الطحالب الدقيقة زراعه والكتلة الحيوية الكمي في التمثيل الضوئي علي نطاق واسع مع غازات المداخن المسببة للتاكل

Summary

وتسهل الزراعة الفائقة النطاق والاكينيه توصيف الطحالب الدقيقة وتحسين الانتاجيه قبل توسيع نطاق العملية اللاحقة. توفر الفعاليات الضوئية التحكم اللازم لتجارب الطحالب الدقيقة الموثوقه والقابلة للتكرار ويمكن تكييفها لزراعه الطحالب الدقيقة بأمان مع الغازات المسببة للتاكل (CO₂، SO₂، NO₂) من انبعاثات الاحتراق المحلية أو الصناعية.

Abstract

والفعاليات الضوئية هي نظم الزراعة المضيءه للتجارب علي الكائنات المجهرية الضوئية. توفر هذه الانظمه بيئة معقمه لزراعه الطحالب الدقيقة مع درجه الحرارة والحموضة وتكوين الغاز ومراقبه معدل التدفق. وعلي مستوي المقاعد ، تعتبر الفعاليات الضوئية مفيده للباحثين الذين يدرسون خصائص الطحالب الدقيقة ، والانتاجيه ، وتحسين النمو. في الموازين الصناعية ، يمكن الحفاظ علي نقاء المنتج وتحسين كفاءه الإنتاج. ويصف الفيديو اعداد واستخدام المواد البيولوجية الضوئية علي نطاق واسع لزراعه الطحالب الدقيقة ، بما في ذلك الاستخدام الأمن لمدخلات الغازات المسببة للتاكل ، وتفاصيل قياسات الكتلة الاحيائيه ذات الصلة وحسابات إنتاجيه الكتلة الاحيائيه. وعلي وجه التحديد ، يوضح الفيديو تخزين ثقافة الطحالب الدقيقة واعدادها للتلقيح ، وتجميع الصور البيولوجية الضوئية والتعقيم ، وقياسات تركيز الكتلة الاحيائيه ، ونموذج لوجستي لإنتاجيه الكتلة الاحيائيه للطحالب الدقيقة مع معدل حسابات بما في ذلك الإنتاج الأقصى والإجمالي للكتلة الاحيائيه. بالاضافه إلى ذلك ، لان هناك اهتماما متزايدا في التجارب لزراعه الطحالب المجهرية باستخدام محاكاة أو حقيقية انبعاثات غاز النفايات ، وسوف يغطي الفيديو التحويرات المعدات الضوئية اللازمة للعمل مع الغازات المسببة للتاكل ومناقشه أخذ العينات أمنه في مثل هذه السيناريوهات.

Introduction

وتعتبر الفعاليات الضوئية مفيده للتجارب الخاضعة للرقابة وزراعه منتجات الطحالب الدقيقة الأنقى مما يمكن تحقيقه من خلال البرك المفتوحة. وتدعم زراعه الطحالب الدقيقة في العناصر البيولوجية الضوئية علي نطاق واسع تطوير المعارف الاساسيه التي يمكن استخدامها لتوسيع نطاق العملية. تغييرات طفيفه علي الظروف البيئية يمكن ان يغير بشكل كبير التجارب الميكروبيولوجية والعثور علي النتائج¹. عمليه عقيمه مع درجه الحرارة ، والحموضة ، والغاز السيطرة علي النفط هو مفيد لدراسة خصائص الطحالب الدقيقة والأداء في ظل ظروف مختلفه. بالاضافه إلى ذلك ، يمكن للسيطرة علي تركيزات غاز الإدخال ، ودرجه الحرارة ، وقوه القص من الاختلاط ، والحموضة المتوسطة دعم الأنواع المتنوعة التي تشكل تحديا خلاف ذلك لزراعه. ويمكن تشغيل الصور البيولوجية الضوئية كعمليه دفعيه مع تغذيه الغاز المستمر والاندفاع ، أو كنظام التدفق الكيميائي من خلال التغذية المستمرة للغاز والنفط بالاضافه إلى المدخلات المغذية للمياه العادمة والنفايات السائلة. هنا ، ونحن نظهر عمليه دفعه مع تغذيه الغاز المستمر والاندفاع.

