Name: Anbau von grünen Mikroalgen in Bubble Spalte Photobioreaktoren und ein Test für neutrale Lipide (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 8 s
Description: Lernen Sie den Aufbau und Betrieb eines Bubble-Column-Photobioreaktors zur Kultivierung von Mikroalgen. Diese kostengünstige Methode ermöglicht Wachstumsraten- und Lipidanalysen für Biofuel-Forschung.

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Diese Forschung wurde von USDA nationalen Institut für Ernährung und Landwirtschaft Luke Projekt ALA0HIGGINS und Auburn Universität Büros der Propstei, Vizepräsident für Forschung und Samuel Ginn College of Engineering unterstützt. Auch wurde unterstützt durch NSF CBET 1438211 zu gewähren.

<ol><li>Prandini, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+nutrient+removal+from+swine+wastewater+digestate+coupled+to+biogas+purification+by+microalgae+Scenedesmus+spp%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Enhancement of nutrient removal from swine wastewater digestate coupled to biogas purification by microalgae Scenedesmus spp.</a> Bioresource Technology. , 67-75 (2016).</li>
<li>Liu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phycoremediation+of+dairy+and+winery+wastewater+using+Diplosphaera+sp.+MM1%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Phycology%22%5BJournal%5D)">Phycoremediation of dairy and winery wastewater using Diplosphaera sp. MM1.</a> Journal of Applied Phycology. 28 (6), 3331-3341 (2016).</li>
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<li>Gao, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oil+accumulation+mechanisms+of+the+oleaginous+microalga+Chlorella+protothecoides+revealed+through+its+genome%2C+transcriptomes%2C+and+proteomes%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Genomics%22%5BJournal%5D)">Oil accumulation mechanisms of the oleaginous microalga Chlorella protothecoides revealed through its genome, transcriptomes, and proteomes.</a> BMC Genomics. 15, (2014).</li>
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<li>Harun, R., Singh, M., Forde, G. M., Danquah, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioprocess+engineering+of+microalgae+to+produce+a+variety+of+consumer+products%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+and+Sustainable+Energy+Reviews%22%5BJournal%5D)">Bioprocess engineering of microalgae to produce a variety of consumer products.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (3), 1037-1047 (2010).</li>
<li>Liu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+new+method+for+genetic+transformation+of+the+green+alga+Chlorella+ellipsoidea%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+biotechnology%22%5BJournal%5D)">Development of a new method for genetic transformation of the green alga Chlorella ellipsoidea.</a> Molecular biotechnology. 54 (2), 211-219 (2013).</li>
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<li>Higgins, B. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cofactor+symbiosis+for+enhanced+algal+growth%2C+biofuel+production%2C+and+wastewater+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">Cofactor symbiosis for enhanced algal growth, biofuel production, and wastewater treatment.</a> Algal Research. 17, 308-315 (2016).</li>
<li>Higgins, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Algal-bacterial+synergy+in+treatment+of+winery+wastewater%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Clean+Water%22%5BJournal%5D)">Algal-bacterial synergy in treatment of winery wastewater.</a> Nature Clean Water. 1 (6), (2017).</li>
<li>Higgins, B. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+thiamine+metabolites+and+spent+medium+from+Chlorella+sorokiniana+on+metabolism+in+the+green+algae+Auxenochlorella+prototheciodes%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">Impact of thiamine metabolites and spent medium from Chlorella sorokiniana on metabolism in the green algae Auxenochlorella prototheciodes.</a> Algal Research. 33, 197-208 (2018).</li>
<li>Lépinay, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((First+insight+on+interactions+between+bacteria+and+the+marine+diatom+Haslea+ostrearia%3A+Algal+growth+and+metabolomic+fingerprinting%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">First insight on interactions between bacteria and the marine diatom Haslea ostrearia: Algal growth and metabolomic fingerprinting.</a> Algal Research. 31, 395-405 (2018).</li>
<li>Franchino, M., Comino, E., Bona, F., Riggio, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+three+microalgae+strains+and+nutrient+removal+from+an+agro-zootechnical+digestate%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">Growth of three microalgae strains and nutrient removal from an agro-zootechnical digestate.</a> Chemosphere. 92 (6), 738-744 (2013).</li>
<li>Choix, F. J., Lopez-Cisneros, C. G., Mendez-Acosta, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Azospirillum+brasilense+Increases+CO2+Fixation+on+Microalgae+Scenedesmus+obliquus%2C+Chlorella+vulgaris%2C+and+Chlamydomonas+reinhardtii+Cultured+on+High+CO2+Concentrations%5BTitle%5D)+AND+%22Microbial+Ecology%22%5BJournal%5D)">Azospirillum brasilense Increases CO2 Fixation on Microalgae Scenedesmus obliquus, Chlorella vulgaris, and Chlamydomonas reinhardtii Cultured on High CO2 Concentrations.</a> Microbial Ecology. 76 (2), 430-442 (2018).</li>
<li>Higgins, B., VanderGheynst, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Escherichia+coli+on+mixotrophic+growth+of+Chlorella+minutissima+and+production+of+biofuel+precursors%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Effects of Escherichia coli on mixotrophic growth of Chlorella minutissima and production of biofuel precursors.</a> PLoS One. 9 (5), e96807(2014).</li>
<li>Higgins, B., Thornton-Dunwoody, A., Labavitch, J. M., VanderGheynst, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microplate+assay+for+quantitation+of+neutral+lipids+in+extracts+from+microalgae%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Biochemistry%22%5BJournal%5D)">Microplate assay for quantitation of neutral lipids in extracts from microalgae.</a> Analytical Biochemistry. 465, 81-89 (2014).</li>
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<li>Higgins, B. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Informatics+for+improved+algal+taxonomic+classification+and+research%3A+A+case+study+of+UTEX+2341%5BTitle%5D)+AND+%22Algal+Research%22%5BJournal%5D)">Informatics for improved algal taxonomic classification and research: A case study of UTEX 2341.</a> Algal Research. 12, 545-549 (2015).</li>
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<li>de-Bashan, L. E., Trejo, A., Huss, V. A. R., Hernandez, J. -P., Bashan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chlorella+sorokiniana+UTEX+2805%2C+a+heat+and+intense%2C+sunlight-tolerant+microalga+with+potential+for+removing+ammonium+from+wastewater%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technology%22%5BJournal%5D)">Chlorella sorokiniana UTEX 2805, a heat and intense, sunlight-tolerant microalga with potential for removing ammonium from wastewater.</a> Bioresource Technology. 99 (11), 4980-4989 (2008).</li>
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</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die wichtigste Überlegung bei der Kultivierung von Algen ist ein Verständnis für die spezifischen Bedürfnisse des Organismus oder der Gruppe von Organismen. Die Algen Anbausystem hier beschriebenen kann verwendet werden, um eine breite Palette von Algen aber die spezifischen abiotischen Faktoren (Temperatur, Medien, pH-Wert, Lichtintensität, CO-2 -Ebene, Belüftung Rate) Kultur auf die Bedürfnisse des Organismus angepasst werden müssen. Hinweis: die hier beschriebenen Parameter für den Anbau von Chlorella</...

