Diese Arbeit wurde durch das Regional Algal Feedstock Testbed Projekt, U.S. Department of Energy DE-EE0006269 unterstützt. Wir danken auch Esteban Jimenez, Jessica Peebles, Francisco Acedo, Jose Cisneros, RAFT Team, Mark Mansfield, UA Power Plant Staff und TEP Power Plant Staff für all ihre Hilfe.

1. Wachstumssystem: Einstellungen für offene Laufstege im Freien
<ol><li>Richten Sie die offenen Laufsteiche in der Nähe der Rauchgasquelle (mit 8–10% CO2) ein. Stellen Sie sicher, dass Wasser und Strom am Standort des Teichreaktors verfügbar sind und dass der Reaktor nicht den größten Teil des Tages im Schatten liegt (Abbildung 1).</li>
	<li>Fangen Sie das Rauchgas während des Nachverbrennungsprozesses mit einem 0,95 cm langen Kraftstoffschlauch auf, einige Meter bevor das Rauchgas in den Schornstein gelangt, um in die Atmosphäre abgegeben zu werden (Abbildung 2).</li>
	<li>Entfernen Sie Wasser aus dem Rauchgas mit einem 20-Liter-Wasserabscheider und einem Kondensator (Spulenlänge ~ 12 m) zwischen dem Schornstein und dem Kompressor (Abbildung 2). HINWEIS: Rauchgas enthält typischerweise ca. 9\u201213,8% Wasser28. Zusätzlich kühlen Kondensator und Rohrleitung das Rauchgas16.</li>
	<li>Schließen Sie die folgenden Sensoren an einen Datenlogger an, um das Algenwachstum zu überwachen: (1) ein optischer Echtzeit-Dichtesensor29, der die Absorption bei zwei Wellenlängen - 650 und 750 nm - misst und eine maximale Algenzellkonzentration von 1,05 g / l erkennen kann; (2) ein DO-Sensor; (3) Luft- und Teichthermoelemente; (4) einen pH-Sensor; und (5) einen EC-Sensor. HINWEIS: Zusätzlich sind die pH- und EC-Sensoren an einen Messumformer angeschlossen. Die Konfiguration der Datenloggereinheit ist in Abbildung 3 dargestellt.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass alle Komponenten des Algenwachstumssystems vor der Impfung kalibriert sind und ordnungsgemäß funktionieren.</li>
</ol>2. pH-Kontrollsystem
<ol><li>Verwalten Sie die Rauchgaseinspeisung mithilfe eines Kompressors, eines Regelventilsystems und des Datenloggerprogramms, wie in Abbildung 2 und Abbildung 3 (Zusatzmaterial A) dargestellt.</li>
	<li>Verwenden Sie ein Rohr, um das Rauchgas vom Regelventil durch einen Steindiffusor zum Boden des Laufsteichs zu leiten.</li>
	<li>Injizieren Sie das Rauchgas basierend auf dem pH-Wert in das Wachstumssystem. Wenn der pH-Wert größer als 8,05 ist, injiziert das System Rauchgas, während das System bei einem pH-Wert von weniger als 8,00 die Rauchgasinjektion in Zeiten ohne Wachstum stoppt. Der Durchfluss wird in Standardlitern pro Minute (SLPM) gemessen. HINWEIS: Im Regelventil ist der Rauchgaseinlassdruck auf maximal 50 psi begrenzt.</li>
</ol>3. Algenauswahl und Stammpflege (Licht und Temperatur)
HINWEIS: Die Grünalge Chlorella sorokiniana DOE 1412 wurde von Jürgen Polle (Brooklyn College)30,31 isoliert und von der National Alliance for Advanced Biofuels and Bioproducts (NAABB) ausgewählt; seine Auswahl basierte auf den vorherigen Dehnungscharakterisierungsstudien, die von Huesemann et al.32,33 durchgeführt wurden. Ihre Forschungen zum Algenscreening, zur Biomasseproduktivität und zur klimasimulierten Kultivierung (z. B. Temperatur und Licht) in der Südwestregion bei der Verwendung von offenen Laufsteichen im Freien flossen in die in diesem Projekt verwendete Methode ein.
<ol><li>Halten Sie Kulturen bei Raumtemperatur (25 °C) mit einem Hell/Dunkel-Zyklus von 12 h/12 h aufrecht.</li>
	<li>Halten Sie die Lichtintensität bei 200 μM/m2/s für die Kulturerhaltung, die auf Platten und in kleinen flüssigen Kulturen (50 ml bis 500 ml) angebaut wird.</li>
	<li>Halten Sie die Lichtintensität für die Vergrößerung in Flüssigkulturen von 50 ml bis 500 ml bei 400 μM/m 2/s und Flüssigkulturen von 5 l bis 20 l bei 600 \u2012800 μM/m2/s aufrecht.</li>
</ol>4. Scale-up und Qualitätskontrolle
<ol><li>Das BG11-Kulturmedium wird mit deionisiertem Wasser und den folgenden Salzen für Makronährstoffe in g/L hergestellt: 1,5 NaNO3, 0,04 K 2 HPO 4, 0,075 MgSO 4*H 2 O, 0,036 CaCl 2*H 2 O, 0,006 (NH 4)5Fe(C6H 4 O7)2, 0,006Na2 EDTA*2H2O, 0,02Na2 CO3; fügen Sie 1 ml/L Spurenelementlösung hinzu, die folgende Mikronährstoffe in g/L enthält: 2,86 H 3 BO 3, 1,81 MnCl 2*4H 2 O, 0,22 ZnSO 4*7H 2 O, 0,39 Na 2 MoO 4*2H 2 O, 0,079 CuSO 4*5H 2 O, 0,0494 Co(NO 3)2*6H 2 O. HINWEIS: Für die Plattenimpfung und / oder Langzeitlagerung fügen Sie 7,5 g / L Bacto-Agar hinzu; Für die Kulturimpfung ist keine Zugabe von Agar erforderlich. Nährmedium im Autoklaven 21 min bei 121 °C sterilisieren.</li>
	<li>Gießen Sie das BG11-Medium mit Agar in Petrischalen in einer sterilen Laminar-Flow-Haube oder Biosicherheitswerkbank. Sobald die Platten fest und kühl sind, pipettieren Sie 500 μL aus einer resuspendierten gefrorenen Algenbrühkultur und fügen Sie Ampicillin (100 μg / ml) hinzu; Inkubieren Sie die Algenplatten in einem Shaker-Tisch (120 U / min) für 1 bis 2 Wochen.</li>