ويعالج استخدام العناصر البيولوجية الضوئية العديد من التحديات التي تواجه زراعه الطحالب الدقيقة والإنتاج. المجال يكافح عموما مع مخاوف من التلوث من قبل الكائنات المجهرية الأخرى ، كفاءه استخدام الركيزة (وهو أمر مهم بشكل خاص في حاله CO₂ التخفيف أو معالجه المياه العادمة)²، والتحكم في درجه الحموضة ، وتقلب الاضاءه ، وإنتاجيه الكتلة الحيوية³. تمكن الممثلين الضوئيين الباحثين من دراسة مجموعه واسعه من الصور في أنظمه الدفعات التي تسيطر عليها بدقه ، حيث يتم حماية الأنواع البطيءه النمو من المفترسات أو الكائنات المجهرية المتنافسة⁴. وهذه النظم التجميعية هي أيضا أفضل في تيسير زيادة معدلات الاستخدام لشركه CO₂ وإنتاجيه الكتلة الاحيائيه لأنها نظم مغلقه يرجح ان تكون في توازن مع الغازات الموردة. كما توفر تكنولوجيا فوتوبيوريممثل التحكم في درجه الحموضة ، ونقص التي أعاقت إنتاجيه الكتلة الحيوية العالية في الدراسات السابقة⁵. علي نطاق المقعد ، ومستوي السيطرة التي تقدمها الفعاليات الضوئية هو مفيد للباحثين. في الموازين الصناعية الكبيرة ، يمكن استخدام الفعاليات الضوئية للحفاظ علي نقاء المنتجات البيولوجية التجارية وتحسين كفاءه الإنتاج لتطبيقات التغذية ومستحضرات التجميل والغذاء والأعلاف⁶.

الطحالب المجهرية هي ذات اهميه كبيره لبيوسيكويستريشن CO₂ لأنها يمكن ان إصلاح بسرعة co₂ ككربون الكتلة الحيوية. ومع ذلك ، فان معظم المصادر البشرية المنشا لشركه CO₂ ملوثه بغازات أو ملوثات أخرى مسببه للتاكل والسمية (NO_x، SO_x، CO ، Hg) ، اعتمادا علي مصدر وقود عمليه الاحتراق. وقد ادي الاهتمام المتزايد بتنحيه الشركة المستدامة₂ إلى تطوير تكنولوجيات التمثيل البيولوجي الضوئي لمعالجه الانبعاثات الغنية_{بالطاقة المختلطة}، مثل تلك المنبعثة من محطات توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم (الجدول 1). ومن المؤسف ان هناك خطرا متاصلا يتمثل في تعرض البشر والبيئة للملوثات المسببة للتاكل والسمية اثناء عمليات البحث والتوسيع. وعلي هذا النحو ، فان وصف التجميع الأمن للمفاعلات الحيوية وتشغيلها باستخدام الغازات المسببة للتاكل أمر ضروري ومفيد.

هذا الأسلوب هو لاستخدام 2 لتر علي نطاق واسع لنمو الطحالب المجهرية تحت الظروف التجريبية التي تسيطر عليها بعناية. ويصف البروتوكول تخزين الطحالب الدقيقة ، واعداد البويضات ، واعداد التمثيل البيولوجي الضوئي والتعقيم. وفيما يتجاوز العملية الاساسيه ، يصف هذا العمل قياسات الكتلة الاحيائيه للطحالب الدقيقة وحسابات إنتاجيه الكتلة الاحيائيه ، وتكييف معدات زراعه الطحالب الدقيقة مع الغازات المسببة للتاكل. البروتوكول الموصوف أدناه مناسب للباحثين الذين يسعون لممارسه المزيد من التحكم التجريبي ، وتحسين ظروف نمو الطحالب الدقيقة ، أو الثقافة المحورية لطائفه من الميكروبات الضوئية. هذا الأسلوب لا يصف المواد المناسبة لزراعه الميكروبات التي تنتج أو تستهلك الغازات القابلة للاشتعال (مثل CH₄، ح₂، الخ) ⁷-

Protocol

1. الاستخدام الأمن وأخذ العينات من التمثيل الضوئي sparged مع الغازات المسببة للتاكل

ملاحظه: لا تصف هذه الطريقة الإجراءات المناسبة لأخذ عينات أمنه من ثقافات الطحالب الدقيقة التي تنتج أو تستهلك غازات شديده الاشتعال.

