Name: cultivation of green microalgae in bubble column photobioreactors and an assay for neutral lipids
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Cultivation of Green Microalgae in Bubble Column Photobioreactors and an Assay for Neutral Lipids at JoVE.com

Stöd för denna forskning lämnades av USDA nationella institutet för livsmedel och jordbruk Hatch projektet ALA0HIGGINS och Auburn University kontor profossen, Vice President för forskning och i Samuel Ginn College of Engineering. Stöd gavs också av NSF bevilja CBET-1438211.

1. inställning av bubbla kolumn Photobioreactors
<ol><li>Konstruera en uppsättning ventilerade lock från de plast lock som kom med 1 L glasflaskor och hybridisering rör (se figur 1 för Schematisk och foton). Konstruera lock för luftfuktare, blanda fällan, varje air lift photobioreactor och varje flaska reaktor.<ol>
<li>¼ ”hål i locket: 2 hål behövs för bioreaktor och luftfuktare lock; 3 hål behövs för blandande fällan.</li>
		<li>Glida en ¼ ”o-ringen över trådar av e...

<ol>
	<li>Prandini, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancement+of+nutrient+removal+from+swine+wastewater+digestate+coupled+to+biogas+purification+by+microalgae+Scenedesmus+spp.">Enhancement of nutrient removal from swine wastewater digestate coupled to biogas purification by microalgae Scenedesmus spp.</a> Bioresource Technology. , 67-75 (2016).</li><li>Liu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phycoremediation+of+dairy+and+winery+wastewater+using+Diplosphaera+sp.+MM1.">Phycoremediation of dairy and winery wastewater using Diplosphaera sp. MM1.</a> Journal of Applied Phycology. 28 (6), 3331-3341 (2016).</li><li>Passero, M., Cragin, B., Coats, E. R., McDonald, A. G., Feris, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dairy+Wastewaters+for+Algae+Cultivation,+Polyhydroxyalkanote+Reactor+Effluent+Versus+Anaerobic+Digester+Effluent.">Dairy Wastewaters for Algae Cultivation, Polyhydroxyalkanote Reactor Effluent Versus Anaerobic Digester Effluent.</a> BioEnergy Research. 8 (4), 1647-1660 (2015).</li><li>Hodgskiss, L. H., Nagy, J., Barnhart, E. P., Cunningham, A. B., Fields, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cultivation+of+a+native+alga+for+biomass+and+biofuel+accumulation+in+coal+bed+methane+production+water.">Cultivation of a native alga for biomass and biofuel accumulation in coal bed methane production water.</a> Algal Research. 19, 63-68 (2016).</li><li>Gao, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oil+accumulation+mechanisms+of+the+oleaginous+microalga+Chlorella+protothecoides+revealed+through+its+genome,+transcriptomes,+and+proteomes.">Oil accumulation mechanisms of the oleaginous microalga Chlorella protothecoides revealed through its genome, transcriptomes, and proteomes.</a> BMC Genomics. 15, (2014).</li><li>Burch, A. R., Franz, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+nitrogen+limitation+and+hydrogen+peroxide+treatment+enhances+neutral+lipid+accumulation+in+the+marine+diatom+Phaeodactylum+tricornutum.">Combined nitrogen limitation and hydrogen peroxide treatment enhances neutral lipid accumulation in the marine diatom Phaeodactylum tricornutum.</a> Bioresource Technology. 219, 559-565 (2016).</li><li>Brennan, L., Owende, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofuels+from+microalgae--A+review+of+technologies+for+production,+processing,+and+extractions+of+biofuels+and+co-products.">Biofuels from microalgae--A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products.</a> Renewable Sustainable Energy Reviews. 14 (2), 557-577 (2009).</li><li>Branyikova, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microalgae+-+Novel+highly+efficient+starch+producers.">Microalgae - Novel highly efficient starch producers.</a> Biotechnology and Bioengineering. 108 (4), 766-776 (2010).</li><li>Chalima, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utilization+of+Volatile+Fatty+Acids+from+Microalgae+for+the+Production+of+High+Added+Value+Compounds.">Utilization of Volatile Fatty Acids from Microalgae for the Production of High Added Value Compounds.</a> Fermentation. 3 (4), (2017).</li><li>Harun, R., Singh, M., Forde, G. M., Danquah, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioprocess+engineering+of+microalgae+to+produce+a+variety+of+consumer+products.">Bioprocess engineering of microalgae to produce a variety of consumer products.</a> Renewable and Sustainable Energy Reviews. 14 (3), 1037-1047 (2010).</li><li>Liu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+new+method+for+genetic+transformation+of+the+green+alga+Chlorella+ellipsoidea.">Development of a new method for genetic transformation of the green alga Chlorella ellipsoidea.</a> Molecular biotechnology. 54 (2), 211-219 (2013).</li><li>Cheng, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mutate+Chlorella+sp.+by+nuclear+irradiation+to+fix+high+concentrations+of+CO2.">Mutate Chlorella sp. by nuclear irradiation to fix high concentrations of CO2.</a> Bioresource Technology. 136, 496-501 (2013).</li><li>Davis, R., Aden, A., Pienkos, P. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Techno-economic+analysis+of+autotrophic+microalgae+for+fuel+production.">Techno-economic analysis of autotrophic microalgae for fuel production.</a> Applied Energy. 88 (10), 3524-3531 (2011).</li><li>Sales, C. M., Au, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+Scale+in+a+Photosynthetic+Reactor+System+for+Algal+Remediation+of+Wastewater.">Comparison of Scale in a Photosynthetic Reactor System for Algal Remediation of Wastewater.</a> Journal of Visualized Experiments. (121), e55256 (2017).</li><li>Higgins, B. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cofactor+symbiosis+for+enhanced+algal+growth,+biofuel+production,+and+wastewater+treatment.">Cofactor symbiosis for enhanced algal growth, biofuel production, and wastewater treatment.</a> Algal Research. 17, 308-315 (2016).</li><li>Higgins, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Algal-bacterial+synergy+in+treatment+of+winery+wastewater.">Algal-bacterial synergy in treatment of winery wastewater.</a> Nature Clean Water. 1 (6), (2017).</li><li>Higgins, B. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+thiamine+metabolites+and+spent+medium+from+Chlorella+sorokiniana+on+metabolism+in+the+green+algae+Auxenochlorella+prototheciodes.">Impact of thiamine metabolites and spent medium from Chlorella sorokiniana on metabolism in the green algae Auxenochlorella prototheciodes.</a> Algal Research. 33, 197-208 (2018).</li><li>L&#233;pinay, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First+insight+on+interactions+between+bacteria+and+the+marine+diatom+Haslea+ostrearia:+Algal+growth+and+metabolomic+fingerprinting.">First insight on interactions between bacteria and the marine diatom Haslea ostrearia: Algal growth and metabolomic fingerprinting.</a> Algal Research. 31, 395-405 (2018).</li><li>Franchino, M., Comino, E., Bona, F., Riggio, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+three+microalgae+strains+and+nutrient+removal+from+an+agro-zootechnical+digestate.">Growth of three microalgae strains and nutrient removal from an agro-zootechnical digestate.</a> Chemosphere. 92 (6), 738-744 (2013).</li><li>Choix, F. J., Lopez-Cisneros, C. G., Mendez-Acosta, H. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Azospirillum+brasilense+Increases+CO2+Fixation+on+Microalgae+Scenedesmus+obliquus,+Chlorella+vulgaris,+and+Chlamydomonas+reinhardtii+Cultured+on+High+CO2+Concentrations.">Azospirillum brasilense Increases CO2 Fixation on Microalgae Scenedesmus obliquus, Chlorella vulgaris, and Chlamydomonas reinhardtii Cultured on High CO2 Concentrations.</a> Microbial Ecology. 76 (2), 430-442 (2018).</li><li>Higgins, B., VanderGheynst, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Escherichia+coli+on+mixotrophic+growth+of+Chlorella+minutissima+and+production+of+biofuel+precursors.">Effects of Escherichia coli on mixotrophic growth of Chlorella minutissima and production of biofuel precursors.</a> PLoS One. 9 (5), e96807 (2014).</li><li>Higgins, B., Thornton-Dunwoody, A., Labavitch, J. M., VanderGheynst, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microplate+assay+for+quantitation+of+neutral+lipids+in+extracts+from+microalgae.">Microplate assay for quantitation of neutral lipids in extracts from microalgae.</a> Analytical Biochemistry. 465, 81-89 (2014).</li><li>Tanadul, O. U., Vandergheynst, J. S., Beckles, D. M., Powell, A. L., Labavitch, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+elevated+CO2+concentration+on+the+quality+of+algal+starch+as+a+potential+biofuel+feedstock.">The impact of elevated CO2 concentration on the quality of algal starch as a potential biofuel feedstock.</a> Biotechnology and Bioengineering. 111 (7), 1323-1331 (2014).</li><li>Folch, J., Lees, M., Sloane Stanley, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+method+for+the+isolation+and+purification+of+total+lipides+from+animal+tissues.">A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues.</a> Journal of Biological Chemistry. 226 (1), 497-509 (1957).</li><li>Higgins, B. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Informatics+for+improved+algal+taxonomic+classification+and+research:+A+case+study+of+UTEX+2341.">Informatics for improved algal taxonomic classification and research: A case study of UTEX 2341.</a> Algal Research. 12, 545-549 (2015).</li><li>Garrett, R. H., Grisham, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biochemistry. , 578-730 (2012).</li><li>de-Bashan, L. E., Trejo, A., Huss, V. A. R., Hernandez, J. -. P., Bashan, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chlorella+sorokiniana+UTEX+2805,+a+heat+and+intense,+sunlight-tolerant+microalga+with+potential+for+removing+ammonium+from+wastewater.">Chlorella sorokiniana UTEX 2805, a heat and intense, sunlight-tolerant microalga with potential for removing ammonium from wastewater.</a> Bioresource Technology. 99 (11), 4980-4989 (2008).</li><li>Wang, Q., Higgins, B., Ji, H., Zhao, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Annual International Meeting of the ASABE. , (2018).</li></ol>

