本文介绍了具有可定制光照条件的实验室光生物反应器（PBRs）的设计。通过连续测量体积氧产量，可对以碳酸氢盐为碳源的蓝细菌或微藻的生长进行实时监测。这些光生物反应器能够在实验过程中减少人为干预，实现快速、重复的实验室生长比较。
本文内容
摘要
摘要
微藻的实验室研究在实验上可能具有挑战性。除了异养微生物所需的培养条件外，光合生物还需要光照。研究人员通常希望提供定制的光照条件，即调节光照强度及其持续时间。使用标准的台式光源难以实现这种灵活性。通常，培养研究还需要在不同实验处理之间进行生长比较。生长情况的评估往往需要在较长时间内进行，例如在为期一周的试验中每天多次测量。人工测量耗时较长，且数据分辨率较低。因此，具备自动生长监测和可定制光照供应的光生物反应器（PBRs）适用于包含多种处理的重复实验。本研究介绍了实验室用光生物反应器的设计、构建与操作方法。所用材料易于获取且相对便宜，具备中等技能即可复制该设计。每个装置占地约40 cm²，包含三个1 L玻璃瓶，用于三重重复实验。玻璃瓶置于装有磁力搅拌器的平台上，并垂直排列在一根高1 m、直径15 cm的聚氯乙烯（PVC）管内。管内壁装有发光二极管（LEDs），可提供0–2400 µmol 光子 m⁻² s⁻¹范围内的光合有效辐射（PAR）连续光照强度。用户可自行设计光照程序，光照强度每秒均可调节，或在较长时间内保持恒定。光合作用产生的氧气通过单向体积式气体传感器从每个瓶中排出，并利用软件记录气体传感器数据。产氧量可与生物量增长相关联。如需获取生物量样品，可用注射器抽取培养物。该方法适用于以碳酸氢盐作为碳源培养的微藻。此类光生物反应器对于需要进行重复实验、灵活调控光照条件并获取连续高分辨率生长数据的实验室具有重要价值。2 并容纳三个1 L玻璃瓶以实现三重重复。玻璃瓶放置在装有磁力搅拌器的平台上，并垂直排列在一根高1 m、直径15 cm的聚氯乙烯（PVC）管内。管道内壁装有发光二极管（LEDs）。这些LED可提供0–2400 µmol photons m⁻² s⁻¹光合有效辐射（PAR）范围内的连续可调光强。 µµmol photons m-2 s-1 光合有效辐射（PAR）的。用户可设计自定义光照程序，光照强度可每秒调节，或在较长时间内保持恒定。光合作用产生的氧气从每个瓶中通过单向体积气体传感器排出 通过 单向体积气体传感器。使用软件记录气体传感器数据。产生的氧气量可与生物量增长相关联。若需获取生物量样品，可用注射器提取培养物。该方法适用于以碳酸氢盐为碳源培养的微藻。这些光生物反应器对于需要重复实验、灵活光照调控以及连续高分辨率生长数据的实验室具有重要价值。
引言
微藻和蓝细菌统称为微藻，因其在可持续生物技术中的潜力而备受关注。它们具有生长迅速、可在非耕地培养以及利用阳光将二氧化碳转化为生物量等特点，因而成为极具吸引力的候选材料1,2,3。微藻生物量可转化为多种产品，例如以油脂或气体形式存在的生物能源、食用色素和营养补充剂，以及生物聚合物等材料1,4,5,6,7。此外，微藻还可通过消耗过量营养物质用于废水处理或水体修复8,9。鉴于上述优势，微藻研究已广泛开展并趋于成熟。随着社会对当前制造业和能源生产方式的碳排放强度及环境可持续性的重新审视，该领域正不断发展。
基于实验室的微藻研究有三个基本要求：培养容器、光源以及量化生长的方法。术语“光生物反应器”（PBR）描述的是一种对培养容器进行照明的装置10。通常，微藻研究旨在比较两种或多种处理条件下的生长情况，例如不同的培养基、光照条件或物种11,12,13。为了保证统计学意义，每种条件（例如处理组和对照组）都应设置重复。如果对照组和处理组同时进行，则意味着在实验期间需要对大量PBR进行监测和取样。操作多个PBR的挑战主要有两个方面。首先，为每个PBR提供均匀的光照强度对于实验可重复性至关重要，但实现起来较为困难。照射到容器表面的光量会受到其与光源距离、相邻容器遮挡以及背景光照波动的影响14。其次，必须选择一种能够准确量化生长的方法。
生长通常通过细胞计数、光密度（OD）、叶绿素A含量、干重（DW）密度以及无灰干重（AFDW）密度来测定15。细胞计数、叶绿素A含量和重量法均为手动操作，只能获得离散的数据点。光密度可在良好校准（例如以无灰干重密度作为参照）的前提下，使用分光光度计进行连续且非侵入式的测量15。然而，光密度和叶绿素A含量的测定结果可能不可靠，因其数值会随不同培养条件而变化，例如不同物种之间或生长周期的不同阶段15,16。对于叶绿素A，提取方法也会影响色素的得率17。在含有非光合生物的微生物群落中，叶绿素A含量对于追踪微藻的生长尤为有用17,18。在选择生长测定方法时，必须考虑悬浮液的形态特征。当生物体发生聚集且混合不均时，无法准确进行光密度和细胞计数测定15。单一方法并不适用于所有实验需求——研究人员需根据实验目标判断哪些方法在实际操作中既可行又具有相关性。
AFDW 是一种可靠的方法，可用于不同培养条件下（尤其是不同物种和培养基之间）的生长比较15,19,20. 为了计算 AFDW，首先需通过过滤或离心浓缩微藻培养样品，然后进行干燥。在此阶段可测定干重（DW）。通常，DW 样品中含有至少 8–10% 的灰分——即盐类和颗粒物等无机物质15DW 可追踪生长趋势，但如果无机物的贡献发生变化，则可能导致结果偏差。为测定 AFDW 密度，需将干燥的生物量在高温下燃烧，使有机成分（即可利用部分）挥发，留下灰分（无机物）。19. 通过从干重（DW）部分的重量中减去灰分部分的重量，计算得到灰分无关干重（AFDW）。通常，在微藻悬浮液中，AFDW 的范围为 0.1–3 g/L。12,21,22稀释悬浮液的小体积样品产生的干生物质较少， <10 毫克。燃烧后，灰分重量可能仅为 1 毫克。因此，根据培养密度，该方法需要 5–100 mL 的样品体积，并使用精确至 0.1 毫克的分析天平。12,15,19,22实验室光生物反应器通常体积较小，最多只有几升，因此每次液体取样都会减少培养液体积。此外，AFDW方法为手动操作，耗时2–3天。对于需要重复和多次重复的实验，自动化且连续的测量过程更为理想。
