【正文】 研1. 形成具有完備信息（如形態(tài)特征、生理特性、遺傳信息等）基礎(chǔ)、能共享、具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的能源微藻藻種（株）庫和信息平臺 。 第 五 年 1. 建立適合于不同氣候、不同培養(yǎng)體系和不同條件、抗生物污染能力強(qiáng)、性狀優(yōu)良、生產(chǎn)性能穩(wěn)定的能源微藻藻種和優(yōu)良株系庫，進(jìn)一步完善藻種庫和信息庫的建設(shè)。 9. 建立與年產(chǎn) 10 噸生物柴油相配套的非油脂組分能源化利用的設(shè)備與工藝 。 5. 建立采收、破壁、油脂提取與生物柴油制備系統(tǒng)的集成與優(yōu)化方法。 8. 在多噴嘴對置式水煤漿氣流床氣化熱態(tài)試驗平臺（ 500 公斤煤 /天）上開 展藻渣煤漿的氣化性能測試 。 4. 完成環(huán)境因子對能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程的調(diào)控與響應(yīng)規(guī)律研究；完成能源微藻培養(yǎng)體系CO2 吸收規(guī)律及其與培養(yǎng)過程的耦合；全面開展能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程優(yōu)化方法；進(jìn)行能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程放大規(guī)律研究；進(jìn)行室外微藻規(guī)模培養(yǎng)，初步進(jìn)行能源微藻培養(yǎng)經(jīng)濟(jì)分析。 2. 建立純化轉(zhuǎn)基因能源微藻藻落的技術(shù)體系，發(fā)掘 510 個影響能源微 藻脂肪酸合成及油脂積累的關(guān)鍵調(diào)控因子， 建立 12 種高效的能源微藻基因組規(guī)模突變方法，獲得 35 株生長快，高產(chǎn)油脂的突變能源微藻藻種。 完成全生命周期相關(guān)模型和軟的設(shè)計 。 6. 確定能源微藻細(xì)胞特性對不同油脂提取方法與效率的影響規(guī)律并解析其機(jī)制。 7. 對藻高值副產(chǎn)品例如多糖和蛋白的結(jié)構(gòu) , 熱敏性和穩(wěn)定性進(jìn)行分析。 4. 進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)并鑒定 24個重要環(huán)境因子作用下的脂代謝標(biāo)志物，揭示環(huán)境因子誘導(dǎo)微藻中脂類過量合成與響應(yīng)機(jī)制；完成規(guī)模化光自養(yǎng)過程培養(yǎng)過程動力學(xué)建模實驗；基本闡明能源微藻培養(yǎng)體系 CO2吸收放大規(guī)律；初步建立基于重構(gòu)全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)模型與多尺度分析方法相結(jié)合的能源微藻戶外規(guī)模光自養(yǎng)過程優(yōu)化與放大方法；開展規(guī)模培養(yǎng)產(chǎn)油微藻，單位油脂能耗及經(jīng)濟(jì)成本基本不增加的前提下，油脂產(chǎn)率提高 1525%以上，初步測算成本， 提出大規(guī)模培養(yǎng)工藝設(shè)計。 4. 基本完成環(huán)境因子對能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程的調(diào)控與響應(yīng)規(guī)律研究；完成能源微藻培養(yǎng)體系CO2 吸收與培養(yǎng)過程耦合規(guī)律；基本完成能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程優(yōu)化方法；進(jìn)行室外微藻規(guī)?；囵B(yǎng)和中試論證。 11. 在 SCI 和 EI 期刊上發(fā)表論文2232； 申請專利 913 項 ； 培養(yǎng)36 名博士研究生和 1112 名碩士研究生 。 細(xì)胞中含量的影響 。 9. 并完成藻渣煤漿霧化性能的測試 。 5. 綜合考察藻種及培養(yǎng)工藝對微藻細(xì)胞特性變化的影響規(guī)律 。 5. 確定不同能源微藻藻種及其培養(yǎng)工藝對細(xì)胞特性的影響規(guī)律 。 2. 發(fā)現(xiàn)若干個可能與能源微藻光合固碳和油脂合成與積累相關(guān)的調(diào)控基因；進(jìn)一步完善能源微藻的遺傳操作系統(tǒng)。 2. 基于重構(gòu)模型并結(jié)合組學(xué)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機(jī)制和特性；環(huán)境條件對二氧化碳的吸收和利用的影響等。 9. 完成熱模實驗平臺以及取樣與測試平臺的改造、搭建與測試。 8. 