	<li>Verwenden Sie eine sterile Schleife, um eine einzelne Algenkolonie aus einer Kulturplatte auszuwählen und sie in einem 50-ml-Röhrchen mit sterilem Wachstumsmedium in einer sauberen Biosicherheitskabine zu impfen. Züchten Sie die kleine flüssige Kultur auf einem Shakertisch (120 U / min) für eine Woche.</li>
	<li>Überführen Sie 50 ml Algenkultur (lineare Wachstumsphase, OD750nm ≥ 1) in einen 1 L Kolben mit 500 mL flüssigem Medium. Passen Sie jeden Kolben mit einem Gummistopfen und Edelstahlrohren an, um die Belüftung zu gewährleisten. Filtern Sie die Luft mit 0,2 μm Luftsterilisationsfiltern. Lassen Sie die Kultur für ein bis zwei Wochen wachsen. Überwachen Sie die Zelldichte mit einem Spektralphotometer (OD750nm).</li>
	<li>Legen Sie die 500 ml Flüssigkultur in einen 10 l Ballon, der 8 l unsteriles Kulturmedium enthält, und injizieren Sie eine Mischung aus 5% CO2 und 95% Luft. Dann kultivieren Sie Algen unter den gleichen Bedingungen wie in Schritt 4.4.</li>
	<li>Überwachen Sie die Stammplatte und flüssige Kulturen (in den Schritten 4.2\u20124.5) einmal pro Woche. Nehmen Sie ein Aliquot und beobachten Sie es unter dem Mikroskop bei 10-facher und 40-facher Vergrößerung, um das Wachstum der gewünschten Sorte sicherzustellen. Kulturen behalten, bis sie kompromittiert oder für Experimente verwendet wurden. Entsorgen Sie kontaminierte Kulturen.</li>
</ol>5. Konzentrierte Medienaufbereitung für den offenen Teichanbau
<ol><li>Zur Herstellung von Spurenelementen Lösung einen 1 L Messkolben teilweise mit destilliertem Wasser (DW) füllen. Setzen Sie einen magnetischen Rührstab ein und fügen Sie die in Tabelle 1 aufgeführten Chemikalien nacheinander hinzu. Stellen Sie sicher, dass sich jede Zutat vor der Zugabe des nächsten Bestandteils auflöst. Entfernen Sie den Magneten und füllen Sie den Kolben bis zur 1-L-Volumenmarke.</li>
	<li>Füllen Sie eine 1 L Glasflasche teilweise mit DW und setzen Sie die magnetische Rührstange ein. Stellen Sie den Behälter auf die Oberseite einer magnetischen Rührplatte und fügen Sie die Chemikalien für das endgültige Volumen des Reaktors hinzu, indem Sie sie nacheinander hinzufügen, um sicherzustellen, dass sich jeder vollständig auflöst. Tabelle 2 listet die Chemikalien auf, mit denen 1 l Medium hergestellt werden sollen, also multiplizieren Sie alle Werte mit dem Endvolumen des Reaktors. Füllen Sie die Glasflasche auf 1 L.</li>
</ol>6. Impfung des offenen Laufstegs im Freien
<ol><li>Reinigen Sie den Reaktor gründlich mit 30% Bleichmittel vor jeder Impfung und nach der Ernte. Es wird empfohlen, das Bleichmittel über Nacht stehen zu lassen. Spülen Sie den Reaktor gut aus, um das gesamte Bleichmittel zu entfernen.</li>
	<li>Kalibrieren Sie alle Sensoren vor der Algenimpfung nach dem entsprechenden Kalibrierverfahren.</li>
	<li>Verdünnen Sie die konzentrierten Medien (in Schritt 5) mit der Wasserquelle, indem Sie den Laufsteich bis zu 80% füllen.</li>
	<li>Beimpfen Sie den Reaktor mit einem mit Algen gefüllten 10-Liter-Ballon (lineare Wachstumsphase OD750nm > 2) und bringen Sie ihn auf sein endgültiges Volumen.</li>
	<li>Akklimatisieren Sie Mikroalgen, indem Sie den Laufsteich mit Holzpaletten für ~ 3 Tage teilweise beschatten (Abbildung 4), sobald die exponentielle Phase vorüber ist, als Anpassungsstrategie zur Vermeidung von Photoinhibition. HINWEIS: Dieser Zeitraum gibt den Mikroalgen auch Zeit, sich an den Stress anzupassen, der durch die direkte Einspritzung von Rauchgas verursacht wird.</li>
</ol>7. Batch-Wachstumsexperiment am Kraftwerk
<ol><li>Untersuchen und zeichnen Sie alle täglichen Schwankungen auf, einschließlich Wasserverdunstung, Schaufelradmotor, Sensorfunktionalität und allem, was ungewöhnlich ist.</li>
	<li>Lassen Sie den Kompressor und den Wasserabscheider jeden Tag abtropfen und inspizieren Sie ihn, um überschüssiges Wasser zu entfernen, um die Korrosion zu minimieren, da das Rauchgas stark korrosivist 34.</li>
	<li>Konfigurieren Sie den Datenlogger so, dass er jede Sensormessung alle 10 s scannt und die durchschnittlichen Daten alle 10 Minuten speichert. Dazu gehören DO, pH, EC, optische Dichte in Echtzeit sowie Luft- und Reaktortemperatur.</li>
</ol>8. Diskrete Probenahme und Überwachung
<ol><li>Stellen Sie sicher, dass der Wasserstand im Endvolumen des Reaktors konstant bleibt, da sonst die optische Dichtemessung beeinträchtigt wird.</li>
	<li>Nachdem Sie Wasser im Reaktor aufgefüllt haben, nehmen Sie eine 5-ml-Probe für Zellmassenmessungen durch optische Dichte (540, 680 und 750 nm) mit einem ultraviolett sichtbaren Spektralphotometer. Wiederholen Sie den Vorgang täglich.</li>
