CN105838585B - 硅藻培养装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的硅藻培养装置与方法，其中本发明的硅藻培养装置，包括用于盛装培养基的培养容器以及置于培养容器内部的硅藻附板，还包括置于培养容器内部的用于向硅藻附板吹送空气的充气管。本发明的硅藻培养方法，包括：藻种培养步骤、大量培养步骤、采收步骤、低温刺激步骤。本发明的技术方案，针对现有微藻液体养殖中条件苛刻、能耗高、易污染和细胞密度低的问题，提供一种结构简单、有效提高硅藻生物质产量的硅藻培养装置与方法，使用本发明的技术方案培养微藻不需要严苛的条件，能耗较低，不易发生污染，并且能够产生高密度的藻细胞。

Description

硅藻培养装置与方法
技术领域
本发明涉及微生物学，特别是涉及一种硅藻培养装置与方法。
背景技术
底栖硅藻含有丰富的营养物质，是鲍鱼、海参和海胆等名贵水产动物苗种的重要饵料。与浮游微藻相比，底栖硅藻脱水采收的成本较低，但由于底栖硅藻的附着特性，单位水体的生物质产量远低于浮游微藻如小球藻的生物质产量。
在生产实践中，底栖硅藻的培养仍普遍采用自然海区挂板附着或刮砂淘洗等传统的培养方法，在这种培养条件下，各种理化因子不稳定，生物质产量较低，质量也得不到保证，无法满足生产上的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、有效提高硅藻生物质产量的硅藻培养装置与方法。
本发明的硅藻培养装置，包括用于盛装培养基的培养容器以及置于培养容器内部的硅藻附板，还包括置于培养容器内部的用于向硅藻附板吹送空气的充气管，所述充气管与充气泵连接。
本发明的硅藻培养装置，其中，还包括置于培养容器内部的用于支承硅藻附板的附板架，所述附板架包括底板以及分别垂直连接于底板的四个侧边上四个侧栏，四个所述侧栏依次首尾连接，所述硅藻附板垂直于所述底板，所述硅藻附板的两端分别伸入两相对所述侧栏的相对空隙中，以此所述附板架支承硅藻附板。
本发明的硅藻培养装置，其中，还包括用于向硅藻附板照射光线的光源以及对培养基加热的加热棒，所述加热棒置于培养容器的内部。
本发明的硅藻培养装置，其中，硅藻附板包括塑料的方形框架、以及覆盖于所述方形框架上的40-100目的透明的塑料纱网。
本发明的硅藻培养装置，其中，所述方形框架包括面积较大的第一塑料框和面积较小的第二塑料框，第一塑料框的四边与第二塑料框的四边相配合，以将所述塑料纱网夹持固定。
本发明的硅藻培养装置，其中，所述充气管为塑料管，所述充气管上设置由多个通气孔，相邻通气孔的距离为3-5厘米，所述充气管为多个，多个充气管缠绕于硅藻附板上，相邻的充气管的管间距为30-50厘米。
本发明的硅藻培养装置，其中，所述充气管为纳米管，所述充气管平铺于培养容器的底部。
本发明的硅藻培养装置，其中，光源包括设置于培养容器上方的顶部光源和设置于培养容器两侧的侧面光源。
本发明的硅藻培养装置，其中，还包括用于控制充气泵以及光源的计时开关，计时开关与所述充气泵以及光源的电源分别连接。
本发明的硅藻培养方法，包括：
藻种培养步骤；
大量培养步骤：向培养容器中加培养基，将上步骤培养的藻种置于培养容器中，多个硅藻附板间隔3厘米垂直置于附板架上，向硅藻附板吹送空气，对硅藻附板照射灯光；
采收步骤：在培养容器中培养3至5天后，取出硅藻附板，放置于添加起膜剂的海水中，1至2天后，待附着于硅藻附板上的硅藻细胞呈膜状或片状悬浮在水体中，用网筛过滤采收硅藻细胞，其中，起膜剂由NH3SO4和NaNO3组成，
或，
将硅藻附板投于动物养殖池中，待动物舔食干净。
上述的大量培养步骤中，具体的，按藻种培养体积与培养基体积比1：20-120的比例加入藻种培养液，或者收集的湿藻种
所述方法中，其中，起膜剂优选由下述重量份数比的组分组成NH3SO4:NaNO3＝2-7：1，优选NH3SO4:NaNO3＝5:1，使用时，溶于F/2培养基中，配成20～80mg/L浓度的起膜剂溶液。