改造現(xiàn)有熱態(tài)實驗平臺和制漿平臺，包括現(xiàn)有平 臺的取樣與測試系統(tǒng)；并進(jìn)行微藻預(yù)處理裝置平臺的設(shè)計、搭建和調(diào)試。 13 13 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 律；進(jìn)行室外微藻培養(yǎng)。 6. 確定能源微藻細(xì)胞特性對不同采收方法與效率的影響規(guī)律并解析其機(jī)制。 2. 完成 12種優(yōu)質(zhì)能源微藻的代謝網(wǎng)絡(luò)模型的重構(gòu)；發(fā)現(xiàn)若干個可能與能源微藻光合固碳相關(guān)的調(diào)控基因；建立和完善能源微藻的遺傳操作系統(tǒng)?；谥貥?gòu)模型并結(jié)合組學(xué)分析，研究限制微藻光吸收和利用的主要因素和改善光吸收和利用的效率：包括微藻光吸收和光合作用的特性；微藻培養(yǎng)系統(tǒng)和環(huán)境條件對光的吸收和光合作用效率的影響；高效光的傳遞和吸收系統(tǒng)的關(guān)鍵途徑等。各課題通過擬解 決的 3 個科學(xué)問題實現(xiàn)有機(jī)關(guān)聯(lián)，通過各自的研究目標(biāo)形成了微藻 能源 規(guī)?；?制備 的理論基礎(chǔ)與技術(shù)體系。 （ 3）研究隊伍強(qiáng)，工作基礎(chǔ)好。 （ 2）研究內(nèi)容重點突出，研究對象明確，目標(biāo)切實可行。 特色 （ 1）鮮明的 生物學(xué) 與工程 學(xué) 交叉特色：微藻 能源 規(guī)?；瘧?yīng)用涉及的主要問題是典型的生物與化工相結(jié)合的生物產(chǎn)品工程問題，涉及多個學(xué)科，尤其是與工業(yè)生物技術(shù)相關(guān)的工程類學(xué)科，本項目通過生物化學(xué)、分子生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)工程等基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域的交叉，對微藻能源生產(chǎn)過程中所涉及的生命過程、工程科學(xué)以及系統(tǒng)科學(xué)進(jìn)行理解與深化，解決微藻 能源 規(guī)模化過程中的關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題， 可加速 微藻 能源產(chǎn)業(yè)化 進(jìn)程。 本項目擬采用濕藻為微藻能源加工的原料。 這種 基于微藻能量和物質(zhì)代謝 特征的高效 光生物 反應(yīng)器設(shè)計及 培養(yǎng) 工藝優(yōu)化與放大 新策略，有別 于基于經(jīng)驗 的 光生物 反應(yīng)器設(shè)計和 工藝 優(yōu)化 放大 的傳統(tǒng)方法 ， 可為能源微藻低成本規(guī)模化培養(yǎng)系統(tǒng)及培養(yǎng)技術(shù)瓶頸的突破奠 8 8 定重要基礎(chǔ) 。 （ 2）新策略：基于微藻能量和物質(zhì)代謝 特征 的高效 光生物 反應(yīng)器設(shè)計及 培養(yǎng) 工藝 優(yōu)化 放大 微藻的 低成本、 大規(guī)模培養(yǎng)是 實現(xiàn) 微藻 能源產(chǎn)業(yè)化 的關(guān)鍵 環(huán)節(jié)。現(xiàn)有基于單一因子或單一分支學(xué)科的 “ 剖分系統(tǒng)面向細(xì)節(jié) ”的 研究思路，難以全面認(rèn)識能源微藻的代謝規(guī)律、提高能源微藻的效率。利用物理及化學(xué)方法對藻種進(jìn)行誘變，利用高通量篩選技術(shù)獲得優(yōu)良藻種（株）；利用系 6 6 統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)及 13C 標(biāo)記技術(shù)研究能源微藻胞內(nèi)光合固碳、油脂合成與積累機(jī)制，利用分子生物學(xué)對代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造；利用 CFD 模擬、 PIV 測定技術(shù)結(jié)合熱模實驗研究光生物反應(yīng)器設(shè)計與放大原理；利用恒化培養(yǎng)、環(huán)境組學(xué)及多尺度分析技術(shù)研究能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程環(huán)境響應(yīng)、優(yōu)化及放大方法；利用細(xì)胞表面物理特性指導(dǎo)采收工藝的優(yōu)化、利用細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)特性指導(dǎo)破壁工藝的優(yōu)化、利用油脂組成指導(dǎo)甲酯化工藝的優(yōu)化、利用非油脂組分的組成指導(dǎo)藻體殘渣綜合利用技術(shù)的優(yōu)化；利用全生命周期分析技術(shù)對微藻 能源 規(guī)?