Viktigaste när odla alger är en förståelse för de särskilda behoven hos den organism eller grupp av organismer. Alger odling systemet beskrivs här kan användas till kultur ett brett utbud av alger men de särskilda abiotiska faktorerna (temperatur, media, pH, ljusintensitet, CO2 -nivå, luftning rate) måste anpassas till behoven hos organismen. Observera de parametrar som beskrivs här användes för odling av Chlorella och Auxenochlorella. Dessa organismer är av industriellt intres...

Tillämpningen av mikroalger i teknik och bioteknik har rönt stort intresse under de senaste åren. Mikroalger studeras för användning i avloppsvatten behandling1,2,3,4, biobränsle produktion5,6,7,8, och produktion av nutraceuticals och andra värdefulla produkter9,10. Alger är också att vara genetiskt modifierade på större priser i ett försök att förbättra deras lämplighet för särskilda engineering program11,12. Följaktligen finns det stort intresse för experiment med industriellt relevanta organismer i kontrollerade miljöer. Syftet med denna metod är att kommunicera en effektiv strategi för kultur mikroalger i kontrollerad laboratoriemiljö och att mäta tillväxt och neutrala fettinnehållet i de algerna. Att förbättra tillväxten priser och neutrala fettinnehållet i mikroalger har identifierats som två viktiga flaskhalsar mot kommersialisering av alger biobränslen13.
En rad olika metoder har använts för att kultur alger i experimentsyfte. Dessa strategier kan i allmänhet delas mellan storskalig utomhus odling och småskalig inomhus odling. Utomhus odling i photobioreactors och öppna dammar är lämplig för experiment som syftar till att skala upp processer som har redan visat på laboratorieskala (t.ex. att testa skala upp av en ny hög-lipid stam av alger)14. Men inomhus småskalig odling är lämpligt när du utvecklar nya eller förbättrade alger stammar eller utföra experiment som syftar till att förstå biologiska mekanismer. I dessa senare fall krävs en hög grad av experimentell kontroll att locka fram subtila förändringar i biologiska beteende. Därför krävs ofta axenic kulturer för att minimera de komplexa biotiska faktorer som förknippas med andra organismer (t.ex. bakterier, andra alger) som oundvikligen växer i stora utomhus-system. Även när man studerar interaktionen mellan alger och andra organismer, har vi funnit att användningen av mycket-kontrollerade försöksbetingelser är till hjälp när man undersöker molekylära utbyte mellan organismer15,16,17.
Inom kategorin småskaliga inomhus Algodling, en uppsättning strategier har använts. Kanske är den vanligaste metoden att odla alger i Erlenmeyer-kolvar på ett skakbord under en ljus bank18,19. Utbytet av syre och CO2 sker genom passiv diffusion genom en skum plugg i toppen av kolven. Vissa forskare har förbättrat detta upplägg genom aktiv luftning av kolvar20. En annan metod är att odla alger i flaskor, mixad av uppståndelse bar och aktiv luftning. Trots sin enkelhet, har vi funnit att användningen av kolvar och flaskor ofta leder till inkonsekventa resultat bland biologiska replikat. Förmodligen detta är på grund av position effekter - olika positioner får olika mängder av ljus, vilket även påverkar interna reaktorn temperaturer. Dagliga rotation av reaktorer till nya positioner kan hjälpa men inte lindra problemet eftersom vissa stadier av alger tillväxt (t.ex. tidigt exponentiell) är mer känsliga för positionella effekter än andra (t.ex. log fas).
På motsatta sidan av spektrumet av teknisk finess är fullt kontrollerade kommersiella photobioreactors. Dessa system kontinuerligt övervaka och justera villkoren i reaktorn att optimera algtillväxt. De har programmerbar belysning, realtid temperaturkontroll och pH-kontroll. Tyvärr, de är dyra och vanligtvis kosta flera tusen dollar per reaktor. Den vetenskapliga och tekniska tidskrifter kräver biologiska replikering av resultat, vilket kräver inköp av flera bioreaktorer. Vi presenterar här en bubbla reaktorn pelarsystem som överbryggar klyftan mellan det enkla (kolv) och sofistikerade (fullt kontrollerade bioreaktor) närmar sig för lab-skala alger odling. Bubbla kolumner Använd stigande gasbubblor att underlätta gasutbyte och blanda reaktorn. Detta tillvägagångssätt ger en viss kontroll över belysning och temperatur men gör det på ett sätt som är kostnadseffektivt. Dessutom har vi funnit detta system att ge konsekvent resultat bland biologiska replikat, minska antalet krävs för biologiska replikat som krävs för att få statistiskt signifikanta resultat jämfört med metoden kolv eller flaska. Vi har också använt detta system att framgångsrikt odla blandningar av alger och bakterier21. Utöver Algodling beskriva vi ett förfarande för att mäta den neutrala fetthalten i de odlade algerna. Den senare metoden har varit publicerad någon annanstans22, men vi inkludera den här proceduren för att ge anvisningar för hur man använder det framgångsrikt.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Supplies for airlift photobioreactor setup</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 L Pyrex bottles</td>
			<td>Corning</td>
			<td>16157-191</td>
			<td>For bottle reactors, humidifiers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/2&#34; hose clamp</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>UC953A</td>
			<td>or equivalent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; female luer to barb</td>
			<td>Nordson biomedical</td>
			<td>Nordson FTLL360-6005</td>
			<td>1/4&#34; ID, PP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; ID, 3/8&#34; OD autoclaveable PVC tubing</td>
			<td>Thermo-Nalgene</td>
			<td>63013-244</td>
			<td>50&#39;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; in O-rings</td>
			<td>Grainger</td>
			<td>1REC5</td>
			<td>#010 Medium Hard Silicone O-Ring, 0.239&#34; I.D., 0.379&#34;O.D.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/8&#34; Female luer to barb</td>
			<td>Nordson biomedical</td>
			<td>FTLL230-6005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/8&#34; ID, 1/4&#34; OD autoclaveable PVC tubing</td>
			<td>Thermo-Nalgene</td>
			<td>63013-608</td>
			<td>250&#39;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/8&#34; male spinning luer to barb</td>
			<td>Nordson biomedical</td>
			<td>MLRL013-6005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/8&#34; multiport barb</td>
			<td>Nordson biomedical</td>
			<td>4PLL230-6005</td>
			<td>1/8&#34; multiport barb</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/8&#34; NPT to barb</td>
			<td>Nordson biomedical</td>
			<td>18230-6005</td>
			<td>1/8&#34; 200 series barb</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/8&#34; panel mount luer</td>
			<td>Nordson biomedical</td>
			<td>Nordson MLRLB230-6005</td>
			<td>1/8&#34;, PP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 gallon fish tank</td>
			<td>Walmart</td>
			<td>802262</td>
			<td>Can hold up to 8 bioreactors depending on layout</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100-1000 ccm flow meter</td>
			<td>Dwyer</td>
			<td>RMA-13-SSV</td>
			<td>For bottle reactors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 ft fluorescent light bank</td>
			<td>Agrobrite</td>
			<td>FLT24 T5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>200-2500 ccm flow meter</td>
			<td>Dwyer</td>
			<td>RMA-14-SSV</td>
			<td>For air regulation upstream of humidifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>250 mL Pyrex bottles</td>