	<li>Nehmen Sie dreimal pro Woche eine 500-ml-Probe für Mikroskopbeobachtungen und Biomassekonzentration basierend auf dem aschefreien Trockengewicht (AFDW).<ol>
<li>Führen Sie mikroskopische Beobachtungen mit 10x- und 40x-Objektiven durch. Zusätzlich werden diese Mikroskopvergrößerungen im Rahmen der in Schritt 4.6 beschriebenen Algenqualitätskontrolle eingesetzt.</li>
		<li>Verwenden Sie 400 ml der Probe in Schritt 8.3 für AFDW<ol>
<li>Stellen Sie jeden 0,7 μm porengroßen Glasmikrofaserfilter in eine Aluminiumfolienschale und behandeln Sie jede Aluminiumfolienschale/jeden Aluminiumfolienfilter mit einem Ofen für 4 h bei 540 °C.</li>
			<li>Beschriften Sie jedes Aluminiumfolienfach mit einem Bleistift #2, notieren Sie sein Gewicht (A) und legen Sie es in die Vakuumfiltervorrichtung.</li>
			<li>Rühren Sie die Algenprobe kräftig um, bevor Sie ein zu filterndes Volumen abmessen. Filtern Sie genügend Algenproben, um einen Gewichtsunterschied zwischen 8 und 16 mg vor / nach der Asche zu erhalten. Wählen Sie einen Gewichtsunterschied aus, der im Laufe des Experiments verwendet werden soll, und halten Sie diesen Wert konstant.</li>
			<li>Legen Sie jeden Filter, der die Algenprobe enthält, in seine Folienschale bei 105 °C für mindestens 12 h in den Ofen.</li>
			<li>Entfernen Sie die Folienschale/den Folienfilter aus dem Trockenschrank und legen Sie sie in einen Glasausgleichskörper, um die Wasseraufnahme zu verhindern. Notieren Sie jedes Folienschalen-/Filtergewicht (B).</li>
			<li>Legen Sie die Folienschale/den Folienfilter für 4 h in den 540 °C Muffelofen.</li>
			<li>Schalten Sie den Muffelofen aus, kühlen Sie Folienschalen/Filter ab, legen Sie sie in den Exsikkator und notieren Sie jedes Folienschalen-/Filtergewicht (C).</li>
			<li>Berechnen Sie AFDW mit gravimetrischer Analyse: % AFDW= C – A x 100 / B</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Halten Sie 2 l Algen vor der Ernte für die mikrowellengestützte Extraktion (MAE) Lipidextraktionsanalyse mit Lösungsmitteln auf.<ol>
<li>Die Algenprobe wird mit einer relativen Zentrifugalkraft (RFC) von 4.400 x g für 15 min zentrifugiert. Nehmen Sie das Algenpellet und trocknen Sie es im Ofen bei 80 °C für mindestens 24 h.</li>
		<li>Mahlen Sie die Algenprobe und wiegen Sie das Algenpulver (die empfohlene Biomasse reicht von 0,3 g bis 0,5 g).</li>
		<li>Das Algenpulver (trockene Algenbiomasse) in die Xpress-Gefäße des Mikrowellen-beschleunigten Reaktionssystems (MARS) geben, 10 ml Chloroform:Methanol (2:1, v/v) Lösungsmittellösung unter die Haube geben, die Gefäße schließen und über Nacht stehen lassen.</li>
		<li>Legen Sie die Behälter mit dem Lösungsmittelsensor für 60 Minuten bei 70 °C und 800 W Leistung in die MARS-Maschine.</li>
		<li>Nehmen Sie Schiffe aus dem MARS und lassen Sie sie unter der Haube abkühlen.</li>
		<li>Verwenden Sie einen Trichter und Glaswolle, um den flüssigen Teil, der Chloroform, Methanol und Lipide enthält, zu trennen, indem Sie jede flüssige Probe in ein vorgewogenes Glasreagenzglas überführen und die Feststoffe (Biomasse frei von Lipiden) für andere Analysen halten.</li>
		<li>Nehmen Sie die Reagenzgläser mit den Lipiden zum Stickstoffverdampfer, entfernen Sie sie, sobald die Flüssigkeit verdampft ist, und lassen Sie die Röhrchen dann über Nacht unter der Haube, um eine vollständige Trockenheit zu gewährleisten.</li>
		<li>Berechnung des Lipidgehalts (Gew.-%) mittels gravimetrischer Analyse: Lipidgehalt (Gew.-%) = Trockene Biomasse von Lipiden x 100/ Trockenalgenmasse</li>
	</ol>
</li>
</ol>9. Algenernte und Fruchtfolge
<ol><li>Ernte 75% des gesamten Algenkulturvolumens, wenn die Kultur kurz vor der stationären Phase steht. Nehmen Sie 2 \u20125 l Kultur, um Biomasse-Produktivitätsanalysen im Labor durchzuführen. Verarbeiten und wandeln Sie den Rest der Alge in die gewünschten Algenprodukte um.</li>
	<li>Wachsen Sie den offenen Laufsteich nach, indem Sie die 25% der verbleibenden Algen als Impfmittel verwenden. Wasser bis zu 80 % des Gesamtvolumens des Reaktors hinzufügen, die konzentrierten Medien hinzufügen und dann bei Bedarf bis zum endgültigen Volumen des Reaktors befüllen.</li>
	<li>Kultivieren Sie den geeigneten Algenstamm je nach Jahreszeit, basierend auf Temperatur- und Lichtintensitätsbedingungen.</li>
</ol>10. Datenverwaltung
<ol><li>Daten im Datenlogger aufzeichnen und zur Analyse wie in Schritt 7.3 sammeln.</li>
	<li>Erwägen Sie, rohe und analysierte Daten im Regional Algal Feedstock Testbed (RAFT) Share Drive zu speichern. RAFT-Projektmitarbeiter tragen ihre Daten bei, um die Algenproduktivität zu simulieren und zu modellieren und die Freilandkultivierung zu validieren.</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

