光生物反应器连续式培养海洋微藻优势研究

赵新亚 徐 哲 杨志平 吴 垠 大连汇新钛设备开发有限公司 辽宁大连 116039

海洋经济微藻作为水产动物鱼、虾、贝类育苗时的生物饵料，是影响幼苗成活率和质量的关键因素之一，其计划性、稳定性供给直接关系到育苗的成败。同时，微藻具有广阔的应用前景，已成为医药学、营养保健[1]、污水治理[2]等领域研究热点。但是，目前育苗所需饵料通常使用三角瓶一级培养、吊袋二级培养和水泥池三级培养系统进行培养[3]。这种培养方式存在诸如生产效率低，微藻质量得不到保证，培养液中微藻的密度较低，培养微藻的种类有限等不足之处。试验利用封闭性好、透光率高、安全无毒的材料制成培养器，分析和探索小球藻、新月菱形藻及叉鞭金藻的连续式培养方法的优势，为光生物反应器在饵料微藻培养中的应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 藻种

试验用的微藻藻种取自中科院海洋所藻种室，分别为小球藻（Chlorella.vulgaris）、新月菱形藻（Nitzschiaceae.closterium）和湛江叉鞭金藻（Isochrysis.zhangensis）。

1.2 试验设备与培养方法

微藻连续式培育系统由大连汇新钛设备开发有限公司研制，整套设备包括培养器、水处理器、温控系统、CO2 充气系统及人工光源等几部分，每套装置中设有入水孔、排气孔、营养盐注入孔及排藻液孔。试验需三角烧瓶（5L）和与反应器体积相同的聚乙烯水槽若干，在相同条件下采取常规培养方式作对照试验。

试验采用三种类型光生物反应器。第一种封闭式光合反应器为柱状，由封闭性能好、透光性强的钢骨架尼龙纤维复合膜制成，反应器直径60 cm，高180cm，容积500L；第二种采用钢外骨架尼龙膜光生物反应器，圆柱形，直径25cm，高180cm，容积80L；第三种采用串联柱式尼龙膜光生物反应器，反应器由12 个直径22cm 柱式尼龙膜培养袋串联组成，容积为800L。反应器均设有定时通气、气升式循环，采用自然光和人工光（外置，其中第一种大直径附加内置光源）连续照明，光强为4000～5000lx。连续式水处理器提供消毒海水，水温为20～24℃。

试验微藻营养盐为Convey 配方。

1.3 微藻计数

微藻密度用血球计数板计数，每天计数一次，每个种类分别计数2 次以上，取平均值。

K 为相对生长常数，计算方法按陈明耀（1995）的关系式：

式中t：培养时间，N0：培养起始密度，N1:培养t 时间后的密度。

2 结果与讨论

2.1 连续培养微藻系统的建立

连续培养，即在全封闭、连续式光合反应器中接入藻种后培养一段时间，当藻细胞密度达到生产要求后，每天放出一定量的藻液，再加入相同量的新培养液，使培养过程中有一个均衡的收获量。

用光生物反应器对微藻进行连续式培养研究，每天通过排藻液孔收取一定体积微藻，同时通过连续式水处理系统加入相同量消毒海水和营养盐。整个收获和注水过程都由不同管道完成，减少了外界敌害生物对培养微藻的污染，而且操作比较简单。

2.2 三种光生物反应器连续培养微藻生物量的变化

2.2.1 500L（直径60cm）单体柱式光生物反应器中的连续式培养

在500L 光生物反应器中实际培养小球藻和新月菱形藻总体积为400L。进行了30 天的连续式培养，每日收获量对微藻增长的影响结果见表1 和表2，小球藻密度为1900～2100×104cell/ml 时，每日收获量为50～60 L 时，可维持稳定的收获量；当藻浓度为1800×104cell/ml 时，每日排放70 L，小球藻浓度为1500×104cell/ml时，每日排放80 L，可使小球藻的培养呈稳定状态。

表1 收获量对小球藻连续培养的影响（直径60cm 柱式） 104cell/ml

表2 收获量对新月菱形藻连续培养的影响（直径60cm 柱式）104cell/ml

由表2 可见，当新月菱形藻浓度为440～460×104cell/ml 时，每日排放50～60L,微藻增长速度较快（K 值＞0.05);而当新月菱形藻浓度为390～420×104cell/ml 时，每日排放70 L，藻浓度为370×104cell/ml，每日收获量为80L 时，新月菱形藻可达稳定生产状态。

2.2.2 800L（直径22cm）串联柱式光生物反应器中的连续式培养

将小球藻和新月菱形藻在一次培养方式的基础上,当培养液中藻细胞达到一定浓度后（小球藻为2450～3080 万个/mL，叉鞭金藻为620～640 万个/mL），每天收获80～100 L 藻种,并补充相应体积的新培养液继续培养，表3、表4 是这两种微藻连续培养的结果。由表3 可见，藻液总体积为600 L，当小球藻培养至密度为2450×104cell/ml，每日收获80 L，则日生长量为387×104cell/ml；如果每日收获100L 则日生长量可达259×104cell/ml，均可获得较高的生长速度。

表3 收获量对小球藻连续培养的影响（直径22cm 串联） 104cell/ml

由表4 可见，试验所用新月菱形藻浓度为620～640×104cell/ml 时，每日排放70～90L,相当于总培养量的11.7%～15.0%。微藻增长速度均较快（K 值＞0.05）；当每日收获70～80 L 时，藻日生长量可达82～83×104cell/ml，当每日收获量增加到90L 时，新月菱形藻日净增密度为69×104cell/ml，表明这种连续式培养可使藻细胞不断保持指数生长，长时间保持较高的生长速率，且生长量可以满足连续式生产的需要。

表4 收获量对新月菱形藻连续培养的影响（直径22cm 串联）104cell/ml

2.2.3 80L（直径25cm）光生物反应器中的连续式培养

试验采用80L 光生物反应器对湛江叉鞭金藻进行连续式培养，每天收获密度在250×104cell/ml 以上的藻液6 升（大约为总培养量的10%），观察湛江叉鞭金藻生物量增长情况，同时就内置光源（红光）和补充CO2 对连续式培养的效果进行了比较，结果见图1 和图2。

由图1 可以看出，辅助光源对叉鞭金藻在连续培养时有促进其生长的作用（图1），并随着密度的增大，它的影响越明显。

图1 在连续培养时辅助光源对叉鞭金藻生长的影响

在连续培养时，CO2 对叉鞭金藻生长的作用与辅助光源的作用相同（图2）

图2 在连续培养时CO2 对叉鞭金藻生长的影响

3 结论

实验中分别用 500L单体柱式光生物反应器连续式培养、800L串联柱式光生物反应器连续式培养以及 80L 光生物反应器连续式培养对小球藻、新月菱形藻和湛江叉鞭金藻进行培养，相比较常见的三角瓶一级培养、吊袋二级培养和水泥池三级培养系统进行培养有较明显的优点。用以往的培养方式进行培养操作烦琐，生产效率低，藻的质量不能得到保障。本试验涉及器材是由封闭性好、透光率高、安全无毒的材料制成的，大大地保障了微藻的质量。

通过分析小球藻和新月菱形藻的浓度及生长常数，可以看出，光生物反应器在接种较少的藻种情况下也可以很快的进入到生长繁殖期，增强微藻的繁殖能力。

总之，光生物反应器连续培养与其他养殖方法相比，接种量少，藻细胞能快速进入指数生长期，延缓期极短，藻细胞生长、繁殖速度快，并且培养的藻液浓度大，提高了饵料质量，为水产动物提供了丰富的植物性饵料。