对于以碳酸氢盐作为碳源的微藻，可连续测量另外两个生长指标。光合作用消耗碳酸氢盐并产生氧气。碳酸氢盐的消耗会导致培养基pH值上升23。通过浸入式pH探头可测量这一变化。光合作用产生的氧气会提高培养基中的溶解氧（DO）浓度，直至达到饱和。超过饱和点后，氧气以气泡形式存在。氧气产量可通过多种不同技术进行测量：探头测定DO浓度，测压装置评估顶空压力，气相色谱分析顶空成分，容积式传感器记录气体流出量24,25,26,27。当以氧气作为生长代理指标时，培养容器必须完全密封，或仅允许气体流出。在进行pH和氧气测量时，碳源必须以碳酸氢盐形式提供，而非通过CO2鼓泡方式供给。CO2鼓泡会降低培养基pH值23，并且作为一种气体，可能干扰氧气测量结果。相较于光密度法，pH和氧气测量的一个优势在于，即使微藻形成团聚体，该方法也不会受到影响。尽管属于间接测量，pH和氧气指标在比较不同处理间的生长情况时均有效。
目前使用的光生物反应器（PBR）在复杂性上各不相同。实验室可能使用简单的台式烧瓶、定制的原型装置，或 commercially available 产品。对于希望从烧瓶系统升级的研究团队而言，商用 PBR 的成本，或构建多种原型所需的技術技能与零部件加工能力，可能构成障碍。本文旨在详细描述一种可填补这一空白的实验室 PBR 的逐步设计、构建与操作方法。该 PBR 具备可定制的光照程序，并通过连续记录体积氧产量来实时监测生长情况。该设计容纳三个培养容器，实现三重复实验，且仅需中等技术水平和易于获取的材料即可完成搭建。对于希望在不投入高技术性或昂贵产品的情况下拓展微藻研究能力的实验室而言，该 PBR 是一项有价值的补充。研究人员在决定购置或自行构建 PBR 时，必须综合考虑其设计是否适用于自身的培养条件、经费状况以及具体的研究问题。
方案
1. 光生物反应器支架的构建
- 使用手持钢锯，截取五段380 mm长和两段200 mm长的带孔角钢。用螺栓和大型角码将其固定，组成支架底座（图1A）。粘上安全端盖。
- 将两根未切割的（1220 mm）垂直带孔角钢连接到底座上。用螺栓和金属角撑板固定（图1B）。粘上安全端盖。
- 截取四段65 mm长的平直带孔钢条。将它们以90°角用螺栓固定在垂直支撑杆上——每根支撑杆固定两段，一段距底座130 mm（图1C），另一段距顶部向下60 mm。
- 用一段140 mm长的平直带孔钢条（横梁）水平连接两根垂直支撑杆的顶端，并用螺栓将其固定在框架背面（图2A）。
2. 光反应室的构建
- 将一根直径为153 mm的白色聚氯乙烯（PVC）管材用带锯沿长度方向切割成1070 mm长，然后沿纵向将管材切成两半。对所有边缘进行打磨处理。
- 沿管材内侧垂直方向均匀间隔并居中安装四条铝制散热通道。距离管材切割边缘20 mm范围内不得安装通道。使用小螺栓在通道的顶部和底部将其固定（图2B）。
- 使用第1.3步中制作的水平支撑件，将其中一半管材通过螺栓固定在支架上。
- 将反应器平放，用胶带将两半管材重新拼合。将钢琴铰链居中对准其中一条切口线，描出铰链上的孔位，并在管材上相应位置钻孔。使用铆枪和中等长度的铆钉将铰链固定在管材上。
- 使用一根小型弹力绳（见材料表）将管材闭合并固定（图1C）。
- 请电工协助连接LED灯的线路，并安装以下四个组件：LED驱动器、数字多路复用（DMX）解码器、DMX灯光控制器和开关盒（见材料表）。根据图2A所示，将所有组件固定在光生物反应器（PBR）的背面。
3. 玻璃瓶平台的构建
- 使用数控（CNC）铣削技术，从硬质塑料（例如高密度聚乙烯（HDPE））（见材料表）上切割出平台形状（图3A），每种形状制作三个。
注意：建议额外切割备用的顶层和底层。 - 用胶带将底层和顶层固定在一起。在两个层上标记并钻出五个直径为6 mm的小孔（图3A）。使用较大的钻头，小心扩大这些孔的表面，以便螺栓头部可以嵌入（图3B）。
- 对于三个平台中的每一个，将两个小型角撑板固定在管道的后半部分。
注意：角撑板顶部之间的距离应为350 mm。 - 将每个底层居中放置在对应的角撑板上。从角撑板下方标记出钻孔位置，钻出两个直径为6 mm的孔。使用较大的钻头，小心扩大孔的表面，以便螺栓可以嵌入。
- 将底层用螺栓固定到各自的角撑板上（图3B–C）。
- 截取十五段长度为12 mm、外径（OD）为6.35 mm的刚性管。在每个顶层和底层之间夹入五段刚性管。根据图3B–D，使用长而窄的螺栓将各层与管件固定在一起。
- 在每个平台后方的PVC管上钻一个大孔。将每个微型磁力搅拌器插入其对应的平台中，并将搅拌器的电源线穿过新钻的孔（图3C–E）。将每个搅拌器连接至相应的控制单元以及电源插座。
- 在每个平台上放置一个1 L的瓶子。在瓶子颈部高度的后部管道上安装吊环螺栓。用小弹力绳缠绕每个瓶口以增加稳定性（图4A）。
注意：在整个实验流程中，对平台、瓶子、磁力搅拌器以及所有相关电缆和传感器进行颜色编码将有助于识别和管理。
4. 液体取样口的构建（可选）
- 裁剪三段外径为6.35 mm、长度为60 mm的硬质管。使用5 mm钻头在每个橡胶塞上钻孔，将硬质管穿过橡胶塞。
- 裁剪三段长度为 60 mm、外径为 3.18 mm 的硬质管。通过直通型变径接头将这些硬质管连接至每个塞子底部突出的管口上。
- 在每个瓶塞表面的突出管上插入一个单向止流阀（例如，端口1为雌性鲁尔接头，端口2为雄性滑入式鲁尔接头）图 4A).
- 裁剪三段长度为 30 mm、外径为 3.18 mm 的软管。在两端分别安装鲁尔接头（例如，雄性鲁尔接头转软管接头和雌性鲁尔接头转软管接头）。
- 将步骤 4.4 中制备的部件连接到每个橡胶塞表面的旋塞阀上（图 4A).