1. أداره الغاز السام كخطر علي صحة الإنسان.
   ملاحظه: في خطه النظافة الكيميائية في جامعه أيوا ، عمل المؤلفون مع منسق السلامة الحرائق في الجامعة والصحة البيئية الجامعة & السلامة الصناعية موظف النظافة لوضع بروتوكول السلامة للعمل مع الغازات السامة.
2. إنشاء نظام رصد الغاز السام مع أجهزه الاستشعار لكل من الغازات السامة المستخدمة. معايره أجهزه الاستشعار وفقا لتعليمات الشركة المصنعة. اختبار عثرة (الاختيار لأجهزه الاستشعار والتنبيه وظيفة مع الغازات المعايرة) في كثير من الأحيان ، وفقا لتعليمات الشركة المصنعة. حدد موقع شاشه الغاز خارج غطاء الدخان مباشره.
3. قبل بدء اي تجارب الغاز المسببة للتاكل ، واخطار الموظفين القريبين من نظام المخاطر والإنذار. أيضا ، اخطار المستجيبين الطوارئ المحلية المناسبة. علامات النشر علي مداخل المختبرات التي تحدد الغازات الخطرة المستخدمة.
   1. إرشاد جميع الموظفين القريبين للاخلاء إذا تم اكتشاف الغاز السام. اخطار مشرفي المختبرات وموظفي الاستجابة للطوارئ.
      ملاحظه: في انقطاع التيار الكهربائي ، فان برج تنظيم الغاز وقف تدفق الغاز عندما يفقد السلطة. ومع ذلك ، إذا كان التدفئة الغرفة ، والتهوية ، وتكييف الهواء (HVAC) نظام أو غطاء الدخان النزول دون انقطاع التيار الكهربائي ، وهذا سوف يؤدي إلى تسرب الغاز السام.
4. نموذج التركيز المتراكمة المحتملة من الغازات السامة في الغرفة إذا كان غطاء الدخان لتفشل باستخدام جمعيه النظافة الصناعية الامريكيه (AIHA) جدول النمذجة الرياضية IH MOD⁸ لكل الغاز.
   1. الحصول علي غرفه العرض/العادم معدل الهواء ، س، في m³ دقيقه^{-1 من بناء التكييف} والتهوية الموظفين أو فني التكييف. حساب حجم ، V، من المختبر (L x W x H) في م³. حساب معدل انبعاث الملوثات ، G، من كل نوع من أنواع الغازات السامة في mg min^-1، وذلك باستخدام المعادلة 1 مقتبسه من قانون الغاز المثالي:
      1
      حيث P هو جزء من الضغط الذي يمارسه الغاز السام في 1 atm (ppm الغاز/10⁶ جزء في المليون) ، Q_الغاز هو معدل تدفق الغاز في L min^-1، R هو ثابت الغاز العالمي (0.082057 l · atm · مول^-1· K^-1) ، T هي درجه الحرارة في k ، و MW هو الغاز ' الوزن الجزيئي في g مول^-1.
   2. استخدام قيم Vو Qو G لكل غاز (محسوبة في الخطوة 1-4-1) في "نموذج غرفه مختلطة جيدا مع الخيار لوقف توليد ونموذج غرفه تطهير" خوارزميه في جدول البيانات IH MOD لحساب تركيزات الغاز غرفه المتراكمة لكل الغاز علي 1440 دقيقه (24 ح) فتره المحاكاة. قارن هذه القيم بحدود التعرض (الجدول 2)⁹.

2-اعداد الطحالب المجهرية

1. اعداد الطحالب المجهرية الأخرى المختارة للممثل الضوئي البيولوجي ، قبل بدء التجربة عن طريق نقلها من التخزين ، سواء كانت بالتبريد أو الاستزراع علي وسائل الاعلام أجار.
   1. أضافه 30 − 50 مل من متوسط نمو الطحالب الدقيقة المعقمة (الثلاثي النيتروجين المتوسط القاعدي بولد [3N-BBM] ، الجدول 3) إلى قارورة معقمه (150 − 250 مل) تهتز مع سداده رغوية.
      ملاحظه: ما لم يتم الكشف عن القارورة ، يجب ان يحتل خمس فقط من حجم قارورة يهز من قبل وسائل الاعلام السائلة.
   2. استخدم خزانه السلامة البيولوجية للحفاظ علي العقم عند نقل الخلايا إلى قارورة مائله أو مخفوقه. للثقافات علي أجار ، استخدم حلقه معقمه لنقل الطحالب المجهرية من لوحه أجار لها أو الميل إلى قارورة يهز. بالنسبة للثقافات الباكية ، قم باذابه العينة بالتبريد تدريجيا واشطف التبريد وفقا للبروتوكول المختار¹⁰، ثم أضف الخلايا إلى القارورة المخفوقة.
   3. الخلايا الثقافية في 3N-BBM في 20 − 25 درجه مئوية تحت 16 h:8 ح الضوء: الظلام وتهتز في 115 − 130 دوره في الدقيقة.
   4. تتبع نمو الطحالب الدقيقة بمرور الوقت باستخدام قياسات الكثافة البصرية (كما في القسمين 5 و 6). السماح للطحالب للوصول إلى مرحله النمو الاسي (2 − 4 أيام) قبل نقل الخلايا إلى التمثيل الضوئي.
      ملاحظه: اعتمادا علي الهدف من التجربة ، يمكن شطف الخلايا من الثقافة المتوسطة (هذه الدراسة) و/أو تتركز مع خطوات طرد متعددة قبل تلقيح المفاعل الحيوي.