In dieser Studie zeigen wir, dass eine synergistische Kopplung von Rauchgas-Kohlenstoffabscheidung und Mikroalgenkultivierung in einem heißen, semi-ariden Klima möglich ist. Das experimentelle Protokoll für das halbautomatische Laufbahn-Teichsystem integriert modernste Technologie, um relevante Parameter in Echtzeit zu überwachen, die mit dem Algenwachstum korrelieren, wenn Rauchgas als Kohlenstoffquelle verwendet wird. Das vorgeschlagene Protokoll soll die Unsicherheit in der Algenzucht verringern, was einer der Hau...

Die globale Erwärmung ist eines der wichtigsten Umweltprobleme, mit denen die Welt heute konfrontiert ist1. Studien deuten darauf hin, dass die Hauptursache der Anstieg der Treibhausgasemissionen (THG), hauptsächlich CO 2, in der Atmosphäre aufgrund menschlicher Aktivitätenist 2,3,4,5,6,7. In den USA stammt die größte Dichte an CO2 -Emissionen hauptsächlich aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe im Energiesektor, insbesondere aus Stromerzeugungsanlagen 3,7,8,9. So haben sich Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -nutzung (CCU) zu einer der wichtigsten Strategien zur Reduzierung der Treibhausgasemissionenentwickelt 2,7,10. Dazu gehören biologische Systeme, die Sonnenlicht nutzen, um CO2 und Wasser durch Photosynthese in Gegenwart von Nährstoffen in Biomasse umzuwandeln. Die Verwendung von Mikroalgen wurde aufgrund der schnellen Wachstumsrate, der hohen CO 2-Fixierungsfähigkeit und der hohen Produktionskapazität vorgeschlagen. Darüber hinaus haben Mikroalgen ein breites Bioenergiepotenzial, da die Biomasse in interessante Produkte umgewandelt werden kann, z. B. Biokraftstoffe, die fossile Brennstoffe ersetzen können 7,9,10,11,12.
Mikroalgen können in einer Vielzahl von Kultivierungssystemen oder Reaktoren, einschließlich offener Laufstege und geschlossener Photobioreaktoren 13,14,15,16,17,18,19, wachsen und eine biologische Umwandlung erreichen. Forscher haben die Vorteile und Einschränkungen untersucht, die den Erfolg des Bioprozesses in beiden Anbausystemen bestimmen, entweder unter Innen- oder Außenbedingungen 5,6,16,20,21,22,23,24,25 . Offene Laufsteiche sind die gebräuchlichsten Anbausysteme für die Kohlenstoffabscheidung und -nutzung in Situationen, in denen Rauchgas direkt aus dem Schornstein verteilt werden kann. Diese Art von Anbausystem ist relativ kostengünstig, leicht zu skalieren, hat niedrige Energiekosten und einen geringen Energiebedarf für das Mischen. Darüber hinaus können diese Systeme leicht mit dem Kraftwerk zusammengelegt werden, um den CCU-Prozess effizienter zu gestalten. Es gibt jedoch einige Nachteile, die berücksichtigt werden müssen, wie z.B. die Begrenzung des CO2 Gas/Flüssig-Stofftransfers. Obwohl es Einschränkungen gibt, wurden offene Laufsteiche als das am besten geeignete System für die Produktion von Mikroalgen-Biokraftstoffen im Freienvorgeschlagen 5,9,11,16,20.
In diesem Artikel beschreiben wir eine Methode zur Mikroalgenkultivierung in offenen Laufsteichen, die die Kohlenstoffabscheidung aus dem Rauchgas eines Erdgaskraftwerks kombiniert. Die Methode besteht aus einem halbautomatischen System, das die Rauchgasinjektion basierend auf dem pH-Wert der Kultur steuert; Das System überwacht und erfasst den Kulturstatus von Chlorella sorokiniana in Echtzeit mit optischen Dichte-, gelöstem Sauerstoff (DO), Elektroleitfähigkeit (EC) sowie Luft- und Teichtemperatursensoren. Algenbiomasse- und Rauchgasinjektionsdaten werden alle 10 Minuten von einem Datenlogger in der Tucson Electric Power Facility gesammelt. Algenstammerhaltung, Scale-up, Qualitätskontrollmessungen und Biomassecharakterisierung (z. B. Korrelation zwischen optischer Dichte, g / L und Lipidgehalt) werden in einem Labor an der University of Arizona durchgeführt. Ein früheres Protokoll skizzierte eine Methode zur Optimierung der Rauchgaseinstellungen zur Förderung des Mikroalgenwachstums in Photobioreaktoren durch Computersimulation26. Das hier vorgestellte Protokoll ist insofern einzigartig, als es offene Laufsteiche nutzt und so konzipiert ist, dass es vor Ort in einem Erdgaskraftwerk implementiert werden kann, um das erzeugte Rauchgas direkt zu nutzen. Darüber hinaus sind optische Dichtemessungen in Echtzeit Teil des Protokolls. Das beschriebene System ist für ein heißes semiarides Klima (Köppen BSh) optimiert, das geringe Niederschläge, signifikante Variabilität der Niederschläge von Jahr zu Jahr, niedrige relative Luftfeuchtigkeit, hohe Verdunstungsraten, klaren Himmel und intensive Sonneneinstrahlungaufweist 27.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1767px;" width="1766">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Adjustable speed motor (paddle wheel system)</td>
			<td style="width:204px;">Leeson</td>
			<td style="width:161px;">174307</td>
			<td style="width:1116px;">Lesson 174307.00, type: SCR Voltage; Amps:10</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Aluminum weight boats</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">08-732-102</td>
			<td>Fisherbrand Aluminum Weighing Dishes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Ammonium Iron (III) (NH&#8324;)&#8325;[Fe(C&#8326;H&#8324;O&#8327;)&#8322;]</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>1185 - 57 - 5</td>
			<td>Medium preparation. Ammonium iron(III) citrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Ammonium Phosphate</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>7722-76-1</td>
			<td>This chemical is used for the optimized medium</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Ampicillin sodium salt</td>
			<td style="width:204px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>A9518-5G</td>
			<td>This chemical is used for avoiding algae contamination</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Autoclave</td>
			<td>Amerex Instrument Inc</td>
			<td></td>
			<td>Hirayama HA300MII</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Bacto agar</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td>BP1423500</td>
			<td>Fisher BioReagents Granulated Agar</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Bleach</td>
			<td style="width:204px;">Clorox</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Germicidal Bleach, concentrated clorox</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Boric Acid (H3BO3)</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td>10043-35-3</td>
			<td>Trace Elelements: Boric acid</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:285px;">Calcium chloride dihydrate (CaCl2*2H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>10035-04-8</td>
			<td>Medium preparation. Calcium chloride dihydrate</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:285px;">Carboys (20 L)</td>
			<td style="width:204px;">Nalgene - Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>2250-0050PK</td>
			<td>Polypropylene Carboy w/Handles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:204px;">Beckman Coulter, Inc</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>J2-21</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Chloroform</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-66-3</td>
			<td>This chemical is used for lipid extraction</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Citraplex 20% Iron</td>
			<td style="width:204px;">Loveland Products</td>
			<td>SDS No. 1000595582 -17-LPI</td>
			<td>https://www.fbn.com/direct/product/Citraplex-20-Iron#product_info</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:285px;">Cobalt (II) nitrate hexahydrate (Co(NO3)2*6H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">10026-22-9</td>
			<td>Trace Elements: Cobalt (II) nitrate hexahydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Compressor</td>
			<td style="width:204px;">Makita</td>
			<td>MAC700</td>
			<td>This equipment is used for the injection CO2 system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Control Valve</td>
			<td style="width:204px;">Sierra Instruments</td>
			<td style="width:161px;">SmartTrak 100</td>
			<td>This item needs to be customized for your application. In our case, it was used a 5% CO2 and 95% air mixture.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:285px;">Copper (II) Sulfate Pentahydrate (CuSO4*5H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">7758-99-8</td>
			<td>Trace Elements: Copper (II) Sulfate Pentahydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Data Logger: Campbell unit CR3000</td>
			<td style="width:204px;">Scientific Campbell</td>
			<td style="width:161px;">CR3000</td>
			<td>This equipment is used for controlling all the system, motoring and recording data</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Dissolvde Oxygen Solution</td>
			<td style="width:204px;">Campbell Scientific</td>
			<td style="width:161px;">14055</td>
			<td>Dissolved oxygen electrolyte solution DO6002 - Lot No. 211085</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:285px;">Dissolved Oxygen probe</td>
			<td style="width:204px;">Sensorex</td>
			<td>&#65279;</td>
			<td>DO6400/T Dissolved Oxygen Sensor with Digital Communication</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Electroconductivity calibration solution</td>
			<td style="width:204px;">Ricca Chemical Company</td>
			<td style="width:161px;">2245 - 32 ( R2245000-1A )</td>
			<td>Conductivity Standard, 5000 uS/cm at 25C (2620 ppm TDS as NaCl)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Electroconductivity probe sensor</td>
