全 文 ：利用微藻固定烟道气中 CO2 的实验研究 3
岳丽宏 3 3 　陈宝智　王　黎　胡筱敏　(东北大学资源与土木工程学院 ,沈阳 110006)
【摘要】　为获得能适合于烟道气条件下生长的微藻 ,找到一种高效的温室气体固定的方法 ,利用配置烟道
气 (CO2 和 O2 的浓度分别为 15 %和 2 %)驯化稻田微藻混合试样 ,分离出对高浓度 CO2 条件有很强适应力
的微藻 ZY21 ,并研究了在不同培养条件下微藻 ZY21 的生长情况. 微藻 ZY21 在 CO2 浓度从 10 %～15 %的
范围内有较高生长力 ,在 CO2 浓度为 10 %时 ,生长最好. 微藻 ZY21 对温度、气体流速、p H 值等物理条件也
有很宽的适应范围 ,在温度为 25～30. C、流速为 0125～0175L·min - 1 、p H4～6 范围内 ,生长基本稳定. 在
培养条件为 10 % CO2 、25. C 、p H510 时 ,微藻 ZY21 的生长率最高 ,CO2 的固定率平均值为 01397 %. 可以
认为 ,利用该藻固定烟道气温室气体具有一定的可行性.
关键词 　微藻 　温室气体 　CO2 　固定
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 02 - 0156 - 03 　中图分类号 　X511 ,X172 　文献标识码 　A
An experimental study for f ixation of CO2 in stack gases using microalgae cultivation. YU E Lihong , CHEN
Baozhi , WAN G Li , Hu Xiaomin ( Resources and Civil Engineering College , Northeast U niversity , S henyang
110006) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (2) :156～158.
To obtain a microalgae growing well in the condition of stack gases and to find a good method of fixing green2
house gases ,the ZY21 strain identified as a species of Chlorella genus was isolated from soil2water mixture samples
collected from a paddy field after an enrichment culture using the reproduced stack gases containing 15 % of CO2
and 2 % of O2 . The results showed that the range of CO2 concentration for the optimum growth of the ZY21
strain was 10～15 %. The ZY21 strain had its maximum growth when the CO2 concentration was 10 %. Under a
broad range of physically conditions including 0125～0175 L·min - 1 of air flowing rate ,25～30 ℃of temperature
and p H 4～6 ,the ZY21 strain had a steady growth. The optimum cultural condition with 01397 % of the CO2 u2
tilization efficiency was seemed to be 10 % of CO2 ,25 ℃and p H510. It is feasible to fix greenhouse gases using
the stack gases combined with the ZY21 strain.
Key words 　Microalgae , Greenhouse gas , CO2 , Fixation.
3 东北大学科研基金资助项目 (211) .3 3 通讯联系人.
2001 - 07 - 19 收稿 ,2001 - 10 - 234 接受.
1 　引 　　言
近年来 ,由于工业的急速发展和人口的迅猛增
加 ,使得大气中 CO2 等温室气体的浓度远远超出了
自然生态系统所能承受的能力 ,发生了温室效应. 研
究表明 ,近年的全球变暖、极地冰川融化、海平面上
升、暴风雨、飓风、干旱、森林火灾等自然灾害的频繁
发生、热带疾病的蔓延等都与温室气体的温室效应
有关[7 ] . 因此 ,对 CO2 等温室气体的控制已成为大
气污染控制的新热点. 在诸多技术中 ,利用微藻固定
CO2 的光生物技术被认为是一种有希望的、经济高
效的新方法[2 ,4 ] . 通常 ,适宜的微藻生长的 CO2 浓度
为 1 %～5 %(v/ v) ,当 CO2 浓度大于 5 %时 ,微藻生
长受到抑制 [1 ,5 ,8 ] . 而一般的烟气中 , CO2 浓度为
15 %左右. 因此 ,只要能获得在高浓度 CO2 条件下
生长的微藻 ,就可找到一种高效固定 CO2 的方法.
2 　材料与方法
211 　实验材料 　从沈阳市南郊稻田取泥水混合物作为微藻
混合试样 ;驯化、分离培养基为水生 4 号培养基 ,微藻保种培
养基为水生 9 号培养基[4 ] ;配置烟道气的成分为 (v/ v) :15 %
CO2 ,2 %O2 ,83 %N2 ;实验主要仪器有显微镜 ( XST218A ,中
国南京) ,数字光照度仪 ( ST280B ,江苏沛县测光仪器厂) ,
L ZB 转子流量计 (沈阳玻璃仪器厂) ,751 分光光度计 (上海
第三分析仪器厂) . 培养条件对微藻生长影响的测定实验选
HB275 藻类培养基[4 ] . 实验装置如图 1.