Die Anwendung von Mikroalgen in Technik und Biotechnologie hat großes Interesse in den letzten Jahren angezogen. Mikroalgen werden für den Einsatz in Abwasser Behandlung1,2,3,4, Biofuel Produktion5,6,7,8, untersucht und die Herstellung von Nutraceuticals und andere hochwertige Produkte9,10. Algen sind auch größere Preisen in dem Bemühen zur Verbesserung der Fitness für spezielle technische Anwendungen11,12genmanipuliert sein. Infolgedessen gibt es großes Interesse am Experimentieren mit industriell relevante Organismen in kontrollierter Einstellungen. Der Zweck dieser Methode ist, einen effektiven Ansatz zur Kultur Mikroalgen in einer kontrollierten Laborumgebung zu kommunizieren und um das Wachstum und die neutralen Lipidgehalt dieser Algen zu messen. Verbesserung des Wachstums raten und neutrale Lipidgehalt der Mikroalgen als zwei wichtigsten Engpässe in Richtung Kommerzialisierung von Algen Biokraftstoffe13eingestuft wurden.
Eine Vielzahl von Ansätzen wurden verwendet, um Kultur-Algen um zu Versuchszwecken. Im Allgemeinen können diese Ansätze großflächigen Anbau im Freien und kleine indoor-Anbau aufgeteilt werden. Freilandkultur in Photobioreaktoren und offene Teiche eignet sich für Experimente zur Aufstockung der Prozesse, die bereits im Labormaßstab (z. B. testen Sie Scale-Up von einen neuen High-Lipid-Stamm von Algen) nachweislich14. Aber kleine indoor-Anbau eignet sich bei der Entwicklung neuer oder verbesserter Algen Stämme oder Durchführung von Experimenten darauf abzielen, das Verständnis biologischer Mechanismen. In diesen letzteren Fällen ist eine hohe experimentelle Kontrolle erforderlich, um subtile Veränderungen im biologischen Verhalten herauskitzeln. Zu diesem Zweck müssen die axenic Kulturen häufig zur Minimierung der komplexen biotischen Faktoren im Zusammenhang mit anderen Organismen (z. B. Bakterien, andere Algen), die unweigerlich in Großanlagen im Freien wachsen. Auch wenn Wechselwirkungen zwischen Algen und andere Organismen zu studieren, haben wir festgestellt, dass Verwendung von hoch-kontrollierten Versuchsbedingungen hilfreich ist, bei der Untersuchung von molekularen Austausch zwischen Organismen15,16,17.
Innerhalb der Kategorie der kleinen indoor Algenkultivierung wurden verschiedene Ansätze verwendet. Vielleicht ist der am häufigsten verwendete Ansatz wachsen Algen im Erlenmeyerkolben auf einem Shaker Tisch unter einer leichten Bank18,19. Austausch von Sauerstoff und CO2 erfolgt durch passive Diffusion durch ein Schaum Plug-in der Spitze des Kolbens. Einige Forscher haben dieses Set-up durch aktive Lüftung der Kolben20verbessert. Ein anderer Ansatz ist, Algen in Flaschen, gemixt von Stir Bar und aktive Belüftung zu kultivieren. Trotz ihrer Schlichtheit haben wir festgestellt, dass die Verwendung von Flaschen und Flaschen oft zu inkonsistenten Ergebnissen unter biologischen repliziert führt. Dies ist vermutlich auf Positionseffekte - Positionen erhalten unterschiedliche Mengen an Licht, die auch interne Reaktor Temperaturen beeinflussen. Tägliche Rotation der Reaktoren auf neue Positionen können helfen, aber ist nicht das Problem lindern, weil bestimmte Stadien der Algenwachstum (z. B. früh exponentielle) sind empfindlicher gegenüber positionellen Effekte als andere (z. B. Log-Phase).
Auf der gegenüberliegenden Seite des Spektrums der technische Raffinesse sind kommerzielle Photobioreaktoren vollständig kontrolliert. Diese Systeme kontinuierlich überwachen und Anpassen von Bedingungen im Reaktor, Algenwachstum zu optimieren. Sie haben programmierbare Beleuchtung, Echtzeit-Temperaturregelung und die Kontrolle des pH-Werts. Leider, sie sind teuer und Kosten in der Regel mehrere tausend Dollar pro Reaktor. Die meisten wissenschaftliche und technische Zeitschriften erfordern biologische Replikation der Ergebnisse erfordern den Kauf mehrere Bioreaktoren. Wir stellen Ihnen hier eine Blase Spalte Reaktorsystem, Brücken, nähert sich die Kluft zwischen den einfachen (Kolben) und anspruchsvolle (vollständig kontrolliert Bioreaktor) für Labor-Maßstab Algenzucht. Blase Spalten verwenden steigende Gasblasen zu erleichtern Gasaustausch und Mischen des Reaktors. Dieser Ansatz bietet ein gewisses Maß an Kontrolle über die Beleuchtung und die Temperatur aber tut dies in einer Weise, die kostengünstig ist. Darüber hinaus fanden wir dieses System sehr konsistente Ergebnisse unter biologischen Wiederholungen reduziert die erforderliche Anzahl von biologischen Wiederholungen notwendig, um statistisch signifikante Ergebnisse im Vergleich zu der Flasche oder Flasche Ansatz zu erhalten. Wir haben dieses System auch verwendet, um Mischungen aus Algen und Bakterien21erfolgreich zu kultivieren. Neben der Algenzucht beschreiben wir ein Verfahren zur Messung der neutralen Fettgehalt in den kultivierten Algen. Die letztere Methode wurde an anderer Stelle veröffentlicht22, aber wir gehören das Verfahren hier um Schritt für Schritt Anleitungen wie man es erfolgreich einsetzen.

