【文章內(nèi)容簡介】 規(guī)律 。 6. 研究水代法、有機溶劑萃取法等油脂提取工藝。 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。 8. 研究藻渣與煤共氣化時對煤氣化動力學(xué)的影響規(guī)律；研究藻渣與煤 共氣化過程中對煤灰熔點影響的規(guī)律；初步研究藻渣與煤共氣化過程中氮、磷元素的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律； 研究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 。 9. 全生命周期相關(guān)模型和軟件的設(shè)計 。 10. 根據(jù)來自實驗室和工廠規(guī)模的數(shù)據(jù)驗證模型。 6. 確定能源微藻細胞特性對不同油脂提取方法與效率的影響規(guī)律并解析其機制。 7. 掌握藻渣與煤共氣化時對煤氣化動力學(xué)的影響以及煤灰熔點影響，確定合適的氣化工藝條件。 8. 初步完成藻渣與煤共氣化過程中氮、磷元素的遷移規(guī)律。 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 。 完成全生命周期相關(guān)模型和軟的設(shè)計 。 10. 在 SCI 和 EI 期刊上發(fā)表論文3446； 申請專利 914 項 ； 培養(yǎng)12 名博士研究生和 1213 名碩士研究生 。 第 四 年 1. 對小球藻、三角褐指藻等優(yōu)良藻株進行比較基因組學(xué)研究，通過基因組再測序并與參考序列比較，甄別可規(guī)?；囵B(yǎng)的優(yōu)良能源微藻藻株及其改良藻株的遺傳差異，闡明優(yōu)良生產(chǎn)性狀遺傳基礎(chǔ)，為基因工程改造提供基礎(chǔ)。 2. 基于能源微藻的代謝網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測，結(jié)合組學(xué)技術(shù)，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)控基因或因子，初步進行構(gòu)建高油脂合成、高光效的轉(zhuǎn)基因株系，探索能源微藻工程1. 提供 23種能源微藻與規(guī)?；苽潴w系相關(guān)的生物學(xué)特征。 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。 3. 提出基于微藻代謝的過程優(yōu)化控制方法，形成技術(shù)方案；開始進行規(guī)模培養(yǎng)示范；并對優(yōu)化反應(yīng)器進行逐級放大并通過自養(yǎng)培養(yǎng)驗證，得到放大規(guī)律。 4. 完成主要環(huán)境因子作用下的脂代謝標(biāo)志物 23 個的鑒定，全面18 18 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 藻株應(yīng)用的可行性。 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(yīng)器的放大規(guī)律研究。 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. 研究能源微藻的高效低成本、易放大采收、破壁及油脂提取工藝優(yōu)化原理 。 6. 研究能源微藻高效低成本、易放大轉(zhuǎn)化生物柴油工藝優(yōu)化原理。 7. 開發(fā)同時獲取高值產(chǎn)品和油脂的分離技術(shù) 。 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 。 9. 在熱態(tài)試驗平臺上開展藻渣煤漿中氮、磷元素的遷移規(guī)律研究 。 10. 針對模型進行技術(shù)經(jīng)濟性分析的適應(yīng)性優(yōu)化；為生命周期分析提供基礎(chǔ)模型和數(shù)據(jù)庫，并 建立能源微藻規(guī)?；苽涞娜嬷芷诜治銎脚_ 。 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(dǎo)微藻中脂類過量合成與響應(yīng)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(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；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(shè)計方案。 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。 6. 初步完成獲取高值產(chǎn)品和油脂的分離技術(shù) 。 7. 獲得藻渣加入比例對氣化性能影響規(guī)律。 8. 完成藻渣煤漿氣化條件下藻中氮、磷等易導(dǎo)致水體環(huán)境富營養(yǎng)化元素的遷移規(guī)律研究。 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 。 10. 建立能源微藻規(guī)?；苽涞娜嬷芷诜治銎脚_ 。 11. 在 SCI 和 EI 期刊上發(fā)表論文2834； 申請專利 711 項 ； 培養(yǎng)23 名博士研究生和 68 名碩士研究生 。 19 19 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 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(shè)備與工藝（所采用的技術(shù)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） 。 