			<td>Corning</td>
			<td>16157-136</td>
			<td>For gas mixing after humidifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50-500 ccm flow meter</td>
			<td>Dwyer</td>
			<td>RMA-12-SSV</td>
			<td>For hybridization tube reactors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-50 ccm flow meter</td>
			<td>Dwyer</td>
			<td>RMA-151-SSV</td>
			<td>For CO2 flow rate control</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air filters 0.2 &#181;m</td>
			<td>Whatman/ Fisher</td>
			<td>09-745-1A</td>
			<td>Polyvent, 28 mm, 0.2 &#181;m, PTFE, 50 pack</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Check valves</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89094-714</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning lids for pyrex bottles</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89000-233</td>
			<td>10 GL45 lids</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Female luer endcap</td>
			<td>Nordson biomedical</td>
			<td>Nordson FTLLP-6005</td>
			<td>Female stable PP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hybridization tubes</td>
			<td>Corning</td>
			<td>32645-030</td>
			<td>35x300 mm, pack of 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light timer</td>
			<td>Walmart</td>
			<td>556393626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Locknuts</td>
			<td>Nordson biomedical</td>
			<td>Nordson LNS-3</td>
			<td>1/4&#34;, red nylon</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low profile magnetic stirrer</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10153-690</td>
			<td>Low profile magnetic stirrer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Male luer endcap</td>
			<td>Nordson biomedical</td>
			<td>Nordson LP4-6005</td>
			<td>Male plug PP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spinning luer lock ring</td>
			<td>Nordson biomedical</td>
			<td>Nordson FSLLR-6005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stir bars - long</td>
			<td>VWR</td>
			<td>58949-040</td>
			<td>38.1 mm, for bottle reactors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stir bars - medium</td>
			<td>VWR</td>
			<td>58949-034</td>
			<td>25 mm, for hyridization tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Supplies and reagents for culturing algae</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.2 &#181;m filters</td>
			<td>VWR</td>
			<td>28145-491</td>
			<td>13 mm, PTFE, for filtering spent media from daily culture sampling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 mL syringes</td>
			<td>Air-tite</td>
			<td>89215-216</td>
			<td>For filtering spent media from daily culture sampling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 mL tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>87003-294</td>
			<td>Sterile (or equivalent)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 mL Serological pipettes</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>82050-482</td>
			<td>Sterile (or equivalent)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100 mm plates</td>
			<td>VWR</td>
			<td>25384-342</td>
			<td>100x15 mm stackable petri dishes, sterile</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 mL tubes</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>82050-276</td>
			<td>Sterile (or equivalent), polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 mL Serological pipette tips</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>82051-584</td>
			<td>Sterile (or equivalent)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 mL tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>87003-298</td>
			<td>Sterile (or equivalent)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL tubes</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>82050-348</td>
			<td>Sterile (or equivalent), polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96 well microplate</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>89089-578</td>
			<td>Polystyrene with lid, flat bottom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inocculating loops</td>
			<td>VWR</td>
			<td>80094-478</td>
			<td>Sterile (or equivalent)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid carbon dioxide tank and regulator</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>CD-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Supplies and reagents for lipid extraction and neutral lipid assay</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 mL bead tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10158-556</td>
			<td>Polypropylene tube w/ lid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96 well microplates</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>82050-774</td>
			<td>Polypropylene, flat bottom</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bleach</td>
			<td>Walmart</td>
			<td>550646751</td>
			<td>Only use regular bleach, not cleaning bleach</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>BDH</td>
			<td>BDH1109-4LG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide</td>
			<td>BDH</td>
			<td>BDH1115-1LP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl alcohol</td>
			<td>BDH</td>
			<td>BDH1133-1LP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>BDH</td>
			<td>BDH20864.400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nile red</td>
			<td>VWR</td>
			<td>TCN0659-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pasteur pipette tips</td>
			<td>VWR</td>
			<td>14673-010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>BDH</td>
			<td>BDH9286-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vegetable oil</td>
			<td>Walmart</td>
			<td>9276383</td>
			<td>Any vegetable oil should work as long as it is fresh</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zirconia/ silica beads (0.5 mm diameter)</td>
			<td>Biospec products</td>
			<td>11079105z</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analytical balance</td>
			<td>Mettler-Toledo</td>
			<td>XS205DU</td>
			<td>Capable of at least 4 decimal accuracy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bead homogenizer</td>
			<td>Omni</td>
			<td>19-040E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benchtop micro centrifuge</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>Heraeus Fresco 21 with 24x2</td>
			<td>Including rotor capable of handling 1.5 and 2 mL tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry block heater</td>
			<td>VWR</td>
			<td>75838-282</td>
			<td>Including dry block for a microplate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Freeze dryer</td>
			<td>Labconco</td>
			<td>7670520</td>
			<td>2.5L freeze drying system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Large benchtop centrifuge</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>Heraeus Megafuge 16R Tissue</td>
			<td>Including rotors capable of handling 400 mL bottles, 50 mL tubes, and 15 mL tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplate reader</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td>SpectraMax M2</td>
			<td>Capable of reading absorbance and fluorescence</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex mixer</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10153-838</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cultivation of green microalgae in bubble column photobioreactors and an assay for neutral lipids

