Name: 重金属や微細藻類の生産性に関するその他の無機汚染物質の定量 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 20 s
Description: 学ぶ重金属や無機汚染物質が微細藻類Nannochloropsis salinaの生産性に与える影響と蓄積動態。ICP-MSを用いた定量法で、バイオ燃料生産とバイオレメディエーションへの応用可能性を評価します。

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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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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

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...

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、水銀、マンガン、ニッケル、Pb、SbおよびSeの、Snを、VおよびZn）の様々なそのうちのいくつかを持っています濃度は、微細藻類の成長のための栄養素を表します。無機汚染物質は、微細藻類に特異的に結合すると、さらに栄養輸送体を介して内部的に吸着され、高い親和性を有します。一部の無機汚染物質（ すなわち、コバルト、銅、亜鉛およびMn）が関与する酵素の一部を形成する栄養素であります光合成、呼吸およびその他の機能3,4中のd。しかし、過剰の金属及びメタロイドに毒性であり得ます。このような鉛、カドミウム、錫、Sbを、セレン、As及び水銀のような他の要素は、任意の濃度で細胞機能をサポートし、負培養増殖3,5,6に影響を与える可能性があり、非栄養素の金属を表すことが知られていません。これらの汚染物質のいずれかの存在は、微細藻類の細胞機能に対する負の効果をもたらす可能性を有します。さらに、微細藻類で複数の金属の相互作用は、成長動力学を複雑にし、成長に影響を与える可能性を有します。 大規模な経済学は、直接栽培システム7-19の生産にリンクされています。それは質量の99.9と99.4％で、それぞれ20を表すようにまた、オープン軌道池（ORP）またはフォトバイオリアクターのいずれかのための微細藻類の成長システム（PBR）中の培地のリサイクルは重要です。メディア中の無機汚染物質の存在は、最終的にMが制限される可能性がicroalgaeの生産性とによる汚染物質の蓄積へのメディアの再利用。この研究は、実験的に微細藻類培養システムの統合から期待される濃度で、14無機汚染物質（AS、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、錫、VおよびZn）の影響を決定しました石炭は、Nの生産性に、煙道ガスを導出してサリナは空輸PBRSで増殖させました。本研究で用いた汚染物質は、石炭ベースの煙道ガスが、一般廃棄物系の煙道ガス、バイオソリッドベースの煙道ガス、都市下水、生成水、減損地下水や海水21-23に存在しないことが示されています。この研究で使用した濃度は、微細藻類の成長システムは、商用PBRシステム20において実証取り込み効率で石炭ベースのCO 2源と統合された場合に予想されるものに基づいています。重金属や無機汚染物質の濃度を支援する詳細な計算はNapanに提示されていますら 24の分析技術は、バイオマス、メディア環境における金属の大部分の分布を把握するために使用されました。提示される方法は、無機汚染物質のストレスとそのエンド運命の定量化の下で微細藻類の生産能力の評価を可能にしました。

