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光照对眼点拟微绿球藻和三角褐指藻生长及总脂的影响

发布日期:2018-10-12 作者: 点击:

光照对眼点拟微绿球藻和三角褐指藻

生长及总脂的影响



王付冬,桑 敏,李爱芬,张成武

(暨南大学 水生生物研究中心,热带亚热带水生态工程教育部工程研究中心,广州 510632)


摘要:研究了不同光照强度及单、双侧光照对眼点拟微绿球藻(Nannochloropsis oculata)和三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)的生长、总脂及叶绿素a的影响。结果表明:眼点拟微绿球藻的生物量随光照强度的增加而升高,相同光照强度下单侧光照优于双侧;三角褐指藻的生物量受光照强度及单、双侧光照的影响不明显。眼点拟微绿球藻的总脂含量随光照强度的升高先增加后减少;三角褐指藻的总脂含量随光照的增强呈上升趋势。两种藻的叶绿素a含量随藻体总脂含量的升高而降低。综合考虑,眼点拟微绿球藻较三角褐指藻进行油脂生产更有优势。

关键词:眼点拟微绿球藻;三角褐指藻;生物量;叶绿素a含量;总脂含量;单位体积总脂产量

中图分类号:TQ642;P74   文献标志码:A   文章编号:1003-7969(2010)06-0071-05


Influence of different illumination on the growth and total lipid of

Nannochloropsis oculata and Phaeodactylum tricornutum

WANG Fudong,SANG Min,LI Aifen,ZHANG Chengwu

(Institute of Hydrobiology, Jinan University, Engineering Research Center of Tropical and Subtropical

Aquatic Ecological Engineering,Ministry of Education,Guangzhou 510632, China)


Abstract:The effects of different illumination and one-side versus two-side illumination on the growth,total lipid and chlorophyll a content of Nannochloropsis oculata and Phaeodactylum tricornutum were studied.An increase of the illumination produced an increase of the biomass of Nannochloropsis oculata,and the two-side illumination was superior to one-side illuminalion under the same illumination;the biomass of Phaeodactylurn tricornutum showed little difference under the different illumination.The total lipid content of Nannochloropsis oculata increased,and then decreased with the increase of illumination;the total lipid content of Phaeodactylum tricornutum increased with the increase of illumination.The chlorophyll a contents of Nannochloropsis oculata and Phaeodactylum tricormutum reduced with the increase of total lipid content.The results showed that compared with Phaeodactylum tricornutum,Nannochloropsis oculata could be considered as feedstocks for lipid production.

Key words:Nannochloropsis oculata;Phaeodactylum tricornutum;biomass;chlorophyll a content;total lipid content;lipid productivity


    石化燃料的日益匮乏和燃烧带来的环境污染等问题都将会影响人类的可持续发展,寻找绿色可再生能源是一项重要的战略任务[1]。微藻具有生长周期短,油脂含量较油料作物高,可利用工业废水废气培养等优点,因此利用微藻生产生物质能具有广阔的前景[2]。

    眼点拟微绿球藻(Nannochloropsis oculata)和三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)生长速度快,总脂含量分别占细胞干重的31%~68%和20%~30%[3]。研究表明[2,4-6],微藻的生长和油脂积累与光照密切相关。Rodolfi等[2]人报道,在115~230 μmol·m-2·s-1光照条件下,拟微绿球藻(Nannochloropsis sp. F&M-M24)的总脂含量随光照强度增强而升高,为14.7%~32.5%。Fbregas等[4]人研究证实拟微绿球藻(Nannochloropsis sp.)的总脂含量随光照强度的增强先降低后升高。蒋霞敏[5]报道在18~126 μmol·m-2·s-1光照强度下培养眼点拟微绿球藻,18 μmol·m-2·s-1光照条件下其EPA含量最高。李文权等[6]人报道了三角褐指藻在3~313 μmol·m-2·s-1光照强度下培养,总脂含量约为12%~14%。这些研究结果显示,不同藻种适宜生长和积累脂类物质的光照条件存在差异。本文以眼点拟微绿球藻和三角褐指藻为实验材料,探究了不同光照条件对其生长、总脂含量及单位体积总脂产量的影响,以期为微藻生物质能研究开发提供参考。

1 材料与方法

11 藻种

    眼点拟微绿球藻(Nannochloropsis oculata)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum),暨南大学水生生物研究中心藻种库保藏。

1.2 培养条件

    采用人工海水培养基[7],接种对数生长期的藻种,接种密度为0.2 g/L,以压缩空气补加0.25%的CO2连续通气培养,培养温度为(23±1)℃,培养容器为Φ3 cm×50 cm的玻璃柱。