注意：多种止液夹与鲁尔接头的组合均可达到相同效果。设计时应确保能够抽出或注入液体 通过 一个注射器。
5. 连接体积式气体传感器
- 根据制造商的说明准备气体传感器。
注意：这主要涉及用填充液填充气体传感器（图4B）。 - 制作气体管路时，截取三段长度为1000 mm、外径为3.18 mm的软管。
- 在后侧PVC管上钻三个直径为4 mm的孔，位置位于瓶口高度并靠近铰链处。将气体管路穿过这些孔（图4A）。
- 在PVC管内部的气体管路末端安装一个鲁尔接头（例如，软管接头转雄性鲁尔接头），并连接一个单向止回阀（例如，端口1为雌性鲁尔接头，端口2为雄性鲁尔接头）。
注意：仅在同时安装液体取样口时才需要该阀门。 - 使用直通式变径接头将气体管路的另一端连接至气体传感器的进气口，并用扎带固定该连接处。
- 使用插孔电缆将所有气体传感器连接至数字输入模块（DIM），并将DIM连接至附近的计算机。
- 在Windows操作系统上安装数据采集软件（见材料表），插入授权密钥加密狗，并将传感器校准文件添加到软件的校准目录中。
6. 光照程序的设置
- 使用背面的电源开关打开光生物反应器，并将 DMX 灯光控制器连接至计算机 通过 一条 micro-USB 数据线
- 下载存储升级工具（SUT）和LED控制软件（参见 材料清单）。在线注册 DMX 灯光控制器。
- 打开LED控制软件并选择 点击此处使用 USB-DMX 接口：SUSHI-RB-RJ.
- 在……之下 设置 标签中的选项卡 扫描文库 框，选择 通用 文件夹和 单通道. 变化 ScanLibrary 将设置调整为 DMX 第 1 个域，设备数量设为 4，索引号设为 1。在右上角，将下拉框更改为 列表视图最后，单击 补丁 (补充图1).
注意：在 DMX 控制系统中，通过滑动调光按钮或在文本框中输入数值，可对每个 LED 灯带的控制进行测试。 - 制作标准曲线，将照明控制软件中的数字光照设定值与聚氯乙烯（PVC）管中心处的实际光照强度关联起来图5）。使用小型球形探头测量内部光强（参见 材料清单) 悬浮在 PVC 管中心。
- 进入下一步 编辑 标签。要构建自定义光照程序，请创建一个新场景并开始添加 步骤。参见 补充表1 以一个16:8小时昼夜循环程序为例。将场景设置为循环模式。
注意：步骤将场景分解为时间段，每个时间段可设置不同的光照强度。步骤时长范围为1秒至43分钟。此处，30分钟的步骤最为方便。多个场景可加载至同一台DMX照明控制器设备中。 - 创建一个额外的辅助场景，使其能够立即被识别，例如四个LED中的两个亮起。
注意：可使用 DMX 灯光控制器侧面的按钮手动切换场景。如果所需光照程序在夜间开始，则无法区分该光照程序是否已经启动。辅助场景用于指示 DMX 灯光控制器是否正常工作。 - 保存场景并继续前进 独立式 将 DMX 灯光控制器的内存写入并断开设备与计算机的连接。
- 使用 micro-USB 将 DMX 灯光控制器连接至电源。
- 在开始实验之前，通过记录24小时内的内部光照强度来测试光照程序。如果需要监测液体温度，可同时使用浸入式温度探头记录温度图6).
7. 开始实验
- 对培养基、瓶子、搅拌子、橡胶塞、取样口、螺纹孔螺帽和管路进行灭菌。
注意：本设计中使用的所有组件均可高压灭菌，但阀门和鲁尔接头除外——其他厂商可提供可高压灭菌的替代产品。 - 打开数据采集软件并填写配置页面（补充图2）。为各个传感器分配校准文件。
- 在目录文件名下选择对应的DIM端口编号文件夹。点击当前文件夹 ，并对所有端口重复此操作。
- 点击确定进入记录页面。
- 用培养基将瓶子加至所需体积（补充表2、3）。
注意：每个瓶子最大可容纳约1.1 L，留有少量顶空（约80 mL，包括气体管路部分）。 - 将储备培养物分装至三个平衡的50 mL离心管中，在4500 × g条件下离心15分钟，获得三个沉淀。将一个沉淀加入每个瓶子中，并用移液管和新鲜培养基冲洗沉淀。
注意：第0天的培养密度也称为初始生物量浓度（IBC）。若需测定以gAFDW·L-1为单位的IBC，可在步骤7.6中额外离心一个50 mL离心管。所得沉淀可进行干燥和燃烧处理15,19。步骤7.6可能需要根据用户及其实验的具体目标进行调整。 - 向每个瓶子中放入一个25 × 8 mm的磁力搅拌子。
- 用橡胶塞和带螺纹孔的螺帽密封每个瓶口（图4A）。如果安装了可选的取样口，请关闭阀门。
- 找到每根气体管路在PVC管（步骤5.4中组装）内的末端，并将针头连接到阀门的雄性鲁尔接口上。
- 通过将相应针头刺穿各橡胶塞，将每个瓶子连接至其对应的气体传感器。
- 逐一启动每个气体传感器：勾选屏幕左侧的复选框 ，点击开始，并输入文件名。点击确定，并对所有传感器重复此操作 （补充图3）。
注意：在数据记录期间，请勿关闭数据采集窗口。将计算机的电源和睡眠设置设为从不，并在整个实验期间推迟系统更新。 - 打开光生物反应器（PBR），并确保DMX照明控制器已接入电源。第一个预设场景将自动启动。请参考步骤 6.7 确认DMX照明控制器正常工作。
8. 瓶体取样（可选）
- 在开始实验前，额外准备 500 mL 新鲜培养基补充表2).
注意：如果在上午9点开始一个持续24小时、具有16:8小时昼夜循环的光照程序，则日落前和日出前的采样时间将分别位于上午8点和下午4点（补充表 1此处，黎明和黄昏指灯光从开启到关闭以及从关闭到开启的30分钟过渡阶段。 - 关闭气体管路上的阀门。
- 将一支注射器（10 mL）连接至取样口阀门图 4A).