上述硅藻可以为底栖硅藻，如菱形藻属、双眉藻属等等，所述大量培养步骤中，培养的具体条件可以根据不同硅藻的生长条件设置，比如，在本发明的一个实施方式中，对于菱形藻Nitzschia sp.、双眉藻，Amphora sp.，大量培养步骤的条件为使海水培养基的温度为25-38℃，对硅藻附板照射灯光，光照强度10-80mol.m-2.s-1，使昼：夜比为14小时：10小时。
其中，对于双眉藻属，例如Amphora coffeaeformis和Amphora exigua还包括将采收后的硅藻细胞集中起来，置于5-25℃低温环境中给予低温刺激0.5-2天，低温刺激后的藻细胞油脂含量可提高50％左右，EPA含量可提高2-5倍。
本发明的技术方案，利用底栖硅藻的附着的生物学特性，将细胞培养在固体培养材料上，经起膜剂作用后，附着于固体材料上的硅藻细胞会脱离附着基质，通过网筛过滤即可采收，免除了刮取附着细胞的过程，也节约了一般浮游微藻离心脱水时所需能耗。
本发明的技术方案，针对现有微藻液体养殖中条件苛刻、能耗高、易污染和细胞密度低的问题，提供一种结构简单、有效提高硅藻生物质产量的硅藻培养装置与方法，使用本发明的技术方案培养微藻不需要严苛的条件，能耗较低，不易发生污染，并且能够产生高密度的藻细胞。
附图说明
图1为本发明的硅藻培养装置的结构示意图的主剖视图；
图2为本发明的硅藻培养装置的结构示意图的左视图；
图3为附板架的结构示意图的立体图；
图4为硅藻附板的结构示意图的主视图；
图5为另一种实施例的硅藻附板的结构示意图的主视图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明的硅藻培养装置，包括用于盛装培养基的培养容器1以及置于培养容器1内部的硅藻附板2，还包括置于培养容器1内部的用于向硅藻附板2吹送空气的充气管3，充气管3与充气泵连接。
培养容器1的容积可以为5升-500升，材质可以是玻璃或塑料或水泥。
结合图3、图4所示，本发明的硅藻培养装置，其中，还包括置于培养容器1内部的用于支承硅藻附板2的附板架4，附板架4包括底板41以及分别垂直连接于底板41的四个侧边上四个侧栏42，四个侧栏42依次首尾连接，硅藻附板2垂直于底板41，硅藻附板2的两端分别伸入两相对侧栏的相对空隙中，以此附板架4支承硅藻附板2。
本发明的硅藻培养装置，其中，附板架4可放置多块硅藻附板，根据培养容器长度调节硅藻附板的数量，养容器可大可小，每3-5厘米放一硅藻附板。
本发明的硅藻培养装置，其中，还包括用于向硅藻附板照射光线的光源以及用于对培养基加热的加热棒，加热棒置于培养容器1的内部。
本发明的硅藻培养装置，其中，硅藻附板2包括塑料的方形框架21以及覆盖于方形框架21上的40-100目的透明的塑料纱网22。
本发明的硅藻培养装置，其中，方形框架21包括面积较大的第一塑料框和面积较小的第二塑料框，第一塑料框的四边与第二塑料框的四边相配合，以将塑料纱网22夹持固定。
本发明的硅藻培养装置，其中，硅藻附板2使藻细胞采收方便，节约培养空间。
塑料纱网22的材料可以是聚乙烯或乙烯或尼龙。
结合图5所示，在本发明的硅藻培养装置的其他实施例中，可以利用U形封边条8将塑料纱网22固定于方形框架21上。
本发明的硅藻培养装置，其中，充气管3为塑料管，充气管3上设置由多个通气孔6，相邻通气孔6的距离为3-5厘米，充气管3为多个，多个充气管3缠绕于硅藻附板2上，相邻的充气管3的管间距为30-50厘米。充气管3与充气泵连接，充气泵的功率、充气管的长短根据培养容器大小调整，培养容器的体积很大时，可设多组充气管。充气管用于向培养容器内通入空气或空气与二氧化碳的混和气体。
充气管3可使通气均匀，防止氧气积累，促进微藻的光合作用，提高生物质产量。
本发明的硅藻培养装置的其他实施例中，充气管可以为纳米管，充气管平铺于培养容器的底部，这样充气管还可有效防止蓝藻和绿藻等浮游微藻及浮游动物的污染。
本发明的硅藻培养装置，其中，光源包括设置于培养容器1上方的顶部光源51和设置于培养容器两侧的侧面光源52。顶部光源51和侧面光源52为荧光灯或LED。
顶部光源51悬挂于培养容器1上方的吊杆上。侧面光源52可以为外置和内置两种，如果培养容器1为透明的，则采用长形灯管悬挂于培养容器1的两侧，如果培养容器1是非透明容器，可将防水的LED灯条固定于培养容器1的内壁。侧面光源的设置可根据硅藻对光线的需求而定。对光照要求不高的硅藻可以不设侧面光源。
