摘要： 微藻作为一种前景广阔的碳中和与生物柴油原料，其大规模培养的核心矛盾在于：生物量的快速积累需要充足营养，而油脂的高效合成则往往依赖于氮胁迫等逆境。传统的二阶段培养法（先扩增后胁迫）流程繁琐、成本高昂。本实验旨在探索一种在单一培养体系内，通过精准协调光照周期与营养消耗，实现微藻“生长”与“产油”无缝衔接的简化工艺。
一、 引言
随着“双碳”战略的深入，微藻固碳技术因其独特优势展现出广阔前景。然而，其产业化进程始终受制于高昂成本——传统“先生长、后产油”的二阶段培养模式，因流程繁琐、周期长而难以实现高效运行。为突破这一瓶颈，本研究尝试打破固有模式，以普通小球藻为研究对象，探索在单一反应器内，通过营养限制初期耦合光照调控，实现生长与油脂积累的协同进行，为简化工艺、降低成本提供新思
二、 材料与方法
藻种与培养基
藻种：普通小球藻（Chlorella vulgaris），由合作单位中国科学技术大学微藻生物技术实验室惠赠。
培养基：BG-11培养基。实验组在接种时即采用氮源（NaNO₃）减半的改性BG-11培养基，以预设营养胁迫起点。
核心实验设备
本实验的核心——培养与监测，均在立式光照摇床中完成。该设备为我们提供了以下关键保障：
1、 光照均匀稳定：六面立体光照系统，确保摇瓶内每一个区域的藻细胞都能接受均一的光强，避免了传统光源下的阴影效应，数据可比性极强。
2、 温度控制精准：±0.5℃的控温精度，将培养温度恒定在（25±1）℃，排除了温度波动对代谢的干扰。
3、 振荡充分温和：稳定的圆周振荡，既保证了藻体的充分混匀与气液传质，又避免了剪切力对细胞的损伤。
实验设计
设置两个关键实验组：
1、 对照组：连续光照（24h:0h），作为参照基准。
2、 优化组：间歇光照（12h光照:12h黑暗），模拟昼夜节律。
两组均在氮限制培养基中，于光照摇床中培养120小时，设定光照强度100 μmol/m²/s，转速120 rpm。
分析指标与方法
1、 生物量：每24小时取样，测定680nm处光密度（OD₆₈₀）并换算干重。
2、 油脂含量：培养结束时，采用尼罗红荧光染色法进行初筛，并用索氏提取法进行准确定量。
3、 营养盐消耗：使用紫外分光光度法监测培养液中硝酸氮浓度变化。（该方法在与邵阳市环境保护监测站的交流学习中得以优化，确保了环境监测数据的准确性。）
三、 结果与讨论
生物量积累与营养消耗
如图1所示，在氮限制条件下，优化组（间歇光照）的生物量积累速度在后期略低于连续光照对照组，但整体仍保持增长趋势。这表明间歇光照在限制性条件下，虽略微牺牲了部分最大生长潜力，但并未导致生长停滞。同时，培养液中的氮源在72小时内均被耗尽，标志着胁迫期的正式开始。
油脂积累效率
这是本实验最令人振奋的结果（图2）。在培养结束时，间歇光照组的油脂含量达到了细胞干重的38%，显著高于连续光照组的28%。这意味着，在氮源耗尽后的“胁迫产油期”，间歇光照策略成功地将藻细胞的代谢流更多地导向了油脂合成，而非维持无效生长。
机制探讨与工艺优势
我们分析，间歇光照（12h:12h）巧妙地模拟了自然昼夜循环。在光照期，藻细胞利用光能进行光合作用，固定二氧化碳并合成储能物质（如油脂前体）；在黑暗期，由于无法进行光合作用，细胞转而利用内部资源进行代谢调整，这正好与外部氮胁迫信号协同，强化了油脂的积累。
本实验的成功，验证了通过“营养初始限制 + 光照周期调控”的单平台培养策略的可行性。 它简化了流程，避免了二阶段培养中藻体的转移、适应等复杂操作，为降低微藻产脂成本提供了一个务实的新思路。
四、 结论与展望
本实验证实，在单一培养平台上，通过预设氮限制并耦合间歇光照策略，可以有效协调小球藻的生长与产脂矛盾，实现油脂产量的显著提升。这一简化工艺展现出良好的产业化应用潜力。
可靠的设备是创新研究的基石：回顾整个实验过程，数据的可靠性与可重复性极大地依赖于上海赫田科学仪器有限公司立式光照摇床的卓越性能。其均匀的光照、精准的温控和稳定的运行，确保了实验条件的高度可控，使我们能够将全部精力集中于生物学现象的解析，而非担心环境波动。
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