- 打开采样口阀门，取出 8 mL 培养液。
注意：建议移取 5–10 mL。移取液体后会在顶空中产生真空，从而影响体积 >10 mL 难以提取。 - 关闭采样口阀门并断开注射器。
- 将装有8 mL新鲜培养基（来自步骤8.1）的注射器连接至取样口阀门。
- 打开采样口阀门并注入新鲜培养基。
注意：用新鲜培养基补充取样后的培养物体积，可保持相同的顶空体积和压力，并冲洗取样口管路。 - 断开注射器前，先关闭取样口阀门。
- 在每次取样时间重复步骤 8.2–8.8。
9. 结束实验
- 在数据采集窗口中勾选所有活动端口的复选框，然后点击 停止。
- 如需导出数据，请选择 文件 和 离线数据，选中所有相关日志文件，将数据导出至电子表格软件并保存。
- 对于每个瓶，利用理想气体定律将测得的氧气体积（mL）转换为摩尔数。若每生成1摩尔生物量产生1.05摩尔 O2，据此推算所生成生物量的重量（gAFDW）。生物量的摩尔质量取为 24.6 g mol-1。
- 手动整理流速数据，使用 mL/h 作为单位，并应用三点移动平均法。
结果
此处，氧气流速是衡量培养物光合速率的指标。较高的光合作用速率意味着更高的碳固定速率，从而转化为更高的生长速率。因此，用户可以通过比较不同处理条件和不同运行日期之间的氧气流速来间接评估生长情况。简而言之，气体传感器通过在双腔测量室中捕获和释放气泡来工作（图4B）。从传感器底部入口进入的气泡穿过填充液体向上移动，并在一个测量室腔内积聚至约3.2 mL的体积。一旦达到此阈值，测量室即发生倾翻，释放气体并重置系统。每次倾翻均由数据采集软件记录。
在示例数据中，比较了三种不同光照强度和初始生物量浓度（IBCs）处理下的生长速率。这些处理组为演示目的而任意选择，分别为：（A）300 µmolphotons m-2 s-1 和 0.03 gAFDW L-1，（B）600 µmolphotons m-2 s-1 和 0.13 gAFDW L-1，以及（C）600 µmolphotons m-2 s-1 和 0.40 gAFDW L-1。这些辐照度是在将瓶体放置于平台之前，使用球形探头在PVC管中心测得。培养液深度和密度会影响光的衰减，因此微藻实际接收到的光强可能与报告值有所不同。每种处理均在一个光生物反应器（PBR）内设三个重复瓶进行。
本实验成功的关键在于气体产量表现出高度一致的昼夜变化模式（图7A–C）。在光照时段（白天），气体产量持续上升；而在无光照时段（夜间），气体产量则停止增加（图7A–C）。微藻可产生两种气体：光合作用生成氧气，呼吸作用释放二氧化碳28。光合作用仅发生在光照时段，而呼吸作用则持续进行，但在夜间最为活跃28。光合作用用于合成生物质，而呼吸作用则分解生物质28。实验初始时，顶空气体的组成与大气相同。每次翻转测量池时，O2会逐渐取代空气中的气体。因此，即使出口气体并非纯O2，气体传感器的读数仍归因于O2的产生。气体传感器所需的最低进气压力极低，仅为8–9 mbar，使得瓶内顶空压力仅略高于大气压（海平面为1.01 bar）。因此，O2气泡一旦离开培养基，气体传感器即可迅速开始检测读数。
CO2 呼吸释放的 CO₂ 不会对气体传感器读数产生影响，原因有二。首先，在碱性环境中，CO₂2 与碳酸氢盐反应，降低pH值（图8）。其次，如果 CO2 若发生泄漏，气体传感器填充液Silox会溶解CO2 气泡在到达测量池之前被去除，释放CO₂2 在液面处29。这由夜间气体传感器无读数所支持。偶有读数也均在灯光关闭后不久记录，表明其反映的是白天残余的氧气释放图7).
在实验设置中（使用当地温度和压力数据），在常压下，80 mL 的顶空需要 340 mL 析出的 O2 才能达到 99% 的 O2 分压。在此期间，4 天内产生的氧气总量在处理 A 中为 316 mL（标准误差 SEM ± 11），在处理 C 中为 902 mL（标准误差 SEM ± 51）（表 1）。因此，到实验结束时，所有瓶中的顶空主要成分为 O2。顶空中 O2 浓度的增加以及 N2 浓度的相应降低，会影响这两种气体的分压和饱和度。当顶空为 99% O2 时，计算得出溶解氧（DO）增加了 5 倍。对于 1.1 L 的培养体系，这相当于额外增加了 23 mL 的溶解氧。相反，据估算，顶空 N2 降至 1% 时会导致 15 mL 的 N2 析出。这意味着在接近纯氧的顶空条件下，溶解的 O2 量超过了被置换的 N2 量。因此，由于更多的 O2 保留在培养基中，该效应会导致对光合作用产氧量的轻微低估。
该方法的主要挑战出现在培养物变得浓密时。随着生物量增加，呼吸作用增强，对 O2 的需求也随之上升。夜间 O2 的消耗导致顶空产生负压，从而使气体传感器的填充液经气体管路向上移动。当 O2 的产生恢复时，必须将填充液重新压回气体传感器中，这导致了首次气体传感器读数的延迟。然而，在第四个夜间，负压程度较大，致使填充液到达并滴入处理组 B 三个重复样本中的两个，形成表面油膜。由于填充液液面降低，气体传感器发生短路，导致未测量的 O2 直接释放到大气中，从而使数据采集呈现平直信号（图 7B）。
负压也可能由顶空体积受温度影响发生收缩引起。然而，此处该效应极小。散热通道和气流充分消散了多余热量。在两种试验的光照条件下，最高温度变化使顶空体积减少不超过1%，相当于在80 mL顶空中引起800 µL的填充液体位移。300 µmolphotons m-2 s-1 光照条件下的最大昼夜温差为1.4 °C（图6），600 µmolphotons m-2 s-1 条件下为3.2 °C。300 和 600 µmolphotons m-2 s-1 光照条件下，白天平均温度升高分别为0.7 和 1.8 °C。夜间培养温度恢复至基线水平（图6）。
高分辨率的生长速率数据可以揭示出原本可能被忽略的趋势。以处理组 B 和 C 为例，尽管它们的初始生物量（IBC）不同，但两者产生的总生物量（gAFDW）相同，导致培养基 pH 值发生相同程度的变化（表 1）。如果仅依据起始和最终的数据点，人们可能会合理地认为这两个处理组之间的平均生长速率没有差异（表 1）。然而，在线氧气流速数据显示，每个处理组的日生长速率存在差异。这些差异也体现在每天两次的 pH 值测量结果中（图 8）。在第一天，处理组 B 的生长速率低于处理组 C；到第三天时，情况发生逆转，处理组 B 的生长速率超过处理组 C（图 7B，C）。氧气流速数据表明，处理组 B 的最高生长速率出现在第三天（图 7B）。