<table><tbody><tr><td>化学薬品</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>塩化ナトリウム</td><td>フィッシャーサイエンティフィ</td>ック <td>S271-3</td><td></td></tr><tr><td>塩化カルシウム二水和物</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>C79-500</td><td></td></tr><tr><td>塩化カリウム</td> フィ<td>ッシャーサイエンティフィ</td>ック <td>P217-500</td><td></td></tr><tr><td>メタケイ酸ナトリウム 非水和物&nbsp;</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>S408-500</td><td></td></tr><tr><td>硫酸マグネシウム七水和物&nbsp;</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>M63-500</td><td></td></tr><tr><td>硝酸カリウム</td><td>EMDケミカル</td><td>PX1520-5</td><td></td></tr><tr><td>リン酸カリウム一塩基性&nbsp;</td><td>フィッシャーサイエンティフィ</td>ック<td>P285-500</td><td></td></tr>ク<tr><td>エン酸アンモニウムフェ</td><td>ッサーサイエンティフィ</td>ック<td>I72-500</td><td></td></tr><tr><td>ホウ酸</td><td>フィッシャーサイエンティフィ</td>ック<td>A73-500</td><td></td></tr>モ<tr><td>リブデン酸ナトリウム、二水和</td>物<td>EMDケミカル</td><td>SX0650-2</td><td></td></tr>塩化<tr><td>マンガン四水和物</td>フィ<td>ッシャーサイエンティフィック</td><td>M87-500</td><td></td></tr>硫酸<tr><td>亜鉛七水和物</td><td>フィッシャーサイエンティフィ</td>ック<td>Z68-500</td><td></td></tr><tr><td>硫酸銅五水和物</td>フィ<td>ッシャーサイエンティフィック</td><td>C489-500</td><td></td></tr><tr><td>ビオチン&nbsp;</td><td>アクロス・オーガニックス</td><td>230090010</td><td></td></tr><tr><td>チアミン&nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>148990100</td><td></td></tr><tr><td>ビタミンB12&nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>405920010</td><td></td></tr><tr><td>銅(II)塩化物二水和物&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>221783-100G</td><td>刺激性、環境に危険な</td></tr><tr><td>塩化鉛(II)&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>268690-250G</td><td>有毒で環境に危険な</td></tr><tr><td>重クロム酸ナトリウム二水和物&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>398063-100G</td><td>酸化性、毒性が高く、環境に危険</td></tr>性が高い塩化<tr><td>コバルト(II)六水和物&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>255599-100G</td><td>有毒で環境に危険</td></tr><tr><td>塩化ニッケル (II) 六水和物&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>223387-500G</td><td>有毒で環境に危険な</td></tr>亜ヒ<tr><td>酸ナトリウム (メタ) 亜ヒ酸&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>71287</td>有毒<td>で環境に危険な</td></tr><tr><td>塩化カドミウム&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>202908-10G</td><td>毒性が高く、環境に危険な</td></tr><tr><td>塩化水銀 (II) &nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>215465-100G</td><td>有毒で環境に危険</td></tr><tr><td>塩化スズ(II)二水和</td>物 <td>フィッシャーサイエンティフィ</td>ック <td>T142-500</td><td>腐食性。水銀分析に適しています。非常に危険です。</td></tr><tr><td>塩化マンガン四水和物</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>M87-500</td><td></td></tr><tr><td>酸化バナジウム(V) ア</td><td>クロス有機物</td><td>206422500</td><td>環境に危険</td></tr><tr><td>二酸化炭素&nbsp;</td><td>エア・リキード</td><td>I2301S-1</td><td>圧縮</td></tr><tr><td>過酸化水素</td><td>H325-500</td><td>フィッシャー・サイエンティフィック</td><td>30% 水中</td></tr><tr><td>ICP-MS 標準 ICP-MS-6020</td><td></td><td>高純度標準</td><td></td></tr><tr><td>水銀標準</td><td>CGHG1-1</td><td>無機ベンチャーズ</td><td>1000&plusmn;6 & マイクロ;5% 硝酸</td></tr>アル<tr><td>ゴン</td><td>エア リキード</td><td></td><td>圧縮</td></tr><tr><td>ヘリウム</td><td>エア リキード</td><td></td><td>圧縮、超高純度</td></tr><tr><td>水素</td><td>エア リキード</td><td></td><td>圧縮、超高純度</td></tr><tr><td>硝酸</td><td>フィッシャー サイエンティフィック</td><td>A509-P212</td><td>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。</td></tr><tr><td>塩酸</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>A508-P212</td><td>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。</td></tr><tr><td>機器</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>科学的な予真空滅菌器</td><td>Steris</td><td>31626A</td><td>SV-120</td></tr><tr><td>遠心分離機</td><td>サーモフィッシャー</td><td>46910</td><td>RC-6 プラス</td></tr><tr><td>分光光度計</td><td>島津製作所</td><td>1867</td><td>UV-1800</td></tr><tr><td>pHコントローラー</td><td>ハンナ</td><td>BL981411</td><td>X4</td></tr><tr><td>回転計、X5</td><td>ドワイヤー</td><td>RMA-151-SSV</td><td>T31Y</td></tr><tr><td>回転計、X5</td><td>Dwyer</td><td>RMA-26-SSV</td><td>T35Y</td></tr><tr><td>ウォーターバスサーキュレーター</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>13-873-45A</td><td></td></tr><tr><td>コンパクトチラー</td><td>VWR</td><td>13270-120</td><td></td></tr><tr><td>凍結乾燥機</td><td>Labconco</td><td>7752020</td><td></td></tr><tr><td>攪拌プレート</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>11-100-49S</td><td></td></tr><tr><td>pH ラボ電極</td><td>Phidgets Inc</td><td>3550</td><td></td></tr><tr><td>誘導結合プラズマ質量分析計</td><td>Agilent Technologies</td><td>7700 シリーズ ICP-MS</td><td>オートサンプラーに付属 CETAC ASX-520</td></tr><tr><td>FIAS 100</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>B0506520</td><td></td></tr><tr><td>原子吸光分析装置</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>AAnalyst 800</td><td></td></tr><tr><td>セルヒーター(石英)</td><td>Perkin Elmer Instruments</td><td>B3120397</td><td></td></tr><tr><td>マイクロ波</td><td>マイルストーン</td><td></td><td>プログラム可能、最大出力1,200W</td></tr><tr><td>マイクロ波ローター</td><td>マイルストーン</td><td></td><td>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。</td></tr><tr><td>材料</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>0.2 &#956;mシリンジ</td><td>フィルターWhatman</td><td>6713-0425</td><td></td></tr><tr><td>0.2 &#956;mシリンジ</td><td>フィルターWhatman</td><td>6713-1650</td><td></td></tr><tr><td>0.45 &#956;m シリンジ フィルター</td><td>サーモフィッシャー</td><td>F2500-3</td><td></td></tr><tr><td>ポリスチレン チューブ</td><td>エバーグリーン</td><td>222-2094-050</td><td>17 x 100 mm w/キャップ, 16 ml, ポリスチリン</td></tr><tr><td>八角形 磁性&nbsp;かき混ぜる&nbsp;バー</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>14-513-60PTFE</td><td>フッ素樹脂に包まれた磁石</td></tr></tbody></table>

