藻类中生物质能源研究检测方案(植物荧光成像)

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EcoTech京易科泰生态技术有限公司 EcoTech京易科泰生态技术有限公司易科泰生态技术oTech@ Science and Technology Ltd. 植物科学、土壤与地球科学、动物科学、藻类与水生态、光谱成像与遥感 公司地址：北京市海淀区高里掌路3号院6号楼1单元101B 邮编： 100095 FMT150在藻类生物质能源研究中的应用 开发藻类生物质能源是新能源战略的重要议题，不仅可以生产新能源替代石油化石能源，还可以固定碳，因此对碳中和具有重要意义，目前世界上多国均已经开展相关研究。 FMT150 是首个将光生物反应器技术与藻类生理监测技术结合起来的系统，集成了目前几乎所有主要的藻类在线培养与生理监测技术，不仅可以精确控制温度、光质、光强、培养周期等，还可同时在线监测温度PH值、溶解氧、光密度、叶绿素荧光等参数，本期摘选相关案例分享给各位读者。 11重组光合作用：一种在细胞内产生H的光系统统-氢化酶嵌合体 Andrey Kanygin 等人(2020)选取莱茵衣藻 (Chlamydomonas reinhardtii) 作为实验对象，利用基因手段，将藻类氢化酶表达到光系统Ⅰ的 PsaC 蛋白上，形成光系统I-氢化酶嵌合体，阻断并改变光合电子传递链走向，使之产生更多的氢气。 易科泰生态技术oTech Science and Technology Ltd. 植物科学、土壤与地球科学、动物科学、藻类与水生态、光谱成像与遥感公司地址：北京市海淀区高里掌路3号院6号楼1单元101B 邮编：·1 100095 光合电子传递链示意图，A为野生型(WT)，B为重组后 根据研究需要，作者将莱茵衣藻分为3个类型，分别是野生型(WT)，缺乏内源性氢化酶的突变体(hydA)，以及含有氢化酶表达的平H1，从下图中可以看出，在6小时黑暗环境下， hydA 型莱茵衣藻产生的氢气几乎可以忽略不计，H1产生的氢气约为 WT 的60%，这说明重组后的光系统I-氢化酶嵌合体完全可以从供体Fd接受电子；在光照条件下最初的1小时 WT 产生氢气的平均速率为28±8 pmol H2 h-l (mg Chl)-1，之后很快降到可以忽略不计的水平， hydA 没有氢气产生，平H1则在6小时内以 25±6 pmol Hz h-l (mg Chl)-1的速率持续产生氢气。 密封瓶顶部空间H2累积图，蓝色代表 WT， 黑色代表 hydA， 红色代表平H1， A为黑暗环境，B为光照条件下，注意两者纵坐标刻度有很大不同 易科泰生态技术oTech@ Science and Technology Ltd. 植物科学、土壤与地球科学、动物科学、藻类与水生态、光谱成像与遥感 公司地址：北京市海淀区高里掌路3号院6号楼1单元101B 邮编：100095 在该实验中，研究人员使用 FMT150 培养和控制藻类生长，并利用膜入口质谱仪(MIMS)检测藻液中氢气和氧气在接受光照时的瞬间变化。 MIMS检测结果图 2可持续生物烷烃气体生产和可再生能源的低碳战略 鉴于当前和今后严峻的能源危机和碳排放因素， Mohamed Amer 和清华大学陈国强等人(2020)利用 FMT150 作为培养和反应容器，对工业菌株大肠杆菌(E.coli)、嗜盐单胞菌(Halomonas)、集胞藻 (Synechocystis) 所产生的丙烷和丁烷气进行研究，并构思出适用于发达和发展中国家可持续生物烷烃气体生产和可再生能源的量产流程图。 工业菌株嗜盐单胞菌产生丙烷图， a 为 OD680数据，代表菌株密度变化，b为丙烷产量随时间变化 植物科学、土壤与地球科学、动物科学、藻类与水生态、光谱成像与遥感 公司地址：北京市海淀区高里掌路3号院6号楼1单元101B 邮编： 100095 生物烷烃生产未来原型示意图，a为概念设计， b为工艺流程 3用于室外光生物反应器的微藻油生产开发 Norsker 等人(2021)对微拟球藻属 (Nannochloropsis sp.) 在内的10种藻类的微藻油产量进行中试规模研究和筛选，以总脂肪酸 (TFA) 浓度和体积 TFA 生产率作为重要的衡量指标，结果表明 TFA 浓度范围为5至40%DW， 而 TFA产率范围为0至204 mg TFA Ldayl。 为了确定最小接种生物量密度，研究人员以 FMT150 作为反应容器，通过逐步提高光照和稀释直到量子产额 QY 和稀释率接近0为止，从下表可以看出相较于210 umol photons m-s-1，300 umol photons m-?s-135℃条件下其稀释率和量子产额均明显降低，因此得出后者为最大允许培养条件的结论。 EcoTech京易科泰生态技术有限公司易科泰生态技术oTech Science and Technology Ltd. 植物科学、土壤与地球科学、动物科学、藻类与水生态、光谱成像与遥感 公司地址：北京市海淀区高里掌路3号院6号楼1单元101B 邮编： 100095 Irradiance Temperature 210 umol photons m s 300 umol photons m's 30°C QY=0.38，D=2.6 35°C QY=0.35，D=2.6 QY=0.24，D=1.0 40℃ QY→0，D=0.2 Neochloris oleoabundans 在不同光照和温度条件下的量子产额QY 和稀释率表 部分参考文献 1.Kanygin A， et al. 2020. Rewiring photosynthesis： a photosystem I-hydrogenase chimera that makesH2 in vivo. Energy & Environmental Science 13：2903-2914. 2.Amer M， et al. 2020. Low Carbon Strategies for Sustainable Bio-alkane Gas Production andRenewable Energy. Energy & Environmental Science 13(6)： 1818-1831. 