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微細藻類における酸素阻害のモデル化：フォトレスピロメトリーに基づく実験的アプローチ
Modeling the oxygen inhibition in microalgae: an experimental approach based on photorespirometry.
PMID: 32683047 DOI: 10.1016/j.nbt.2020.06.003.
抄録
微細藻類の培養は、多くの産業用途に関連した関心の対象となっている。バイオマス/製品の高純度が要求される場合、閉鎖型フォトバイオリアクター(PBR)が最良の技術的ソリューションであるように思われます。しかし、コストだけでなく、閉鎖型システムの主な欠点は、成長阻害の原因となることがよく知られている酸素の蓄積である。これまで、異なる生物学的メカニズムの結果である酸素阻害を記述し、モデル化しようとした定量的なアプローチはわずかしかありませんでした。ここでは、光合成生産速度に対する高酸素濃度の影響を評価し、定量化するために、フォトレスピロメトリプロトコルを適用した。特に、光強度とバイオマス濃度の影響を評価し、その結果、異なる最大阻害性酸素濃度が得られた。文献的なモデルでは、濃度と光の関数としての実験データを十分に表現できないことがわかった。そこで、外部酸素濃度の関数として光合成速度を記述するための新しい定式化を提案し、検証した。
Microalgae cultivation has been the object of relevant interest for many industrial applications. Where high purity of the biomass/product is required, closed photobioreactors (PBRs) appear to be the best technological solution. However, as well as cost, the major drawback of closed systems is oxygen accumulation, which is well known to be responsible for growth inhibition. Only a few quantitative approaches have attempted to describe and model oxygen inhibition, which is the result of different biological mechanisms. Here, we have applied a photorespirometric protocol to assess and quantify the effect of high oxygen concentration on photosynthetic production rate. In particular, the effects of light intensity and biomass concentration were assessed, resulting in different maximum inhibitory oxygen concentrations. Literature models available were found not to fully represent experimental data as a function of concentration and light. Accordingly, a new formulation was proposed and validated to describe the photosynthetic rate as a function of external oxygen concentration.
Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.