1.3 光照条件设置

    采用150 μmol·m-2·s-1和300 μmol·m-2·s-1光照强度,单侧或双侧连续光照。实验设置3个平行。

1.4 生物量和叶绿素a的测定

    定期取一定体积藻液抽滤,将滤膜于80 ℃的烘箱烘至恒重,冷却后称量。叶绿素a的测定参照文献[8]的方法进行。

1.5 藻粉的制备

    藻液于3 500 r/min离心,收集藻细胞,用蒸馏水洗涤后,采用ALPHR 2-4(德国)冷冻干燥机冻干获得藻粉。冻干藻粉充氮后用封口膜封口,冰箱冷冻保存。

1.6 总脂含量的测定[9]

    准确称取一定量冻干藻粉,放入带螺口的玻璃离心管中,加入2~4 mL二甲基亚砜甲醇溶液,40 ℃搅拌10 min后转入4 ℃下搅拌30 min,3 000 r/min离心收集上清液并移入玻璃瓶中,剩余藻渣采用乙醚正己烷混合液于4 ℃搅拌抽提60 min,直至藻渣变为灰白色,离心并转移上清液至玻璃瓶中,加水分层,移取有机相用氮气吹至恒重。

1.7 单位体积生物量产量和总脂产量计算

    单位体积生物量产量(Pv)及总脂产量(Lv)分别计算如下:

     Pv=(Xn-X0)/tn 

     Lv= PvLn

式中:Xn——培养时间为tn时的生物量,g/L;

X0——初始时的生物量,g/L;

Ln——培养时间为tn时的总脂含量。

1.8 数据处理

    用SPSS13.0 单因素方差分析(ANOVA)中的LSD 多重比较进行数据差异性分析。

2 结果与讨论

2.1 光照条件对眼点拟微绿球藻和三角褐指藻生长的影响

    采用不同光照条件,测定两种藻的生物量,结果如图1~图4所示。

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图1 单侧光照不同光照强度对眼点拟微绿球藻生长的影响


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图2 单侧光照不同光照强度对三角褐指藻生长的影响

图3 双侧光照不同光照强度对眼点拟微绿球藻生长的影响


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图4 双侧光照不同光照强度对三角褐指藻生长的影响

    由图1~图4可以看出,单侧光照时,300 μmol·m-2·s-1光照强度下培养的眼点拟微绿球藻的生物量一直高于150 μmol·m-2·s-1;三角褐指藻与眼点拟微绿球藻不同,300 μmol·m-2·s-1光照强度下培养前10 d的生物量都高于150 μmol·m-2·s-1,但到第16 d时生物量无明显差异(P>005)。双侧光照时,眼点拟微绿球藻的生长情况与单侧光照结果相似, 整个培养过程中300 μmol·m-2·s-1光照强度的生物量一直高于150 μmol·m-2·s-1;而三角褐指藻的生物量在不同光照强度下无明显差异。由图1~图4还可以看出,眼点拟微绿球藻的生物量随光照强度的增加而升高,相同光照强度下单侧光照优于双侧,而三角褐指藻的生物量受光照强度及单、双侧光照的影响不明显。

    光照强度是影响藻类生长的重要因素,本研究结果证实眼点拟微绿球藻的生物量随光照强度的增加而升高,这与Rodolfi等[2]人和Fbregas等[4]人对拟微绿球藻的研究结果相似。本次实验中三角褐指藻的生物量受光照强度影响不明显,这一结果与Brown等[10]人对假女神海链藻(Thalassiosira pseudonana)的报道一致。

2.2 光照条件对眼点拟微绿球藻和三角褐指藻总脂含量的影响

    采用不同光照条件,测定两种藻在不同培养时间下的总脂含量,结果见图5~图8。由图5~图8可见,单侧光照,整个培养周期中,眼点拟微绿球藻和三角褐指藻在300 μmol·m-2·s-1光照强度下的总脂含量一直高于150 μmol·m-2·s-1,眼点拟微绿球藻在300 μmol·m-2·s-1光照强度下培养13 d时总脂含量最高,为5373%,16 d时下降为47.42%;三角褐指藻在150 μmol·m-2·s-1光照强度下培养13 d时总脂含量趋于最高,16 d时趋于稳定,为33.09%,在300 μmol·m-2·s-1光照强度下三角褐指藻的总脂含量一直处于上升状态,16 d时最高,为3732%。双侧光照时,在300 μmol·m-2·s-1光照强度下眼点拟微绿球藻的总脂含量在培养的前10 d明显高于150 μmol·m-2·s-1,从第13 d开始低于150 μmol·m-2·s-1;三角褐指藻的总脂含量与眼点拟微绿球藻的不同,300 μmol·m-2·s-1光照强度下的总脂含量一直高于150 μmol·m-2·s-1,在培养末期16 d时无明显差异,分别为43.11%与42.49%。