<table><tbody><tr><td>Zubehör für die Einrichtung von Airlift-Photobioreaktoren1 L Pyrex-Flaschen</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Corning</td><td>16157-191</td><td>Für Flaschenreaktoren, Luftbefeuchter</td></tr><tr><td>1/2" Schlauchschelle</td><td>Home Depot</td><td>UC953A</td><td>oder gleichwertig</td></tr><tr><td>1/4" weiblicher Luer zum Widerhaken</td><td>Nordson biomedical</td><td>Nordson FTLL360-6005</td><td>1/4" ID, PP</td></tr><tr><td>1/4" ID, 3/8" AD autoklavierbarer</td><td>PVC-Schlauch Thermo-Nalgene</td><td>63013-244</td><td>50'1</td></tr><tr><td>/4" in O-Ringen</td><td>Grainger</td><td>1REC5</td><td>#010 Mittelharter Silikon O-Ring, 0,239" I.D., 0,379" O.D.</td></tr><tr><td>1/8" Luer-Buchse zum Widerhaken</td><td>Nordson biomedical</td><td>FTLL230-6005</td><td></td></tr><tr><td>1/8" ID, 1/4" OD autoklavierbarer</td><td>PVC-Schlauch Thermo-Nalgene</td><td>63013-608</td><td>250'1</td></tr><tr><td>/8" männlicher Spinn-Luer zum Widerhaken</td><td>Nordson biomedical</td><td>MLRL013-6005</td><td></td></tr><tr><td>1/8" Multiport-Widerhaken</td><td>Nordson biomedical</td><td>4PLL230-6005</td><td>1/8" Multiport-Widerhaken</td></tr><tr><td>1/8" NPT zum Widerhaken</td><td>Nordson biomedical</td><td>18230-6005</td><td>1/8" 200 Serie Widerhaken</td></tr><tr><td>1/8" Schaltschrankmontage</td><td>Luer Nordson biomedical Nordson</td><td>MLRLB230-6005</td><td>1/8", PP</td></tr><tr><td>10 Gallonen Aquarium</td><td>Walmart</td><td>802262</td><td>Kann je nach Layout bis zu 8 Bioreaktoren aufnehmen</td></tr><tr><td>100-1000 ccm Durchflussmesser</td><td>Dwyer</td><td>RMA-13-SSV</td><td>Für Flaschenreaktoren</td></tr><tr><td>2 ft Leuchtstofflampenbank</td><td>Agrobrite</td><td>FLT24 T5</td><td></td></tr><tr><td>200-2500 ccm Durchflussmesser</td><td>Dwyer</td><td>RMA-14-SSV</td><td>Zur Luftregulierung vor dem Luftbefeuchter</td></tr><tr><td>250 mL Pyrex-Flaschen</td><td>Corning</td><td>16157-136</td><td>Zum Mischen von Gasen nach einem Luftbefeuchter</td></tr><tr><td>50-500 ccm Durchflussmesser</td><td>Dwyer</td><td>RMA-12-SSV</td><td>Für Hybridisierungsrohrreaktoren</td></tr><tr><td>5-50 ccm Durchflussmesser</td><td>Dwyer</td><td>RMA-151-SSV</td><td>Für die CO2-Durchflussregelung</td></tr><tr><td>Luftfilter 0,2 & Mikro; m</td><td>Whatman/ Fisher</td><td>09-745-1A</td><td>Polyvent, 28 mm, 0,2 &micro; m, PTFE, 50er-Pack</td></tr><tr><td>Rückschlagventile</td><td>VWR</td><td>89094-714</td><td></td></tr><tr><td>Corning-Deckel für Pyrex-Flaschen</td><td>VWR</td><td>89000-233</td><td>10 GL45-Deckel</td></tr><tr><td>Weibliche Luer-Endkappe</td><td>Nordson biomedical Nordson</td><td>FTLLP-6005</td><td>Weibliche stabile</td>PP-Hybridisierungsröhrchen</tr><tr><td></td><td>Corning</td><td>32645-030</td><td>35x300 mm, 2er-Pack</td></tr><tr><td>Lichttimer</td><td>Walmart</td><td>556393626</td><td></td></tr><tr><td>Kontermuttern</td><td>Nordson biomedical</td><td>Nordson LNS-3</td><td>1/4", rotes Nylon</td></tr><tr><td>Magnetrührer mit niedrigem Profil</td><td>VWR</td><td>10153-690</td><td>Magnetrührer mit niedrigem Profil</td></tr><tr><td>Luer-Endkappe für Männer</td><td>Nordson biomedical</td><td>Nordson LP4-6005</td><td>Stecker PP</td></tr><tr><td>Spinning Luer-Lock-Ring</td><td>Nordson biomedical</td><td>Nordson FSLLR-6005</td><td></td></tr><tr><td>Rührstäbchen - lang</td><td>VWR</td><td>58949-040</td><td>38,1 mm, für Flaschenreaktoren</td></tr><tr><td>Rührstäbchen - mittel</td><td>VWR</td><td>58949-034</td><td>25 mm, für Hyridisierungsrohre</td></tr><tr><td><stark>Verbrauchsmaterialien und Reagenzien für die Kultivierung von Algen</stark></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>0,2 & Mikro; m Filter</td><td>VWR</td><td>28145-491</td><td>13 