			<td style="width:204px;">Hanna Instruments</td>
			<td>HI3003/D</td>
			<td>Flow-thru Conductivity Probe - NTC Sensor, DIN Connector, 3m Cable</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:285px;">Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (Na2EDTA*2H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>6381-92-6</td>
			<td>Medium Preparation: Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Filters</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td>09-874-48</td>
			<td>Whatman Binder-Free Glass Microfiber Filters</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Flasks</td>
			<td style="width:204px;">Fisher scientific</td>
			<td>09-552-40</td>
			<td>Pyrex Fernbach Flasks</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Furnace</td>
			<td style="width:204px;">Hogentogler</td>
			<td style="width:161px;">Model: F6020C-80</td>
			<td>Thermo Sicentific Thermolyne F6020C - 80 Muffle Furnace</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Glass dessicator</td>
			<td style="width:204px;">VWR International LLC</td>
			<td style="width:161px;">75871-430</td>
			<td>Type 150, 140 mm of diameter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Glass funnel</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">FB6005865</td>
			<td>Fisherbrand Reusable Glass Long-Stem Funnels</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Laminar flow hood</td>
			<td>Fisher Hamilton Safeair</td>
			<td></td>
			<td>Fisher Hamilton Stainless Safeair hume hood</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:285px;">Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO4*7H2O)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>10034 - 99 - 8</td>
			<td>Medium Preparation: Magnesium sulfate heptahydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Methanol</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-56-1</td>
			<td>Lipid extraction solvent</td>
		</tr>
		<tr height="28">
			<td height="28" style="height:28px;width:285px;">Micro bubble Diffuser</td>
			<td style="width:204px;">Pentair Aquatic Eco-Systems</td>
			<td>1PMBD075</td>
			<td>This equipment is used for the injection CO2 system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Microalgae: Chlorella Sorokiniana</td>
			<td style="width:204px;">NAABB</td>
			<td style="width:161px;">DOE 1412</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microoscope</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Carl Zeiss 4291097</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Microwave assistant extraction</td>
			<td style="width:204px;">MARS, CEM Corportation</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>CEM Mars 5 Xtraction 230/60 Microwave Accelerated Reaction System. Model: 907601</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">MnCl2*4H2O</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>13446-34-9</td>
			<td>Manganese(II) chloride tetrahydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Mortars</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td>FB961B</td>
			<td>Fisherbrand porcelein mortars</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Nitrogen evaporator</td>
			<td style="width:204px;">Organomation</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>N-EVAP 112 Nitrogen Evaporatpr (OA-SYS Heating System)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Oven</td>
			<td style="width:204px;">VWR International LLC</td>
			<td style="width:161px;">89511-410</td>
			<td>Forced Air Oven</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Paddle Wheel</td>
			<td style="width:204px;"></td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>8-blade horizontal axis propeller. This usually comes as part of the paddlewheel reactor.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Paddle wheel motor</td>
			<td>Leeson</td>
			<td>M1135042.00</td>
			<td>Leeson, Model: CM34025Nz10C; 1/4 HP; Volts 90; FR 34; 62 RPM.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Pestles</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td>FB961M</td>
			<td>Fisherbrand porcelein pestles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">pH and EC Transmitter</td>
			<td style="width:204px;">Hanna Instruments</td>
			<td>HI98143</td>
			<td>Hanna Instruments HI98143-04 pH and EC Transmitter with Galvanic isolated 0-4V.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">pH calibration solutions</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">13-643-003</td>
			<td>Thermo Scientific Orion pH Buffer Bottles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">pH probe sensor</td>
			<td style="width:204px;">Hanna Instruments</td>
			<td>HI1006-2005</td>
			<td>Hanna Instruments HI1006-2005 Teflon pH Electrode with matching pin 5m.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pippete tips</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>1111-2821</td>
			<td>1000 ul TipOne graduated blue tip in racks</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pippetter</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>13-690-032</td>
			<td>Eppendorf Reserch plus Variable Adjustable Volume Pipettes: Single-channel</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Plastic cuvettes</td>
			<td style="width:204px;">Fisher scientific</td>
			<td>14377017</td>
			<td>BrandTech BRAND Plastic Cuvettes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Plates</td>
			<td style="width:204px;">Fisher scientific</td>
			<td style="width:161px;">08-757-100D</td>
			<td>Corning Falcon Bacteriological Petri Dishes with Lid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Potash</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>This chemical is used for the optimazed medium preparation. It was bought in a fertilizer local company</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Potassium phosphate dibasic (K2HPO4)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>7758 -11 - 4</td>
			<td>Medium Preparation: Potassium phosphate dibasic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Pyrex reusable Media Storage Bottles</td>
			<td style="width:204px;">Fisher scientific</td>
			<td>06-414-2A</td>
			<td>1 L and 2 L bottels - PYREX GL45 Screw Caps with Plug Seals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Raceway Pond</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Similar equipment can be bought at https://microbioengineering.com/products</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Real Time Optical Density Sensor</td>
			<td>University of Arizona</td>
			<td></td>
			<td>This equipment was design and build by a member of the group</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">RS232 Cable</td>
			<td style="width:204px;">Sabrent</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Sabrent USB 2.0 to Serial (9-Pin) DB-9 RS-232 Converter Cable, Prolific Chipset, Hexnuts, [Windows 10/8.1/8/7/VISTA/XP, Mac OS X 10.6 and Above] 2.5 Feet (CB-DB9P)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Shaker Table</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Algae agitation 150 rpm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Sodium Carbonate (Na2CO3)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">497-19-8</td>
			<td>Sodium carbonate</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:285px;">Sodium molybdate dihydrate (Na2MoO4*2H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">10102-40-6</td>
			<td>Medium Preparation: Sodium molybdate dihydrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Sodium nitrate (NaNO3)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>7631-99-4</td>
			<td>Medium Preparation: Sodium nitrate</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:27px;width:285px;">Spectophotometer</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific Company</td>
			<td style="width:161px;">14-385-400</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific - 10S UV-Vis GENESTYS Spectrophotometer cylindrical Longpath cell holder; internal reference dectector, Xenon flash lamp; dual silicon photodiode; 240V, 50 to 60Hz selected automatically.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Test tubes</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">14-961-27</td>
			<td>Fisherbrand Disposable Borosilicate Glass Tubes with Plain End (10 ml)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Thermocouples type K</td>
			<td style="width:204px;">Omega</td>
			<td>KMQXL-125G-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Urea</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">2067-80-3</td>
			<td>Urea</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Vacuum filtration system</td>
			<td style="width:204px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:161px;">XX1514700</td>
			<td>MilliporeSigma Glass Vacuum Filter Holder, 47 mm. The system includes: Ground glass flask attachment, coarse-frit glass filter support, and flask</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Vacuum pump</td>
			<td style="width:204px;">Grainger</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Marathon Electric AC Motor Thermally protected G588DX - MOD 5KH36KNA510X. HP 1/4. RPM 1725/1425</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:285px;">Zinc sulfate heptahydrate (ZnSO4*7H2O)</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:161px;">7446-20-0</td>
			<td>Zinc sulfate heptahydrate</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