Det finns betydande intresse i studien av mikroalger för tekniska applikationer såsom produktion av biobränslen, produkter med högt värde, och för behandling av avfall. Som de flesta nya forskningsinsatser börjar på laboratorieskala, finns det ett behov av kostnadseffektiva metoder för att odla mikroalger i ett reproducerbart sätt. Här, kommunicerar vi en effektiv strategi för kultur mikroalger i laboratorieskala photobioreactors och att mäta tillväxt och neutrala fettinnehållet i de algerna. Instruktioner finns också på hur du ställer in photobioreactor systemet. Även om exempel organismerna är arter av Chlorella och Auxenochlorella, kan detta system anpassas för att odla ett brett utbud av mikroalger, inklusive samtidig kulturer av alger med icke-alger arter. Beståndet kulturer odlas först i flaskor att producera inokulum för photobioreactor system. Alger inokulum är koncentrerad och överförs till photobioreactors för odling i batch-läge. Prover tas dagligen för Absorbansavläsningar. I slutet av batch kultur, celler skördas av centrifug, tvättas, och frysa torkade att erhålla en slutlig torrvikt koncentration. Den slutliga torrvikt koncentrationen används för att skapa ett samband mellan den optiska densiteten och torrvikt koncentrationen. En modifierad Folch metod används därefter att extrahera sammanlagda mängden lipider från den frystorkade biomassan och extraktet har analyserats för dess neutrala fetthalten med en mikroplattan-analys. Denna analys har publicerats tidigare men protokollstegen ingick här Markera kritiska steg i förfarandet där fel inträffar ofta. Bioreaktor systemet beskrivs här fyller en nisch mellan enkel kolv odling och fullt kontrollerade kommersiella bioreaktorer. Även med bara 3-4 biologiska replikerar per behandling, vår metod för att odla alger leder till snäva standardavvikelser i tillväxt och lipid analyserna.