212 　实验方法[9 ] 　首先将水生 4 号藻类培养基的初始 p H
值调整在 610 左右 ,灭菌. 50ml 的锥形瓶里装上 30ml 培养
基 ,将重约 1g 的微藻混合试样接种到该培养基里 ,在 25 ℃
预培养 3 周. 光源采用白荧光灯 ,光照强度为 2500Lux ,光照
周期为 12∶12 (h) . 预培养后的微藻试样进行驯化培养 ,通入
配置烟道气 ,气流流速大于 60ml·min - 1 ,以白炽灯为光源 ,
应 用 生 态 学 报 　2002 年 2 月 　第 13 卷 　第 2 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Feb. 2002 ,13 (2)∶156～158
光照强度约为 11000Lux ,光照周期为 10∶14 (h) ,驯化培养周
期为 4d. 取 1ml 的驯化后的藻液 ,接种到新的培养基中 ,反
复驯化培养 3 次 ,然后采用平板分离法进行微藻的分离试
验.首先将 1ml 的藻液喷散到固体培养基表面 ,让藻群在培
养基表面生长 ,25 ℃培养两周 ,光照强度约为 2500Lux ,光照
周期为 12∶12 (h) . 通过显微镜观察 ,出现较纯的种群时 ,用
接种环取出 ,制成藻液 ,反复进行分离培养 ,不断进行纯化 ,
直至获得纯藻群 ,将该藻命名为 ZY21 藻 ,利用 C/ N 分析仪
(NC2800)测得其含 C 率为 01456 ,并进行保种.
　　实验测定了 CO2 浓度、培养温度、气体流速、培养基的
初始 p H 值等主要的培养条件对藻种 ZY21 生长的影响情
况 . 表1列出了影响微藻生长的主要物理和化学参数 ,各参
图 1 　微藻培养实验装置图
Fig. 1 Diagram of experimental apparatus of microalgae culture.
表 1 　测试 ZY21 藻培养特性的实验参数
Table 1 Experimental parameters for determining cultural characteristics of the ZY21 strain
序号
No.
CO2 浓度
CO2 concentration ( % v/ v)
气体流速
Flow rate (L·min - 1)
培养温度
Temperature ( ℃)
初始 p H 值
p H(initial)
1 空气 Air ,5 ,10 ,15 ,20 0125 25 610
2 10 ,15 ,20 ,50 ,100 0125 25 610
3 10 011 ,0125 ,015 ,0175 ,110 25 610
4 10 0125 20 ,25 ,30 ,35 ,40 610
5 10 0125 25 310 ,410 ,510 ,610 ,710
数值随着试验条件而改变.
　　首先将培养基的初始 p H 调至 610 ,通空气培养 ,以后每
个实验的接种液均取自通空气培养的藻液 ,接种藻细胞净重
约为 30～50mg ,接种到 500ml 的培养液中 ,所有实验均培养
1 周. 收获的藻细胞用消毒水离心清洗后 ,在 105. C 烘干
24h ,称其干重. 实验结果值计算公式如下 :
微藻的增长率　GP =
收获的微藻干重 - 接种液中藻细胞干重
接种液中藻细胞干重 (倍数·周
- 1) (1)
CO2 利用率　U E =
(收获的藻细胞干重 - 接种液中藻细胞干重) ×01456 ×44
通入的 CO2 总质量×12 ×100 %
(2)
微藻生物质的 1g 有机碳约相当于 4417kJ 的能量[6 ] ,辐射能
有光照度计测得 ,
光合成率　PE =
(收获的藻细胞干重 - 接种液种藻细胞干重) ×01456 ×1114
辐射能 ×100 %
(3)
3 　结果与讨论
311 　微藻的驯化、分离培养
本次实验经驯化、分离微藻混合试样 ,获得了能在
较高 CO2 浓度(15 %)条件下生长的微藻 ZY21 ,该藻为
单细胞绿藻 ,球形 ,包含一个叶绿体 ,无性繁殖 ,参照有
关藻类分类学的书籍[3] ,可知该藻属小球藻属.
试验过程中之所以选取稻田的泥水混合液作为
微藻混合试样 ,主要是考虑到稻田的环境如光强、营
养、温度等条件比较适合微藻的生长 ,尤其考虑到在
秋末冬至的时候 ,耕翻过的土壤中 CO2 浓度较高 ,
由此可推测这样的混合藻液一定含有对高浓度 CO2
条件有较高适应力的微藻 ,这一推测在实验中得以
证实.
