FMT150藻类培养与在线监测系统

——光氧细菌和藻类培养与状态在线监测的*结合

      光养生物反应器是指用于培养藻类、光养细菌等的技术系统，一般由培养系统（如光、培养容器、温度控制等）和监测系统（如PH值等）组成，可分为开放式和封闭式。广泛应用于生物工程领域如食品、水产养殖、营养保健制剂、医药如抗体及抗肿瘤药物等，生态环境工程领域如水体生态修复、CO2吸收、污水处理如重金属吸收等，能源领域如微藻生物柴油等。同时，随着碳排放的增加，海洋藻类对变化的响应也逐渐成为光养生物反应器应用的重要领域。

      FMT150藻类培养与在线监测系统将生物反应器与监测仪器*地结合在一起，用于淡水、海水藻类和蓝细菌（蓝藻）等的模块化精确光照培养与生理监测。

      FMT150可以通过控制单元（包括电脑与预装软件，软件分为基本版与高级版）中用户自定义程序动态自动改变培养条件并实时在线监测培养条件与测量参数。光强、光质、温度和通入气体的组分与流速都可以精确调控。加装恒浊和恒化模块后还可以调控培养基的pH值和浊度。FMT150可连接多达7个蠕动泵进行不同恒化与pH条件培养。培养条件可以根据用户自定义方案动态变化，既可以进行恒定条件下的培养，也可以一定的周期自动变化。控制单元可同时控制多台FMT150进行同步实验，保证不同处理实验间的*性。

      仪器内置叶绿素荧光仪和光密度计等。培养藻类的生长状况由光密度计测定OD680和OD720实现实时监控，并可以通过OD值监测相对叶绿素浓度。叶绿素荧光仪实时监测Ft并可测定F0、Fm、Fm′和QY来反映培养藻类的光合生理状态。

藻类培养系统应用领域：

环境科学与环境工程——藻类的利用与有害控制

用于水体中水华和赤潮现象的模拟、预警防治研究，水体污染治理与生态修复研究如利用藻类进行水体重金属污染及面源污染的消纳研究等，大气污染生态修复研究如利用藻类对污染排放进行吸收的研究等，及利用藻类吸收大气二氧化碳的研究等等。

生态学与生态工程

海洋初级生产力研究，海洋碳循环，浮游植物等光养生物生理生态研究，藻类对变化的响应机制，生物圈模拟研究，水体生态修复研究等。

生物工程与生物医学工程

用于藻类保健营养品的开发研究，藻类转基因抗肿瘤药物的开发研究，水产养殖藻类培养等等。

生物能源开发——向藻类要能源

地球上的石油、煤炭等常规能源面临资源枯竭及环境污染、温室气体排放等严重问题，用玉米等粮食进行生物柴油的开发一度引起的粮食危机，目前上已将生物柴油的开发焦点转向藻类，藻类独居植物产油率。FMT150已成为欧美国家用于藻类生物能源培养研究的热门设备。

藻类培养系统
主要特点：

• 藻类光生物反应器技术与藻类生理监测技术（叶绿素荧光技术、光密度测量）结合起来的系统，集成了目前几乎所有主要的藻类在线培养与生理监测技术
• 内置双调制叶绿素荧光仪，实时监测培养藻类的生理状况，测量记录荧光参数Ft，Fm，QY等
• 内置光密度计，测量OD680和OD720，经过校准可计算生物量（藻类细胞数量）、叶绿素浓度
• 配备气泡阻断阀和气泡加湿器，使荧光和OD值的测定更加精确
• 可同时测量监测温度、pH值、溶解氧等多种参数
• 精确控制温度、光质、光强、培养周期等，并可进行恒化或恒浊培养
• 培养容器使用高强度耐热耐腐蚀材料，可进行高温灭菌
• 光化学光强度达1500 umol photons m-2 s-1（蓝绿藻培养正常光强为90 umol photons m-2 s-1），可升级达3000 umol photons m-2 s-1，光质可根据用户需求在红光、蓝光、白光中选择单色光或双色光，扩展光源中还可以加入红外光
• 气流速率、CO2及O2浓度可精确控制（备选）
• 可通过的电脑软件实现外部控制、数据监测和保存，操作简单

技术参数指标

• 测量参数：

1. 叶绿素荧光参数：暗适应条件下F0, Fm, Fv(Fm-F0), QY(Fv/Fm)    光适应条件下Ft, Fm‘, Fv‘(Fm‘-Ft), QY(ΦPSII即量子产额)
2. 光密度：OD680、OD720
3. 环境参数：温度、光照强度、pH、溶解氧（选配）、溶解CO2（选配）

?