三种处理中每个瓶产生的氧气总体积用于估算其总生物量（g）的相应变化AFDW）。这是利用光合生物量合成的通用方程式实现的：CO2 + 0.2 NH3 + 0.6 H2O = CH1.8 O0.5 N0.2 + 1.05 O2. 顶空氧气含量的增加2 分压升高及随之而来的溶解氧饱和度上升，预计会导致生物量增长被轻微低估。在七个实例中，有五个符合这一情况（表 2）。平均而言，估算的生物量增长与实测的生物量增长相差在10%以内。部分估算值与实测值仅相差1–3 mg。有两个例子高估了生长量，即产生的氧气量超过了生物量增长所能解释的范围。任何O2 通过呼吸作用在夜间消耗的量应反映在O₂的滞后上2 次日进行生产。本实验在夜间结束时终止。因此，每次实验最后8小时的夜间生物量分解过程未被测量，这可能导致生物量增长被高估，尤其是在高密度培养中。因此，建议在光照期结束时终止实验。
图1：反应器支架底座。（A）底座组件的尺寸（单位：mm）。（B）用于固定两个垂直支撑架的金属角撑板的安装方向。（C）四段短钢构件之一，用于连接PVC管后半部分与反应器支架。请点击此处查看该图的放大版本。
图2：电气组件。（A）光生物反应器（PBR）的后视图，显示顶部横梁及电气组件的布局。（B）安装光源后的PBR前视图。请点击此处查看该图的放大版本。
图3：瓶托平台细节。（A）顶层和底层的尺寸（单位：mm）。（B）将螺栓头部嵌入两层结构中。（C）支撑件将底层直接连接至PVC管的后半部分。（D）五段短硬质管套在细螺栓上，用于固定顶层与底层之间的间距。（E）当瓶托平台组装完成后，表面应保持平整。请点击此处查看该图的放大版本。
图 4：气体管路和可选采样口。（A）气体管路将每个瓶内顶空与外部气体传感器相连。若需要采样口，气体管路应在针头下游立即安装一个单向阀。（B）容积式气体传感器。液体密封液面应接触示踪螺钉。请点击此处查看该图的放大版本。
图5：LED控制软件设置与内部光强关系的标准曲线。 白色圆圈和灰色三角形分别代表一个独立的光生物反应器（PBR）。对于每个光照设置，所有四个装置均设定为相同数值。请点击此处查看该图的放大版本。
图6：300 µmolphotons m-2 s-1 光照条件下的培养温度变化。在24小时、16:8小时昼夜循环程序中，LED灯提高了白天的培养温度。蓝色箭头表示最低温度与最高温度之间的差异。由于光照程序错误，导致黄昏前出现温度下降；该问题在实验开始前已得到纠正。请点击此处查看此图的放大版本。
图7：三种不同实验条件下的氧气产量。每个反应器接受不同的光照强度和初始生物量浓度（IBC）组合；（A）300 µmolphotons m-2 s-1 和 IBC 0.03 gAFDW L-1，（B）600 µmolphotons m-2 s-1 和 IBC 0.13 gAFDW L-1，（C）600 µmolphotons m-2 s-1 和 IBC 0.40 gAFDW L-1。上方图表显示累计氧气产量（mL）和气体流速（mL/h）。实黑线、虚蓝线和点红线为重复实验结果。每次实验运行时间为104小时，包括四个完整的16:8小时明暗循环。深橙色阴影表示夜间时段，浅橙色表示白天时段。请注意，在处理B中，三个重复样本中有两个从第4天起氧气产量趋于平缓。请点击此处查看该图的放大版本。
图 8：pH 响应。 每个反应器接受不同强度的光照和不同的 IBC 组合；(绿色菱形) 300 µmolphotons m-2 s-1 和 IBC 0.03 gAFDW L-1，(红色三角形) 600 µmolphotons m2 s-1 和 IBC 0.13 gAFDW L-1，(紫色圆形) 600 µmolphotons m-2 s-1 和 IBC 0.40 gAFDW L-1。深橙色区域表示夜间时段，浅橙色区域表示白天时段。误差线代表平均值的标准误差。 请点击此处查看该图的放大版本。
| 处理 | 光照强度 (µmol photons m-2 s-1) | IBC (gAFDW L-1) | Δ 总生物量 (gAFDW) | Δ pH | 产生的总氧气 (mL) |
| A | 300 | 0.031 | 0.289 (± 0.01) | 0.15 (± 0.01) | 316.2 (±11.4) |
| B | 600 | 0.130 | 0.674 (± 0.02) | 0.52 (± 0.27) | 834.6* |
| C | 600 | 0.400 | 0.675 (± 0.02) | 0.55 (± 0.03) | 902.2 (±50.5) |
| * 三次重复实验中仅一次成功 | |||||
表1：从0小时到104小时的生长指标变化。 括号表示平均值的标准误差。
| 处理 | 光照强度 (µmolphotons m-2 s-1) | IBC (gAFDW L-1) | 实测生物量增长 (gAFDW) | 预测生物量增长 (gAFDW) | 低估百分比 (%) |
| A | 300 | 0.031 | 0.289 | 0.288 | 0.5 |
| A | 300 | 0.031 | 0.311 | 0.270 | 13.1 |
| A | 300 | 0.031 | 0.268 | 0.247 | 7.9 |
| B | 600 | 0.13 | 0.708 | 0.705 | 0.4 |
| C | 600 | 0.4 | 0.718 | 0.796 | -10.9 |
| C | 600 | 0.4 | 0.640 | 0.830 | -29.7 |
| C | 600 | 0.4 | 0.668 | 0.659 | 1.3 |
表2：基于总测量氧气的生长估算。 仅有一个重复样本在300 µmolphotons m-2 s-1 且IBC = 0.13 gAFDW L-1 的处理条件下完成全程实验。
补充图1：LED控制软件截图。 四个灯具中的每一个均可通过滑动调光按钮或在文本框中输入数值来独立控制。请点击此处下载该文件。
补充图2：数据采集软件配置窗口的截图。 请点击此处下载该文件。
补充图3：数据采集软件日志窗口截图。 亮绿色矩形框表示在线气体传感器。数据实时显示。 请点击此处下载该文件。
补充表 1：24 小时光照程序示例。对于 16:8 h 的昼夜循环程序，共包含 48 个 30 分钟的时段。星号表示建议的取样时间。请点击此处下载该表格。
补充表2：高碱度高pH培养基成分。 请点击此处下载该表格。
补充表 3：微量元素溶液。按 1 mL/L 的终浓度加入基础培养基中。请点击此处下载该表格。
讨论
在本方案中，关注以下步骤可提高获得可重复、高质量数据的可能性。在构建反应器支架时（步骤1），底座必须坚固，垂直支撑杆需对齐良好。槽钢边缘锋利，因此加装安全帽至关重要。瓶托平台表面必须完全平整，磁力搅拌器和螺栓头部均应低于顶层表面（步骤3.2–3.6）。根据制造商说明，气体传感器的填充液应加至“液位示踪螺钉”处，以确保氧气测量准确。由于填充液可能蒸发，导致测量池短路，因此应定期检查液位。步骤5.2中制作的三条气体管路长度必须一致，以确保各重复组具有相同的顶空体积。在开始实验前，建议通过记录24小时内的光照强度来测试预设的光照程序（步骤6.11）。若关注液体温度上升问题，该测试还应包括装有内部温度探头的密封瓶（步骤6.11）。记录过程中，切勿退出数据采集软件窗口，否则将终止记录。若需取培养样品，操作时需注意避免因阀门开启顺序错误而释放顶空气体（步骤8.2–8.8）。在审阅实验数据时需注意，数据采集软件会自动对流速生成移动平均值，这会高估夜间产生的一个或两个流速读数。应手动整理气体传感器日志以纠正此问题。
