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この記事について
サマリー
要約
再生可能燃料の需要の増加は、微細藻類などの代替原料の実現可能性を調査する研究者を持っています。固有の利点は、高電位収量、廃棄物の流れと非耕地と統合の使用を含みます。大規模な微細藻類の生産システムの栄養要件は、排煙や排水からの栄養分からの二酸化炭素などの産業廃棄物の資源、と栽培システムの結合が必要になります。これらの廃棄物中に存在する無機汚染物質は潜在的にマイナスの生産性に影響を与え、最終用途を制限する微細藻類バイオマスに生物蓄積につながることができます。この研究は、影響の実験的評価とNannochloropsis·サリナの成長の14無機汚染物質（として、カドミウム、コバルト、クロム、銅、水銀、マンガン、ニッケル、Pb、SbおよびSeの、Snを、VおよびZn）の運命に焦点を当てて。微細藻類は、成長mはpH7で984マイクロモルメートル-2秒で照明光バイオリアクターで栽培-1維持しましたEDIA商業石炭排煙システムに見られる組成に基づいて予想されるレベルで無機汚染物質で汚染。バイオマスおよび7日間の成長期間の終了時に培地中に存在する汚染物質は分析的に、水銀のためと同様に、カドミウム、コバルト、クロム、銅、マンガン、ニッケルのための誘導結合プラズマ質量分析法を通して冷蒸気原子吸光分析法を介して定量化しましたPb、SbおよびSeの、錫、VおよびZn。結果はNを示しますサリナは、これらの汚染物質の導入yieldwithバイオマスにおける統計減少した多金属環境に敏感株です。ここで紹介する技術は、藻類の成長を定量化し、無機汚染物質の運命を決定するための適切です。
概要
伝統的な地上の作物に比べて微細藻類は、固有の高い太陽光変換効率1,2に起因する高いバイオマスおよび脂質収率を達成することが示されています。高い生産速度での微細藻類の培養は、外部の炭素源を含む様々な栄養素の供給を必要とします。これは、大規模な成長設備は、生産コストを最小限に抑えると同時に、環境の改善を提供するために、このような産業煙道ガスなどの産業廃棄物の流れと統合されることが期待されます。産業廃棄物の炭素は、気体の二酸化炭素の形で、典型的には負微細藻類の生産に影響を与える可能性があり、汚染物質を含有することができます。具体的には、石炭から誘導された煙道ガスは、以下を含む様々な汚染物質を持っているが、燃焼生成物の水と二酸化炭素、ならびに硫黄および窒素、細塵、ダイオキシン類およびフランなどの有機汚染物質の酸化物、及び無機詐欺に限定されるものではありません重金属など汚染物。微細藻類の生産性の重金属として知られているそれらのいくつかと無機物を含むこれらの汚染物質の大部分の影響が検討されていません。これらの要素のいくつかは、しかし、より高い濃度で、それらは細胞機能不全および死3を生成することができ、適切な濃度での栄養素であることができます。
産業煙道ガスと微細藻類の統合直接増殖培地中に無機汚染物質を導入する可能性を有します。石炭ベースの煙道ガスは低に、種々の濃度の無機元素（ 例えば、として、カドミウム、コバルト、クロム、銅、....
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プロトコル
1.成長システム
図1.微細藻類の成長システム。（A）空気ロートメーター、（B）CO 2ロートメーター、ソレノイドと（C）pHコントローラー、（D）データロガー、（E）、インラインエアフィルタ、（F）の空気分配ヘッダ、 （G）蛍光灯バンク、（H）は、pHメーター、（I）は、冷却システム、（J）水浴、（K）熱電対線、（L）エアリフトフォトバイオリアクター、（M）ヒーター、（N）ウォークインヒュームフード（O）ベント、（P）空気送達毛細管<....