mm, PTFE, zum Filtrieren von verbrauchten Medien aus der täglichen Kulturprobenahme</td></tr><tr><td>1 mL Spritzen</td><td>Air-tite</td><td>89215-216</td><td>Zur Filtration von verbrauchten Medien aus der täglichen Kulturprobenahme</td></tr><tr><td>1,5 mL Röhrchen</td><td>VWR</td><td>87003-294</td><td>Steril (oder gleichwertig)</td></tr><tr><td>10 mL Serologische Pipetten</td><td>Greiner Bio-One</td><td>82050-482</td><td>Steril (oder gleichwertig)</td></tr><tr><td>100 mm Platten</td><td>VWR</td><td>25384-342</td><td>100x15 mm stapelbare Petrischale, steril</td></tr><tr><td>15 mL Röhrchen</td><td>Greiner Bio-One</td><td>82050-276</td><td>Steril (oder gleichwertig), Polypropylen</td></tr><tr><td>2 mL Serologische Pipettenspitzen</td><td>Greiner Bio-One</td><td>82051-584</td><td>Sterile (oder gleichwertige)</td></tr> <tr><td>2 mL Röhrchen</td><td>VWR</td><td>87003-298</td><td>Sterile (oder gleichwertige)</td></tr> <tr><td>50 mL Röhrchen</td><td>Greiner Bio-One</td><td>82050-348</td><td>Sterile (oder gleichwertige)</td></tr><tr><td>Mikrotiterplatte aus Polypropylen 96 Well</td><td>Greiner Bio-One</td><td>89089-578</td><td>Polystyrol mit Deckel, flacher Boden</td></tr><tr><td>Inokkulationsschleifen</td><td>VWR</td><td>80094-478</td><td>Steril (oder gleichwertig)</td></tr><tr><td>Behälter und Regler für flüssiges Kohlendioxid</td><td>Airgas</td><td>CD-50</td><td></td></tr><tr><td>Verbrauchsmaterialien und Reagenzien für die Lipidextraktion und den Neutrallipid-Assay2 mL</td><td></td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Bead Tubes</td><td>VWR</td><td>10158-556</td><td>Polypropylen-Tube mit Deckel</td></tr><tr><td>96 Well Mikrotiterplatten</td><td>Greiner Bio-One</td><td>82050-774</td><td>Polypropylen, flacher Boden</td></tr><tr><td>Bleiche</td><td>Walmart</td><td>550646751</td><td>Nur normales Bleichmittel verwenden, nicht reinigen Bleichmittel</td></tr><tr><td>Chloroform</td><td>BDH</td><td>BDH1109-4LG</td><td></td></tr><tr><td>Dimethylsulfoxid</td><td>BDH</td><td>BDH1115-1LP</td><td></td></tr><tr><td>Isopropylalkohol</td><td>BDH</td><td>BDH1133-1LP</td><td></td></tr><tr><td>Methanol</td><td>BDH</td><td>BDH20864.400</td><td></td></tr><tr><td>Nilrot</td><td>VWR</td><td>TCN0659-5G</td><td></td></tr><tr><td>Pasteur Pipettenspitzen</td><td>VWR</td><td>14673-010</td><td></td></tr><tr><td>Natriumchlorid</td><td>BDH</td><td>BDH9286-500G</td><td></td></tr><tr><td>Pflanzenöl</td><td>Walmart</td><td>9276383</td><td>Jedes Pflanzenöl sollte so lange wirken, wie es frisch ist</td></tr><tr><td>Zirkonoxid-/Kieselsäurekügelchen (0,5 mm Durchmesser)</td><td>Biospec products</td><td>11079105z</td><td></td></tr><tr><td>Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Analysenwaage</td><td>Mettler-Toledo</td><td>XS205DU</td><td>Geeignet für eine Genauigkeit von mindestens 4 Dezimalstellen</td></tr><tr><td>Bead-Homogenisator</td><td>Omni</td><td>19-040E</td><td></td></tr><tr><td>Tisch-Mikrozentrifuge</td><td>Thermo</td><td>Heraeus Fresco 21 mit 24x2</td><td>Inklusive Rotor für 1,5- und 2-mL-Röhrchen</td></tr><tr><td>Trockenblockheizer</td><td>VWR</td><td>75838-282</td><td>Inklusive Trockenblock für eine Mikroplatte</td></tr><tr><td>Gefriertrockner</td><td>Labconco</td><td>7670520</td><td>2,5-Liter-Gefriertrocknungssystem</td></tr><tr><td>Große Tischzentrifuge</td><td>Thermo</td><td>Heraeus Megafuge 16R Tissue</td><td>Einschließlich Rotoren, die 400-ml-Flaschen, 50-ml-Röhrchen und 15-ml-Röhrchen verarbeiten</td></tr> können <tr><td>Mikrotiterplatten-Reader</td><td>Molecular Devices</td><td>SpectraMax M2</td><td>Kann Absorptions- und Fluoreszenz</td></tr> lesen <tr><td>Vortex-Mischer</td><td>VWR</td><td>10153-838</td><td></td></tr></tbody></table>

