微藻培养指南

目 录

前言

致谢

1 微藻细胞 1

1.1 微藻在应用藻类学中是什么意思？ 1

1.2 微藻结构和形态学特征 1

1.3 超微结构和细胞分裂 4

1.4 细胞生长和发育 6

1.5 微藻系统分类学 6

参考文献 12

2 微藻的光合作用 14

2.1 光合作用过程 14

2.2 光的性质 15

2.3 光合色素 16

2.4 光合作用的光反应 18

2.5 光合作用暗反应 22

2.6 光适应（Falkowski & Raven， 1997） 24

2.7 选择使用在微藻生物技术中的监测技术 24

2.8 藻类生产力的理论极限 27

参考文献 28

3 基本培养技术 30

3.1 微藻的分离 30

3.2 微藻生物活性分子筛选 31

3.3 藻株的维护和保存 32

3.4 生长因素的测量 32

3.5 培养形式 36

参考文献 41

4 环境应力生理学 43

4.1 引言 43

4.2 光照与光合作用速率 43

4.3 盐度应力 54

4.4 总结评述 56

4.5 总结 56

参考文献 57

5 环境因素对细胞成分的影响 62

5.1 引言 62

5.2 环境因子 62

5.3 营养因子 63

5.4 盐度 65

5.5 物理化学的协同作用对于细胞组分的影响 65

5.6 利用生物技术手段控制细胞组分 66

参考文献 67

6 藻类营养　矿物营养 70

6.1 营养方式 70

6.2 营养需求 71

6.3 藻类生长营养培养基的配方 76

6.4 氮和磷的摄取 76

6.5 有限资源（营养物）的竞争 79

6.6 养分比例 80

6.7 影响养分吸收的物理因素 81

参考文献 82

7 藻类营养：异养的碳营养 84

7.1 有机C培养基的吸收 84

7.2 生长和生产率 85

7.3 养殖系统和生产成本 86

7.4 混合营养 86

参考文献 88

8 微藻大规模培养的生物学原理 91

8.1 光照：生长以及生产能力主要影响因素 91

8.2 细胞浓度：细胞光体系培养中的显著影响因素 93

8.3 光能自养型搅拌混合培养 98

8.4 光照和黑暗（L-D）循环频率 101

8.5 光程：光合培养中生长和产能的决定性因素 102

8.6 超高密度细胞培养 103

8.7 光程作用于培养菌生产率的光合作用的反应时间 109

8.8 平均光照强度 112

8.9 用于光合生产力的阳光和强光照的有效利用 113

8.10 大规模培养中的光合效率（见第2章） 119

8.11 大规模培养的维持 123

参考文献 127

9 微藻大规模生产：光生物反应器 132

9.1 简介 132

9.2 开放式池塘 132

9.3 光生物反应器 135

9.4 商业化PBR 145

9.5 PBR设计标准 149

9.6 PBR的生产率 151

9.7 PBR和开放式反应池比较 153

9.8 PBR的放大 153

9.9 总结和展望 154

参考文献 155

10 细胞团及产物的下游处理 159

10.1 引言 159

10.2 获取过程 159

10.3 脱水 167

10.4 细胞破碎 170

10.5 产品分离 172

10.6 产品纯化 174

10.7 成本考虑：个案研究分析 175

10.8 结束语 180

10.9 术语 181

参考文献 184

11 微藻细胞团及其副产物的工业生产——大量工业类小球藻 188

11.1 引言 188

11.2 工业背景 188

11.3 营养收益 189

11.4 兼养生产 189

11.5 异养产品（参见第20章和第31章） 191

参考文献 193

12 微藻细胞团及其副产物的工业生产——大量工业类螺旋藻 195

12.1 引言 195

12.2 主要形态、细胞结构和分类特征 195

12.3 生理学、生物化学和基因特征 196

12.4 世界上工业生产 197

12.5 节旋藻生物量及其衍生生物制品 198

12.6 水华束丝藻 199

参考文献 200

13 微藻细胞团及其副产物的工业生产——主要的工业品种 202

13.1 生物学和盐度耐受力 202

13.2 ?-胡萝卜素 203

13.3 杜氏藻的?-胡萝卜素生物合成 204

13.4 番茄红素生产的生物技术 205

13.5 杜氏藻市场产品 206

13.6 商业生产者 206

参考文献 206

14 微藻细胞团及其副产物的工业生产——高潜能物质：红球藻属：红球藻属 208

14.1 简介 208

14.2 虾青素的化学成分 208

14.3 工业应用 209

14.4 生产技术 210

14.5 总结 213

参考文献 213

15 微藻细胞团及其副产物的工业生产——高潜能物质：紫球藻属 215

15.1 红藻多糖：概要 215

15.2 环境对多糖生产的影响 216

15.3 固定碳的分离 216

15.4 细胞壁多糖的功能 217

15.5 紫球藻户外培养的基本生理反应 217

15.6 环境对细胞组成以及多不饱和脂肪酸的影响 218

15.7 紫球藻的户外大规模生产 218

参考文献 219

16 微藻细胞团及其副产物的工业生产——高潜能物质：在封闭的环境下大规模

培养微藻 222

16.1 概述 222

16.2 室内培养体系 222

16.3 室外培养光生物反应器 223

16.4 结束语 224

参考文献 225

17 微藻细胞团及其高潜能副产物的工业生产：念珠藻珠藻 227

17.1 形态 227

17.2 生长环境 227