；?制備 系統(tǒng)進(jìn)行集成與優(yōu)化。 以組學(xué)技 術(shù)研究藻細(xì)胞培養(yǎng)過程環(huán)境組學(xué)變化規(guī)律，揭示不同環(huán)境條件下的藻細(xì)胞表型規(guī)律和內(nèi)在響應(yīng)機(jī)制；進(jìn)一步從生物反應(yīng)器工程及細(xì)胞培養(yǎng)過程工程角度，開展光生物反應(yīng)器設(shè)計及能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程優(yōu)化與放大研究，揭示規(guī)?；囵B(yǎng)過程物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律，以期為能源微藻的高密度高油脂 產(chǎn)率 規(guī)?；囵B(yǎng)提供理論依據(jù)。 本項目的具體學(xué)術(shù)思路：從胞內(nèi)代謝認(rèn)知、規(guī)模培養(yǎng)、能源產(chǎn)品加工及系統(tǒng)集成優(yōu)化三個層面進(jìn)行深入研究，如圖 2 所示。 （ 8）培養(yǎng) 4060 名博士研究生， 100 名左右碩士研究生，形成一支在國際微藻能源這一快速發(fā)展領(lǐng)域得到同行認(rèn)可并產(chǎn)生重要影響的研究團(tuán)隊。 （ 4）揭示環(huán)境因子誘導(dǎo)微藻中油脂過量積累與環(huán)境響應(yīng)機(jī)制；建立基于重構(gòu)全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)模型與多尺度分析方法相結(jié)合的能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程優(yōu)化與放大方法 。 1 1 項目名稱： 微藻能源規(guī)?；苽涞目茖W(xué)基礎(chǔ) 首席科學(xué)家： 李元廣 華東理工大學(xué) 起止年限： 至 依托部門： 上海市科委 2 2 二、預(yù)期目標(biāo) 1. 總體目標(biāo) 實現(xiàn)微藻能源規(guī)模化 制備 中 的 關(guān)鍵科學(xué)問題的重大突破，挖掘能源微藻優(yōu)良藻種（株）選育原理， 建立 能源微藻藻種綜合評價體系 及 適合于我國國情的可規(guī)?；囵B(yǎng)的能源微藻藻種資源庫；揭示能源微藻光能轉(zhuǎn)化、光合固碳及油脂高效合成的機(jī)制；闡明光生物反應(yīng)器設(shè)計、優(yōu)化與放大原理，以及能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)工藝優(yōu)化及放大原理；闡明能源微藻細(xì)胞特性 對能源微藻加工過程的影響規(guī)律以及 加工工藝 優(yōu)化原理 ； 構(gòu)建微藻 能源 規(guī)?；?制備的 集成系統(tǒng)， 并 對其進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，明晰微藻 能源 規(guī)?；^程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和具體的技術(shù)瓶頸，同時為技術(shù)瓶頸的突破提供創(chuàng)新的源泉，推進(jìn)我國微藻能源的規(guī)模化進(jìn)程。 （ 3）建立不同類型光生物反應(yīng)器的混合特性及光分布特性參數(shù)的 CFD 模擬方法；確定能源微藻在光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)的混合特性及光分布特性方面的敏感性參數(shù)；建立不同類型光生物反應(yīng)器的評價方法，確定適合于能源微藻規(guī)模培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器類型；建立基于光照方向混合及光衰減 特性的光生物反應(yīng)器優(yōu)化方法以及光生物反應(yīng)器的放大準(zhǔn)則。 （ 7）發(fā)表論文 200 篇左右，其中 SCI 和 EI 收錄論文 100 篇以上；申請發(fā)明專利 2535 項，其中國際專利 35 項； 出版專著 12 部。為此，本項目以推動微藻 能源 規(guī)?；?制備中核心技術(shù)的重大突破 為目標(biāo) ，以能源微藻戶外大規(guī)模培養(yǎng)的實際條件為背景，以提高微藻 能源 規(guī)?；到y(tǒng)中各單元的效率為主線，研究從藻種選育到微藻 能源 規(guī)?；?制備 系統(tǒng)構(gòu)建過程亟待解決的生物學(xué)及工程學(xué)方面的 3 個關(guān)鍵科學(xué)問題。 第二個層面主要從規(guī)模培養(yǎng)系統(tǒng)的過程工程角度研究微藻細(xì)胞對