anbau von grünen mikroalgen in bubble spalte photobioreaktoren und ein test für neutrale lipide

Cultivation of Green Microalgae in Bubble Column Photobioreactors and an Assay for Neutral Lipids

Es gibt großes Interesse an der Studie von Mikroalgen für technische Anwendungen wie etwa die Herstellung von Biokraftstoffen, hochwertigen Produkten, und für die Behandlung von Abfällen. Wie die meisten neuen Forschungsanstrengungen im Labormaßstab beginnen, gibt es eine Notwendigkeit für kostengünstige Methoden zur Kultivierung von Mikroalgen reproduzierbar. Hier kommunizieren wir einen effektiven Ansatz zur Kultur Mikroalgen im Labormaßstab Photobioreaktoren, und das Wachstum und die neutralen Lipidgehalt dieser Algen zu messen. Anweisungen sind auch zum Einrichten des Photobioreaktor-Systems enthalten. Obwohl die Beispiel Organismen Arten von Chlorella und Auxenochlorellasind, kann dieses System angepasst werden, um eine Vielzahl von Mikroalgen, einschließlich Ko-Kulturen von Algen mit Algenarten zu kultivieren. Stammkulturen sind zum ersten Mal in Flaschen, Inokulum für das Photobioreaktor-System zu produzieren angebaut. Algen-Inokulum ist konzentriert und in Photobioreaktoren zur Kultivierung im Batch-Modus übertragen. Proben werden täglich für die optische Dichte-Messwerte gesammelt. Am Ende der Batch-Kultur Zellen werden geerntet, indem Zentrifuge gewaschen, und gefriergetrocknet, eine endgültige Trockengewicht Konzentration zu erhalten. Die endgültige Trockengewicht Konzentration wird verwendet, um eine Korrelation zwischen der optischen Dichte und das Trockengewicht Konzentration zu erstellen. Eine modifizierte Folch Methode wird anschließend verwendet, um insgesamt Lipide aus gefriergetrockneten Biomasse zu extrahieren und der Extrakt ist für seine neutrale Fettgehalt mit einer Mikrotestplatte Assay untersucht. Dieser Assay ist bisher erschienen aber Protokoll Schritte wurden hier aufgenommen, um kritische Schritte des Verfahrens zu markieren, wo häufig Fehler auftreten. Die hier beschriebenen Bioreaktorsystem füllt eine Nische zwischen einfachen Flasche Anbau und kommerziellen Bioreaktoren vollständig kontrolliert. Sogar mit nur 3-4 biologische repliziert pro Behandlung, unser Ansatz zur Kultivierung von Algen führt zu engen Standardabweichungen in der Wachstums- und Lipid-Assays.

Diese Prozedur ergibt einen zeitlichen Verlauf der Algen optische Dichte Daten bei OD 550 nm (Abb. 4A). Die optische Dichte und Trockengewicht Konzentration Daten korreliert (Abbildung 4 b). Dies wird erreicht durch die erste Berechnung der endgültigen Trockengewicht Algen Konzentration nach der Gefriertrocknung Schritt. Als nächstes kann die optische Dichte der Kultur serielle Verdünnung (durchgeführt am letzten Tag der Probenah...

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zur Labormaßstab Blase Spalte Photobioreaktoren zu konstruieren und zu Kultur Mikroalgen zu verwenden. Es bietet auch eine Methode zur Bestimmung der Wachstumsrate Kultur und neutrale Lipidgehalt.

Anbau von grünen Mikroalgen in Bubble Spalte Photobioreaktoren und ein Test für neutrale Lipide

There is significant interest in the study of microalgae for engineering applications such as the production of biofuels, high value products, and for the ...