3. اعداد وتشغيل الصور البيولوجية

1. استخدم الصورة البيولوجية الضوئية (الشكل 1) للتحكم في درجه الحرارة والحموضة ومعدل التحريك ومعدلات تدفق الغاز ومعدلات تدفق حلول الإدخال.
   ملاحظه: يمكن استخدام التمثيل البيولوجي الضوئي للسيطرة علي تدفق ما يصل إلى أربعه حلول الإدخال المختلفة ، عاده حمض ، قاعده ، انتيفوم ، والركيزة.
   1. اعداد 100 mL كل من 1 N NaOH و 1 N HCl وأضافه كل إلى 250 mL زجاجه محلول الإدخال. استخدام الاحتواء الثانوي لهذه الحلول.
   2. تخزين حلول المدخلات المقننة في زجاجات مغطاه قابله للتعقيم مجهزه أنابيب تراجع وأنبوب تنفيس مع فلتر الهواء المعقمة مضمنه. قم بتوصيل أنابيب الغمس بمنافذ الإدخال الاربعه التي تستخدم الأنابيب القابلة للتعقيم ، واثناء عمليه التصوير البيولوجي الضوئي ، غمرت أنابيب الغمس في حلول الإدخال. تمرير 1.6 mm داخل الأنابيب القابلة للتعقيم dimeter (ID) بين حلول الإدخال ومنافذها من خلال مضخات التمعجيه منفصلة التي يمكن السيطرة عليها اما عن طريق معدلات التدفق المختارة يدويا أو عن طريق التغذية المرتدة من الرقم الهيدروجيني والمجسات مستوي الرغوة (في حاله حمض ، القاعدة ، والحلول المضادة للرغوة).
2. معايره مقياس الحموضة الضوئية قبل التعقيم.
   1. قم بتوصيل مسبار الأس الهيدروجيني ببرج التحكم بالصور البيولوجية من خلال تركيب المسبار علي خط الربط والتواء للقفل. استخدام pH 4 والدرجة الحموضة 7 المخازن المؤقتة لمعايره متر الأس الهيدروجيني. انتظر حتى تستقر القيم قبل قبول قيمه مقياس الحموضة.
   2. افصل مسبار الأس الهيدروجيني عن سلك مقياس الحموضة الذي يربط المسبار ببرج التحكم.
   3. سطح تعقيم مع 70% ايثانول أو الاوتوكلاف التحقيق مع المفاعلة. إلى الاوتوكلاف ، وكاب التحقيق pH باحكام مع رقائق ألومنيوم.
      ملاحظه: إذا تم تعقيم المسبار ، هناك خطر من التاكل من الداخل المسبار من تلف البخار. هذا الأسلوب متوجا لا يضمن تماما الوقاية من الضرر.
   4. أضافه 10 ملم 4-(2-هيدروكسي ايثيل) بيبيرازين-1-حمض اثانيسولفونيك (HEPES) العازلة إلى الثقافة المتوسطة لتحسين التحكم في درجه الحموضة.
3. ادراج والمسمار أغلقت الاصبع الباردة ومكثف العادم علي لوحه الراس الضوئية.
4. ادخل الميناء التلقيح والمسمار باحكام في مكان. أضافه طول الأنابيب القابلة للتعقيم إلى قسم من الميناء التلقيح فوق اللوح الامامي الضوئي. قبل التعقيم المفاعل الحيوي ، المشبك الأنابيب مغلقه مع المشبك خرطوم الاوتوكلاف.
5. ارفق الأنابيب المغطية بمرشحات معقمه لأي من منافذ التمثيل الضوئي غير المستخدمة.
6. إرفاق حلول الإدخال الحمضية والقاعدية لمنافذ إدخال الصور البيولوجية عبر الأنابيب القابلة للتعقيم. أضافه 1.5 لتر من الثقافة المتوسطة.
7. الاوتوكلاف المفاعل والحلول المدخلات المرتبطة بها لمده 30 − 45 دقيقه في 121 درجه مئوية وفقا لحجم العمل.
   ملاحظه: إذا كانت البيئة الثقافية تتاثر سلبا عن طريق التعقيم ، أضف الوسائط بعد التعقيم تحت الظروف المعقمة في غطاء التيار الصفحي. يمكن إيقاف البروتوكول مؤقتا هنا.
   تحذير: سيكون المفاعل الساخن بعد أزاله من الاوتوكلاف.
8. نعلق المحرك المكره إلى رمح المكره وتشديد المناسب.
