微藻与蓝藻混合培养体系的流变学特性研究：揭示多物种相互作用对悬浮液黏度的影响

本研究聚焦于微藻与蓝藻混合培养体系的流变学特性，通过分析不同物种组合对悬浮液黏度的影响，揭示了混合体系中物种间复杂的相互作用机制，为优化工业规模藻类培养提供了重要理论依据。

　　随着化石燃料的持续开发和大气二氧化碳水平的不断上升，寻找可再生能源变得迫在眉睫。微藻作为第三代生物质能源的潜在来源，因其能够在光自养条件下高效固定二氧化碳并产生生物燃料和其他高附加值产品而备受关注。然而，目前微藻的大规模商业化生产仍面临诸多挑战，其中之一便是如何优化藻类培养体系以提高生物量生产力并降低生产成本。近年来，共培养藻类和细菌被认为是一种能够增强生物量生产力和实现废水处理一体化的潜在解决方案。这种共培养体系不仅能够提高藻类的生长效率，还能通过细菌的代谢作用改善藻类的生长环境，从而实现资源的高效利用和成本的降低。然而，目前对于藻类-细菌混合培养体系的流变学特性研究仍相对较少，尤其是在多物种相互作用对悬浮液黏度影响方面的研究。黏度作为流变学的重要参数，对于藻类培养、收获和生物量加工等过程的混合效率和能耗具有关键影响。因此，深入研究藻类-细菌混合培养体系的流变学特性，对于优化工业规模藻类培养系统、提高生物燃料生产效率具有重要意义。
本研究由[研究机构]的研究人员开展，旨在通过分析微藻与蓝藻混合培养体系的流变学特性，揭示多物种相互作用对悬浮液黏度的影响机制。研究选取了淡水藻类Chlorella vulgaris和淡水蓝藻Microcystis aeruginosa，以及海洋藻类Nannochloropsis oceanica和海洋蓝藻Prochlorococcus sp.作为研究对象，分别对其单培养和混合培养体系的流变学特性进行了系统研究。研究结果表明，不同物种组合的混合培养体系表现出显著不同的流变学特性，尤其是蓝藻在混合体系中对悬浮液黏度的影响更为显著。这一发现为优化藻类培养体系提供了重要的理论依据，并为工业规模藻类培养系统的优化设计提供了新的思路。论文发表在《Algal Research》上，为藻类生物技术领域的研究提供了新的视角。
在研究方法方面，研究人员首先通过光镜和ImageJ软件对不同物种的细胞形态进行了测量，分析了细胞直径、体积和纵横比等参数。随后，利用流变仪对各物种的单培养和混合培养悬浮液进行了流变学测试，分析了不同剪切率下的黏度变化，并通过zeta电位分析仪测量了悬浮液的zeta电位，以评估细胞间的相互作用。此外，研究人员还采用了Einstein、Krieger-Dougherty和Pal23模型对实验数据进行拟合分析，以探究不同物种组合对悬浮液黏度的影响机制。样本队列来源于实验室培养的藻类和蓝藻悬浮液。
研究结果表明，C. vulgaris、N. oceanica和Prochlorococcus sp.在低体积分数下表现出牛顿流体特性，而M. aeruginosa在细胞浓度超过4.3×10⁷ cells/mL时表现出明显的剪切变稀行为。混合培养体系的流变学特性受到物种组合和细胞浓度的显著影响，尤其是蓝藻在混合体系中对悬浮液黏度的影响更为突出。例如，在淡水混合培养体系中，即使在低浓度下，M. aeruginosa的存在也促进了非牛顿行为的出现。而在海洋混合培养体系中，Prochlorococcus sp.的高黏度特性使其在混合体系中占据主导地位，即使在低浓度下也能显著影响悬浮液的黏度。此外，研究人员还发现，不同物种的细胞形态、zeta电位和胞外聚合物物质（EPS）特性对混合培养体系的流变学特性具有重要影响。例如，Prochlorococcus sp.的高黏度特性可能与其高含量的EPS有关，而M. aeruginosa的剪切变稀行为可能与其细胞表面的EPS特性有关。
在讨论部分，研究人员指出，传统的Einstein和Krieger-Dougherty模型在描述混合培养体系的流变学特性时存在局限性，无法准确预测混合悬浮液的黏度。因此，研究人员提出了一个改进的Pal23模型，通过引入两个独立的体积分数项来考虑不同物种对悬浮液黏度的影响。改进后的模型能够更好地拟合实验数据，揭示了混合培养体系中物种间的复杂相互作用机制。此外，研究人员还强调了EPS、细胞形态和zeta电位等因素在混合培养体系中的重要性，并指出未来的研究应进一步探索这些因素对混合培养体系流变学特性的影响机制。总之，本研究为优化藻类培养体系提供了重要的理论依据，并为工业规模藻类培养系统的优化设计提供了新的思路。