Dieses Protokoll enthält Anweisungen für den Bau und die Verwendung eines Bubble Column Photobioreaktor-Systems zum Anbau von Mikroalgen und sollte für jeden von Interesse sein, der Algel-Biokraftstoffe, Abwasserbehandlung oder Algelbiologie studiert. Wir haben das Turmreaktorsystem gefunden, um hoch angesehene Ergebnisse zu erzielen. Das Reaktorsystem ist auch an ein breites Algengewirr anpassbar und kostet weit weniger als viele kommerzielle Angebote.Demonstriert wird das Verfahren von Qichen Wang, einem Doktoranden aus meinem Labor. Um mit dem Aufbau der Bubble Column Photobioreaktors zu beginnen, konstruieren Sie einen Satz belüfteter Deckel aus den Kunststoffdeckeln der Einliter-Glasflaschen und Hybridisierungsrohre, wie im Textprotokoll beschrieben. Schieben Sie einen 1/4 Zoll O-Ring über die Stufen einer 1/8-Zoll-Panel-Köder-Fitting-Fitting, und schieben Sie dies in das 1/4 Zoll Loch in den Deckel gebohrt.Schieben Sie einen zweiten 1/4 Zoll über die Gewinde, so dass der Deckel zwischen den beiden O-Ringen eingeklemmt ist. Dann schieben Sie eine Verriegelungsmutter auf die Fäden und ziehen Sie sie fest, um die Platte montieren Köder an Ort und Stelle zu fixieren. Jetzt schnappen, um Ringe auf den exponierten männlichen Köder zu sperren, projiziert aus dem Deckel.Wiederholen Sie diesen Vorgang für jedes Loch im Deckel. Für Deckel, die auf der Blasensäule und Flaschenreaktoren verwendet werden, befestigen Sie 1/8 Zoll weibliche Köder an Barb Armaturen an 1 1/2 Zoll Stücke von 1/8 Zoll ID PVC-Schläuche. Befestigen Sie diese an jeder der freiliegenden männlichen Köderarmaturen auf dem Deckel.Schließen Sie ein Rückschlagventil an das freie Ende eines der 1/8 Zoll-Stücke an. Dann verbinden Sie einen männlichen Köder mit Widerhaken, die mit dem zweiten Stück 1/8 Zoll Schlauch projiziert aus dem Deckel. Klicken Sie auf den rotierenden Verriegelungsring und befestigen Sie einen 0,2-Mikron-Luftfilter daran.Compleat Montage der Luft liefern System, Fischtanks, Rührplatten und Lichter, wie es das Textprotokoll. Konzentrieren Sie den abgesetzten Mikroalgenbestand, indem Sie den Überstand mit einer Vakuumpumpe entfernen. Lassen Sie weniger als 100 Milliliter Medium in jeder Flasche, aber vermeiden Sie das Entfernen von sesshaften Algen.Die Algenschlämme aufhängen und in sterile 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen übertragen. Zentrifuge 1.000 mal G für fünf Minuten, um die Algen weiter zu konzentrieren. Entfernen Sie im Biosicherheitsschrank genügend Überstand, um ein Gesamtvolumen von ca. 80 MilliliterAlgenkonzentraten für 12 Photobioreaktoren zu erreichen.Vermeiden Sie das Absaugen des Pellets. Das Algenkonzentrat in einen sterilen Behälter geben. Fügen Sie nun sechs Milliliter Algenschlämme in jeden Photobioreaktor mit einer sterilen 10 Milliliter serologischen Pipette hinzu.Die Bioreaktoren verwirbeln, um Algen in das Medium zu mischen. Ziehen Sie eine Zwei-Milliliter-Probe aus jedem Bioreaktor mit einer serologischen Pipette und übertragen Sie in ein Zwei-Milliliter-Rohr. Sammeln Sie alle 24 Stunden eine Zwei-Milliliter-Probe, um den Kulturfortschritt zu überwachen.Überprüfen Sie die Probe anhand von Teststreifen auf ph und passen Sie den Reaktor nach Bedarf an. Ziehen Sie die Bioreaktordeckel an und legen Sie alle Bioreaktoren in das Fischtank-Wasserbad. Passen Sie belüftung, Kohlendioxid und Beleuchtung auf die entsprechenden Werte für die Art an.Drehen Sie die Position des Bioreaktors jeden Tag nach der Probenahme. Tragen Sie 200 Mikroliter jeder Kulturprobe in dreifacher Auslage auf Die Brunnen einer 96-Well-Mikroplatte auf. Messen Sie dann die optische Dichte mit 550 Nanometern und 680 Nanometern.Messen Sie ein festes Volumen der Algenkultur aus jedem Bioreaktor mit einem Graduiertenzylinder und transferieren Sie in Zentrifugenflaschen. Zentrifugieren Sie die Kultur 4, 696 mal G für fünf Minuten. Entsorgen Sie den Überstand, indem Sie ihn sorgfältig aussaugen.Übertragen Sie die Pellets in beschriftete 50-Milliliter-Rohre. Spülen Sie die Zentrifugenflaschen mit destilliertem Wasser und übertragen Sie den Inhalt in die 50 Milliliter-Rohre. Stellen Sie sicher, dass das Gesamtvolumen 45 Milliliter nicht überschreitet.Nach dem Waschen der Algenpellets, wie im Textprotokoll beschrieben, entsorgen Sie das Überstand. Dann fügen Sie 7,5 Milliliter destilliertes Wasser zu jedem 50 Milliliter Rohr hinzu. Nun wirbeln die 50-Milliliter-Röhren aus und übertragen Die Algenschlämme in vorgewogene 15 Milliliter-Röhren.Spülen Sie die 50 Milliliter-Rohre mit zusätzlichem destilliertem Wasser und übertragen Sie die Flüssigkeit auf die 15 Milliliter-Rohre, wobei das Gesamtvolumen in diesen Röhren auf weniger als 12 Milliliter bleibt. Nach zentrifugieren der 15 Milliliter-Rohre und Wegwerfen des Überstandes wie bisher, die Rohre mit Pellets bei minus 80 Grad Celsius für mindestens 30 Minuten einfrieren, um sich auf die Gefriertrocknung vorzubereiten. Fügen Sie 1,5 Milliliter Folchlösungsmittel in jede