Detta förfarande ger en tidsförloppet för alger optisk densitet data vid OD 550 nm (figur 4A). Den optiska densiteten och torr vikt koncentration data kan vara korrelerade (figur 4B). Detta åstadkoms genom att första beräkna den slutliga torrvikt alger koncentrationen efter frystorkning steget. Nästa, den optiska densiteten av kultur seriell utspädning (utförs den sista dagen för provtagning) och faktiska torrvikt halte...

Watch this Scientific Journal Video about Cultivation of Green Microalgae in Bubble Column Photobioreactors and an Assay for Neutral Lipids at JoVE.com

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

Här presenterar vi ett protokoll för att konstruera lab-skala bubbla kolumn photobioreactors och använda dem till kultur mikroalger. Det ger också en metod för bestämning av kultur tillväxttakt och neutrala fettinnehållet.

Odling av grön mikroalg i bubbla kolumn Photobioreactors och ett test för neutrala lipider

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

Detta protokoll ger instruktioner för konstruktion och användning av en Bubble Kolumn Photobioreactor system att växa mikroalger, och bör vara av intresse för alla som studerar algel biobränslen, avloppsvatten behandling, eller algel biologi. Vi har hittat spirereaktorsystemet för att ge mycket välrenommerade resultat. Reaktorsystemet är också anpassningsbart till en bred rang av alger och kostar mycket mindre än många kommersiella erbjudanden.Demonstrera förfarandet kommer att Qichen Wang, en doktorand från mitt laboratorium. För att börja setup av Bubble Column Photobioreactors, konstruera en uppsättning av ventilerade lock från plastlocken på en liters glasflaskor och hybridiseringsrör som beskrivs i textprotokollet. Slip en 1/4 tums O-ring över slitbanorna i en 1/8th panel montera lock montering, och skjut detta i 1/4 tums hål borras i locket.Slip en andra 1/4 tum över trådarna så att locket är inklämt mellan de två O-ringarna. Sedan glida en låsmutter på gängorna och dra åt den för att fixera panelen montera lockbete på plats. Nu snap till låsa ringar på exponerade manliga lock, projicera från locket.Upprepa denna procedur för varje hål i locket. För lock som kommer att användas på Bubble Column och reaktorer flaska, bifoga 1/8th tums kvinnliga lock till barb beslag till 1 1 /2 tum bitar av 1/8th tums ID PVC slangar. Fäst dessa på var och en av exponerade manliga lockbeslag på locket.Anslut en backventil till den fria änden av en av de 1/8th tum bitar. Anslut sedan en manlig lock till barb montering till den andra biten av 1/8th tums slangar projektering från locket. Klicka på den roterande låsringen på plats och fäst ett 0,2 mikronluftfilter på detta.Compleat montering av luften leverera systemet, tankar fisk, rör plattor, och ljus som descried det textprotokollet. Koncentrera den avgjorda mikroalger beståndet genom att ta bort supernatent genom att använda en vakuumpump. Lämna mindre än 100 milliliter medium i varje flaska, men undvik att ta bort fast alger.Suspendera och för över algslammen till sterila centrifugrör på 50 milliliter. Centrifugera 1, 000 gånger G i fem minuter för att ytterligare koncentrera algerna. I biosäkerhetsskåpet, ta bort tillräckligt med supernatent för att uppnå en total volym på cirka 80 milliliter av algkoncentrat för 12 fotobioreaktorer.Undvik att dammsuga ut pelleten. Överför algkoncentratet till en steril behållare. Nu, tillsätt sex milliliter alger slurry i varje fotobioreaktor med en steril 10 milliliter serologisk pipett.Snurra bioreaktorerna för att blanda alger i mediet. Rita ett två milliliterprov från varje bioreaktor med hjälp av en serologisk pipett och överför till ett två milliliterrör. Samla in ett två milliliterprov var 24:e timme för att övervaka kulturens framsteg.Kontrollera provet för ph med hjälp av testremsor och justera reaktorn efter behov. Dra åt bioreaktorlocken och placera alla bioreaktorer i fisktankens vattenbad. Justera avering, koldioxid och belysning till lämpliga nivåer för arten.Rotera bioreaktorpositionen varje dag efter provtagning. Applicera 200 mikroliter av varje odlingsprov i tre exemplar på brunnar av en 96 brunnsmikroplatta. Mät sedan optisk densitet vid 550 nanometer och 680 nanometer.Mät en fast volym av alger kultur från varje bioreaktor med en examen cylinder och överföring i centrifug flaskor. Centrifugera kulturen 4, 696 gånger G i fem minuter. Kasta supernatent genom att försiktigt dammsuga ut den.