17.3 影响因素 228

17.4 生殖与发展 229

17.5 化学组成 229

17.6 培养 231

参考文献 231

18 人类和动物营养学中的微藻 233

18.1 引言 233

18.2 藻类的化学成分 233

18.3 毒理学方面 240

18.4 藻类消化过程的影响 242

18.5 新陈代谢研究 243

18.6 毒理学 243

18.7 藻类的动物饲料用途 246

18.8 藻类的治疗作用 248

18.9 藻类的降胆固醇功能 255

18.10 营养质量标准 256

参考文献 258

19 用于水产养殖的微藻：全球现状及未来趋势及 262

19.1 介绍—水产养殖—快速发展计划 262

19.2 过滤性软体动物 263

19.3 虾类 265

19.4 鱼类 266

19.5 精炼水产养殖的产品 267

19.6 未来发展 268

参考文献 269

20 用于水产养殖的微藻：微藻产物— 271

20.1 在可调控的密闭体系中培养微藻 271

20.2 在开放式培养体系中生产微藻 275

20.3 水产养殖与微藻培养的一体化 279

21 用于水产养殖的微藻：微藻营养价值 283

21.1 引言 283

21.2 微藻的化学成分及营养价值 285

21.3 虾青素 286

21.4 加工微藻的制备 288

参考文献 290

22 固氮蓝藻菌作为生物肥料在稻田的应用 292

22.1 自生的蓝藻细菌 292

22.2 共生藻：满江红 296

22.3 结论 299

参考文献 299

23 使用微藻生产氢和甲烷 301

23.1 背景 301

23.2 光合作用效率 301

23.3 微藻的氢代谢 303

23.4 直接生物光解 304

23.5 间接生物光解过程 305

23.6 利用微藻发酵生产氢气和甲烷 306

23.7 结论 307

23.8 综述 308

参考文献 309

24 水污染和微藻的生物修复：富营养化和水中毒— 312

24.1 富营养化过程 312

24.2 营养物对富营养化影响 312

24.3 藻类水华的毒性作用 313

24.4 控制富营养化 317

24.5 毒素产生藻类的潜在用途 318

参考文献 318

25 水污染和微藻的生物修复：水净化：废水氧化池中的微藻微藻 321

25.1 引言 321

25.2 稳定池管理原则 321

25.3 集约化养殖废物 324

25.4 工业废水 324

25.5 总结 326

参考文献 326

26 水污染和微藻的生物修复微藻对重金属的吸收和吸附—附 328

26.1 引言 328

26.2 微藻和重金属的关系 328

26.3 金属解毒 330

26.4 微藻在重金属生物修复方面的潜在应用 331

参考文献 332

27 能够引起水污染和生物修复的微藻微藻对饮用水水质的影响 335

27.1 引言 335

27.2 微藻对水质净化的作用 335

27.3 微藻对水质的负面影响 336

27.4 通过退田还湖从藻类中重获生态效益 337

参考文献 338

28 蓝藻目的基因修饰：新生物技术的应用 339

28.1 引言 339

28.2 序列信息 340

28.3 转化 341

28.4 代谢的灵活性 342

28.5 突变体的使用 343

28.6 生物技术方向的重要性 346

参考文献 347

29 作为重组蛋白平台的微藻 350

29.1 引言 350

29.2 藻类转化 350

29.3 营养型工程 352

29.4 表达水平优化 352

29.5 下游加工 355

29.6 结束语 356

参考文献 356

30 微藻中的生物活性物质 361

30.1 引言 361

30.2 观点回顾及研究的连续性 361

30.3 有机体和可用性 362

30.4 次级代谢过程 363

30.5 通过筛选阶段的群落生境中的微藻 365

30.6 微藻培养中的生物活性化合物 366

30.7 展望 375

参考文献 375

31 水产养殖业中海洋藻类的异养生产 382

31.1 引言 382

31.2 菌种的选择和优化 382

31.3 发酵培养基的设计 384

31.4 发酵罐从实验室到生产水平的扩大 385

31.5 商业化考虑和生产成本 386

31.6 结论 387

参考文献 388

32 固氮蓝藻——苏云金芽胞杆菌以色列亚种灭蚊毒素的基因传递系统 391

32.1 引言 391

32.2 苏云金芽胞杆菌以色列亚种（Bti）作为杀灭蚊子的生物杀虫剂 391

32.3 蓝藻作为BTI毒素传输系统的优势 392

32.4 在鱼腥藻PCC7120中表达苏云金芽胞杆菌cry基因 393

32.5 天然丝状蓝藻的转化和转基因微生物的形成 394

参考文献 394

33 提高海洋产品效率以稳定气候和促进粮食安全生产 398

33.1 海洋食物 398

33.2 工艺 398

33.3 气候稳定 399

33.4 海洋营养的过程 400

33.5 浮游植物生长速率（见第8章） 402

33.6 碳源吸收 403

33.7 法律和社会议题 403

33.8 结论 404

参考文献 405

微藻拉丁名名单 406

索引 407

本书适合理、工、农、林、医各类高等综合院校和师范院校生物科学方向本科生、研究生学习使用，也可供其他生物科技人员查阅参考。本书四个部分全面涉及微藻的基本培养方法、大规模生产技术、工业应用实例和前沿技术的介绍，对更深入认识和了解微藻，为推动我国微藻生物技术及其产业的发展具有十分重要的意义。