coupling carbon capture from a power plant with semi-automated open raceway ponds for microalgae cultivation

In den Vereinigten Staaten stammen 35% der gesamten Kohlendioxidemissionen (CO2) aus der Elektrizitätswirtschaft, von denen 30% die Stromerzeugung aus Erdgas ausmachen. Mikroalgen können CO2 10 bis 15 Mal schneller biofixieren als Pflanzen und Algenbiomasse in interessante Produkte wie Biokraftstoffe umwandeln. Daher stellt diese Studie ein Protokoll vor, das die potenziellen Synergien der Mikroalgenkultivierung mit einem Erdgaskraftwerk im Südwesten der Vereinigten Staaten in einem heißen, semi-ariden Klima aufzeigt. Modernste Technologien werden eingesetzt, um die Kohlenstoffabscheidung und -verwertung über die Grünalgenart Chlorella sorokiniana zu verbessern, die zu Biokraftstoff weiterverarbeitet werden kann. Wir beschreiben ein Protokoll mit einem halbautomatischen offenen Laufsteich und diskutieren die Ergebnisse seiner Leistung, als es im Tucson Electric Power Plant in Tucson, Arizona, getestet wurde. Rauchgas wurde als Hauptkohlenstoffquelle zur Kontrolle des pH-Wertes verwendet, und Chlorella sorokiniana wurde kultiviert. Ein optimiertes Medium wurde verwendet, um die Algen zu züchten. Die Menge an CO2, die dem System als Funktion der Zeit hinzugefügt wurde, wurde genau überwacht. Darüber hinaus wurden andere physikalisch-chemische Faktoren überwacht, die die Algenwachstumsrate, die Biomasseproduktivität und die Kohlenstofffixierung beeinflussen, einschließlich optischer Dichte, gelöster Sauerstoff (DO), Elektroleitfähigkeit (EC) sowie Luft- und Teichtemperaturen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Mikroalgenausbeute von bis zu 0,385 g/L aschefreiem Trockengewicht mit einem Lipidgehalt von 24% erreichbar ist. Durch die Nutzung synergetischer Möglichkeiten zwischen CO2 -Emittenten und Algenzüchtern können die Ressourcen bereitgestellt werden, die erforderlich sind, um die Kohlenstoffabscheidung zu erhöhen und gleichzeitig die nachhaltige Produktion von Algenbiokraftstoffen und Bioprodukten zu unterstützen.

Frühere experimentelle Ergebnisse aus unserem Labor deuten darauf hin, dass die Kultivierung von Mikroalgen mit einem halbautomatischen offenen Laufsteich mit Kohlenstoffabscheidungsprozessen gekoppelt werden kann. Um die Synergie zwischen diesen beiden Prozessen besser zu verstehen (Abbildung 2), haben wir ein Protokoll entwickelt und es auf die Kultivierung der Grünalgenart Chlorella sorokiniana unter Außenbedingungen in einem heißen semiariden Klima zugeschnitten. Erdgas-Rauc...

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Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation

Es wird ein Protokoll beschrieben, um das Kohlendioxid im Rauchgas von Erdgaskraftwerken zu nutzen, um Mikroalgen in offenen Laufsteichen zu kultivieren. Die Rauchgasinjektion wird mit einem pH-Sensor gesteuert, und das Wachstum von Mikroalgen wird mit Echtzeitmessungen der optischen Dichte überwacht.

Kopplung der Kohlenstoffabscheidung aus einem Kraftwerk mit halbautomatischen offenen Laufsteichen für die Mikroalgenzucht

In the United States, 35% of the total carbon dioxide (CO2) emissions come from the electrical power industry, of which 30% represent natural gas ...

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Research

JoVE Journal

Environment

4.9K Aufrufe.  University of Arizona. Es wird ein Protokoll beschrieben, um das Kohlendioxid im Rauchgas von Erdgaskraftwerken zu nutzen, um Mikroalgen in offenen Laufsteichen zu kultivieren. Die Rauchgasinjektion wird mit einem pH-Sensor gesteuert, und das Wachstum von Mikroalgen wird mit Echtzeitmessungen der optischen Dichte überwacht.

Serie: Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation

Analysis of Fatty Acid Content and Composition in Microalgae

A method to determine the content and composition of total fatty acids present in microalgae is described. Fatty acids are a major constituent of microalgal biomass. These fatty acids can be present in different acyl-lipid classes. Especially the fatty acids present in triacylglycerol (TAG) are of commercial interest, because they can be used for production of transportation fuels, bulk chemicals, nutraceuticals (&omega;-3 fatty acids), and food commodities. To develop commercial applications, reliable analytical methods for quantification of fatty acid content and composition are needed. Microalgae are single cells surrounded by a rigid cell wall. A fatty acid analysis method should provide sufficient cell disruption to liberate all acyl lipids and the extraction procedure used should be able to extract all acyl lipid classes.
With the method presented here all fatty acids present in microalgae can be accurately and reproducibly identified and quantified using small amounts of sample (5 mg) independent of their chain length, degree of unsaturation, or the lipid class they are part of.
This method does not provide information about the relative abundance of different lipid classes, but can be extended to separate lipid classes from each other.
The method is based on a sequence of mechanical cell disruption, solvent based lipid extraction, transesterification of fatty acids to fatty acid methyl esters (FAMEs), and quantification and identification of FAMEs using gas chromatography (GC-FID). A TAG internal standard (tripentadecanoin) is added prior to the analytical procedure to correct for losses during extraction and incomplete transesterification.

A method for the determination of fatty acid content and composition in microalgae based on mechanical cell disruption, solvent based lipid extraction, transesterification, and quantification and identification of fatty acids using gas chromatography is described. A tripentadecanoin internal standard is used to compensate for the possible losses during extraction and incomplete transesterification.

Die Analyse der Fettsäuregehalt und Zusammensetzung in Mikroalgen

A method to determine the content and composition of total fatty acids present in microalgae is described. Fatty acids are a major constituent of ...

Forschung

Umwelt

Single-plant, Sterile Microcosms for Nodulation and Growth of the Legume Plant Medicago truncatula with the Rhizobial Symbiont Sinorhizobium meliloti

Rhizobial bacteria form symbiotic, nitrogen-fixing nodules on the roots of compatible host legume plants. One of the most well-developed model systems for studying these interactions is the plant Medicago truncatula cv. Jemalong A17 and the rhizobial bacterium Sinorhizobium meliloti 1021. Repeated imaging of plant roots and scoring of symbiotic phenotypes requires methods that are non-destructive to either plants or bacteria. The symbiotic phenotypes of some plant and bacterial mutants become apparent after relatively short periods of growth, and do not require long-term observation of the host/symbiont interaction. However, subtle differences in symbiotic efficiency and nodule senescence phenotypes that are not apparent in the early stages of the nodulation process require relatively long growth periods before they can be scored. Several methods have been developed for long-term growth and observation of this host/symbiont pair. However, many of these methods require repeated watering, which increases the possibility of contamination by other microbes. Other methods require a relatively large space for growth of large numbers of plants. The method described here, symbiotic growth of M. truncatula/S. meliloti in sterile, single-plant microcosms, has several advantages. Plants in these microcosms have sufficient moisture and nutrients to ensure that watering is not required for up to 9 weeks, preventing cross-contamination during watering. This allows phenotypes to be quantified that might be missed in short-term growth systems, such as subtle delays in nodule development and early nodule senescence. Also, the roots and nodules in the microcosm are easily viewed through the plate lid, so up-rooting of the plants for observation is not required.

Single-plant, Sterile Microcosms for Nodulation and Growth of the Legume Plant Medicago truncatula with the Rhizobial Symbiont Sinorhizobium meliloti

Growth of Medicago truncatula plants in symbiosis with the nitrogen-fixing bacteria Sinorhizobium meliloti in individual, sterile microcosms made from standard laboratory plates permits frequent examination of root systems and nodules without compromising sterility. Plants can be maintained in these growth chambers for up to 9 weeks.