Överför pelletsen till märkta 50 milliliterrör. Skölj centrifugflaskorna med destillerat vatten och överför innehållet till de 50 milliliterrören. Se till att den totala volymen inte överstiger 45 milliliter.Efter tvättning av alger pellets som beskrivs i textprotokollet, kasta supernatent. Tillsätt sedan 7,5 milliliter destillerat vatten till varje 50 milliliter rör. Nu, vortexa 50 milliliter rör och överföra alger slurries i pre vägde 15 milliliter rör.Skölj de 50 milliliterrören med ytterligare destillerat vatten, och överför vätskan till de 15 milliliterrör som håller den totala volymen i dessa rör till mindre än 12 milliliter. Efter centrifugering av 15 milliliterrör och kasta supernatent som tidigare, frysa rören med pellets på minus 80 grader Celsius i minst 30 minuter som förberedelse för frystorkning. Tillsätt 1,5 milliliter folch lösningsmedel till varje två milliliter rör som innehåller 20 milligram frystorkade alger.Häll ungefär 0,5 milliliter zirkoniasilispärlor i varje rör tills vätskenivån når två milliliter. Homogenisera algproverna i en pärlkvarn i 20 sekunder med en hastighet av 6,5 meter per sekund. Överför rören till isar i 30 sekunder för att kyla proverna.Sedan, upprepa fem gånger för att helt extrahera lipider. Filtrera homogenatet genom en fem milliliter spruta som innehåller en rostfri trådnätskiva för att spänna ut pärlorna, samla filtratet i ett 15 milliliter rör. Tvätta pärlorna med 1,5 milliliter folch lösningsmedel, driver vätska igenom med syring som behövs.Upprepa denna tvätt 2 fler gånger och samla alla filtrat i 15 milliliter röret, vilket ger en slutlig volym på cirka sex milliliter. Tillsätt 1,2 milliliter 0,9%natriumkloridlösning till folchextraktet i 15 milliliterröret, och vortex för att blanda väl. Centrifugera de 15 milliliterrören vid 6, 000 gånger G i fem minuter.Registrera den nedersta kloroformfasvolymen till närmaste 0,1 milliliter med hjälp av linjer på sidan av 15 milliliterröret. Överför sedan bottenfasen till en glasvile med hjälp av en glasfingr pipetter. För att utföra den neutrala lipid analysen, späda ut lipidextrakten och vegetabilisk olja standard tre gånger med metanol.För varje utspädd, tillsätt prov 80 mikroliter till en 96 väl polypropylen mikroplatta i fyrdubbla. För lösningsmedlet blank, applicera 80 mikroliter folch lösningsmedel i fyrdubbla. För standarder, tillsätt 10, 30, 60, 90, och 120 mikroliter av den utspädda vegetabiliska oljestandarden även i fyrdubbla.Placera mikroplattan i rökhuven på en förvärmd torr blockvärmare i 55 grader Celsius i 20 till 30 minuter tills allt lösningsmedel har avdunstat. Ta ut mikroplattan ur värmeblocket och låt den svalna till rumstemperatur. Tillsätt sedan 30 mikroliter isopropylalkohol till varje brunn och blanda genom pipettering upp och ner.Se till att alla pipettkanaler blandar lösningen och resuspending lipids, vilket ger en homogen grön vätska. Nu, tillsätt 200 mikroliter av ett mikrogram per milliliter en nile röd lösning till varje brunn, och rör den upp och ner 10 gånger för att blanda. Efter en fem minuters inkubation i rumstemperatur, tillsätt 20 mikroliter av 50%blekmedel lösning till varje brunn, och rör den upp och ner fem gånger för att blanda väl.Låt plattan inkubera i 30 minuter i rumstemperatur. Efter 30 minuter, läs florescensen i proverna var femte till 10 minuter vid 530 nanometers excitation, 575 nanometer utsläpp, med auto cut offs inställd på 570 nanometer tills signalen från alger prover stabiliseras. Detta tillvägagångssätt ger en tid jagar av den optiska täthetdata för Algel på OD 550 nanometers.Kontroll kulturer odlades på färska anate NH4 medium. Behandling en, är co-kulturer auxenochlorella protothecoides och azospirillum brasiliense odlas på färska medfödda NH4 medium. Behandling två, är en azinisk A.Protothecoides odlas på medfödda NH4 medium kompletteras med 50 milligram per milliliter IAA, som helt hämmade alger tillväxt.Behandling tre, är aziniska A.Protothecoides, odlas på förbrukade medium från A.Brasilienes. Tillväxtkurvorna visar kulturer av auxenochlorella protothecoides in sent logaritmisk tillväxt på 120 timmar. Visas här är corelation kurvor mellan den optiska densiteten vid 550 nanometer och den slutliga torrvikt koncentration, med hjälp av en andra ordning polynom passform.Slutligen kan färgningen tillämpas på tidskursen optisk densitet data för att få en torr vikt tillväxtkurva. Samma behandlingar används här, förutom att chlorella sorokiniana odlas i stället för auxenochlorella protothecoides. Procent torrvikt neutrala lipid erhålls i den neutrala lipid analysen korrelerar väl med trios glycerol innehåll på en motsvarande tunt lager kromatografi platta.Till skillnad från A.Protothecoides hämmade IAA-behandlingen inte C.Sorkiniana-tillväxten. Efter lipidutvinning av algerna kan den återstående cellpallen analyseras för sitt stärkelse- och cellväggsinnehåll, vilket ger en mer detaljerad bild av energilagringsprodukter i cellen. De metoder som beskrivs här har möjliggjort nya upptäckter inom området algel biobränslen och rening av avloppsvatten.Specifikt har detta system använts för att bättre förstå hur bakterier påverkar algeltillväxt.