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、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，進一步完善藻種庫和信息庫的建設(shè)。 2. 整合能源微藻光合固碳和油脂積累系統(tǒng)生物學(xué)研究全面開展構(gòu)建高油脂合成、高光效的轉(zhuǎn)基因株系，探索能源微藻工程藻株應(yīng)用的可行性。 3. 全面完成環(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；完成能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程計量學(xué)、過程特征及動力學(xué)的研究；全面能源微藻培養(yǎng)體系CO2 吸收規(guī)律 及其與培養(yǎng)過程的耦合任務(wù)；建立能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程優(yōu)化方法；能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程放大規(guī)律。完成進行能源微藻培養(yǎng)的經(jīng)濟分析。 4. 全面完成課題任務(wù)，總結(jié)課題研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。 2. 構(gòu)建 57 株生長快速、高效積累油脂的轉(zhuǎn)基因株系，轉(zhuǎn)基因株系至少要在戶外小試水平上提高10%以上。 。 3. 提出全新的高效低成本光反應(yīng)器的設(shè)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。 4. 全面完成關(guān)鍵環(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)機制；給出能源微藻規(guī)?；庾责B(yǎng)過程培養(yǎng)過程動力學(xué)模型；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(luò)模型與多尺度分析方法相結(jié)合的能源微藻20 20 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 究成果，編寫總結(jié)報告，進行課題驗收工作。 5. 確定高值產(chǎn)品的理化特性和可能的應(yīng)用市場 。 6. 構(gòu)建微藻能源規(guī)模化制備系統(tǒng)的研究平臺和示范裝置（生物柴油年生產(chǎn)能力達到 10 噸級），建立基于全生命周期分析的微藻能源規(guī)?；苽湎到y(tǒng)的集成與優(yōu)化方法 。 戶外規(guī)模光自養(yǎng)過程優(yōu)化與放大方法；在單位油脂能耗及經(jīng)濟成本基本不增加的 前提下，油脂產(chǎn)率提高 1525%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(shè)計方案 ， 以及培養(yǎng)研究生工作。 5. 在 SCI 和 EI 期刊上發(fā)表論文1518 篇 ； 申請專利 46 項 。 6. 完成課題驗收工作。 21 21 一、研究內(nèi)容 1. 采用組合流式細胞儀分選和高通量篩選或組合混合富集培養(yǎng)、細胞分選和高通量篩選等組合方法，從自然環(huán)境和已有藻種資源分離篩選出具有速生長、高含油、適應(yīng)不同氣候、不同培養(yǎng)體系、不同 CO2 氣源、耐低 pH、高效利用氮磷廢水等多樣化特征的優(yōu)良藻種。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。通過連續(xù)分離純化獲得遺傳純系，研究其繁殖方式及其環(huán)境影響機制，建立能源微藻遺傳改良原理和方法體系。通過比較基因組學(xué)研究，解析可工業(yè)規(guī)模培養(yǎng)藻種優(yōu)良株系優(yōu)良性狀的遺傳基礎(chǔ)。基于以上結(jié)果與信息， 建立適用不同氣候、不同培養(yǎng)體系和不同工藝、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，形成具有完備信息基礎(chǔ)、能共享、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的能源微藻藻種（株）庫和信息平臺。通過生物數(shù)據(jù)信息挖掘， 建立基于規(guī)?；阅芴卣鳎ㄋ偕L、高抗逆、高含油）的藻種綜合評價體系。 2. 開展基 因組、轉(zhuǎn)錄 組、 代謝 組等組學(xué)研究， 并結(jié)合 13C 標(biāo)記法解析不同條件下小球藻等可工業(yè)規(guī)模培養(yǎng)的能源微藻的碳代謝途徑，闡明代謝流遷移變化規(guī)律。結(jié)合公共基因組序列和代謝途徑數(shù)據(jù)庫，重構(gòu)全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)模型，甄別能源微藻光合固碳和油脂合成與積累的調(diào)控因子 。 以光和 CO2 等 為限制因子開展微藻細胞生理特性穩(wěn)定的計量化學(xué)和動力學(xué)研究，結(jié)合轉(zhuǎn)錄物組學(xué)、 代謝 組學(xué)等技術(shù)， 研究 能源微藻高光效突變體光合途徑的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機制，為提高 微 藻 細胞 光吸收、傳遞和利用效率提供基礎(chǔ)。基于重構(gòu)的全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)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)模化培養(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(dǎo)。 