3.Norsker NH， et al. 2021. Developing microalgal oil production for an outdoor photobioreactor.Journal of Applied Phycology. doi： 10.1007/S10811-021-02374-7. 易科泰相关产品技术方案 AlgaTech 高通量藻类表分分析平台 AquaPen 手持式藻类荧光测量仪 AlgaeTron 藻类培养箱 AOM 藻类荧光在线监测系统 FL6000 双调制叶绿素荧光仪 FluorCam 便携式荧光成像 FluorPen/Monitoring Pen 荧光仪 FMT150 藻类培养与在线监测 FKM 多光谱荧光动态显微成像系统 MC10008通道藻类培养与在线监测 基于 RF-02技术的藻类光合作用与光合呼吸测量系统集成 基于 FMT150 光养生物反应器技术的系统集成 基于 MC1000 藻类多通道培养监测的系统集成 定制各种大型光养生物反应器 TEL：(AX：：(TTP： //www.eco-tech.com.cn Email： sales@eco-tech.com.cn FAX：：(EL：(TTP：//www.eco-tech.com.cn Email： sales@eco-tech.com.cn 开发藻类生物质能源是新能源战略的重要议题，不仅可以生产新能源替代石油化石能源，还可以固定碳，因此对碳中和具有重要意义，目前世界上多国均已经开展相关研究。FMT150是首个将光生物反应器技术与藻类生理监测技术结合起来的系统，集成了目前几乎所有主要的藻类在线培养与生理监测技术，不仅可以精确控制温度、光质、光强、培养周期等，还可同时在线监测温度、PH值、溶解氧、光密度、叶绿素荧光等参数，本期摘选相关案例分享给各位读者。1 重组光合作用：一种在细胞内产生H2的光系统I-氢化酶嵌合体Andrey Kanygin等人（2020）选取莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）作为实验对象，利用基因手段，将藻类氢化酶表达到光系统I的PsaC蛋白上，形成光系统I-氢化酶嵌合体，阻断并改变光合电子传递链走向，使之产生更多的氢气。根据研究需要，作者将莱茵衣藻分为3个类型，分别是野生型（WT），缺乏内源性氢化酶的突变体（hydA），以及含有氢化酶表达的ΨH1，从下图中可以看出，在6小时黑暗环境下，hydA型莱茵衣藻产生的氢气几乎可以忽略不计，ΨH1产生的氢气约为WT的60%，这说明重组后的光系统I-氢化酶嵌合体完全可以从供体Fd接受电子；在光照条件下最初的1小时WT产生氢气的平均速率为28 ± 8 µmol H2 h-1 (mg Chl)-1，之后很快降到可以忽略不计的水平，hydA没有氢气产生，ΨH1则在6小时内以25 ± 6 µmol H2 h-1 (mg Chl)-1的速率持续产生氢气。在该实验中，研究人员使用FMT150培养和控制藻类生长，并利用膜入口质谱仪（MIMS）检测藻液中氢气和氧气在接受光照时的瞬间变化。2 可持续生物烷烃气体生产和可再生能源的低碳战略鉴于当前和今后严峻的能源危机和碳排放因素，Mohamed Amer和清华大学陈国强等人（2020）利用FMT150作为培养和反应容器，对工业菌株大肠杆菌（E. coli）、嗜盐单胞菌（Halomonas）、集胞藻（Synechocystis）所产生的丙烷和丁烷气进行研究，并构思出适用于发达和发展中国家可持续生物烷烃气体生产和可再生能源的量产流程图。3 用于室外光生物反应器的微藻油生产开发Norsker等人（2021）对微拟球藻属（Nannochloropsis sp.）在内的10种藻类的微藻油产量进行中试规模研究和筛选，以总脂肪酸 (TFA) 浓度和体积TFA生产率作为重要的衡量指标，结果表明TFA 浓度范围为5至40% DW，而TFA产率范围为0至204 mg TFA L-1 day-1。为了确定最小接种生物量密度，研究人员以FMT150作为反应容器，通过逐步提高光照和稀释直到量子产额QY和稀释率接近0为止，从下表可以看出相较于210 μmol photons m−2 s−1，300 μmol photons m−2 s−1 35 °C条件下其稀释率和量子产额均明显降低，因此得出后者为最大允许培养条件的结论。部分参考文献1.Kanygin A, et al. 2020. Rewiring photosynthesis: a photosystem I-hydrogenase chimera that makes H2 in vivo. Energy & Environmental Science 13: 2903-2914.2.Amer M, et al. 2020. Low Carbon Strategies for Sustainable Bio-alkane Gas Production and Renewable Energy. Energy & Environmental Science 13(6): 1818-1831.3.Norsker NH, et al. 2021. Developing microalgal oil production for an outdoor photobioreactor. Journal of Applied Phycology. doi: 10.1007/S10811-021-02374-7.易科泰相关产品技术方案AlgaTech高通量藻类表型分析平台AquaPen手持式藻类荧光测量仪AlgaeTron藻类培养箱AOM藻类荧光在线监测系统FL6000双调制叶绿素荧光仪FluorCam便携式荧光成像FluorPen/Monitoring Pen荧光仪FMT150藻类培养与在线监测FKM多光谱荧光动态显微成像系统MC1000 8通道藻类培养与在线监测基于RF-O2技术的藻类光合作用与光合呼吸测量系统集成基于FMT150光养生物反应器技术的系统集成基于MC1000藻类多通道培养监测的系统集成定制各种大型光养生物反应器