重金属や微細藻類の生産性に関するその他の無機汚染物質の定量

Quantification of Heavy Metals and Other Inorganic Contaminants on the Productivity of Microalgae

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。

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...

>jove_content<微細藻類の培養と工業用煙道ガスの統合は、最終的に重金属と他の無機化合物を成長培地に導入します。この研究は、フォトバイオリアクターで成長したNannochloropsis salinaの成長に対する重金属と無機汚染物質の最終運命と影響を決定するために使用される手順を示しています。

Increasing demand for renewable fuels has researchers investigating the feasibility of alternative feedstocks, such as microalgae. Inherent advantages ...

本手順の全体的な目的は、石炭火力発電所からの二酸化炭素を増殖用の炭素源として利用した際に、微細藻類培養システムに導入される重金属の影響および最終的な運命を定量化することです。これは、まず石炭および煙道ガスを微細藻類培養に統合した場合の潜在的な汚染レベルを把握することで達成されます。これらのレベルを基準汚染として用い、ストックを作成します。次に、必要な接種源を培養し、大規模培養プラットフォームをセットアップします。その後、システムに接種を行い、処理のために定期的にサンプルを採取します。最後に、バイオマスを単離し、汚染物質の最終的な行方を定量します。最終的に、誘導結合プラズマ質量分析法（ICP-MS）を用いてバイオマスに吸収された金属を定量し、これを吸光度測定の結果と組み合わせることで、汚染物質がシステムに与える影響を把握することが可能になります。既存の手法に対する本手法の主な利点は、数メートル規模のシステムの最終的な行方を直接定量できる点にあります。この方法を用いることで、燃焼排ガスに含まれる重金属の影響について知見を得ることができます。また、本手法は他の系にも適用可能です。この方法は、重金属が生産性に与える影響や、バイオレメディエーションにおける微細藻類の利用可能性など、微細藻類分野における重要な疑問の解決に役立ちます。一般的に、本手法に不慣れな方は、コンタミネーションの可能性や要求される精度のため、習得に苦労することがあります。IC-PMSを用いた試料調製および分析において、私たちはまずこの手法を考案しました。私たちは、燃焼排ガス統合による金属および藻類が及ぼす潜在的な影響を理解しようとしていました。これは、水研究施設の共同研究者との議論を通じて得られたものです。この手法について説明します。テキストのプロトコルに従って微細藻類培養実験システムを構築し、ラボウェアを準備した後、20Lのオートクレーブ対応容器に脱イオン水を部分的に満たし、マグネチックスターラーバーを挿入します。容器をマグネチックスターラーの上に置き、ここに示す化学薬品を一つずつ加えます。次の薬品を加える前に、それぞれ完全に溶解させてください。培地を120°Cで30分間オートクレーブし、室温まで冷却してからビタミンを添加します。蒸留水を用いて無機汚染物質のストック溶液を調製するには、メスフラスコに蒸留水を部分的に満たし、ここに記載されている個々の塩を添加します。その後、必要な容量まで蒸留水を満たし、十分に混合します。無機汚染物質ストック溶液を滅菌済みの0.2 micron シリンジフィルターでろ過して滅菌し、ろ液を滅菌チューブに回収します。Salina接種源を調製するために、テキストプロトコルに従って滅菌シャーレ内でコロニーを育成させた後、バッフル付きエルレンマイヤーフラスコに調製済みの栄養豊富

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機械的な細胞破壊、溶媒ベースの脂質抽出、エステル交換、および定量化およびガスクロマトグラフィーを用いて脂肪酸の同定に基づく微細藻類中の脂肪酸含量および組成の決定のための方法が記載されている。 tripentadecanoin内部標準抽出及び不完全なエステル交換時の損失の可能性を補償するために使用される。...