9. ترتيب لوحات ضوء LED بشكل متناظر خارج المفاعل الحيوي وفقا لمتطلبات الاضاءه.
   1. قبل التعقيم ، وقياس وتسجيل كثافة الضوء مع مقياس ضوئي. ضع مستشعر الاضاءه داخل وعاء التمثيل الضوئي وواجه المستشعر باتجاه مصدر الضوء.
10. توصيل ما يصل إلى اثنين من أسطوانات الغاز لتوفير انبعاثات محطه الطاقة التي تعمل بالفحم محاكاة (الجدول 1) إلى الطحالب الدقيقة في التمثيل الضوئي.
    ملاحظه: تقارب تركيزات الغاز المستخدمة في هذه الدراسة تلك الخاصة بمحطه الطاقة في جامعه أيوا.
    1. تجميع الاتصالات بين اسطوانه الغاز ، والغاز تنظيم البرج ، والشعلة الضوئية التي العصابات. نعلق المنظمين المناسبة قادره علي 20 رطل منفذ الضغط إلى أسطوانات الغاز. إرفاق 6 مم معرف الضغط أنابيب مقاومه للخرطوم منفذ خرطوم المنظم وأمنه مع المشبك خرطوم. نعلق الطرف الآخر من الأنابيب المقاومة للضغط إلى الغاز التنظيم مدخل الغاز برج باستخدام شوكه خرطوم إلى 6 مم الجذعية الربط السريع المناسب المضمون مع المشبك خرطوم. توصيل أنابيب الهوية 3.2 mm إلى منفذ الغاز برج تنظيم الغاز باستخدام آخر 6 مم الربط السريع المناسب وربط الطرف الآخر من الأنابيب مخرج إلى ميناء حلقه الاندفاع في اللوحة الاماميه الضوئية.
       ملاحظه: بالنسبة لغاز الإدخال الثاني ، كرر الخطوة 3.9.1 ، ولكن استخدم شوكه خرطوم علي شكل حرف T لدمج خطوط الغاز المدخلة إلى قسم واحد من الأنبوب المتصل بمنفذ الحلقة المندفع.
    2. تعيين الضغط ماخذ إلى 20 psi علي كل منظم الغاز واستخدام واجهه المفاعل الحيوي لتحديد معدلات تدفق الغاز التجريبية.
       ملاحظه: حساب والإبلاغ عن حجم الهواء في ظل الظروف القياسية لكل حجم السائل في الدقيقة الواحدة (vvm) ؛ تقسيم معدل تدفق الغاز الحجمي من حجم الثقافة. التقرير في وحدات لكل miniute.
11. عندما الاندفاع مع أكثر من اسطوانه غاز واحد ، وتاكيد الموردة CO₂ تركيز علي البيولوجية الضوئية مع الاستشعار co₂ .
    1. قم بتوصيل أحد البرامج (علي سبيل المثال ، GasLab) بمستشعر CO₂ المتوافق مع منفذ USB الخاص بالكمبيوتر. تحميل أحدث البرامج التي تتوافق مع نموذج الاستشعار CO₂ . افتح البرنامج وادخل نموذج المستشعر والفاصل الزمني للقياس ومده تسجيل بيانات القياس.
    2. وضع الاستشعار CO₂ والجمع بين أنبوب تدفق الغاز (قبل ربط أنبوب مع المفاعل الحيوي) في 100 − 250 مل ، توج ، السفينة تنفيس (الخارجية إلى المفاعل الحيوي).
       ملاحظه: خلال التجربة ، قد يتم قياس تركيزات CO₂ الراسية من واحده من أنابيب التنفيس علي الصفيحة الضوئية البيولوجية.
    3. بدء القياسات التركيز CO₂ علي واجهه المستخدم وانتظر القياسات لتتوازن.
    4. استخدام واجهه المستخدم فوتوبيوريممثل لضبط معدلات تدفق الغاز من كل خزان حتى معدل التدفق الإجمالي المطلوب (0.1 L دقيقه^-1) و CO₂ تركيز (12 ٪) يتحقق.
12. علي واجهه المستخدم الضوئية البيولوجية ، استخدم الدالة ستيار لضبط معدل دوران المكره. تاكد من ان معدل خلط سريع بما فيه الكفاية للثقافة المتوسطة لاستيعاب فقاعات الغاز sparged.
    ملاحظه: بعض أنواع الطحالب الدقيقة لها هياكل خلايا ضعيفه ستتلف أو تمزق بقوة القص العالية.