312 　不同培养条件下微藻 ZY21 的生长
图 2a、b 反映了 CO2 浓度对微藻 ZY21 生长的
影响情况. 从图 2 可以看出 ,在 CO2 浓度 10 %～
15 %时 , ZY21 藻生长较好 ,CO2 浓度为 10 %时 ,其
增长率最大. 随着 CO2 浓度的继续增加 ,微藻 ZY21
的生长受到抑制 ,在纯 CO2 条件下 ,不再生长 ,但培
养液始终为绿色. 图 (2c) 反映通气速度对微藻 ZY21
生长的影响情况 ,在气流速度为 0125 ～ 0150L ·
min - 1时 ,微藻 ZY21 增长率较高 ,但在整个流速范
围内 ,增长率变化不大. 图 (2d)反映在不同温度下微
藻 ZY21 生物量的增长情况 ,在 20 ℃增长明显不如
7512 期 　　　　　　　　　　　　　岳丽宏等 :利用微藻固定烟道气中 CO2 的实验研究 　　　　　　　　
25 ℃,在 25 ℃～30 ℃之间长势良好 ,增长率变化不
大 ,约在 25 ℃时增长率达最高值. 而当温度为 35 ℃,
增长率有所下降. 从图 (2e) 可以看到 p H 对 ZY21 的
影响情况. 起先培养液 p H 的下降并没有阻碍微藻
ZY21的生长 ,相反 ,其增长率曲线略有升高 ,在p H
图 2 　不同培养条件下微藻 ZY21 的生长率
Fig. 2 Microalgae growth rate under different cultural conditions.
为 5 时 ,增长率最大. 随着 p H 的继续下降 ,到 p H 为
3 时 ,微藻生长明显受到抑制 ,4d 后死亡.
　　在所有实验条件中 ,CO2 浓度是主要因素 ,微藻
ZY21 对高浓度 CO2 条件的适应力表明其具有在烟
道气条件下生长的可能性. 温度、气体流速、培养基
p H 值等物理条件在一定范围内的变化对该藻的生
长影响不大 ,具有较稳定的生长趋势 ,所有这些特性
都说明微藻 ZY21 不需要严格地约束培养条件 ,因
此 ,利用微藻 ZY21 固定烟道气中的 CO2 来减少温
室气体的排放.
综合考虑前面 5 组实验结果 ,不难看出 ,在培养
条件为 10 %CO2 、0125L·min - 1 、25 ℃、p H510 时 ,微
藻 ZY21 生长最好. 利用每组实验在该条件下获得
的数据 ,计算光合成率及 CO2 利用率 (表 2) .
表 2 　最佳培养条件下微藻 ZY21 的光合成率及 CO2 利用率
Table 2 Photosynthetic eff iciency and CO2 utilization of the ZY21 strain
under the optimum cultural conditions
编号
No.
光合成率 PE
Photosynthetic
efficiency( %)
CO2 利用率 U E
CO2 utilization
efficiency( %)
1 3142 01453
2 3113 01425
3 2186 01374
4 2153 01318
5 2194 01396
平均值 Mean 2198 01397
参考文献
1 　Becker EW. 1994. Microalgae. Cambridge : Cambridge University
Press. 63～129
2 　He J K ,Zhang AL , Ye Y. 1996. Technology options for CO2 mitiga2
tion in China. A mbio2S tockhol m ,25 (4) :249～253
3 　Lin B2Q (林毕琴) ,Jiang B2H(姜彬慧) . 1999. Algae and Environ2
mental Protection. Shenyang :Liaoning Nationality Press. 233～261
(in Chinese)
4 　Miura Y , Yamada W ,Hirata K , et al . 1993. Stimulation of hydro2
gen production in algal cells grown under high CO2 concentration
and low temperature. A ppl Biochem Biotechnol ,39/ 40 :753～761
5 　Myers J G. 1953. Algae Culture. Washington DC : Carnegie Institu2
tion of Washington Press. 37～54
6 　Platt T , Irwin B. 1993. Caloric content of phytoplankton. L i m nol
Oceanogr ,18 :306～310
7 　Steinbery M. 1992. History of greenhouse gas mitigation technolo2
gies. Energy Convers & M gmt ,133 ( 5～8) : 311～315
8 　Vonshak A. 1986. Laboratory techniques for the cultivation of mi2
croalgae. In : Handbook of Microalgal Mass Cultivation. Boca Raton :
A. Richmond. CRC Press. 117
9 　Yu S2X(俞书馨) , Wu G2Q (吴国庆) , Meng X2T (孟宪庭) .
1990. In : Handbook of Environmental Microbiological Inspection.
Beijing :China Environmental Science Press. 121～125 (in Chinse)
作者简介 　岳丽宏 ,女 ,1971 年生 ,博士 ,讲师 ,主要从事光
生物法控制大气中温室气体含量及其生物能利用的研究. E2
mail : CH1 YL H @263. net
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