zwei Milliliter Tube mit 20 Milligramm gefriergetrockneten Algen.Gießen Sie etwa 0,5 Milliliter Zirkonia-Kieselsäure-Perlen in jedes Rohr, bis der Flüssigkeitsstand zwei Milliliter erreicht. Homogenisieren Sie die Algenproben in einer Perlenmühle für 20 Sekunden mit einer Geschwindigkeit von 6,5 Metern pro Sekunde. Übertragen Sie die Rohre für 30 Sekunden auf Eis, um die Proben zu kühlen.Wiederholen Sie dann fünf weitere Male, um die Lipide vollständig zu extrahieren. Filtern Sie das Homogenat durch eine Fünf-Milliliter-Spritze mit einer Edelstahl-Drahtgitterscheibe, um die Perlen zu belasten und Filtrat in einem 15-Milliliter-Rohr zu sammeln. Waschen Sie die Perlen mit 1,5 Milliliter Folch-Lösungsmittel, drücken Sie Flüssigkeit durch mit dem Syring nach Bedarf.Wiederholen Sie diese Wäsche 2 weitere Male und sammeln Sie alle Filtrat in der 15 Milliliter Tube, was zu einem Endvolumen von etwa sechs Millilitern. Fügen Sie 1,2 Milliliter 0,9%Natriumchloridlösung in den Folh-Extrakt in der 15-Milliliter-Röhre hinzu und Wirbel gut zu mischen. Zentrifugieren Sie die 15 Milliliter-Röhren bei 6.000 mal G für fünf Minuten.Zeichnen Sie das Volumen der unteren Chloroform-Phase auf die nächsten 0,1 Milliliter mit Linien an der Seite des 15-Milliliter-Rohrs auf. Dann die untere Phase mit einer Glasweidepipette auf einen Glasteufel übertragen. Um den neutralen Lipidtest durchzuführen, verdünnen Sie die Lipidextrakte und pflanzenölStandard dreifach mit Methanol.Für jede verdünnte Probe fügen Sie 80 Mikroliter zu einer 96 Well Polypropylen Mikroplatte in Quadruplikat hinzu. Für das Lösungsmittel roh, 80 Mikroliter Folchlösungsmittel in Quadruplikat auftragen. Für Normen, fügen Sie 10, 30, 60, 90 und 120 Mikroliter des verdünnten Pflanzenöl-Standard auch in Quadruplicate.Legen Sie die Mikroplatte in die Dunstabzugshaube auf einen vorgeheizten Trockenblockheizer bei 55 Grad Celsius für 20 bis 30 Minuten, bis das gesamte Lösungsmittel verdampft ist. Entfernen Sie die Mikroplatte aus dem Heizblock und lassen Sie sie auf Raumtemperatur abkühlen. Dann fügen Sie 30 Mikroliter Isopropylalkohol zu jedem Brunnen und mischen durch Pipettieren nach oben und unten.Stellen Sie sicher, dass alle Pipettenkanäle die Lösung mischen und die Lipide wieder aufhängen, was zu einer homogenen grünen Flüssigkeit führt. Fügen Sie nun 200 Mikroliter eines Mikrogramms pro Milliliter eine nilerote Lösung zu jedem Brunnen hinzu, und pfeifen Sie sie 10 Mal nach oben und unten, um sie zu mischen. Nach einer fünfminütigen Inkubation bei Raumtemperatur 20 Mikroliter 50% Bleichlösung zu jedem Brunnen hinzufügen und fünfmal nach oben und unten pfeifen, um sie gut zu vermischen.Lassen Sie die Platte für 30 Minuten bei Raumtemperatur brüten. Nach 30 Minuten lesen Sie die Blütenstände in den Proben alle fünf bis zehn Minuten bei 530 Nanometern Anregung, 575 Nanometer Emission, wobei die Auto-Cut-Offs auf 570 Nanometer eingestellt sind, bis sich das Signal der Algenproben stabilisiert. Dieses Verfahren ergibt einen Zeitlichen Verlauf der algel optischen Dichtedaten bei OD 550 Nanometern.Kontrollkulturen wurden auf frischem nh4 Medium angebaut. Behandlung eins, ist Ko-Kulturen Auxenochlorella Protothekoide und Azospirillum brasiliense auf frisch angeborenen NH4 Medium angebaut. Behandlung zwei, ist ein azinic A.Protothecoides auf angeborenen NH4 Medium angebaut mit 50 Milligramm pro Milliliter IAA ergänzt, die das Algenwachstum vollständig hemmte.Behandlung drei, ist azinic A.Protothecoides, auf verbrauchten Medium aus A.Brasilienes angebaut. Die Wachstumskurven zeigen Kulturen von Auxenochlorella-Protothekisiden, die mit 120 Stunden spätlogarithmisches Wachstum aufnehmen. Hier sind Die Hiergezeigten sind Die Korelationskurven zwischen der optischen Dichte bei 550 Nanometern und der endgültigen Trockengewichtskonzentration unter Verwendung einer Polynompassung zweiter Ordnung.Schließlich kann die Färbung auf die optischen Dichtedaten des Zeitverlaufs angewendet werden, um eine Trockengewichtswachstumskurve zu erhalten. Die gleichen Behandlungen werden hier verwendet, mit der Ausnahme, dass Chlorella sorokiniana anstelle von Auxenochlorella-Protothekoiden kultiviert wird. Prozent Trockengewicht neutrales Lipid, das im neutralen Lipidtest gewonnen wird, korreliert gut mit dem Trioseglyceringehalt auf einer entsprechenden Dünnschichtchromatographieplatte.Im Gegensatz zu A.Protothecoides hemmte die IAA-Behandlung das C.Sorkiniana-Wachstum nicht. Nach der Lipidextraktion der Algen kann die verbleibende Zellpalette auf ihren Stärke- und Zellwandgehalt analysiert werden, um ein detaillierteres Bild der Energiespeicherprodukte innerhalb der Zelle zu liefern. Die hier beschriebenen Methoden haben neue Entdeckungen im Bereich der Algel-Biokraftstoffe und der Abwasserbehandlung ermöglicht.Insbesondere wurde dieses System verwendet, um besser zu verstehen, wie Bakterien das Algelwachstum beeinflussen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Environment