4. تكييف التركيب الضوئي والتجريبي لاستخدام الغاز السام

تحذير: الغازات المسببة للتاكل في غازات المداخن الحقيقية أو المقلدة قابله للتاكل والسمية. وتشكل هذه الغازات خطرا جسيما إذا استنشقت.
ملاحظه: لا تصف هذه الطريقة المواد المناسبة للزراعة الامنه للميكروبات التي تنتج أو تستهلك غازات شديده الاشتعال (مثل الميثان والهيدروجين وما إلى ذلك).

1. استبدال مكونات الأنابيب النحاسية والبلاستيكية والقياسية بمواد مقاومه للتاكل.
   1. استخدام الفولاذ المقاوم للصدا لمقاومه التاكل بشكل موثوق من الأحماض القوية التي تشكلت من قبل رد فعل بين NO_x أو حتى_x والماء. استبدال التجهيزات البلاستيكية الاتصال السريع في مداخل الغاز ومنافذ علي برج تنظيم الغاز مع الفولاذ المقاوم للصدا التوصيل السريع التجهيزات. استخدام المنظمين الفولاذ المقاوم للصدا لأسطوانات الغاز بما في ذلك خرطوم منفذ بارب بدلا من النحاس الأصفر.
   2. استخدام تترافلوروايثيلين (PTFE) أو الطبيعية ايثيل الفينيل خلات (ايفا) الأنابيب لمقاومه التاكل من لا_x وحتى_x الغازات (علي التوالي) علي الاتصالات بين اسطوانه الغاز إلى برج تنظيم الغاز وبرج تنظيم الغاز إلى الفوتوبيوريممثل.
2. بعد التعقيم ، وتجميع الصور البيولوجية الضوئية وأسطوانات الغاز داخل غطاء الدخان المشي. وضع الفاعل الضوئي علي طاوله داخل الاحتواء الثانوي ووضع أسطوانات الغاز في الياقات اسطوانه الدائمة الحرة أو رف اسطوانه.
3. بعد بدء تدفق الغاز ، واستخدام نوع فقاعه كاشف تسرب السائل للتحقق من تسرب الغاز في جميع الاتصالات بين أسطوانات الغاز والمفاعل الحيوي. استخدام زجاجه غسل مليئه 1:100 (v:v) تخفيف من صحن الصابون: المياه لتغطيه الاتصال مع تيار صغير من محلول الصابون.
   ملاحظه: سيتم الاشاره التسريبات بواسطة محتدما في الاتصالات.
4. عند البدء في تجارب الطحالب الدقيقة ، بدء الاندفاع ثم ضبط درجه الحموضة قبل التلقيح (كما هو الحال في التجارب القياسية فوتوبيوريممثل).
   ملاحظه: ينصح بشده بالتخزين المؤقت لوسط الثقافة اثناء تجارب الغازات المسببة للتاكل نظرا لان غازات الإدخال حمضيه بشده.
5. تطعيم التمثيل الضوئي عن طريق شفط الطحالب المجهرية المعدة في حقنه معقمه ، وتركيب الحقنه علي الأنابيب المرفقة بميناء التلقيح ، وفتح أنبوب التلقيح المشبك ، والاكتئاب حقنه.
6. تحقق من شاشه الغاز ، وضغوط اسطوانه الغاز ، والتمثيل البيولوجي الضوئي مرتين يوميا (وقبل أخذ العينات) لمستويات مرتفعه من الغاز السام أو اشاره إلى التسريبات.
7. الحد من وشاح غطاء الدخان فتح إلى العرض الذي يسمح المفاعل الحيوي والغاز اسطوانه المنظمين ليتم التوصل اليها. لتجنب مخاطر التعرض للاستنشاق ، تاكد من ان الفتحة لا تعرض الافراد فوق منطقه الجذع.
8. تحويل المنظمين اسطوانه الغاز إلى موقف مغلق لوقف تدفق الغاز إلى المفاعل. إغلاق وشاح هود الدخان والسماح 5 دقيقه لغطاء محرك الساعة لاخلاء الغازات المسببة للتاكل قبل أخذ العينات ثقافة التمثيل الضوئي.
9. عينه داخل غطاء الدخان اما عن طريق فتح منفذ اللوحة الراسية واستخدام ماصه pipet-x المصلية العقيمة أو الرسم الثقافة في حقنه من خلال التلقيح/أخذ العينات الميناء. تامين الموانئ البيولوجية الضوئية قبل فتح أسطوانات الغاز واستئناف التجربة.