Einzel-Anlage, steril Mikrokosmen für Knöllchenbildung und des Wachstums der Pflanze Hülsenfrucht<em&gt; Medicago truncatula</em&gt; Mit dem Rhizobia Symbiont<em&gt; Sinorhizobium meliloti</em

Rhizobial  bacteria form symbiotic, nitrogen-fixing nodules on the roots of compatible host  legume plants.  One  of the most well-developed model systems ...

Experimental Protocol for Manipulating Plant-induced Soil Heterogeneity

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as plant-soil feedbacks (PSF) have large effects on plant performance, and create environmental heterogeneity that depends on the community composition. Understanding the importance of PSF for plant community assembly necessitates understanding of the role of heterogeneity in PSF, in addition to mean PSF effects. Here, we describe a protocol for manipulating plant-induced soil heterogeneity. Two example experiments are presented: (1) a field experiment with a 6-patch grid of soils to measure plant population responses and (2) a greenhouse experiment with 2-patch soils to measure individual plant responses. Soils can be collected from the zone of root influence (soils from the rhizosphere and directly adjacent to the rhizosphere) of plants in the field from conspecific and heterospecific plant species. Replicate collections are used to avoid pseudoreplicating soil samples. These soils are then placed into separate patches for heterogeneous treatments or mixed for a homogenized treatment. Care should be taken to ensure that heterogeneous and homogenized treatments experience the same degree of soil disturbance. Plants can then be placed in these soil treatments to determine the effect of plant-induced soil heterogeneity on plant performance. We demonstrate that plant-induced heterogeneity results in different outcomes than predicted by traditional coexistence models, perhaps because of the dynamic nature of these feedbacks. Theory that incorporates environmental heterogeneity influenced by the assembling community and additional empirical work is needed to determine when heterogeneity intrinsic to the assembling community will result in different assembly outcomes compared with heterogeneity extrinsic to the community composition.

Understanding the role of environmental heterogeneity in species coexistence has typically focused on types of heterogeneity that are extrinsic to the community&#8217;s species composition. We provide novel detailed methods for creating soil heterogeneity treatments using soils subject to plant-soil feedback conditioning, or heterogeneity intrinsic to the community composition.

Versuchsprotokoll für die Manipulation von Plant-induzierte Bodenheterogenität

Coexistence theory has often treated environmental heterogeneity as being independent of the community composition; however biotic feedbacks such as ...

Modification and Application of a Leaf Blower-vac for Field Sampling of Arthropods

Rice fields host a large diversity of arthropods, but investigating their population dynamics and interactions is challenging. Here we describe the modification and application of a leaf blower-vac for suction sampling of arthropod populations in rice. When used in combination with an enclosure, application of this sampling device provides absolute estimates of the populations of arthropods as numbers per standardized sampling area. The sampling efficiency depends critically on the sampling duration. In a mature rice crop, a two-minute sampling in an enclosure of 0.13 m2 yields more than 90% of the arthropod population. The device also allows sampling of arthropods dwelling on the water surface or the soil in rice paddies, but it is not suitable for sampling fast flying insects, such as predatory Odonata or larger hymenopterous parasitoids. The modified blower-vac is simple to construct, and cheaper and easier to handle than traditional suction sampling devices, such as D-vac. The low cost makes the modified blower-vac also accessible to researchers in developing countries.

Assessment of arthropod abundance in crops is critical for investigating population dynamics and species interactions. Here we describe the modification and application of a leaf blower-vac for suction sampling of arthropods in rice.

Modifizierung und Anwendung eines Laubbläser-vac für Feld Probenahme von Arthropoden

Rice fields host a large diversity of arthropods, but investigating their population dynamics and interactions is challenging. Here we describe the ...

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

A rheometer system to measure the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide (CO2) at high temperatures and pressures is described. The system comprises a high-pressure rheometer which is connected to a circulation loop. The rheometer has a rotational flow-through measurement cell with two alternative geometries: coaxial cylinder and double gap. The circulation loop contains a mixer, to bring the crude oil sample into equilibrium with CO2, and a gear pump that transports the mixture from the mixer to the rheometer and recycles it back to the mixer. The CO2 and crude oil are brought to equilibrium by stirring and circulation and the rheology of the saturated mixture is measured by the rheometer. The system is used to measure the rheological properties of Zuata crude oil (and its toluene dilution) in equilibrium with CO2 at elevated pressures up to 220 bar and a temperature of 50 &#176;C. The results show that CO2 addition changes the oil rheology significantly, initially reducing the viscosity as the CO2 pressure is increased and then increasing the viscosity above a threshold pressure. The non-Newtonian response of the crude is also seen to change with the addition of CO2.

Measurement of the Rheology of Crude Oil in Equilibrium with CO2 at Reservoir Conditions

A method for measuring the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide at reservoir conditions is presented.

Messung der Rheologie des Rohöls im Gleichgewicht mit CO<sub&gt; 2</sub&gt; Bei Vorratsbedingungen

A rheometer system to measure the rheology of crude oil in equilibrium with carbon dioxide (CO2) at high temperatures and pressures is described. The ...

Continuous Hydrologic and Water Quality Monitoring of Vernal Ponds

Vernal ponds, also referred to as vernal pools, provide critical ecosystem services and habitat for a variety of threatened and endangered species. However, they are vulnerable parts of the landscapes that are often poorly understood and understudied. Land use and management practices, as well as climate change are thought to be a contribution to the global amphibian decline. However, more research is needed to understand the extent of these impacts. Here, we present methodology for characterizing a vernal pond's morphology and detail a monitoring station that can be used to collect water quantity and quality data over the duration of a vernal pond's hydroperiod. We provide methodology for how to conduct field surveys to characterize the morphology and develop stage-storage curves for a vernal pond. Additionally, we provide methodology for monitoring the water level, temperature, pH, oxidation-reduction potential, dissolved oxygen, and electrical conductivity of water in a vernal pond, as well as monitoring rainfall data. This information can be used to better quantify the ecosystem services that vernal ponds provide and the impacts of anthropogenic activities on their ability to provide these services.

Understanding the ecosystem services and processes provided by vernal ponds and the impacts of anthropogenic activities on their ability to provide these services requires intensive hydrologic monitoring. This sampling protocol using in-situ monitoring equipment was developed to understand the impact of anthropogenic activities on water levels and quality.

Kontinuierliche hydrologischen und Qualitätsüberwachung von Vernal Teichen

Vernal ponds, also referred to as vernal pools, provide critical ecosystem services and habitat for a variety of threatened and endangered species. ...