本发明的硅藻培养装置，其中，还包括用于控制充气泵以及光源的计时开关，计时开关与充气泵以及光源的电源分别连接，计时开关控制充气泵以及光源的电源，在具体的实施例中，可根据微藻生物学特性设定通气和照明电源开关周期为开14小时、关10小时。
本发明的硅藻培养装置，一次性投资少且运行成本低，操作简单，不必使用二氧化碳发生设备，且具有显著降低杂藻和原生动物污染等优点。本发明的硅藻培养装置培养的几种底栖硅藻干生物质产量可达到5-10g/㎡，约1g/L。
本发明的硅藻培养装置实施本发明的硅藻培养方法，包括：
藻种培养步骤：海水加SiO2培养基培养藻种；
大量培养步骤：向培养容器中加海水培养基，将上步骤培养的藻种按藻种培养体积与海水培养基体积比1：20—1：120置于培养容器中，多个硅藻附板间隔3厘米垂直置于附板架上，向硅藻附板吹送空气，对硅藻附板照射灯光；
采收步骤：在培养容器中培养3至5天后，取出硅藻附板，放置于添加起膜剂的海水中，1至2天后，待附着于硅藻附板上的硅藻细胞呈膜状或片状悬浮在水体中，用网筛过滤采收硅藻细胞，
或，
将硅藻附板投于动物养殖池中，待动物舔食干净。
其中，起膜剂由下述重量份数比的组分组成NH3SO4:NaNO3＝2-7：1，优选NH3SO4:NaNO3＝5:1，使用时，溶于F/2培养基中，配成20～80mg/L浓度的起膜剂溶液。
利用本发明的硅藻培养装置实施本发明的硅藻培养方法的实施例一
本实施例对两种底栖硅藻进行培养实验，即藻种一：菱形藻Nitzschia sp.、藻种二：双眉藻，Amphora coffeaeformis
藻种培养步骤：利用F/2培养基培养藻种；30-38℃静置培养，培养至藻株浓度为0.1g/L。
F/2培养基为每升海水中添加如下元素：NaNO3 75mg,NaH2PO4·2H2O5.65mg,Na2EDTA 4.16mg,FeCl3·6H2O 3.15mg,Na2SiO3·9H2O 20mg，CuSO4·5H2O 0.01mg,ZnSO4·7H2O0.022mg,CoCl2·6H2O 0.01mg,MnCl2·4H2O0.18mg,Na2MoO4·2H2O 0.006mg,Vitamin B120.0005mg,Vitamin B1 0.1mg,Biotin0.0005mg。
大量培养步骤：以50L的半透明塑料箱为培养容器，向容器中加入40L的F/2海水培养基，将100mg(湿重)藻种倒入培养基中，将40-80目聚乙烯纱网固定于塑料边框上，形成用于硅藻附着的硅藻附板，多个硅藻附板间隔3厘米垂直置于附板架上，向硅藻附板吹送空气，使海水培养基的温度为30-38℃，对硅藻附板照射灯光，光照强度10-80mol.m-2.s-1，使硅藻感受到的昼：夜比为14小时：10小时。
三天后，纱网上附满黄褐色硅藻。将附满硅藻的纱网取下，放入幼参养殖池中，海参对纱网上的硅藻积极取食。将其余纱网取下，搓下纱网上附着的硅藻，通过静止分层、脱水、干燥，得微藻固体。菱形藻的干生物质产量约为5.6g/㎡，双眉藻的干生物质产量约为10.5g/㎡，利用纱网培养的微藻生物质产量是常用方法以PC板为附板的八倍。
在传统的微藻液体养殖中，大量的能量消耗在水体运行、搅拌、通气、二氧化碳补给和收获上。使用本发明的方法培养微藻不需要严苛的条件，设备简单，易操作，能耗较低，并且能够产生高密度的藻细胞，适合水产养殖应用。此外，实验表明，硅藻在纱网上的附着强度高于生产上常用的PC板，更利于动物取食消化。因为动物在取食附差强度高的硅藻时，硅藻壳更易破壁，有利于动物消化。
利用本发明的硅藻培养装置实施本发明的硅藻培养方法的实施例二
本实施例对双眉藻属，Amphora coffeaeformis和Amphora exigua进行培养实验。
藻种培养步骤：利用F/2培养基培养藻种；30-38℃静置培养，培养至藻株浓度为0.1g/L。