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結果
バイオマス収量
Nの生産この研究のために使用されるPBR方式でサリナ 8.5±0.19グラム/ Lには1g / L -1の成長-1（N = 12）対照反応器および4.0±0.3グラム/ L -1（N = 12）多金属7日間で汚染。実験は三連の反応器及び複数のバッチ全体で再現可能データを生成した。 図2（a）は、3つの独立したPBRSからのサンプリングに基づいて、非常に小さな標準誤差の平均培養密度を示しています。この結果は、単離された結果ではなかった確実にするために、3つのバッチを同様の結果で成長させました。すべての4つのバッチのために組み合わせた結果を図2Bに示されています。生物学的変動が存在するが、本研究ではNに無機汚染物質の一貫性のマイナスの影響があることを示していますサリナ生産 。汚染物質曝露さPBRSにおけるバイオマス収量はからの制御PBRSと統計的に差がありました2日目.......
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ディスカッション
生理食塩水の微細藻類のN.サリナが正常に再現性のある結果と高いバイオマス収率で設計された成長システムに成長させることができます。空輸は、7日間の成長期間にわたって最小の沈降または生物付着とよく混合懸濁培養のために許可された混合します。蛍光灯バンク全体で最小の光の変動も成長に顕著な差が生じていないことが示されています。
研究では、石炭の煙道ガス悪影響を与えるバイオマス成長との統合の濃度の代表で重金属汚染のメディアを示しています。研究における再現性は多金属システムは生産性に与える影響を強調しています。プロセスの様々な段階にマイナス成長に影響を与え、勤勉な実験の準備を必要とするシステムを汚染する可能性があります。実験を開始する前に、培地のpHの決意は、媒体が酸性化されていないことを確認（ 例えば、RESUを可能にQC工程であります酸浸漬後のリンス不適切PBR）からlting。酸性化した培地は、栄養生物学的利用能を藻類の成長に影響を及ぼし、変更されます（ 例えば、無機炭素の分化や金属分化の変化）、従って藻類結合部位、栄養素と金属の間の相.......
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開示事項
著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
謝辞
著者は、金属/半金属分析中の彼らの助けに対して、全米科学財団（賞#1335550)、ユタ州水研究所、ジョアン・マクリーン教授、テッサ・ガイからの資金提供に感謝したいと思います。また、著者は、データ収集を支援してくれた Laura Birkhold 氏と Danna Olbright 氏にも感謝しています。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 化学薬品 | |||
| 塩化ナトリウム | フィッシャーサイエンティフィ | S271-3 | |
| 塩化カルシウム二水和物 | フィッシャーサイエンティフィック | C79-500 | |
| 塩化カリウム | ッシャーサイエンティフィ | P217-500 | |
| メタケイ酸ナトリウム 非水和物 | フィッシャーサイエンティフィック | S408-500 | |
| 硫酸マグネシウム七水和物 | フィッシャーサイエンティフィック | M63-500 | |
| 硝酸カリウム | EMDケミカル | PX1520-5 | |
| リン酸カリウム一塩基性 | フィッシャーサイエンティフィ | P285-500 | |
| エン酸アンモニウムフェ | ッサーサイエンティフィ | I72-500 | |
| ホウ酸 | フィッシャーサイエンティフィ | A73-500 | |
| リブデン酸ナトリウム、二水和 | EMDケミカル | SX0650-2 | |
| マンガン四水和物 | ッシャーサイエンティフィック | M87-500 | |
| 亜鉛七水和物 | フィッシャーサイエンティフィ | Z68-500 | |
| 硫酸銅五水和物 | ッシャーサイエンティフィック | C489-500 | |
| ビオチン | アクロス・オーガニックス | 230090010 | |
| チアミン | Acros Organics | 148990100 | |
| ビタミンB12 | Acros Organics | 405920010 | |
| 銅(II)塩化物二水和物 | Sigma-Aldrich | 221783-100G | 刺激性、環境に危険な |
| 塩化鉛(II) | Sigma-Aldrich | 268690-250G | 有毒で環境に危険な |
| 重クロム酸ナトリウム二水和物 | Sigma-Aldrich | 398063-100G | 酸化性、毒性が高く、環境に危険 |
| コバルト(II)六水和物 | Sigma-Aldrich | 255599-100G | 有毒で環境に危険 |
