【正文】 6. 解析能源微藻非 油脂組分的多元特性，建立其表征方法，在此基礎上系統(tǒng)考察不同的油脂提取方法對能源微藻非油脂組分組成的影響規(guī)律，根據(jù)能源微藻非油脂組分的多元組成特性，建立相應的微藻非油脂組分的高值化和能源化利 23 23 用方法，實現(xiàn)能源微藻資源的綜合利用。基于重構(gòu)的全基因組代謝網(wǎng)絡模型，甄別和改造可工業(yè)規(guī)模培養(yǎng)的能源微藻的碳流分配 規(guī)律和油脂合成積累的調(diào)控基因及高效光能利用和固碳的調(diào)控基因，構(gòu)建高產(chǎn)油、高光效的轉(zhuǎn)基因株系，以期為規(guī)?；囵B(yǎng)提供優(yōu)良藻株以及為規(guī)?；庾责B(yǎng)培養(yǎng)工藝優(yōu)化提供指導。對所篩選藻株 經(jīng)理化誘變、環(huán)境脅迫、高通量篩選和批量 評價，獲得具有規(guī)?；囵B(yǎng)性能的優(yōu)良藻株。 3. 提出全新的高效低成本光反應器的設計原理、培養(yǎng)過程優(yōu)化控制方法；及基于光分布特性參數(shù)的放大規(guī)律。 19 19 研究內(nèi)容 預期目標 產(chǎn)品的法體系，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備與工藝（所采用的技術路線一定要具有易放大、高效率、低成本及低能耗等產(chǎn)業(yè)化必備的特征） 。 11. 形成非油脂組分制備大宗能源揭示戶外環(huán)境因子誘導微藻中脂類過量合成與響應機制；全面闡明能源微藻培養(yǎng)體系 CO2吸收過程的放大規(guī)律；建立基于重構(gòu)全基因組代謝網(wǎng)絡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；在規(guī)模培養(yǎng)系統(tǒng)中，單位油脂能耗及經(jīng)濟成本基本不增加的前提下，油脂產(chǎn)率提高1015%以上，并測算出培養(yǎng)過程的成本，提出大規(guī)模培養(yǎng)工藝設計方案。 3. 能源微藻的代謝規(guī)律及代謝流的動態(tài)變化研究，基于代謝的過程優(yōu)化控制方法 及光生物反應器的放大規(guī)律研究。 9. 完成 能源微藻非油脂組分的組成對厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣過程的影響規(guī)律 。 6. 研究水代法、有機溶劑萃取法等油脂提取工藝。 3. 采用 PIV、 LDA 測試技術，對氣 —液 — 固三相的平板式、管道式光生物反應器進行流動特性研究，能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)， 光生物反應器結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)優(yōu)化。 12. 初步建立面向我國能源微藻規(guī)模化制備的全生命周期分析數(shù)據(jù)庫 。 4. 繼續(xù)研究環(huán)境因子對能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程的調(diào)控與響應規(guī)律；開展計量學、過程特征及動力學研究；進一步開展能源微藻培養(yǎng)體系 CO2吸收與培養(yǎng)過程耦合規(guī)律研究；初步探討能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程優(yōu)化方法；進行室外微藻擴大培養(yǎng)。 3. 采用 CFD 技術，對氣 — 液 — 固三相的平板式、管道式光生物反應器進行 CFD 大渦模擬、同時采用PIV、 LDA 測試技術，對氣 — 液 —固三相的跑道池、園池進行流動1. 篩選基礎粗油脂含量高于 20%的能源微藻 50 株，其中 5 株油脂含量高于 40%，且比生長率高于， 獲得 12 個油脂含量高于 60%藻株。 11. 針對微藻能源生產(chǎn)過程的每一個關鍵組件和過程開發(fā)過程模型。 8. 完成藻渣樣品的初步表征與預處理方法初步調(diào)研，獲得預處理方法的理論基礎。 4. 初步進行主要環(huán)境因子對能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程的調(diào)控與響應規(guī)律研究；進行能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程計量學、過程特征及動力學研究方法；初步 探討能源微藻培養(yǎng)體系內(nèi) CO2 傳遞規(guī)1. 制定統(tǒng)一的能源微藻篩選和評價體系與標準；篩選基礎粗油脂含量高于 20%的能源微藻 150 株以上，其中 15 株以上油脂含量高于 40%，且比生長率高于。 10 10 課題設置 各課題間相互關系 以推動微藻能源的低成本、規(guī)?；?制備中核心技術的重大突破 為目標，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)?；?制備 系統(tǒng)中各單元的效率及整體效率為主線，從解決微藻 能源 規(guī)?；?制備 過程中亟待解決的生物學及工程學方面 的 3 個關鍵科學問題角度設置如下 6 個研究課題： 課題 1. 能源微藻優(yōu)良藻種（株）選育原理與綜合評價體系 課題 2. 能源微藻光合固碳和油脂積累的代謝網(wǎng)絡及系統(tǒng)生物學研究 課題 3. 基于光照方向混合及光衰減特性的光 生物反應器設計與放大原理 課題 4. 