• 调控环境参数：温度、光强、通气速度、通入气体组分与含量（需选配GMS高精度气体混合系统）、恒化（恒定pH）培养与恒浊（恒定OD）培养（需选配相应模块），所有参数都可以单独同步控制。
• 容积：400 ml/1000 ml/3000ml可选
• 温度精确控制范围：400 ml/1000 ml标准培养容器15 - 55℃，3000ml标准培养容器18 - 55℃， 400 ml增强培养容器5 - 75℃，1000 ml/3000 ml增强培养容器10 - 75℃（实际控温效果与环境温度有关）
• 控温系统：2个珀耳帖元件（200W，400W）
• 双显示：主机控制显示和外部控制单元实时显示
• LED光源：
• 标准配制：红光、蓝光或白光、红光双色光源，可选白光、蓝光双色光源或白、蓝、红单色光源
• 光强：1500 umol (photons).m-2.s-1 PAR（蓝光750/红光750；白光750/红光750；可选白光1500，蓝光1500，红光1500，白光750/蓝光750）
• 可升级至3000 umol (photons).m-2.s-1 PAR（蓝光1500/红光1500；白光1500/红光1500；白光或蓝光单色3000）
• 外部扩展光源（备选，用于不同有机体培养或者高光强胁迫）：单色光、单色光+红外光、双色光
• 光密度测量：通过两个LED (720nm，680 nm)实时测量OD
• 检测器：PIN光敏二极管、665 nm-750nm滤波器
• 
• 传感器：pH/温度传感器、溶解氧传感器（备选）、溶解CO2传感器（备选）
• GMS高精度气体混合系统（备选）：可控制气体流速和成分，标配为控制氮气/空气和二氧化碳，气源需用户自备
• 选配Oxzala 差分式O2/CO2通量监测系统，在线双通道监测进气口和出气口O2和CO2：

1. 高精度差分式氧气分析仪，双燃料电池技术，双通道差分测量，测量范围0-100%，精确度0.1%，分辨率0.0001%；温度补偿、气压补偿，气压分辨率0.0001kPa，显示屏同时显示通道1O2浓度、通道2O2浓度、通道3ΔO2、通道4气压
2. 双通道CO2分析仪，单光束双波长红外技术，测量范围0-1000ppm，可选配0-2000ppm，精确度优于1.5%，差分测量可达0.3-0.5ppm，自动温度补偿、自定义压力及相对湿度补偿，分辨率1ppm，双通道数据采集显示器，LCD背光显示屏，可显示双通道CO2浓度及变化曲线

• 恒浊培养模块（可选）：包含一个蠕动泵pp600和内置支持控制软件，通过检测光密度（OD680或OD720），蠕动泵自动补充培养基实现恒浊培养
• 恒化培养模块（可选）：包含2个蠕动泵pp600和内置支持控制软件，通过检测pH，2个蠕动泵分别自动补充酸液或碱液实现恒化培养
• pH稳定/恒浊模块（可选）：包含1个带气体阀的蠕动泵pp600和内置支持控制软件，可以进行恒浊培养，也可以通过调节通入培养基的CO2气流流速来实现pH稳定调控（两个功能不可同时实现）。CO2气源需用户自备
• 
• 额外蠕动泵（可选）：多可同时控制8个蠕动泵
• 其他备选部件：磁力搅拌器（用于无氧状态培养）、气体分析系统（测定CO2）、PWM泵（用于控制气体或液体流速，可以为培养液通气，也可用于无氧状态下代替磁力搅拌混匀藻液）
• 控制单元：包括电脑、软件及硬件绑定的许可证，对一到多台反应器进行同步控制和数据采集，所有测量数据都可以实时图形化显示
• 软件功能： 