该方法最常见的问题是，如果填充液位下降，可能导致气体传感器短路。这种情况可能通过两种方式发生。首先，蒸发会缓慢降低液位，但在短期（<7 天）实验中这种情况不太可能发生29。其次，高呼吸速率会将氧气吸入溶液中，导致气相空间产生负压。当缺乏光能时，微藻通过有氧呼吸提供细胞维持和修复所需的能量28。因此，在高密度培养条件下，非光照时段的氧气消耗及其引起的负压可能相当显著。这会将气体传感器中的填充液吸入气体管路中。填充液移动的距离与夜间呼吸量成正比。如果填充液进入培养瓶，会在液体表面形成油膜。
如果预计夜间呼吸速率较高，可对实验方案进行相应调整。最简单的避免负压的方法是将瓶内顶空在夜间保持开放。这样做还有一个优点，即通过降低顶空中 O2 的分压来缓解溶解氧（DO）水平。高浓度的溶解氧被认为对生长不利，因为 O2 可能会抑制 Rubisco 的活性，并可能引发氧化应激30,31。即使与大气接触，培养悬浮液达到4倍过饱和状态也并不罕见25,32。为打开顶空，需将连接于贯穿橡胶塞针头的气体管路断开。夜间时段可作为补充气体传感器填充液或对连续实验进行干预操作的窗口期，且对数据采集影响较小。例如，可调整培养密度、补充营养物质、添加处理试剂或引入病原体。在光照重新开启前，必须将瓶子重新密封，并重新连接气体传感器管路。在夜间顶空封闭与开放条件下所获得的氧气测量数据会有所不同。
当瓶体保持密封时，夜间氧气消耗会减少氧气的摩尔数2 在顶空中。这会导致填充液沿气体传感器管道上升，以维持顶空压力。当光照开启时，氧气的产生恢复，必须先将填充液重新推回气体传感器内，然后才能开始流量读数。因此，这一延迟与夜间呼吸作用的程度成正比。通过这种方式，在顶空保持封闭的情况下，O2 读数代表净 O2 产量（光合产量 - 呼吸消耗）。相反，当夜间顶空开放时，大气气体取代顶空中原有的氧气2 被消耗，且无填充液进入气体管路。结果是呼吸作用产生的 O₂2 氧气消耗未计入 O2 生产数据。这可能会降低AFDW生物量增长估算的准确性。然而，这不应影响白天使用O₂2 以产氧量作为比较不同处理间生长情况的指标
所有实验室光生物反应器都受到同一限制的影响：人工光源无法完全复制太阳光谱。微藻利用波长在400–700 nm范围内的光进行光合作用，该波段被称为光合有效辐射（PAR）33。太阳光与人工光源在此波长范围内的相对光谱组成存在差异。此外，由于实验室中温度适宜且光照供应恒定，导致实验室获得的生长数据往往难以可靠地外推至户外条件。然而，这些光生物反应器能够解决实验室光生物反应器光照供应的一项局限性。太阳光照强度在一天中变化显著，云层覆盖会导致入射光合有效辐射（PAR）出现瞬时波动。本系统通过照明控制软件和DMX照明控制器，可提供从0至2400 µmolphotons m-2 s-1甚至更高的光强，光照程序的时间间隔可细至1秒。可调节的光照强度使用户能够比标准光生物反应器系统更精确地模拟户外光照模式。在此，通过模拟30分钟的黎明和黄昏过渡期，实现昼夜周期的平滑衔接（补充表1）。
尽管绝干重（AFDW）密度已成为衡量生长的标准方法，但该方法可能需要大量培养物，2–3天的处理时间，且每次仅能获得一个数据点。此外，如果培养条件变得不利导致细胞死亡，绝干重密度无法区分仍在进行光合作用的活细胞与正在分解的死细胞。测定光合产氧速率可作为另一种生长替代指标。该光生物反应器设计可在几乎无需人工干预的情况下连续记录产氧量，同时节省培养物体积。通过选用测量腔体积更小的气体传感器（例如1 mL），可进一步提高数据分辨率。此外，若培养物混合充分，用户还可选择加装分光光度计以实现连续的光密度测定。若需对培养基温度进行控制，可添加循环冷却器。这些光生物反应器为希望在无需大量资金投入的情况下扩展微藻研究能力的实验室提供了有价值的工具。它们特别适用于研究高碱性、高pH物种（如Spirulina）的研究者。这些光生物反应器具备光照条件灵活调控的能力，适用于快速、重复的实验室生长比较研究。
披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究由加拿大自然科学与工程研究理事会（NSERC）、加拿大创新基金会（CFI）、加拿大优先研究卓越基金（CFREF）、阿尔伯塔创新基金会、通用约翰·莫纳什爵士基金会、阿尔伯塔省政府以及卡尔加里大学资助。谨此感谢 Mark Toonen 在电气工作方面的支持，以及 William Richardson 在溶解度计算方面的贡献。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 铝制导轨 帝国: 0.90” × 39.37” 公制2.3 厘米 × 100 厘米 数量: 4 | LED世界 | AC-AR1-1M | 需作为散热片 |
| 蹦极绳，小型 数量: 5 | - | - | 固定瓶子 |
| 计算机 - 台式机/笔记本电脑 数量: 1 | - | - | - |
| 数据记录仪，HOBO U30 USB气象站 数量: 1 | HOBO，Hoskin | U30-NRC-VIA-10-S100-000 | 记录光传感器信息 |
| 数字接口模块，Rigamo，4通道 数量: 1 | Ritter | N/A | 用于将气体传感器数据传输至计算机 |
| DMX解码器，12~24 VDC，DMX-CV-4X5A 数量: 1 | LITECH，LED 世界 | LT-840-6A | 传输改变光照模式的消息 |
| DMX 灯光控制器，SUSHI-RB-RJ 数量: 1 | Arcolis, Nicolaudie America Inc. | SUSHI-RB-RJ DMX | 编码光照程序 |
| 气体传感器填充液（Silox） 数量1 L | Ritter | https://www.ritter.de/en/data-sheets/silox | |
| 气体传感器，容积式 数量: 3 | Ritter | MGC-1 V3.4 PMMA（https://www.ritter.de/downloads/mgc-milligascounter-en） | 测量氧气产量 |
| 1 L圆形玻璃瓶，GL45接口 数量: 3 | 康宁，首都科学 | 1395-1L | 培养容器 |
| 硬件 - 带槽钢端盖 数量: 10 | Paulin，家得宝 | 142-612 | 用于覆盖槽钢的锋利边缘 |
| 硬件 - 眼钩 数量: 6 | - | - | 固定瓶子 |
