973项目申报书――20xxcb20xx00-g微藻能源规模化制备的科学基础!

973项目申报书――20xxcb20xx00-g微藻能源规模化制备的科学基础!内容摘要：

. 发现并鉴定主要环境因子作用下的脂代谢标志物 23 个，初步了解环境因子诱导微藻中脂类过量合成机制；初步建立能源微藻规模化光自养过程培养过程动力学模型；掌握 CO2基本传递过程。 5. 建立能源微藻细胞特性表征的方法。 6. 确定能源微藻细胞特性对不同采收方法与效率的影响规律并解析其机制。 7. 明确本课题各研究内容的研究方案，完善技术路线。 8. 完成藻渣样品的初步表征与预处理方法初步调研，获得预处理方法的理论基础。 13 13 研究内容 预期目标 律；进行室外微藻培养。 5. 对能源微藻规模化培养过程中细胞特性进行表征。 6. 研究几种采收方法对藻细胞采收效率的影响规律及其影响机制。 7. 建立细胞不同组分（如蛋白质、多糖、色素、维生素等）、不同时期、不同微藻对应的表征方法，在此基础上系统考察不同的油脂提取方法对能源微藻非油脂组分的影响规律；研究影响细胞组分的因素（培养基、培养条件等），寻求各因素与组分之间的相关规律。 8. 改造现有热态实验平台和制浆平台，包括现有平 台的取样与测试系统；并进行微藻预处理装置平台的设计、搭建和调试。 9. 探索藻渣 预处理改性方法，初步建立利用藻渣发酵生产沼气的平台。 10. 建立高通量的分析系统对所选藻种包含的高值副产品进行分析。 11. 针对微藻能源生产过程的每一个关键组件和过程开发过程模型。 9. 完成热模实验平台以及取样与测试平台的改造、搭建与测试。 10. 发表 SCI 或 EI 收录论文 13～ 18篇 ， 申请专利 24 项。 培养博士生 1 名，硕士生 23 名。 14 14 研究内容 预期目标 第 二 年 1. 完善藻种库的建设，继续筛选能源微藻，选育粗油脂含量高于40%的能源微藻，建立高于 60%的能源改良藻株；获得可规模培养的性能优良藻株，建立能源微藻遗传改良原理和方法体系。 2. 基于重构模型并结合组学分析，研究限制微藻二氧化碳吸收和利用的主要因素：包括微藻二氧化碳吸收和利用的机制和特性；环境条件对二氧化碳的吸收和利用的影响等。 探索油脂及其他储存性化合物合成机制及调控：包括微藻光合作用所获取的能量及碳硫的分配；微藻中不同类油脂的合成途径及增加油脂合成的策略；淀粉 等储存性化合物合成机制及与油脂合成的关系；微藻细胞内油脂和储存性化合物的调控机制等；阐述培养条件及环境因素对细胞生长和油脂合成的影响：包括营养条件影响细胞生长和油脂合成的分子作用机理；微藻培养系统中理化条件对细胞生长和油脂合成的影响等。 进一步研究小球藻和微拟球藻的遗传操作系统，获得新型有自有知识产权的遗传操作系统。 3. 采用 CFD 技术，对气 — 液 — 固三相的平板式、管道式光生物反应器进行 CFD 大涡模拟、同时采用PIV、 LDA 测试技术，对气 — 液 —固三相的跑道池、园池进行流动1. 筛选基础粗油脂含量高于 20%的能源微藻 50 株，其中 5 株油脂含量高于 40%，且比生长率高于， 获得 12 个油脂含量高于 60%藻株。 2. 发现若干个可能与能源微藻光合固碳和油脂合成与积累相关的调控基因；进一步完善能源微藻的遗传操作系统。 3. 计算获得平板式、管道式光生物反应器中的湍动能、上下混合、流场 等混合特性；测试获得跑道池、园池中的湍动能、上下混合、流场等混合特性并与计算结果相对照以修正 CFD 计算。 结合CFD、 LDA 结果及闪光效应，提出新型优化光反应器结构和设计原理，并通过自养培养对原反应器进行评价。 4. 在上年基础上，再发现并鉴定出主要环境因子作用下的脂代谢标志物 23 个，基本掌握户外规模化培养过程环境因子诱导微藻中脂类过量合成与响应机制；完善建立能源微藻规模化光自养过程培养过程动力学模型；基本阐明能源微藻培养体系 CO2吸收过程的放大规律。 5. 确定不同能源微藻藻种及其培养工艺对细胞特性的影响规律。 6. 确定能源微藻细胞特性对不同破壁方法与效率的影响规律并解析其机制。 7. 