能源微藻規(guī)?；庾责B(yǎng)培養(yǎng)過程的環(huán)境響應、優(yōu)化及放大原理 課題 5. 能源微藻采收、油脂提取及生物柴油制備原理與方法 課題 6. 非油脂組分資源化利用優(yōu)化及微藻 能源 規(guī)模化系統(tǒng)集成 各課題相互之間的關系及課題與所需解決科學問題之間的關系如圖 4 所示。在能源微藻優(yōu)良藻種選育與綜合評價，能源微藻光合固碳和油脂積累的代謝機理，規(guī)?；庾责B(yǎng)培養(yǎng)過程的環(huán)境響應與優(yōu)化，光生物反應器設計與放大，細胞采收、油脂提取及生物柴油制備，非油脂組分資源化利用及微藻 能源 規(guī)?；到y(tǒng)集成等方面都具有了很好的研究條件和堅實的系統(tǒng)生物學研究基礎。因而系統(tǒng)地研究以濕藻為原料的 高效低能耗微藻能源綠色制備方法 ， 對于微藻能源規(guī)?；苽?十 分 重要。 這種 研究 新思路 不僅有望進一步提高可規(guī)模化培養(yǎng)的藻種性能，而且可為工藝優(yōu)化提供重要的理論依據(jù)，從源頭上 推 進 微藻 能源 規(guī)?；?進程 。以微藻 能源 規(guī)?；?制備 過程從微觀到宏觀的優(yōu)化放大為主線，由實驗分析手段結(jié)合模擬計算，完成微藻 能源 規(guī)?；?制備 過程中所涉及的生物學和工程學方面的關鍵科學問題的認識與研究。為此，本項目以推動微藻 能源 規(guī)?；?制備中核心技術的重大突破 為目標 ，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及工程學方面的 3 個關鍵科學問題。 （ 3）建立不同類型光生物反應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 特性的光生物反應器優(yōu)化方法以及光生物反應器的放大準則。 （ 4）揭示環(huán)境因子誘導微藻中油脂過量積累與環(huán)境響應機制；建立基于重構(gòu)全基因組代謝網(wǎng)絡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 。 本項目的具體學術思路：從胞內(nèi)代謝認知、規(guī)模培養(yǎng)、能源產(chǎn)品加工及系統(tǒng)集成優(yōu)化三個層面進行深入研究，如圖 2 所示。利用物理及化學方法對藻種進行誘變，利用高通量篩選技術獲得優(yōu)良藻種（株）；利用系 6 6 統(tǒng)生物學技術及 13C 標記技術研究能源微藻胞內(nèi)光合固碳、油脂合成與積累機制，利用分子生物學對代謝網(wǎng)絡進行改造；利用 CFD 模擬、 PIV 測定技術結(jié)合熱模實驗研究光生物反應器設計與放大原理；利用恒化培養(yǎng)、環(huán)境組學及多尺度分析技術研究能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程環(huán)境響應、優(yōu)化及放大方法；利用細胞表面物理特性指導采收工藝的優(yōu)化、利用細胞壁結(jié)構(gòu)特性指導破壁工藝的優(yōu)化、利用油脂組成指導甲酯化工藝的優(yōu)化、利用非油脂組分的組成指導藻體殘渣綜合利用技術的優(yōu)化；利用全生命周期分析技術對微藻 能源 規(guī)?；?制備 系統(tǒng)進行集成與優(yōu)化。 （ 2）新策略：基于微藻能量和物質(zhì)代謝 特征 的高效 光生物 反應器設計及 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 的關鍵 環(huán)節(jié)。 本項目擬采用濕藻為微藻能源加工的原料。 （ 2）研究內(nèi)容重點突出，研究對象明確，目標切實可行。各課題通過擬解 決的 3 個科學問題實現(xiàn)有機關聯(lián)，通過各自的研究目標形成了微藻 能源 規(guī)?；?制備 的理論基礎與技術體系。 2. 完成 12種優(yōu)質(zhì)能源微藻的代謝網(wǎng)絡模型的重構(gòu)；發(fā)現(xiàn)若干個可能與能源微藻光合固碳相關的調(diào)控基因；建立和完善能源微藻的遺傳操作系統(tǒng)。 13 13 研究內(nèi)容 預期目標 律；進行室外微藻培養(yǎng)。 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。 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的調(diào)控基因；進一步完善能源微藻的遺傳操作系統(tǒng)。 5. 綜合考察藻種及培養(yǎng)工藝對微藻細胞特性變化的影響規(guī)律 。 細胞中含量的影響 。 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；進行室外微藻規(guī)模化培養(yǎng)和中試論證。 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)定性進行分析。 完成全生命周期相關模型和軟的設計 。 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；進行能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程放大規(guī)律研究；進行室外微藻規(guī)模培養(yǎng)，初步進行能源微藻培養(yǎng)經(jīng)濟分析。 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。 第 五 年 1. 建立適合于