5-قياس إنتاجيه الكتلة الاحيائيه للطحالب المجهرية

1. استخدام منحني المعايرة لربط الطحالب الدقيقة₇₅₀ قياسات OD لتركيزات الكتلة الحيوية الطحالب الدقيقة المجففة.
   1. اعداد عده (الحد الأدنى: 4 ، الحد الأدنى لحجم العمل: 500 mL) قوارير مع الطحالب المجهرية المعقمة وتطعيم مع الأنواع من الفائدة (علي سبيل المثال ، s. اوبليكوس في هذه الدراسة).
   2. قياس الثقافة OD₇₅₀ حتى النمو هو الاسي ، وعلي الفور تضحية عينه من القوارير عن طريق تصفيه وحدات التخزين المعروفة (الحد الأدنى من 100 mL) من محتويات مع غشاء فلتر 0.45 μm من كتله معروفه. استخدام ألومنيوم المغطية وزن القوارب أو السفن الزجاجية لدعم الكتلة الحيوية والفلاتر كما انها تجفف.
   3. كتله الكتلة الحيوية والفلاتر بعد التجفيف لحوالي 18 − 24 ساعة في فرن بين 80 − 100 درجه مئوية. للتحقق من التجفيف الكامل ، قم بالقياس مره أخرى بعد 2 − 3 ساعة اضافيه لتحديد ما إذا كانت الكتلة قد استقرت.
   4. اطرح كتله الفلتر من الكتلة الحيوية المجمعة وكتله الفلتر لحساب كتله الكتلة الحيوية.
   5. رسم منحني المعايرة كما يقاس OD₇₅₀ ضد تركيز الكتلة الحيوية (كتله الكتلة الحيوية مقسوما علي حجم الثقافة المصفاة) وتناسب البيانات مع الانحدار الخطي.

6-نمذجة إنتاجيه الكتلة الاحيائيه وحسابات المعدلات

1. حساب تركيزات الكتلة الحيوية للتجربة من قياسات OD₇₅₀ باستخدام الانحدار الخطي لمنحني المعايرة (المحدد في القسم 5).
2. تناسب البيانات نمو الطحالب الدقيقة دفعه من التخلف إلى الاسي إلى مرحله ثابته مع الانحدار اللوجستي (المعادلة 2) في الرسوم البيانية والإحصاءات البرمجيات (جدول المواد):
   2
   حيث L هو قيمه تركيز الكتلة الحيوية الحد الأقصى للمنحني ، k هو الانحدار النسبي للمرحلة الاسيه (الوقت^-1 ) ، س س هو الوقت من نقطه الوسط منحني السيني ، و x هو الوقت.
   1. ادخل المعادلة اللوجستية المذكورة أعلاه يدويا. حدد احتواء منحني بانحدار غير خطي في علامة تبويب التحليل في البرنامج. علي يسار المعلمات: مربع الانحدار غير الخطي ، اختر إنشاء معادله جديده ضمن المربع المنسدل الجديد . استخدم المعادلة الصريحة الافتراضية كنوع المعادلة ، واسم الدالة الجديدة ، وحدد الدالة الجديدة ك Y = L/(1 + exp (-k * (x-b)) ، حيث يمثل b س.
3. حساب الانتاجيه الاجماليه للكتلة الاحيائيه لمجموعه الطحالب الدقيقة بقسمه الفرق بين تركيزات الكتلة الحيوية النهائية والاوليه حسب الفرق بين الوقت النهائي والاولي.
4. يحسب الحد الأقصى لإنتاجيه الكتلة الاحيائيه لدفعه الطحالب الدقيقة من مشتقه المعادلة 2 (المعادلة 3) عند نقطه الوسط السينية ، عندما x = xس.
   3

Results

تم تاسيس منحني معايره للطحالب الخضراء ، s. اوبليكوس، تحصد في المرحلة الاسيه ، مع OD₇₅₀ وتركيزات الكتلة الحيوية المجففة (الشكل 2). الانحدار خطيه تلقي [ر]² قيمه من 0.9996.

وقد بدات الثقافة s. اوبليكوس في قارورة 250 mL erlenmeyer من ثقافة المخزنة علي لوحه أجار المبردة. تم تطعيم ميكروطحلب في 3N-BBM مع 10 مم HEPES العازلة وsparged مع 2.2 ٪ CO₂ في 2 لتر فوتوبيوريممثل مع 1.5 l حجم العمل (0.07 vvm) (ا...

Discussion

الدفعة ، التجارب الضوئية البيولوجية الصورية مع الرقم الهيدروجيني المنظم ، ودرجه الحرارة ، ومعدل تدفق الغاز ، وتركيز الغاز تعزيز نتائج ذات مغزى من خلال القضاء علي التلوث من قبل سلالات الطحالب غير المستهدفة والتغير في الظروف الثقافية. يمكن الحصول علي دقه حركيه النمو الثقافة النقية حتى في وجود الغازات المسببة للتاكل (CO₂، SO₂، NO₂) ، والتي تعمل كمواد مغذيه ، وتحويل الغازات النفايات إلى منتج قيمه مثل علف الماشية.