Research

JoVE Journal

Environment

Analysis of Fatty Acid Content and Composition in Microalgae

Analys av fettsyrasammansättning och sammansättning i Mikroalger

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

Optimize Flue Gas Settings to Promote Microalgae Growth in Photobioreactors via Computer Simulations

Optimera Rökgas inställningar för att främja Mikroalger Tillväxten i Photobioreactors via datorsimuleringar

Flue gas from power plants can promote algal cultivation and reduce greenhouse gas emissions1. Microalgae not only capture solar energy more efficiently ...

Transcript and Metabolite Profiling for the Evaluation of Tobacco Tree and Poplar as Feedstock for the Bio-based Industry

Transcript och metabolit profilering för utvärdering av tobaks Träd och poppel som råvara för biobaserade industri

The global demand for food, feed, energy, and water poses extraordinary challenges for future generations. It is evident that robust platforms for the ...

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

Kvantifiering av tungmetaller och andra oorganiska föroreningar på Produktiviteten hos Mikroalger

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

Measuring and Mapping Patterns of Soil Erosion and Deposition Related to Soil Carbonate Concentrations Under Agricultural Management

Mätning och kartläggning mönster jorderosion och nedfall kopplad till jord karbonat koncentrationer Under jordbrukets förvaltning

Spatial patterns of soil erosion and deposition can be inferred from differences in ground elevation mapped at appropriate time increments. Such changes ...

Collection and Extraction of Occupational Air Samples for Analysis of Fungal DNA

Samling och utvinning av yrkesmässig luftprover för analys av svamp DNA

Traditional methods of identifying fungal exposures in occupational environments, such as culture and microscopy-based approaches, have several ...

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

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

Den växt infektion testet: Spray och sår-medierad inympning med den växt patogen Magnaporthe länkar

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

An Anaerobic Biosensor Assay for the Detection of Mercury and Cadmium

Anaerob Biosensor test för påvisande av kvicksilver och kadmium

Mercury (Hg) bioavailability to microbes is a key step to toxic Hg biomagnification in food webs. Cadmium (Cd) transformations and bioavailability to ...

Detection of Tilapia Lake Virus Using Conventional RT-PCR and SYBR Green RT-qPCR

Upptäckt av Tilapia sjön Virus använder konventionella RT-PCR och SYBR Green RT-qPCR

The aim of this method is to facilitate the fast, sensitive and specific detection of Tilapia Lake Virus (TiLV) in tilapia tissues. This protocol can be ...

Chemical Isolation, Quantification, and Separation of Skin Lipids from Reptiles

Kemiska isolering, kvantifiering och Separation av hudens lipider från reptiler

Reptiles signal to conspecifics using lipids in their skin, primarily to enable mate tracking and assessment. The isolation of these lipids has utility in ...