| 硬件 - 金属角撑板（大型） 帝国: 4" × 4" 公制10 厘米 × 10 厘米 数量: 8 | - | - | 用于构建金属支架的较大支架 |
| 硬件 - 金属角撑板（小型） 帝国: 2 1/2" ×2 1/2" 公制6.4 厘米 × 6.4 厘米 数量: 6 | - | - | 用于连接瓶架与PVC管的小型支架 |
| 硬件 - 金属角撑板 帝国: 3" x 3" 公制7.6 厘米 × 7.6 厘米 数量: 6 | Paulin，家得宝 | 142-616 | 用于构建金属支架的扁平支架 |
| 硬件——钢琴铰链 帝国: 36" 公制91 厘米 数量: 1 | - | - | 连接PVC管的两个半圆部分 |
| 硬件 - 铆钉 数量: 40 | - | - | 将钢琴铰链固定到PVC管上 |
| 硬件——一组螺栓、螺母、垫圈 数量: 60 | - | - | 需要使用长而细的螺栓将瓶托平台固定在磁力搅拌器周围 |
| 硬件——一组螺栓、螺母、垫圈 数量: 30 | - | - | 组装金属支架需要使用较长的较短螺栓 |
| LED驱动器，恒压，96 W 24 VDC，UL认证 IP65防护等级，Class 2稳压电源 数量: 1 | 光照强度，LED 世界 | CVN96L24DC | 调节供给光源的电力 |
| LED 灯，Cinco Bright LED 柔性灯带 数量：4 米卷 | EvenBright，LED世界 | FA128M57-4M-24V-X | 将卷材裁剪为 4 x 1 m 的长度，并固定在 PVC 管内部 |
| 手持式带浸入式球形探头的光度计 数量: 1 | LI-COR | LA-250A | 校准反应器的光强 |
| 光传感器 光合有效辐射（PAR）智能传感器 数量: 2 | HOBO，Hoskin | S-LIA-M003 | 仅需一个，但建议准备两个，以防其中一个出现故障。 |
| 磁力搅拌器（MIXdrive 1 XS），配备外部控制单元和电源（MIXcontrol eco） 数量: 3 | 2Mag，2MAG USA | MF 40300 | 搅拌器被夹在瓶平台之间 |
| 金属板 帝国: 24" × 8" 公制61 厘米 × 20.3 厘米 数量: 1 | - | - | 这是用于固定电子设备的基板，安装在反应器背面 |
| 管，白色PVC 帝国: 6" 直径 × 42" 高 公制15.2 厘米 × 106.7 厘米 数量: 1 | - | - | 沿长度方向切成两半，用于容纳光源和瓶子 |
| 塑料（HDPE）板 帝国: 4" × 4" x 1/4" 公制10 厘米 × 10 厘米 × 1 厘米 数量: 6 | Inventables | 30291-01 | 用于放置磁力搅拌器的瓶架平台 |
| 橡胶塞 - GL45 规格 数量: 3 | Duran, VWR | 76289-760 | 密封培养容器 |
| 螺口盖 - 带开口和GL45接口 数量: 3 | 康宁，首都科学 | 1395-45HTSC | 生成培养容器的密封 |
| 带槽角钢长度 帝国: 1-1/2" X 48" × 0.074" 公制3.8 厘米 × 122 厘米 × 0.19 厘米 数量: 6 | Paulin，家得宝 | 142-202 | 构成金属支架的主体部分 |
| 带槽扁钢长度 帝国: 1-3/8" × 48" × 0.074" 公制3.5 厘米 × 122 厘米 × 0.19 厘米 数量: 3 | Paulin，家得宝 | 142-222 | 构成金属支架的主体部分 |
| 软件 - Easy Stand Alone (ESA) | https://www.dmxsoft.com/#apps | 又称LED控制软件 | |
| 软件 - Rigamo v3.1 | 又称数据采集软件 | ||
| 软件 - 存储升级工具 (SUT) | https://store.dmxsoft.com/ | ||
| 搅拌子 帝国: 1" x 5/16" 公制2.5 cm × 0.8 cm 数量: 3 | Fisherbrand | 14-513-59 | 搅拌培养物 |
| 开关盒 数量: 1 | - | - | 控制反应器电源的开启与关闭 |
| 注射器，10 mL 数量：多重 | - | - | 如需提取培养物，则为可选步骤 |
| 塑料管路接头配件 - 单向活塞 数量: 6 | Masterflex，Cole Palmer | RK-12023-33 | 关闭/打开培养容器管路 |
| 管路接头配件，塑料材质——多种公型和母型鲁尔锁扣配件 帝国：用于适配 1/16" 和 1/8" ID管 公制：适用于 1.59 mm 和 3.18 mm 管路 数量：多包混合 | Masterflex，Cole Palmer | RK-30800-16；RK-30800-18；RK-45518-26；RK-45501-00；RK-45501-04 | 多种不同的组合均可达到相同的最终效果，建议订购多种类型的接头 |
| 塑料管接头配件——多种直连接头 帝国：以适配 1/16" 和 1/8" ID管 公制：适用于 1.59 mm 和 3.18 mm 管路 数量：多个包装 | Masterflex，Cole Palmer | RK-40616-04 | 多种不同的组合均可达到相同的最终效果，建议订购多种类型的接头 |
| 软管，柔性，透明 帝国：ID=1/16"，OD=1/8" 公制内径 = 1.59 毫米，外径 = 3.18 毫米 数量4 米 | Masterflex，Cole Palmer | RK-06422-02 | 从培养容器到气体传感器的管路 |
| 软管，柔性，透明 帝国ID=1/8"，OD=1/4" 公制内径 = 3.18 mm，外径 = 6.35 mm 数量2 m | Masterflex，Cole Palmer | RK-06422-05 | 气体传感器标准管路尺寸 |
| 硬质透明管 帝国：ID=1/16"，OD=1/8" 公制内径 = 1.59 mm，外径 = 3.18 mm 数量1 m | Masterflex，Cole Palmer | RK-06605-27 | 橡胶塞留有通气孔，允许气体逸出 |
| 硬质透明管 帝国：ID=1/8"，OD=1/4" 公制内径 = 3.18 mm，外径 = 6.35 mm 数量1 m | Masterflex，Cole Palmer | RK-06605-30 | 橡胶塞留有通气孔，允许气体逸出 |
| 扎带，小型 数量：1 包 | 固定管路接头 |
参考文献
- Benemann, J. R. Opportunities and challenges in algae biofuels production. A position paper in line with Algae World. , (2008).