قبل البدء في اي تجربه الطحالب الدقيقة ، ينبغي ان تؤخ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Biostat مفاعل حيوي	Sartorius Stedim		2 لتر مفاعل حيوي للتخمير الميكروبي ؛ مصمم ليتم تعقيمه ؛ درجة الحموضة ودرجة الحرارة والتحكم في معدل تدفق الغاز
اختبار النتوء NO2< / sub> غاز	Grainger	GAS34L-112-5	معايرة للكشف عن الغاز MultiRAE
اختبار النتوء O2< / sub> ، CO ، غاز LEL	Grainger	GAS44ES-301A	غاز المعايرة ل كاشف غاز MultiRAE
اختبار نتوء SO2< / sub> غاز	Grainger	GAS34L-175-5	غاز معايرة للكشف عن الغاز MultiRAE
أنابيب مقاومة للتآكل لغاز NO2< / sub>	Swagelok	SS-XT4TA4TA4-6	PTFE Core Hose Smooth Bore X Series & [مدش] ؛ جديلة الألياف و 304 SS جديلة
الأنابيب المقاومة للتآكل ل SOsub2< / sub>	مراقبة الجودة	120325	أنابيب EVA الطبيعية المضفرة المقواة - 1/4 "معرف
cozIR 100٪ CO2< / sub> متر	حلول استشعار الغاز المحدودة.	CM-0121 عند CO2meter.com	مقياس ثاني أكسيد الكربون لتركيزات تصل إلى 100٪
cozIR 20٪ CO2< / sub> meter	Gas Sensing Solutions Ltd.	CM-0123 عند CO2meter.com	مقياس CO2 لتركيزات تصل إلى 20٪
غشاء Durapore ، 0.45 & م	ميليبور سيجما	HVLP04700	ماء ، أبيض عادي ، قطر 47 مم ، 0.45 مو ؛ حجم المسام م ، مرشحات غشاء PVFD
منظمات أسطوانات الغاز	Praxair	PRS 40221331-660	منظم من الفولاذ المقاوم للصدأ أحادي المرحلة تم تكوينه لصمام غشاء تجميع مخرج 0-15 رطل لكل بوصة مربعة مع خيوط MNPT 1/4 بوصة ، فولاذ مقاوم للصدأ لمقاومة التآكل من أسطوانات غاز أكاسيد النيتروجين وأكسبريت الكبريت
	Praxair	Ulta-zero الهواء ، ثاني أكسيد الكربون عالي النقاء ، أو تكوين غاز مخصص	يعتمد على أهداف الدراسة
نظام مراقبة الغاز والكشف عن التسرب	RAE من Honeywell	MAB3000235E020	نموذج ضخ يكتشف برنامج O2 و SO2 و NO2 و CO و LEL
GasLab	GasLab	v2.0.8.14	برنامج لقياسات مقياس CO2 وتسجيل البيانات
خرطوم شوكة	Grainger	العنصر # 3DTN3	تستخدم لتكييف المنظمين مع الأنابيب ، الفولاذ المقاوم للصدأ لمقاومة التآكل من أكاسيد النيتروجين و SOx
K30 1٪ ثاني أكسيد الكربون متر	Senseair	CM-0024 عند CO2meter.com	مقياس CO2 لتركيزات أقل من 1٪
لوحات نمو LED	Roleadro	HY-MD-D169-S	لوحات إضاءة LED باللونين الأحمر والأزرق
مسبار الأكسجين المذاب Memosens	Endress + Hauser	COS22D-19M6 / 0	قابل للتعقيم (مع الاحتياطات) مسبار الأكسجين المذاب للمفاعل الحيوي
مسبار الأس الهيدروجيني	Memosens Endress + Hauser	CPS71D-7TB41	مسبار الأس الهيدروجيني القابل للتعقيم (مع الاحتياطات) للمفاعل
الحيوي الفرن ، Isotemp 500 Series	Fisher Scientific	13246516GAQ	فرن صغير للتجفيف
برنامج Prism GraphPad	الإصدار	7.03 أو 8.0.1	برنامج الرسوم البيانية لتنظيم البيانات وتحليل البيانات والرسوم البيانية بجودة النشر
تركيب الجذع إلى الخرطوم	Swagelok	SS-4-HC-A-6MTA	موصل خرطوم من الفولاذ المقاوم للصدأ ، محول أنبوب 6 مم ، 1/4 بوصة. أنابيب معرف الخرطوم
، نقل الحمض / القاعدة المخففة	للإلكترونيات المتحالفة والأتمتة	6678441	أنابيب عملية TP السيليكونية ؛ حجم التجويف 1.6 مم ؛ 3000 مم طويل ؛ أنابيب الغذاء
الصف ، نقل الغاز	، الإلكترونيات المتحالفة والأتمتة	6678444	أنابيب عملية TP السيليكونية ؛ حجم التجويف 3.2 مم ؛ 3000 مم طويل ؛ درجة الغذاء