| 塩化ニッケル (II) 六水和物 | Sigma-Aldrich | 223387-500G | 有毒で環境に危険な |
| 酸ナトリウム (メタ) 亜ヒ酸 | Sigma-Aldrich | 71287 | で環境に危険な |
| 塩化カドミウム | Sigma-Aldrich | 202908-10G | 毒性が高く、環境に危険な |
| 塩化水銀 (II) | Sigma-Aldrich | 215465-100G | 有毒で環境に危険 |
| 塩化スズ(II)二水和 | フィッシャーサイエンティフィ | T142-500 | 腐食性。水銀分析に適しています。非常に危険です。 |
| 塩化マンガン四水和物 | フィッシャーサイエンティフィック | M87-500 | |
| 酸化バナジウム(V) ア | クロス有機物 | 206422500 | 環境に危険 |
| 二酸化炭素 | エア・リキード | I2301S-1 | 圧縮 |
| 過酸化水素 | H325-500 | フィッシャー・サイエンティフィック | 30% 水中 |
| ICP-MS 標準 ICP-MS-6020 | 高純度標準 | ||
| 水銀標準 | CGHG1-1 | 無機ベンチャーズ | 1000±6 & マイクロ;5% 硝酸 |
| ゴン | エア リキード | 圧縮 | |
| ヘリウム | エア リキード | 圧縮、超高純度 | |
| 水素 | エア リキード | 圧縮、超高純度 | |
| 硝酸 | フィッシャー サイエンティフィック | A509-P212 | 67-70% 硝酸、微量金属グレード。注意:ヒュームフードの下で操作してください。 |
| 塩酸 | フィッシャーサイエンティフィック | A508-P212 | 35%塩酸、微量金属グレード。注意:ヒュームフードの下で操作してください。 |
| 機器 | |||
| 科学的な予真空滅菌器 | Steris | 31626A | SV-120 |
| 遠心分離機 | サーモフィッシャー | 46910 | RC-6 プラス |
| 分光光度計 | 島津製作所 | 1867 | UV-1800 |
| pHコントローラー | ハンナ | BL981411 | X4 |
| 回転計、X5 | ドワイヤー | RMA-151-SSV | T31Y |
| 回転計、X5 | Dwyer | RMA-26-SSV | T35Y |
| ウォーターバスサーキュレーター | フィッシャーサイエンティフィック | 13-873-45A | |
| コンパクトチラー | VWR | 13270-120 | |
| 凍結乾燥機 | Labconco | 7752020 | |
| 攪拌プレート | フィッシャーサイエンティフィック | 11-100-49S | |
| pH ラボ電極 | Phidgets Inc | 3550 | |
| 誘導結合プラズマ質量分析計 | Agilent Technologies | 7700 シリーズ ICP-MS | オートサンプラーに付属 CETAC ASX-520 |
| FIAS 100 | Perkin Elmer Instruments | B0506520 | |
| 原子吸光分析装置 | Perkin Elmer Instruments | AAnalyst 800 | |
| セルヒーター(石英) | Perkin Elmer Instruments | B3120397 | |
| マイクロ波 | マイルストーン | プログラム可能、最大出力1,200W | |
| マイクロ波ローター | マイルストーン | ローターは、密閉容器のマイクロ波分解のための24-75mlテフロン容器を備えています。 | |
| 材料 | |||
| 0.2 μmシリンジ | フィルターWhatman | 6713-0425 | |
| 0.2 μmシリンジ | フィルターWhatman | 6713-1650 | |
| 0.45 μm シリンジ フィルター | サーモフィッシャー | F2500-3 | |
| ポリスチレン チューブ | エバーグリーン | 222-2094-050 | 17 x 100 mm w/キャップ, 16 ml, ポリスチリン |
| 八角形 磁性 かき混ぜる バー | フィッシャーサイエンティフィック | 14-513-60PTFE | フッ素樹脂に包まれた磁石 |
参考文献
- Dismukes, G. C., Carrieri, D., Bennette, N., Ananyev, G. M., Posewitz, M. C. Aquatic phototrophs: efficient alternatives to land-based crops for biofuels. Curr Opin Biotechnol. 19 (3), 235-240 (2008).
- Moody, J. W., McGinty, C. M., Quinn, J. C.
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