如：绿球藻（Chlorococcum sp.）和小球藻（Chlorella vulgaris）两种不同藻种的微藻藻株，培养基为BG11，每个藻株设置三个平行样。其中，培养基为BG11的组分如表3所示。

表3

步骤S202：微藻培养装置为各光生物反应器中的不同种类的微藻藻株提供相同的培养条件。

即针对每个光生物反应器中微藻藻株，分别通入相同流量的光合反应气体，并控制器气泡大小一致。将光生物反应器放置在至少一个提供相同培养温度的恒温水槽中来获取相同的培养温度。通过调节灯架的位置及其上边灯管的数量和间距来提供相同的光照强度。

例如：灯架上密布横排20支36W节能型日光灯提供光照。通入含1%-2%CO₂的光合反应气体。

步骤S203：获取各光生物反应器中培养的不同种类的微藻藻株进行生物性能指标检测。

测量不同生长阶段的干重、光密度等生物性能指标，用于评价不同藻株的生长速度、生物量和细胞成分等生物性能。可以按照设定的周期测量，例如：每天测一次。

步骤S204：确定出生物性能指标最佳的微藻藻株。具体包括：

筛选出在所提供的相同培养条件下，不同种类的微藻藻株中生物性能最佳的微藻藻株。

步骤S205：确定生物性能指标最佳的微藻藻株所对应的藻种。

例如：确定出生物性能最佳的微藻藻株的光生物反应器中的微藻藻种，以及通入的光合反应气体流量、所在恒温水槽的温度、光照强度等。

通过上述筛选过程筛选出生物性能最佳的微藻藻株后，则可以根据筛选出的该微藻藻株所对应的培养条件和所属的微藻藻种进行工业化培养。其中包括：对实施例一中确定出的同一种类的微藻藻株中生物性能最佳的微藻藻株所对应的培养条件，采用确定出的培养条件对该微藻藻株所对应的藻种进行微藻工业化培养。以及对实施例二中确定出的设定的培养条件不同种的微藻藻株中生物性能最佳的微藻藻株的所属的藻种，采用设定的培养条件和所确定出的藻种进行微藻工业化培养。

在工业化培养之前还可以进行中试放大，验证使用确定出的培养条件对所选出的藻种进行工业化培养的可行性，也就是说，根据对微藻藻株的生物性能评价，从相同的培养条件下筛选出的性能优良的藻种或针对同一藻种探索出的最佳培养条件，将筛选出的优良藻种采用相应的培养条件进行中试放大培养，由于中试放大培养的培养条件与大型的工业级反应器在光照、通气等各方面都比较接近，因此，适宜中试放大培养的微藻，也能够很好的适应工业级反应器这一培养环境。其中工业级反应器包括管式反应器、板式反应器等光径相对较短、通气效果较好的大型反应器。

本发明实施例提供的微藻筛选方法及***，通过设计可以同时为多个光生物反应器分别提供相同或不同培养条件的微藻培养装置，解决了现有技术中不能为若干不同种类的微藻藻株分别提供不同的生长培养条件，以探索优良藻株的问题，同时也解决了现有技术中不能为相同藻种的若干藻株分别提供不同的培养条件，以确定其最佳生长条件的问题。通过微藻培养装置的温度控制、通气效果控制、光照强度控制，能够根据需求提供相应的、稳定一致的光照强度、培养温度和通气效果等，上述微藻筛选方法完成一个周期的实验需要时间一般只需要7-10天，在短期内即可以完成对大量微藻突变株的筛选，从中筛选出生物性能好的微藻藻株并确定其最合适的培养条件，大大缩短了微藻筛选培养的周期，实现了高效、快速、批量化的微藻筛选。同时便于观察不同培养条件下，不同藻株的生长状况，并进行合理对比，方便的获取微藻各个生长阶段的生物性能。

上述微藻筛选方法及***不仅适用于微藻的培养和根据生物性能进行藻株评价和筛选，同样适用于其他的光合生物（例如：具有光合作用的细菌等）的评价和筛选。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化、替换或应用到其他类似的装置，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种微藻筛选方法，其特征在于，包括：

