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微藻:为未来提供燃料和减少重金属的绿色矿山

作者:admin 发布日期: 2019-08-01 二维码分享
微藻:为未来提供燃料和减少重金属的绿色矿山
河南生物柴油设备厂家之能源危机、水资源短缺和污染是可持续环境生存面临的主要挑战之一。来自可持续原料的可再生能源可以减少化石燃料的负担,并抑制温室气体(GHG)的排放。自本世纪初以来,生物燃料,尤其是生物乙醇和生物柴油,一直被认为是有利、环保的替代品之一。在这方面,藻类生物燃料有潜力成为我们日益减少的化石燃料储量的救星。
藻类是一个由蓝藻(微藻)到巨藻(巨藻)等多种光合生物组成的群体(约10万株)。微藻利用大气中的二氧化碳和阳光合成生物分子,包括蛋白质、碳水化合物、脂类和增值产品(类胡萝卜素、维生素和甾醇)。富含能量的化合物,特别是细胞内的脂质储备,是生产生物柴油的潜在原料;积累的碳水化合物经简单发酵可转化为生物乙醇,藻类增值产品可作为营养保健品的替代来源。此外,微藻还能捕获二氧化碳,减少环境和工业废水中的重金属,对生态环境产生影响。
尽管微藻在生物燃料和重金属减排方面具有巨大的潜力,但其大规模利用仍有很长的路要走。加快生物燃料生产和金属生物修复的经济生产的关键因素包括提高藻类生物量生产力、利用丰富/丰富的原料、具有成本效益的提取脂类/碳水化合物,以及利用剩余生物量生产高价值产品。利用不适合灌溉的海水或微咸水解决了藻类养殖的困境,因为不存在与淡水储量、土地和培养这些微生物的营养物质的竞争。
图由Neha Arora提供。
为此,我们的研究工作集中于从一个能够在海水中生长的本地湖泊中寻找高脂积累的微藻菌株。在分离的菌株中,Scenedesmus sp. IITRIND2耐天然海水(35 g/L海盐),生长速度较快,积累了较高的油脂和碳水化合物含量。实验室和中试规模的一系列生理和生化研究(在夏季户外条件下运行的光生物反应器中模拟真实的温度和光线波动)提供了对微藻海水适应特性的详细了解。这种适应性是由于中性糖的增加与结构和存储功能有关,包括葡萄糖,甘露糖,半乳糖,岩藻糖和核糖。
碳水化合物的重新排列可能有助于重新连接细胞成分和膜的渗透性,以避免高盐的有害影响。此外,通过使用美国和欧盟的燃料标准协议对生物柴油的燃料特性进行分析,验证了生物柴油在常规柴油发动机中的适用性.
然后,我们开始了解一些藻类生物学家和工业界感兴趣的关键问题:淡水微藻如何精确地适应如此高的盐分条件。我们设计了一个系统的工作流程来解释微藻在海水中与淡水相比,在基因、蛋白质和代谢产物水平上发生的变化。结果表明,与淡水培养基相比,微藻通过限制离子通道、降低表面电位和分泌多糖等途径重塑膜的通透性。
有趣的是,与对照细胞相比,在.... ASW培养中,微藻的电镜观察到细胞体积增大,细胞结构紊乱,脂质积累大,淀粉粒少。基于蛋白质组学、代谢组学和脂质组学的综合组学方法,提出了一种盐碱度驱动的代谢途径,该代谢途径有助于建立代谢模型和确定工程非耐盐藻类的遗传靶点.
下一个挑战是利用这种特殊的微藻来修复环境中存在的有毒重金属。这促使我们开发了一种协同的操作方式,以减轻砷和镉等重金属以及生物柴油的生产。Scenedesmus sp. IITRIND2对500 mg/L的砷(III, V)和100 mg/L的镉表现出非凡的耐受能力。在模拟井水的培养介质中,初始金属浓度为50 mg/L时,砷(III, V)和镉的去除率分别为87%和95%。在重金属胁迫下培养的微藻还表现出约40-45%的干细胞重量脂质含量。由这些脂质生产的生物柴油也符合国际生物柴油标准,从而表明了这种混合方法的可行性.
事实上,我们希望.终能更进一步,利用真正的废水和渗滤液,探索Scenedesmus sp. IITRIND2在印度土壤上露天跑道池塘中的潜力。我们的团队正朝着这一目标迈出一小步,他们在印度罗基理工学院(Indian Institute of Technology Roorkee)校园的本地日记废水上培育这种微藻。废水的生物修复方面的结果都非常有前途~ 75%总有机碳的去除,~ 94%化学需氧量、总氮和~ 93% ~ 90%的总磷与缓解氯(~ 91%),氟溴化(~ 89%)和(~ 66%),分别在10天的培养。微藻还积累了大量的细胞内脂质和碳水化合物,并将其转化为生物柴油和生物乙醇。
总之,我们系统地解决了藻类养殖的一些商业化障碍,包括测试海水作为养殖介质,开发代谢模型,将生物燃料生产与废水和重金属修复相结合。这些共同努力的启动大规模的微藻种植生物燃料和生物修复,以促进其在不久的将来的可持续应用。事实上,像Scenedesmus sp. IITRIND2这样强大且高产的微藻菌株,可能是将地球从能源危机、气候恶化和饮用水污染中拯救出来的答案。我们相信,我们的研究可以成为实现以藻类为基础的生物经济的基础步骤,从而帮助藻类成为满足世界需求的绿色矿山。
来源:藻类生态链微信公众号  作者:NEHA ARORA

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