生物柴油是一種環(huán)保型可再生能源，但由于原料嚴重不足制約了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。微藻生長繁殖快，油脂產(chǎn)率高，可利用非農(nóng)用地進行工廠化生產(chǎn)，作為生物柴油的原料具有諸多優(yōu)點。國內(nèi)外培養(yǎng)產(chǎn)油微藻均采用分批培養(yǎng)模式，細胞生長和油脂積累分兩步先后完成，油脂積累時細胞生長受到嚴重抑制，從而不可避免地降低了油脂產(chǎn)率，成為微藻生物柴油研發(fā)中的一個技術(shù)難題。打破這一技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)微藻同步生長和產(chǎn)油，對于提高微藻產(chǎn)油效率，推動微藻生物柴油的產(chǎn)業(yè)化進程具有重要意義。
    中國科學(xué)院武漢植物園植物生物技術(shù)學(xué)科組博士研究生溫小斌在研究員李夜光指導(dǎo)下，開展微藻高效產(chǎn)油模式研究，利用連續(xù)培養(yǎng)(continuous culture)，通過控制氮源比輸入速率（specific nitrate input rate），成功實現(xiàn)了小球藻同步生長與產(chǎn)油，建立了“一步法” （one-step production）產(chǎn)油模式。首先對一株具有應(yīng)用潛力的產(chǎn)油微藻-蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa XQ-20044進行了分批及氮源流加-分批培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)該藻種能夠在適度的氮脅迫條件下積累油脂，且不以犧牲生長速率和生物質(zhì)干重為代價。進一步采用連續(xù)培養(yǎng)方式，在恒定的溫度、光照強度、pH值、CO2供應(yīng)等條件下在柱式光反應(yīng)器中培養(yǎng)小球藻Chlorella pyrenoidosa XQ-20044。當(dāng)稀釋速率為0.48-1.44 d-1時，小球藻以0.48-1.44d-1的生長速率達到穩(wěn)定生長狀態(tài)（Steady-state），同時胞內(nèi)三�；�甘油的含量顯著提高，即迅速生長的小球藻細胞亦可積累油脂，調(diào)控這一同步生長和油脂積累的關(guān)鍵因素是氮源（硝態(tài)氮）比輸入速率。在實驗條件下，適合于C. pyrenoidosa XQ-20044同步生長與產(chǎn)油的硝酸鈉比輸入速率為0.78-4.56 mmol g-1 DW d-1，油脂產(chǎn)率最高達到144.93 mg L-1d-1，與相同條件下分批培養(yǎng)相比，油脂產(chǎn)率提高了48%，細胞脂肪酸組成沒有顯著差異。這一研究結(jié)果展示了微藻同步生長與產(chǎn)油的可行性與巨大潛力，為提高微藻產(chǎn)油效率開辟了一條新的途徑。
    該研究獲得國家自然科學(xué)基金和國家“863”項目支持。相關(guān)研究論文發(fā)表于Bioresource Technology（doi:10.1016/j.biortech.2014.03.077）。