- Laurens, L. M. L. State of technology review - algae bioenergy. An IEA bioenergy inter-task strategic project. IEA Bioenergy. , (2017).
- Robertson, D. E., et al. A new dawn for industrial photosynthesis. Photosynthesis Research. 107, 269-277 (2011).
- Troschl, C., Meixner, K., Drosg, B. Cyanobacterial PHA production-review of recent advances and a summary of three years' working experience running a pilot plant. Bioengineering. 4 (2), (2017).
- Rizwan, M., Mujtaba, G., Memon, S. A., Lee, K., Rashid, N. Exploring the potential of microalgae for new biotechnology applications and beyond: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 92, 394-404 (2018).
- Niesa, F., et al. Characterization of Phormidium lacuna strains from the North Sea and the Mediterranean Sea for biotechnological applications. Process Biochemistry. 59, 194-206 (2017).
- Laurens, L. M. L., Chen-Glasser, M., McMillan, J. D. A perspective on renewable bioenergy from photosynthetic algae as feedstock for biofuels and bioproducts. Algal Research. 24, 261-264 (2017).
- Barreiro-Vescovo, S., Barbera, E., Bertucco, A., Sforza, E. Integration of microalgae cultivation in a biogas production process from organic municipal solid waste: From laboratory to pilot scale. ChemEngineering. 4 (2), 26(2020).
- Zurano, A. S., et al. Year-long assessment of a pilot-scale thin-layer reactor for microalgae wastewater treatment. Variation in the microalgae-bacteria consortium and the impact of environmental conditions. Algal Research. 50, (2020).
- Deprá, M. C., Severo, I. A., Dias, R. R., Zepka, L. Q., Jacob-Lopes, E. Photobioreactor design for microalgae culture. Microalgae. , Elsevier. 35-61 (2021).
- Osburn, F. S., Wagner, N. D., Scott, J. T. Biological stoichiometry and growth dynamics of a diazotrophic cyanobacteria in nitrogen sufficient and deficient conditions. Harmful Algae. 103, (2021).
- Eustance, E., Badvipour, S., Wray, J. T., Sommerfeld, M. R. Biomass productivity of two Scenedesmus strains cultivated semi-continuously in outdoor raceway ponds and flat-panel photobioreactors. Journal of Applied Phycology. 28 (3), 1471-1483 (2016).
- Qiang, H., Richmond, A., Zarmi, Y. Combined effects of light intensity, light-path and culture density on output rate of spirulina platensis (cyanobacteria). European Journal of Phycology. 33 (2), 165-171 (1998).
- Ooms, M. D., Dinh, C. T., Sargent, E. H., Sinton, D. Photon management for augmented photosynthesis. Nature Communications. 7, 1-13 (2016).
- Moheimani, N. R., Borowitzka, M. A., Isdepsky, A., Sing, S. F. Standard methods for measuring growth of algae and their composition. Algae for biofuels and energy. , Springer. Dordrecht. 265-284 (2013).
- Griffiths, M. J., Garcin, C., van Hille, R. P., Harrison, S. T. L. Interference by pigment in the estimation of microalgal biomass concentration by optical density. Journal of Microbiological Methods. 85 (2), 119-123 (2011).
- Schumann, R., Häubner, N., Klausch, S., Karsten, U. Chlorophyll extraction methods for the quantification of green microalgae colonizing building facades. International Biodeterioration and Biodegradation. 55 (3), 213-222 (2005).
- Pinckney, J. L., Richardson, T. L., Millie, D. F., Paerl, H. W. Application of photopigment biomarkers for quantifying microalgal community composition and in situ growth rates. Organic Geochemistry. 32 (4), 585-595 (2001).
- Van Wychen, S., Laurens, L. M. L. Determination of total solids and ash in algal biomass: laboratory analytical procedure (LAP). National Renewable Energy Laboratory. , Golden, CO. (2015).
- Davis, R., Laurens, L. Algal biomass production via open pond algae farm cultivation: 2019 state of technology and future research. National Renewable Energy Laboratory. , Golden, CO. (2020).
- Borovkov, A. B., Gudvilovich, I. N., Avsiyan, A. L. Scale-up of Dunaliella salina cultivation: from strain selection to open ponds. Journal of Applied Phycology. 32 (3), 1545-1558 (2020).
- Davies, F. K., et al. Microbiota associated with the large-scale outdoor cultivation of the cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002. Algal Research. 58, (2021).
- Ataeian, M., et al. Direct capture and conversion of CO2 from air by growing a cyanobacterial consortium at pH up to 11.2. Biotechnology and Bioengineering. 116 (7), 1604-1611 (2019).
- Fu, F., et al. Sustained photosynthesis and oxygen generation of microalgae-embedded silk fibroin hydrogels. ACS Biomaterials Science & Engineering. , (2021).
- Rearte, T. A., et al. Photosynthetic performance of Chlorella vulgaris R117 mass culture is moderated by diurnal oxygen gradients in an outdoor thin layer cascade. Algal Research. 54, (2021).
- Poughon, L., et al. Limnospira indica PCC8005 growth in photobioreactor: model and simulation of the ISS and ground experiments. Life Sciences in Space Research. 25, 53-65 (2020).
- Yen, U. C., Huang, T. C., Yen, T. C. Observation of the circadian photosynthetic rhythm in cyanobacteria with a dissolved-oxygen meter. Plant Science. 166 (4), 949-952 (2004).
- Vermaas, W. F. Photosynthesis and respiration in cyanobacteria. eLS. , (2001).
- Ritter, MilliGascounter Type MGC-1 Operation Instructions V 3.4. , (2017).
- Sousa, C., De Winter, L., Janssen, M., Vermuë, M. H., Wijffels, R. H. Growth of the microalgae Neochloris oleoabundans at high partial oxygen pressures and sub-saturating light intensity. Bioresource Technology. 104, 565-570 (2012).
- Latifi, A., Ruiz, M., Zhang, C. C. Oxidative stress in cyanobacteria. FEMS microbiology reviews. 33 (2), 258-278 (2009).
- Morillas-España, A., Lafarga, T., Gómez-Serrano, C., Acién-Fernández, F. G., González-López, C. V. Year-long production of Scenedesmus almeriensis in pilot-scale raceway and thin-layer cascade photobioreactors. Algal Research. 51, (2020).
- Melis, A. Solar energy conversion efficiencies in photosynthesis: minimizing the chlorophyll antennae to maximize efficiency. Plant Science. 177 (4), 272-280 (2009).
重印与许可