将待筛选的微藻藻株分别置于微藻培养装置中的若干光生物反应器中盛放的微藻培养液中培养；

所述微藻培养装置包括气体分配单元，光生物反应器，以及恒温水槽和位置可调的灯架，其中，所述气体分配单元上设置有至少一个可控出气管，所述可控出气管与每个光生物反应器的进气口相连，所述光生物反应器安置于至少一个恒温水槽中，光生物反应器侧面放置有所述灯架，其中，所述可控出气管为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定流量的光合反应气体，所述恒温水槽为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定的培养温度，所述灯架，为微藻藻株提供设定强度的均匀光照；

性能检测设备获取每个光生物反应器中培养的微藻藻株并进行生物性能指标检测，实现筛选出生物性能指标最佳的微藻藻株。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，气体分配单元为微藻藻株提供设定流量的光合反应气体，具体包括：

将从所述气体分配单元中的混气罐的两个进气口进入所述混气罐的设定体积比的空气和二氧化碳气体混合，得到所述光合反应气体；

通过所述气体分配单元中的气体分配器上的可控出气管控制气体流量，为相连接的所述光生物反应器提供设定流量的光合反应气体。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过所述气体分配单元中的空气压缩机及相连接的第一流量计为所述混气罐提供设定流量的压缩空气；以及

通过所述气体分配单元中的二氧化碳钢瓶和相连接的第二流量计为所述混气罐提供设定流量的二氧化碳气体。

4.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，从所述恒温水槽的进水口向所述恒温水槽中注入设定温度的循环水，所述循环水在所述恒温水槽中与安置的光生物反应器进行热交换后从所述恒温水槽的出水口排除，实现为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定的培养温度。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述待筛选的微藻藻株为同一种类的微藻藻株时，所述光生物反应器安置在多个提供不同培养温度的恒温水槽中，且所述气体分配单元的可控出气管为每个光生物反应器提供设定流量的光合反应气体。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述筛选出生物性能指标最佳的所述微藻藻株，具体包括：

筛选出所述同一种类的微藻藻株中生物性能最佳的微藻藻株，并确定该生物性能最佳的微藻藻株和所对应的培养条件；所述培养条件包括培养温度、光照强度和光合反应气体的通气情况。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述待筛选的微藻藻株为不同种类的微藻藻株时，所述光生物反应器安置在提供相同培养温度的至少一个恒温水槽中，且所述气体分配单元的可控出气管为每个光生物反应器提供相同流量的光合反应气体。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述筛选出生物性能指标最佳的所述微藻藻株，具体包括：

筛选出在所提供的相同培养条件下，所述不同种类的微藻藻株中生物性能最佳的微藻藻株，并确定该生物性能最佳的微藻藻株的藻种和所对应的培养条件；所述培养条件包括培养温度、光照强度和光合反应气体的通气情况。

9.如权利要求6或8所述的方法，其特征在于，采用确定出的所述生物性能最佳的微藻藻株所对应的藻种和所对应的培养条件，进行微藻工业化培养。

10.一种微藻筛选***，其特征在于，包括：微藻培养装置和微藻性能检测设备；

所述微藻培养装置，用于通过若干光生物反应器培养待筛选的若干微藻藻株，其中，所述微藻培养装置包括气体分配单元，光生物反应器，以及恒温水槽和位置可调的灯架，其中，所述气体分配单元上设置有至少一个可控出气管，所述可控出气管与每个光生物反应器的进气口相连，所述光生物反应器安置于至少一个恒温水槽中，光生物反应器侧面放置有所述灯架，其中，所述可控出气管为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定流量的光合反应气体，所述恒温水槽为每个光生物反应器中的微藻藻株提供设定的培养温度，所述灯架，为微藻藻株提供设定强度的均匀光照；

所述微藻性能检测设备，用于从所述微藻培养装置中获取培养的微藻藻株，对获取的微藻藻株的生物性能指标进行检测；实现根据检测得到的生物性能指标，筛选出生物性能指标最佳的所述微藻藻株。