明确培养条件对高值产品在藻 15 15 研究内容 预期目标 特性研究；结合 CFD 计算、 LDA测试对光反应 器结构优化，对原反应器进行评价。 4. 继续研究环境因子对能源微藻光自养培养过程的调控与响应规律；开展计量学、过程特征及动力学研究；进一步开展能源微藻培养体系 CO2吸收与培养过程耦合规律研究；初步探讨能源微藻光自养培养过程优化方法；进行室外微藻扩大培养。 5. 综合考察藻种及培养工艺对微藻细胞特性变化的影响规律。 6. 研究用于微藻细胞壁的不同的生物催化反应过程和化学反应过程。 7. 研究培养条件对高值产品在藻细胞中含量的影响。 8. 以神府煤为基础，添加合适的添加剂，研究藻渣掺入比例对藻渣煤浆性能的影响。 9. 并完成藻渣煤浆雾化性能的测试。 10. 逐步驯化沼气生产菌种对藻渣等营养的利用，并对其培养条件进行优化。 11. 整合微藻生产油脂系统的各关键过程，并开发系统模型，进行质量平衡和能量平衡计算。 12. 初步建立面向我国能源微藻规模化制备的全生命周期分析数据库。 细胞中含量的影响。 8. 改善藻渣煤浆的浆体性能，获得适合于工业应用的高浓度藻渣煤浆。 9. 获得藻渣添加比例等对水煤浆固含率、流变性、稳定性和雾化性能影响规律。 10. 完成对产甲烷症的驯化及 我国能源微藻规模化制备的全生命周期分析数据库的建立。 11. 在 SCI 和 EI 期刊上发表论文2232； 申请专利 913 项 ； 培养36 名博士研究生和 1112 名硕士研究生。 16 16 研究内容 预期目标 第 三 年 1. 完善能源微藻库的信息量，获得可规模化培养的能源微藻种（如三角褐 指藻等）的遗传纯系，提高能源微藻种遗传稳定性和生产性能；测试优良藻株抗逆性和户外培养测试其粗油脂含量。 2. 以光能和 CO2等为限制性基质开展藻细胞生理特性的化学计量学和动力学研究，并结合转录物组学、代谢组学等技术，研究高光效突变体光合途径的网络调控机制，循环光合磷酸化及光合放氧机理，并阐析光合电子传递、光化学与非光化学淬灭等生理过程的分子基础；研究 CO2 加富对 CO2 固定效率的影响、固碳关联酶与碳酸盐系统变化，阐明碳固定、浓缩及利用分子机制及环境胁迫下的固碳过程的分子基础。 3. 采用 PIV、 LDA 测试技术，对气 —液 — 固三相的平板式、管道式光生物反应器进行流动特性研究，能源微藻光自养培养， 光生物反应器结构的系统优化。 4. 基本完成环境因子对能源微藻光自养培养过程的调控与响应规律研究；完成能源微藻培养体系CO2 吸收与培养过程耦合规律；基本完成能源微藻光自养培养过程优化方法；进行室外微藻规模化培养和中试论证。 5. 研究油水共存条件下高效转化微藻油脂合成生物柴油的作用1. 测试 24株优良藻株的抗逆能力和户外实际油脂得率。 2. 解析能源微藻高效光能转化机制，阐明最优光能利用与光合固碳关联模式， 发现若干个可能与能源微藻光合固碳、生长生理、油脂合成和环境及营养条件响应相关的调控基因 ，初步形成能源微藻影响光合固碳和油脂积累的代谢调控网络。 3. 测试获得跑道池、 园池中的湍动能、上下混合、流场等混合特性并与计算结果相对照以修正 CFD计算；确定敏感性混合及光分布特性参数。 4. 进一步发现并鉴定 24个重要环境因子作用下的脂代谢标志物，揭示环境因子诱导微藻中脂类过量合成与响应机制；完成规模化光自养过程培养过程动力学建模实验；基本阐明能源微藻培养体系 CO2吸收放大规律；初步建立基于重构全基因组代谢网络模型与多尺度分析方法相结合的能源微藻户外规模光自养过程优化与放大方法；开展规模培养产油微藻，单位油脂能耗及经济成本基本不增加的前提下，油脂产率提高 1525%以上，初步测算成本， 提出大规模培养工艺设计。 5. 确定能源微藻不同油脂组成特征对甲酯化过程的影响规律并解析其机制。 17 17 研究内容 预期目标 规律。 6. 研究水代法、有机溶剂萃取法等油脂提取工艺。 7. 对藻高值副产品例如多糖和蛋白的结构 , 热敏性和稳定性进行分析。 8. 研究藻渣与煤共气化时对煤气化动力学的影响规律；研究藻渣与煤共气化过程中对煤灰熔点影响的规律；初步研究藻渣与煤共气化过程中氮、磷元素的迁移、转化规律； 研究能源微。