【文章內容簡介】 規(guī)律 。 6. 研究水代法、有機溶劑萃取法等油脂提取工藝。 7. 對藻高值副產品例如多糖和蛋白的結構 , 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)酵生產沼氣過程的影響規(guī)律 。 9. 全生命周期相關模型和軟件的設計 。 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)酵生產沼氣過程的影響規(guī)律 。 完成全生命周期相關模型和軟的設計 。 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)良生產性狀遺傳基礎，為基因工程改造提供基礎。 2. 基于能源微藻的代謝網絡模型預測，結合組學技術，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控基因及高效光能利用和固碳的調控基因或因子，初步進行構建高油脂合成、高光效的轉基因株系，探索能源微藻工程1. 提供 23種能源微藻與規(guī)?；苽潴w系相關的生物學特征。 2. 建立純化轉基因能源微藻藻落的技術體系，發(fā)掘 510 個影響能源微藻脂 肪酸合成及油脂積累的關鍵調控因子， 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，形成技術方案；開始進行規(guī)模培養(yǎng)示范；并對優(yōu)化反應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志物 23 個的鑒定，全面18 18 研究內容 預期目標 藻株應用的可行性。 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、易放大轉化生物柴油工藝優(yōu)化原理。 7. 開發(fā)同時獲取高值產品和油脂的分離技術 。 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. 針對模型進行技術經濟性分析的適應性優(yōu)化；為生命周期分析提供基礎模型和數(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；建立基于重構全基因組代謝網絡模型與多尺度分析方法相結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，單位油脂能耗及經濟成本基本不增加的前提下，油脂產率提高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。 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品和油脂的分離技術 。 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 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 。 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 研究內容 預期目標 產品的法體系，建立與年產 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。 2. 整合能源微藻光合固碳和油脂積累系統(tǒng)生物學研究全面開展構建高油脂合成、高光效的轉基因株系，探索能源微藻工程藻株應用的可行性。 3. 全面完成環(huán)境因子對能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程的調控與響應規(guī)律；完成能源微藻光自養(yǎng)培養(yǎng)過程計量學、過程特征及動力學的研究；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；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)的經濟分析。 4. 全面完成課題任務，總結課題研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、能共享、具有我國自主知識產權的能源微藻藻種（株）庫和信息平臺。 2. 構建 57 株生長快速、高效積累油脂的轉基因株系，轉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。 4. 全面完成關鍵環(huán)境因子作用下的脂代謝標志物，揭示環(huán)境因子誘導微藻中脂類過量合成與響應機制；給出能源微藻規(guī)?；庾责B(yǎng)過程培養(yǎng)過程動力學模型；闡明能源微藻培養(yǎng)體系 CO2吸收過程的放大規(guī)律；建立基于重構全基因組代謝網絡模型與多尺度分析方法相結合的能源微藻20 20 研究內容 預期目標 究成果，編寫總結報告，進行課題驗收工作。 5. 確定高值產品的理化特性和可能的應用市場 。 6. 構建微藻能源規(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濟成本基本不增加的 前提下，油脂產率提高 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?；谝陨辖Y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、能共享、具有自主知識產權的能源微藻藻種（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)模化性能特征（速生長、高抗逆、高含油）的藻種綜合評價體系。 2. 開展基 因組、轉錄 組、 代謝 組等組學研究， 并結合 13C 標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。結合公共基因組序列和代謝途徑數(shù)據(jù)庫，重構全基因組代謝網絡模型，甄別能源微藻光合固碳和油脂合成與積累的調控因子 。 以光和 CO2 等 為限制因子開展微藻細胞生理特性穩(wěn)定的計量化學和動力學研究，結合轉錄物組學、 代謝 組學等技術， 研究 能源微藻高光效突變體光合途徑的網絡調控機制，為提高 微 藻 細胞 光吸收、傳遞和利用效率提供基礎?；谥貥嫷娜蚪M代謝網絡模型，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控基因及高效光能利用和固碳的調控基因，構建高產油、高光效的轉基因株系，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。 3. 采用 CFD 多尺度模擬技術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器（如敞開式跑道池及圓池、封閉式平板光生物反應器及管道式光生物反應器等）內部氣 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，進行混合特性模擬結果的實驗驗證與模擬方法的修正。結合光衰減模型，通過數(shù)學分析方法（如傅里葉分析和小波分析等）獲得藻細胞在光生物反應器內的光暗循環(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器內進行培養(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 光生物反應器的結構進行系統(tǒng)優(yōu)化，結合 CFD 模擬計算結果與逐級放大試驗，挖掘 基于光照方向混合及光衰減特性的光 生物反應器設計與放大原理 ，為規(guī)?；馍锓磻鞯脑O計提供依據(jù)。 4. 采用恒化培養(yǎng)和同位素 13C 標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 及生長模式轉變（如異養(yǎng)轉光自養(yǎng)）時基因組、轉錄組和脂組等的差異 和變化規(guī)律； 采用組學及 13C 標記等手段，結合所構建的微藻全基因組代謝網絡模型，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模型；研究既是碳源又是酸度平衡調節(jié)物的 CO2 的吸收規(guī)律及其與培養(yǎng)過程的耦合調控方法；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 ） 進行相關性分析，形成多尺度參數(shù)分析方法；在 重構全基因組代謝網絡模型的基礎上結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。 5. 針對能源微藻規(guī)?；囵B(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 ；設計并構建 油脂 到生物柴油的反應 /分離耦合過程，研究油水共存條件下高效轉化微藻油脂合成生物柴油的作用規(guī)律，包括三甘酯的轉化，單甘酯、二甘酯和甲酯的變化規(guī)律及反應動力學，研究生物柴油轉化過程中甘油的產生規(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。 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。在此基 礎上，通過建立微藻能源生產過程各單元 的 優(yōu)化放大工藝，然后構建微藻能源規(guī)?；到y(tǒng)，建立其系統(tǒng)集成與優(yōu)化方法，以實現(xiàn)各個單