11.如权利要求10所述的***，其特征在于，所述微藻培养装置，具体包括：若干光生物反应器、气体分配单元、至少一个恒温水槽和至少一个灯架；

所述光生物反应器，安置在所述恒温水槽中，用于盛放微藻培养液并培养待筛选的微藻藻株；

所述气体分配单元设置有若干能够控制气体流量的可控出气管，每个可控出气管与一个所述光生物反应器的进气口相连通，用于分别为相连接的光生物反应器提供设定流量的光合反应气体；

所述恒温水槽，用于安置所述光生物反应器，为所述微藻藻株提供设定的培养温度；

所述灯架放置在所述恒温水槽的侧面，所述灯架位置可调，用于为所述光生物反应器中的微藻藻株提供设定强度的均匀光照。

12.如权利要求11所述的***，其特征在于，所述微藻培养装置，还包括：放置在所述恒温水槽中的反应器支架；

所述反应器支架，用于放置所述光生物反应器，将所述光生物反应器安置在所述恒温水槽中。

13.如权利要求11所述的***，其特征在于，所述气体分配单元，具体包括：混气罐和至少一个气体分配器

所述混气罐，用于将从设置的两个进气口通入的设定体积比的空气和二氧化碳气体混合，得到光合反应气体，并提供给所述气体分配器；

所述气体分配器上设置若干所述可控出气管，通过所述可控出气管为相连接的所述光生物反应器提供设定流量的光合反应气体。

14.如权利要求13所述的***，其特征在于，所述可控出气管包括：出气管道和每个出气管道上设置的流量控制阀；

所述流量控制阀，用于控制所述出气管道上的气体流量。

15.如权利要求13所述的***，其特征在于，所述气体分配单元，还包括：空气压缩机和相连接第一流量计，以及二氧化碳钢瓶和第二流量计；

所述空气压缩机，用于为所述混气罐提供压缩空气；

所述第一流量计与所述空气压缩机相连，用于监控所述空气压缩机提供给所述混气罐的空气的流量；

所述二氧化碳钢瓶，用于为所述混气罐提供二氧化碳气体；

所述第二流量计与所述二氧化碳钢瓶相连，用于监控所述二氧化碳钢瓶为所述混气罐提供的二氧化碳的流量。

16.如权利要求11-15任一所述的***，其特征在于，所述恒温水槽上设置进水口和出水口；

所述进水口，用于允许设定温度的循环水进入所述恒温水槽；

所述恒温水槽，用于允许所述设定温度的循环水与安置的光生物反应器进行热交换；

所述出水口，用于将热交换后的循环水排出所述恒温水槽。

17.如权利要求11所述的***，其特征在于，所述若干光生物反应器用于培养同一种类的微藻藻株；相应的，

所述恒温水槽为多个，具体用于为所述光生物反应器提供不同的培养温度；所述气体分配单元的可控出气管，具体用于为每个光生物反应器提供不同流量或相同流量不同配比的光合反应气体；相应的，

所述微藻性能检测设备，用于从所述微藻培养装置中获取培养的同一种类的微藻藻株进行生物性能指标检测；实现筛选出所述同一种类的微藻藻株中生物性能最佳的微藻藻株，并确定该生物性能最佳的微藻藻株和所对应的培养条件；所述培养条件包括培养温度、光照强度和光合反应气体的通气情况。

18.如权利要求11所述的***，其特征在于，所述若干光生物反应器用于培养不同种类的微藻藻株；相应的，

所述恒温水槽，具体用于为所述光生物反应器提供相同的培养温度；所述气体分配单元的可控出气管，具体用于为每个光生物反应器提供设定流量的光合反应气体；相应的，

所述微藻性能检测设备，用于从所述微藻培养装置中获取培养的不同种类的微藻藻株进行生物性能指标检测；实现筛选出在所提供的相同培养条件下，所述不同种类的微藻藻株中生物性能最佳的微藻藻株，并确定该生物性能最佳的微藻藻株的藻种和所对应的培养条件；所述培养条件包括培养温度、光照强度和光合反应气体的通气情况。

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