大量培养步骤：向50升的培养容器中加入40升F/2培养基，F/2培养基盐度为35‰至55‰，将上步骤培养的藻种按藻种培养体积与F/2培养基体积比1：100置于培养容器中，将PC板固定于塑料边框上，形成用于硅藻附着的硅藻附板，多个硅藻附板间隔3厘米垂直置于附板架上，向硅藻附板吹送空气，使海水培养基的温度为35-38℃，对硅藻附板照射灯光，光照强度20μmol.m-2.s-1，使硅藻感受到的昼：夜比为14小时：10小时；
采收步骤：在培养容器中培养3至5天后，取出硅藻附板，放置于起膜剂溶液中(添加起膜剂的F/2培养基中，起膜剂添加量为70g/L海水)，1天后，附着于硅藻附板上的硅藻细胞呈膜状或大块片状悬浮在水体中，用网筛过滤采收硅藻细胞；起膜剂由下述重量份数比的组分组成NH3SO4:NaNO3＝5:1。
低温刺激步骤：将采收后的硅藻细胞集中起来，置于18-20℃循环水浴锅中给予低温刺激1天，然后将硅藻细胞冷冻干燥。
对于双眉藻，海水培养基的温度为35-38℃，本发明的硅藻培养方法的其他实施例中，也可以不加温。
这种起膜剂采收硅藻的方法适用于以塑料板或玻璃板作为附板时，而用纱网作为附板时所培养的硅藻附着较紧，密度高，不必刮取采收，可将网(附板)直接投于海参等动物养殖池中，待动物舔食干净后，可将网(附板)再重复利用。
本发明的硅藻培养方法包括低温刺激步骤，经分析，低温刺激后的藻细胞油脂含量可提高50％左右，EPA含量可提高3倍左右。
由于硅藻个体微小，从藻液中采收藻细胞一直是个瓶颈。有资料表明，硅藻采收的成本占其养殖成本(包括培养和采收)的20％至30％。寻求一种高效率、低成本、无污染的采收方法是当前硅藻产业亟需解决的问题。
本发明的技术方案，利用底栖硅藻的附着的生物学特性，将细胞培养在固体培养材料上，经起膜剂作用后，附着于固体材料上的硅藻细胞会脱离附着基质，通过网筛过滤即可采收，免除了刮取附着细胞的过程，也节约了一般浮游硅藻离心脱水时所需能耗。
本发明针对传统的硅藻液体养殖中条件苛刻、能耗高、易污染和细胞密度低的问题，提供一种硅藻培养方法，使用本发明的方法培养硅藻不需要严苛的条件，能耗较低，不易发生污染，并且能够产生高密度的藻细胞。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种硅藻培养装置，其特征在于，包括用于盛装培养基的培养容器以及置于培养容器内部的硅藻附板，还包括置于培养容器内部的用于向硅藻附板吹送空气的充气管，所述充气管与充气泵连接；还包括置于培养容器内部的用于支承硅藻附板的附板架，所述附板架包括底板以及分别垂直连接于底板的四个侧边上四个侧栏，四个所述侧栏依次首尾连接，所述硅藻附板垂直于所述底板，所述硅藻附板的两端分别伸入两相对所述侧栏的相对空隙中，以此所述附板架支承硅藻附板；硅藻附板包括塑料的方形框架以及覆盖于所述方形框架上的40-100目的透明的塑料纱网。
2.如权利要求1所述的硅藻培养装置，其特征在于，还包括用于向硅藻附板照射光线的光源以及用于对培养基加热的加热棒，所述加热棒置于培养容器的内部。
3.如权利要求1所述的硅藻培养装置，其特征在于，所述方形框架包括面积较大的第一塑料框和面积较小的第二塑料框，第一塑料框的四边与第二塑料框的四边相配合，以将所述塑料纱网夹持固定。
4.如权利要求1所述的硅藻培养装置，其特征在于，所述充气管为塑料管，所述充气管上设置由多个通气孔，相邻通气孔的距离为3～5厘米，所述充气管为多个，多个充气管缠绕于硅藻附板上，相邻的充气管的管间距为30-50厘米。
5.如权利要求1所述的硅藻培养装置，其特征在于，所述充气管平铺于培养容器的底部；
和/或，光源包括设置于培养容器上方的顶部光源和设置于培养容器两侧的侧面光源；
和/或，还包括用于控制充气泵以及光源的计时开关，计时开关与所述充气泵以及光源的电源分别连接。
6.一种硅藻培养方法，其特征在于，使用权利要求1所述的硅藻培养装置培养硅藻，包括：
藻种培养步骤；
大量培养步骤：向培养容器中加培养基，将上步骤培养的藻种置于培养容器中，多个硅藻附板间隔3-5厘米垂直置于附板架上，向硅藻附板吹送空气，对硅藻附板照射灯光；
采收步骤：在培养容器中培养3至5天后，取出硅藻附板，将硅藻附板投于动物养殖池中，待动物舔食干净。
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