• 控光模式：光质和光强均可通过软件按用户编制的程序自行动态变化，可模拟自然日照周期、云遮挡造成的光强光质变化等光节律变化
• 控温模式：温度可通过软件按用户编制的程序自行动态变化，可模拟自然温度日变化、温度周期性骤升或骤降等
• Bios：可升级固件
• 数据传输：RS-232串口接口或USB接口
• 远程控制：可通过网络实现远程控制与数据下载（需配备固定IP）
• 材料：防火耐热玻璃、飞机杜拉铝合金、不锈钢、硅化垫圈
• 尺寸：400ml，42 cm（H）×35 cm（W）×31 cm（D），重量：15.5kg；1000ml，42 cm（H）×35 cm（W）×31 cm（D），重量：17.5kg；3000ml，50 cm（H）×35 cm（W）×31 cm（D），重量：28kg
• 供电电压：90-240V
• 可根据用户需求定制25升等各种大型光养生物反应器

 产地：欧洲

参考文献：

1. Light attenuation changes with photo-acclimation in a culture of Synechocystis sp. PCC 6803. Straka L, et al. 2017, Algal Research, DOI: 10.1016/j.algal.2016.11.024

2. Quantitating active Photosystem II reaction center content from fluorescence induction transients. Murphy CD, et al. 2017, Limnology and Oceanography: Methods, 15(1): 54-69

3. Comparative evaluation of phototrophic microtiter plate c*tion against laboratory-scale photobioreactors. Morschett H, et al. 2017, Bioprocess and Biosystems Engineering, 40(5): 663-673

4. Impaired mitochondrial transcription termination disrupts the stromal redox poise in Chlamydomonas. Uhmeyer A, et al. 2017, Plant Physiology, 174(3): 1399-1419

5. Interactive effects of nitrogen and light on growth rates and RUBISCO content of small and large centric diatoms. Li G, et al. 2017, Photosynthesis Research, 131(1): 93-103

6. A method to decompose spectral changes in Synechocystis PCC 6803 during light-induced state transitions. Acuña AM, et al. 2016, Photosynthesis Research, 130 (1) : 1-13

7. Comparison of D1´‐and D1‐containing PS II reaction centre complexes under different environmental conditions in Synechocystis sp. PCC 6803. Crawford TS, et al. 2016, Plant, Cell & Environment, 39(8): 1715-1726

8. The source of inoculum drives bacterial community structure in Synechocystis sp. PCC6803-based photobioreactors. Zevin AS, et al. 2016, Algal Research, 13: 109-115

9. Flow cytometry enables dynamic tracking of algal stress response: A case study using carotenogenesis in Dunaliella salina, Fachet M, et al. 2016, Algal Research, 13: 227-234

10. The nitrogen costs of photosynthesis in a diatom under current and future pCO2, G Li, et al. 2015, New Phytologist, 205(2): 533-543

11. Synechococcus elongatus UTEX 2973, a fast growing cyanobacterial chassis for biosynthesis using light and CO2. J Yu, et al. 2015, Sci Rep. 5: 8132.

12. Sustained circadian rhythms in continuous light in Synechocystis sp. PCC6803 growing in a well-controlled photobioreactor. P van Alphen, et al. 2015, PLoS ONE 10(6): e0127715.

13. Effects of phosphate limitation on soluble microbial products and microbial community structure in semi‐continuous Synechocystis‐based photobioreactors. AS Zevin, et al. 2015, Biotechnology and Bioengineering, 112(9): 1761-1769

14. C*tion of Nannochloropsis for eicosapentaenoic acid production in wastewaters of pulp and paper industry. A Polishchuk, et al. 2015, Bioresource Technology, 193: 469-476

15. Interactive effects of and light on growth rates and RUBISCO content of small and large centric diatoms. G Li, et al. 2015, Biogeosciences Discuss., 12: 16645-16672

16. The role of an electron pool in algal photosynthesis during sub-second light–dark cycling. C Vejrazka, et al. 2015, Algal Research, 12: 43-51

17. A dynamic growth model of Dunaliella salina: Parameter identification and profile likelihood analysis, M Fachet, et al. 2014, Bioresource Technology, 173: 21-31

18. Effects of light and circadian clock on growth and chlorophyll accumulation of Nannochloropsis gaditana, R Braun, et al. 2014, Journal of Phycology, 50(3): 515-525

19. Ultradian metabolic rhythm in the diazotrophic cyanobacterium Cyanothece sp. ATCC 51142, J ?ervený, et al. 2013, PNAS, 110(32): 13210-13215

20. Temperature-dependent growth rate and photosynthetic performance of Antarctic symbiotic alga Trebouxia sp. c*ted in a bioreactor, K Balarinová, et al. 2013, Czech polar reports, 3 (1):  19-27