The Plant Infection Test: Spray and Wound-Mediated Inoculation with the Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

Plants possess a powerful system to defend themselves against potential threats by pathogenic fungi. For agriculturally important plants, however, current measures to combat such pathogens have proved too conservative and, thus, not sufficiently effective, and they can potentially pose environmental risks. Therefore, it is extremely necessary to identify host-resistance factors to assist in controlling plant diseases naturally through the identification of resistant germplasm, the isolation and characterization of resistance genes, and the molecular breeding of resistant cultivars. In this regard, there is need to establish an accurate, rapid, and large-scale inoculation method to breed and develop plant resistance genes. The rice blast fungal pathogen Magnaporthe grisea causes severe disease symptoms and yield losses. Recently, M. grisea has emerged as a model organism for studying the mechanisms of plant-fungal pathogen interactions. Hence, we report the development of a plant virulence test method that is specific for M. grisea. This method provides for both spray inoculation with a conidial suspension and wounding inoculation with mycelium cubes or droplets of conidial suspension. The key step of the wounding inoculation method for detached rice leaves is to make wounds on plant leaves, which avoids any interference caused by host penetration resistance. This spray/wounding protocol contributes to the rapid, accurate, and large-scale screening of the pathotypes of M. grisea isolates. This integrated and systematic plant infection method will serve as an excellent starting point for gaining a broad perspective of issues in plant pathology.

The Plant Infection Test: Spray and Wound-Mediated Inoculation with the Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

Here, we present a protocol to test plant virulence with the plant pathogen Magnaporthe grisea. This report will contribute to the large-scale screening of the pathotypes of fungi isolates and serve as an excellent starting point for understanding the resistant mechanisms of plants during molecular breeding.

Die Pflanze-Infektion-Test: Spray und Wunde-vermittelten Inokulation mit Pflanzen Pathogen Magnaporthe Grisea

Plants possess a powerful system to defend themselves against potential threats by pathogenic fungi. For agriculturally important plants, however, current ...

Cultivation of Green Microalgae in Bubble Column Photobioreactors and an Assay for Neutral Lipids

There is significant interest in the study of microalgae for engineering applications such as the production of biofuels, high value products, and for the treatment of wastes. As most new research efforts begin at laboratory scale, there is a need for cost-effective methods for culturing microalgae in a reproducible manner. Here, we communicate an effective approach to culture microalgae in laboratory-scale photobioreactors, and to measure the growth and neutral lipid content of that algae. Instructions are also included on how to set up the photobioreactor system. Although the example organisms are species of Chlorella and Auxenochlorella, this system can be adapted to cultivate a wide range of microalgae, including co-cultures of algae with non-algae species. Stock cultures are first grown in bottles to produce inoculum for the photobioreactor system. Algae inoculum is concentrated and transferred to photobioreactors for cultivation in batch mode. Samples are collected daily for the optical density readings. At the end of the batch culture, cells are harvested by centrifuge, washed, and freeze dried to obtain a final dry weight concentration. The final dry weight concentration is used to create a correlation between the optical density and the dry weight concentration. A modified Folch method is subsequently used to extract total lipids from the freeze-dried biomass and the extract is assayed for its neutral lipid content using a microplate assay. This assay has been published previously but protocol steps were included here to highlight critical steps in the procedure where errors frequently occur. The bioreactor system described here fills a niche between simple flask cultivation and fully-controlled commercial bioreactors. Even with only 3-4 biological replicates per treatment, our approach to culturing algae leads to tight standard deviations in the growth and lipid assays.

Here, we present a protocol to construct lab-scale bubble column photobioreactors and use them to culture microalgae. It also provides a method for the determination of the culture growth rate and neutral lipid content.

Anbau von grünen Mikroalgen in Bubble Spalte Photobioreaktoren und ein Test für neutrale Lipide

There is significant interest in the study of microalgae for engineering applications such as the production of biofuels, high value products, and for the ...

High-throughput Siderophore Screening from Environmental Samples: Plant Tissues, Bulk Soils, and Rhizosphere Soils

Siderophores (low-molecular weight metal chelating compounds) are important in various ecological phenomenon ranging from iron (Fe) biogeochemical cycling in soils, to pathogen competition, plant growth promotion, and cross-kingdom signaling. Furthermore, siderophores are also of commercial interest in bioleaching and bioweathering of metal-bearing minerals and ores. A rapid, cost effective, and robust means of quantitatively assessing siderophore production in complex samples is key to identifying important aspects of the ecological ramifications of siderophore activity, including, novel siderophore producing microbes. The method presented here was developed to assess siderophore activity of in-tact microbiome communities, in environmental samples, such as soil or plant tissues. The samples were homogenized and diluted in a modified M9 medium (without Fe), and enrichment cultures were incubated for 3 days. Siderophore production was assessed in samples at 24, 48, and 72 hours (h) using a novel 96-well microplate CAS (Chrome azurol sulphonate)-Fe agar assay, an adaptation of the traditionally tedious and time-consuming colorimetric method of assessing siderophore activity, performed on individual cultivated microbial isolates. We applied our method to 4 different genotypes/Lines of wheat (Triticum aestivum L.), including Lewjain, Madsen, and PI561725, and PI561727 commonly grown in the inland Pacific Northwest. Siderophore production was clearly impacted by the genotype of wheat, and in the specific types of plant tissues observed. We successfully used our method to rapidly screen for the influence of plant genotype on siderophore production, a key function in terrestrial and aquatic ecosystems. We produced many technical replicates, yielding very reliable statistical differences in soils and within plant tissues. Importantly, the results show the proposed method can be used to rapidly examine siderophore production in complex samples with a high degree of reliability, in a manner that allows communities to be preserved for later work to identify taxa and functional genes.

We present a protocol for rapid screening of environmental samples for siderophore potential contributing to micronutrient bioavailability and turnover in terrestrial systems.

Siderophore Hochdurchsatz-Screening von Umweltproben: Pflanzen, Gewebe, lose Böden und Rhizosphäre Böden

Siderophores (low-molecular weight metal chelating compounds) are important in various ecological phenomenon ranging from iron (Fe) biogeochemical cycling ...

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and increasing the recovery of coalbed methane. A visualized and constant-volume gas-solid coupling system is introduced here to investigate the influence of CO2 sorption on the physical and mechanical properties of coal. Being able to keep a constant volume and monitor the sample using a camera, this system offers the potential to improve instrument accuracy and analyze fracture evolution with a fractal geometry method. This paper provides all steps to perform a uniaxial compression experiment with a briquette sample in different CO2 pressures with the gas-solid coupling test system. A briquette, cold-pressed by raw coal and sodium humate cement, is loaded in high-pressure CO2, and its surface is monitored in real-time using a camera. However, the similarity between the briquette and the raw coal still needs improvement, and a flammable gas such as methane (CH4) cannot be injected for the test. The results show that CO2 sorption leads to peak strength and elastic modulus reduction of the briquette, and the fracture evolution of the briquette in a failure state indicates fractal characteristics. The strength, elastic modulus, and fractal dimension are all correlated with CO2 pressure but not with a linear correlation. The visualized and constant-volume gas-solid coupling test system can serve as a platform for experimental research about rock mechanics considering the multifield coupling effect.

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

This protocol demonstrates how to prepare a briquette sample and conduct a uniaxial compression experiment with a briquette in different CO2 pressures using a visualized and constant-volume gas-solid coupling test system. It also aims to investigate changes in terms of coal&#8217;s physical and mechanical properties induced by CO2 adsorption.

Ein uniaxiales Kompressionsexperiment mit CO2-Lagerkohle mit einem visualisierten und konstantvolumigen Gas-Solid-Kopplungs-Testsystem

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and ...