微細藻類中の脂肪酸含量および組成の分析

実験方法は、（100 L）小規模および大規模（千L）の性能を比較埋立排水の藻類の修復のために設計された原子炉をスケールするために提示されています。体積比、滞留時間、バイオマス密度、及び廃水供給濃度に対する表面積を含むシステム特性は、用途に基づいて調整することができます。...

排水の藻類の修復のための光合成反応器システムにおけるスケールの比較

ベンチスケール、軸栽培は、その後のプロセススケールアップの前に、マイクロアルガル特性評価と生産性の最適化を容易にします。光バイオリアクターは、信頼性の高い再現性のある微細藻類実験に必要な制御を提供し、自治体や産業の燃焼放出から腐食性ガス(CO2、SO2、NO2)で微細藻類を安全に栽培できるように適応することができます。...

腐食性煙道ガスを用いたベンチスケール光バイオリアクターにおける微細藻類栽培とバイオマス定量

LEDで垂直に照射されたセットアップを用いて、難しい物質(着色物質やナノ材料など)に対する藻類毒性試験を実証しています。...

ナノ材料やその他の難しい物質の藻類毒性試験のための小規模なセットアップ

天然ガス発電所の煙道ガス中の二酸化炭素を利用して、オープンな軌道上の池で微細藻類を栽培するためのプロトコルが記載されている。煙道ガス注入はpHセンサーで制御され、微細藻類の成長は光学密度のリアルタイム測定で監視されます。...

発電所からの炭素回収と微細藻類栽培用の半自動オープンレースウェイ池の結合

このプロトコルは、表現型マイクロアレイ(PM)技術プラットフォームを使用して、緑の微細藻類 であるクラミドモナス・レインハルトイ...

微細藻類のモデル改良のための高スループット代謝プロファイリング

この出版物は、カスタマイズ可能な光レジームを備えた実験室用フォトバイオリアクター(PBR)の設計について説明しています。シアノバクテリアまたは微細藻類の増殖は、炭酸水素塩を炭素源として使用し、体積酸素産生を測定することによって継続的に監視される。これらのPBRは、実験中のユーザーの介入をほとんど伴わずに、迅速で複製された実験室の成長比較を容易にします。...

オンライン成長測定とカスタマイズ可能な光レジームを備えた実験室用フォトバイオリアクターの操作

大気汚染は、すべての生物の生活の質に影響を与えます。ここでは、微細藻類バイオテクノロジーを用いたバイオガス処理(二酸化炭素と硫化水素の同時除去)と、半工業的な開放型高速藻類池によるバイオメタン生産、およびその後の処理効率、pH、溶存酸素、微細藻類の成長の分析について説明します。...

準工業用高速藻類池における微細藻類-バクテリアシステムを用いたバイオガス精製

本研究は、微細藻類から脂溶性色素を抽出し定量するためにJeffreyとHumphreyによって開発された方法を採用する利点を強調しています。この方法は、これらの生物のクロロフィル産生と細胞含有量に対する成長因子の影響を評価するための貴重なツールとして機能します。...

微細藻類からのクロロフィル a および b 産生に及ぼす成長因子の影響評価

発電所からの煙道ガスは、藻類の成長のための安価なCO 2源である。私たちは、システム「栽培藻類する煙道ガス」のプロトタイプを構築し、藻類培養工程をスケールアップする方法を説明してきました。我々は、Chlorella種の成長のための煙道ガスの最適な動作をシミュレートし、設計するために、物質移動のバイオ反応モデルの使用を実証した。藻類のフォトバイオリアクター中。...

計算機シミュレーションを通してフォトバイオリアクターで藻類の成長を促進するために排煙設定を最適化

学ぶ重金属や無機汚染物質が微細藻類Nannochloropsis salinaの生産性に与える影響と蓄積動態。ICP-MSを用いた定量法で、バイオ燃料生産とバイオレメディエーションへの応用可能性を評価します。

重金属や微細藻類の生産性に関するその他の無機汚染物質の定量

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