Umwelt

Ein Verfahren zur Bestimmung der Fettsäuregehalt und der Zusammensetzung in Mikroalgen anhand von mechanischen Zellaufschluss, Lösungsmittelbasis Lipidextraktion, Umesterung und die Quantifizierung und Identifizierung der Fettsäuren mittels Gaschromatographie beschrieben. Ein tripentadecanoin interner Standard verwendet wird, um für die möglichen Verluste bei der Extraktion und unvollständiger Umesterung kompensieren.

Die Analyse der Fettsäuregehalt und Zusammensetzung in Mikroalgen

Ein einfaches Protokoll, um die neutrale Lipidgehalt der Algenzellen zu bestimmen, mit einer Nil-Rot-Färbung Verfahren beschrieben. Diese zeitsparende Technik bietet eine Alternative zu herkömmlichen gravimetrischen basierten Lipid Quantifizierung Protokolle. Es ist für die spezielle Anwendung der Überwachung Bioprozess Leistung ausgelegt.

Eine einfache und schnelle Protokoll zur Messung neutralen Lipiden in Algenzellen mit Fluoreszenz

Die Integration der Mikroalgenkultivierung mit industriellem Rauchgas wird letztendlich Schwermetalle und andere anorganische Verbindungen in das Wachstumsmedium einbringen. In dieser Studie wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem das Endschicksal und die Auswirkungen von Schwermetallen und anorganischen Kontaminanten auf das Wachstum von Nannochloropsis salina bestimmt werden können, die in Photobioreaktoren gezüchtet werden.

Quantifizierung von Schwermetallen und anderen anorganischen Kontaminanten auf die Produktivität von Mikroalgen

Dieses Papier beschreibt den Montageprozess und den Betrieb eines fotosynthetischen Bioreaktors auf der Bank, der in Verbindung mit anderen Methoden verwendet werden kann, um relevante kinetische Wachstumsparameter zu schätzen. Dieses System überwacht kontinuierlich den pH-Wert, das Licht und die Temperatur mit Sensoren, einer Datenerfassungs- und Steuereinheit und einer Open-Source-Datenerfassungssoftware.

Aufbau und Aufbau eines handelsüblichen Algen-Photosynthese-Bioreaktors mit Temperatur-, Licht- und pH-Monitoring für kinetische Wachstumstests

Die axtische Kultivierung auf Der Bench-Skala erleichtert die Mikroalgencharakterisierung und Produktivitätsoptimierung vor dem anschließenden Prozessskalieren. Photobioreaktoren bieten die notwendige Kontrolle für zuverlässige und reproduzierbare Mikroalgenexperimente und können angepasst werden, um Mikroalgen mit den korrosiven Gasen(CO2, SO2, NO2) aus kommunalen oder industriellen Verbrennungsemissionen sicher zu kultivieren.

Mikroalgen-Anbau und Biomasse-Quantifizierung in einem Bench-Scale Photobioreaktor mit ätzenden Rauchgasen

Es wird ein Protokoll beschrieben, um das Kohlendioxid im Rauchgas von Erdgaskraftwerken zu nutzen, um Mikroalgen in offenen Laufsteichen zu kultivieren. Die Rauchgasinjektion wird mit einem pH-Sensor gesteuert, und das Wachstum von Mikroalgen wird mit Echtzeitmessungen der optischen Dichte überwacht.

Kopplung der Kohlenstoffabscheidung aus einem Kraftwerk mit halbautomatischen offenen Laufsteichen für die Mikroalgenzucht

Dieses Protokoll demonstriert die Verwendung einer Phänotyp-Microarray-Technologieplattform (PM), um die metabolischen Anforderungen von Chlamydomonas reinhardtii, einer grünen Mikroalge, zu definieren und ein bestehendes metabolisches Netzwerkmodell zu verfeinern.

Metabolisches High-Throughput-Profiling für Modellverfeinerungen von Mikroalgen

Diese Veröffentlichung beschreibt das Design von Labor-Photobioreaktoren (PBRs) mit anpassbaren Lichtregimen. Das Wachstum von Cyanobakterien oder Mikroalgen, die Bicarbonat als Kohlenstoffquelle verwenden, wird kontinuierlich überwacht, indem die volumetrische Sauerstoffproduktion gemessen wird. Diese PBRs ermöglichen schnelle, replizierte Laborwachstumsvergleiche mit wenig Benutzereingriffen während der Experimente.

Betrieb von Labor-Photobioreaktoren mit Online-Wachstumsmessungen und anpassbaren Lichtregimen

Luftverschmutzung wirkt sich auf die Lebensqualität aller Organismen aus. Hier beschreiben wir den Einsatz der Mikroalgen-Biotechnologie zur Aufbereitung von Biogas (gleichzeitige Entfernung von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff) und die Produktion von Biomethan durch semi-industrielle offene Hochraten-Algenteiche und die anschließende Analyse der Aufbereitungseffizienz, des pH-Werts, des gelösten Sauerstoffs und des Mikroalgenwachstums.

Biogasreinigung durch den Einsatz eines Mikroalgen-Bakterien-Systems in semi-industriellen Hochstrom-Algenteichen

Die vorliegende Studie unterstreicht die Vorteile des Einsatzes der von Jeffrey und Humphrey entwickelten Methode zur Extraktion und Quantifizierung fettlöslicher Pigmente aus Mikroalgen. Diese Methode dient als wertvolles Instrument, um den Einfluss von Wachstumsfaktoren auf die Chlorophyllproduktion und den zellulären Gehalt in diesen Organismen zu beurteilen.

Bewertung der Wirkung von Wachstumsfaktoren auf die Produktion von Chlorophyllen a und b aus Mikroalgen

Lernen Sie den Aufbau und Betrieb eines Bubble-Column-Photobioreaktors zur Kultivierung von Mikroalgen. Diese kostengünstige Methode ermöglicht Wachstumsraten- und Lipidanalysen für Biofuel-Forschung.

Anbau von grünen Mikroalgen in Bubble Spalte Photobioreaktoren und ein Test für neutrale Lipide

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