3. 采用 CFD 多尺度模擬技術(shù)和多尺度離散化超級并行計算機群系統(tǒng)，對 不同類型光生物反應(yīng)器（如敞開式跑道池及圓池、封閉式平板光生物反應(yīng)器及管道式光生物反應(yīng)器等）內(nèi)部氣 液 固三相體系的混合特性等進行模擬計算，獲得不同混合條件下的流體混合特性參數(shù)。采用 PIV 和 LDA 等測試技術(shù)，進行混合特性模擬結(jié)果的實驗驗證與模擬方法的修正。結(jié)合光衰減模型，通過數(shù)學(xué)分析方法（如傅里葉分析和小波分析等）獲得藻細胞在光生物反應(yīng)器內(nèi)的光暗循環(huán)頻率、光區(qū)停留時間占循環(huán)時間比例和時間平均光強等光分布特性參數(shù)。對三角褐指藻、小球藻等在不同類型光生物反應(yīng)器內(nèi)進行培養(yǎng)，確定影響能源微藻高效率培養(yǎng)的敏感性參數(shù)，并 對不同類型的光生物反應(yīng)器的培養(yǎng)效率進行評價?；讷@得的光照方向的混合特性及光分布特性方面的敏感參數(shù)，利用 CFD 對合適類型的22 22 光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)優(yōu)化，結(jié)合 CFD 模擬計算結(jié)果與逐級放大試驗，挖掘 基于光照方向混合及光衰減特性的光 生物反應(yīng)器設(shè)計與放大原理 ，為規(guī)?；馍锓磻?yīng)器的設(shè)計提供依據(jù)。 4. 采用恒化培養(yǎng)和同位素 13C 標(biāo)記等方法研究典型能源微藻（如小球藻等）不同環(huán)境條件 （光強與細胞密度、 CO2 濃度與 pH、溫度、 N 等營養(yǎng)物）下的光自養(yǎng) 培養(yǎng)過程以 及生長模式轉(zhuǎn)變（如異養(yǎng)轉(zhuǎn)光自養(yǎng)）時基因組、轉(zhuǎn)錄組和脂組等的差異 和變化規(guī)律； 采用組學(xué)及 13C 標(biāo)記等手段，結(jié)合所構(gòu)建的微藻全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)模型，研究重要環(huán)境影響因子條件下的碳代謝和油脂累積的規(guī)律，闡析環(huán)境優(yōu)化及脅迫條件下的代謝過程特征和細胞與環(huán)境相互作用機制；采用恒化培養(yǎng)或批培養(yǎng)方法開展不同環(huán)境條件下的細胞宏觀代謝流研究，獲得細胞生長與油脂累積過程動力學(xué)模型；研究既是碳源又是酸度平衡調(diào)節(jié)物的 CO2 的吸收規(guī)律及其與培養(yǎng)過程的耦合調(diào)控方法；采用恒化培養(yǎng)或批培養(yǎng)方法， 對 微藻 光自養(yǎng) 培養(yǎng)過程 的 在線參數(shù) （如 pH、溫度、 CO2 濃度等）、在線生理參數(shù) （ 如 在線 CO2 固定速率、 O2 釋放速率、 細胞呼吸強度等）、離線參數(shù) （ 如細胞密度、油脂含量等 ） 進行相關(guān)性分析，形成多尺度參數(shù)分析方法；在 重構(gòu)全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上結(jié)合宏觀代謝流多尺度分析方法，建立適于微藻細胞培養(yǎng)過程優(yōu)化的新方法；研究基于 微 藻細胞生理、光照方向混合及光衰減特性相結(jié)合的光自養(yǎng)培養(yǎng)過程放大方法，為規(guī)?；茉次⒃骞庾责B(yǎng)培養(yǎng)過程放大提供理論基礎(chǔ)。 5. 針對能源微藻規(guī)模化培養(yǎng)過程中細胞特性的多樣化，引入細胞大小、細胞形態(tài)、細胞膜組成、細胞膜電荷、細胞膜表面極性等參數(shù)，對能源微藻規(guī)?；囵B(yǎng)過程中細胞特性進行表征，建立能源微藻細胞特性表征 的方法；以此為依據(jù)，考察不同藻種、不同培養(yǎng)工藝等 情況 下微藻細胞特性的變化規(guī)律，為后續(xù)加工工藝的優(yōu)化與建立提供理論依據(jù)；研究 藻細胞密度、藻細胞形態(tài)及其易變性、大小、表面電荷等不同的物理特性 ，對各種方法的采收效率的影響規(guī)律及其機制，建立高效低成本、易放大采收工藝優(yōu)化方法；研究細胞膜強度及 水含量，對各種方法破壁效率的影響規(guī)律，建立 高效低成本、易放大的破壁工藝優(yōu)化方法 ；研究油脂組成對各種方法提取效率的影響規(guī)律，建立 高效低成本、易放大的油脂提取工藝優(yōu)化方法 ；設(shè)計并構(gòu)建 油脂 到生物柴油的反應(yīng) /分離耦合過程，研究油水共存條件下高效轉(zhuǎn)化微藻油脂合成生物柴油的作用規(guī)律，包括三甘酯的轉(zhuǎn)化，單甘酯、二甘酯和甲酯的變化規(guī)律及反應(yīng)動力學(xué)，研究生物柴油轉(zhuǎn)化過程中甘油的產(chǎn)生規(guī)律，達到甘油在線分離，實現(xiàn)生物柴油合成和甘油分離耦合的集成，為高效 、 低成本、易放大 的微藻 生物柴油 制備 工藝 的建立 奠定基礎(chǔ)。 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(chǔ)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(yīng)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。在此基 礎(chǔ)上，通過建立微藻能源生產(chǎn)過程各單元 的 優(yōu)化放大工藝，然后構(gòu)建微藻能源規(guī)模化系統(tǒng)，建立其系統(tǒng)集成與優(yōu)化方法，以實現(xiàn)各個單