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图5 单侧光照不同光照强度对眼点

拟微绿球藻总脂含量的影响


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图6 单侧光照不同光照强度对三角褐

指藻总脂含量的影响


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图7 双侧光照不同光照强度对眼点

拟微绿球藻总脂含量的影响



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图8 双侧光照不同光照强度对三角褐

指藻总脂含量的影响

    微藻总脂含量的变化受诸多因素的影响,Fbregas等[4]人和Sukenik等[11]人的研究指出,拟微绿球藻在光限制条件下,总脂含量随光照强度的增强而下降,在光饱和条件下,其总脂含量随光照强度的增强而升高。本研究中眼点拟微绿球藻总脂含量与光照强度的关系与上述报道结果一致,即在一定光照强度下,眼点拟微绿球藻的总脂含量与光照强度呈正相关。

    本实验培养的三角褐指藻的总脂含量随光照强度的增强呈上升趋势,这种关系在海链藻和小新月菱形藻(Nitzschia closterium)中亦有相同表现[10,12]。三角褐指藻在培养的前4 d中各实验组的总脂含量无显著差异(P>0.05),这个结果与李文权等[6]人的报道相似。在培养后期三角褐指藻的总脂含量随光照强度的增强出现明显上升趋势,这些结果提示藻体总脂含量与光照强度和培养环境的氮素水平有很大关系。李文权等[6]人报道培养初期氮源充足时提高光照强度对三角褐指藻的总脂含量影响不大,随着培养时间的延长,三角褐指藻处于氮限制状态时,提高光照强度促进了三角褐指藻的脂肪代谢,总脂含量升高。

2.3 光照条件对眼点拟微绿球藻和三角褐指藻叶绿素a含量的影响

    图9~图12是不同光照条件下两种藻的叶绿素a含量。从图中可知,采用单侧光照时,两种藻叶绿素a含量的变化规律相似,在培养的前7 d两种光照强度下的叶绿素a含量相近,之后300 μmol·m-2·s-1光照强度的叶绿素a含量明显低于150 μmol·m-2·s-1。采用双侧光照时,眼点拟微绿球藻在前4 d 300 μmol·m-2·s-1光照强度下的叶绿素a含量与150 μmol·m-2·s-1基本接近,之后低于150 μmol·m-2·s-1;三角褐指藻在前4 d 300 μmol·m-2·s-1光照强度下的叶绿素a含量比150 μmol·m-2·s-1高,之后显著下降,明显低于150 μmol·m-2·s-1。

  已有文献[13]报道南极冰藻(Neochloris oleoabundans)的叶绿素a含量随氮浓度的降低而下降,Rodolfi等[2]人的研究也曾指出氮限制条件下,藻细胞的代谢合成途径向脂肪合成通道转移,总脂含量迅速升高。眼点拟微绿球藻和三角褐指藻的叶绿素a含量在整个培养周期中呈钟形曲线,与同期藻体的总脂含量相比表现出相同规律,即随着藻体叶绿素a含量的下降总脂含量明显升高。藻体叶绿素a与总脂含量主要受培养基氮素状态的影响,培养初期,氮素充足,藻细胞生长旺盛,培养液的叶绿素a含量较高。随着培养时间的延长,氮素逐渐出现缺乏,藻细胞的生长受到限制,此时细胞脂肪合成代谢加强,出现总脂含量升高的现象。 

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图9 单侧光照不同光照强度对眼点

拟微绿球藻叶绿素a含量的影响


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图10 单侧光照不同光照强度对三角褐

指藻叶绿素a含量的影响



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图11 双侧光照不同光照强度对眼点

拟微绿球藻叶绿素a含量的影响


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图12 双侧光照不同光照强度对三角褐

指藻叶绿素a含量的影响


2.4 不同光照条件下眼点拟微绿球藻和三角褐指藻的单位体积总脂产量

    两种藻培养16 d时单位体积总脂产量如表1所示。从表1中看出,眼点拟微绿球藻在300 μmol·m-2·s-1单侧光照下的单位体积总脂产量最高,为279.78 mg/(L·d),明显高于其他光照条件;采用150 μmol·m-2·s-1的光照条件,在双侧光照下眼点拟微绿球藻的单位体积总脂产量比单侧光照高,而在300 μmol·m-2·s-1的光照下单侧光照优于双侧。三角褐指藻在双侧光照下单位体积总脂产量明显高于单侧光照,在150 μmol·m-2·s-1和300 μmol·m-2·s-1两种光照强度下,其单位体积总脂产量无明显差异,分别是140.22 mg/(L·d),137.95 mg/(L·d)。

表1 两种藻不同光照条件下单位体积总脂产量

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3 结 论

    单位体积总脂产量是评价利用微藻开发生物质能可行性的重要参数。本研究表明,眼点拟微绿球藻在单侧光照、光照强度300 μmol·m-2·s-1时,可获得最大单位体积总脂产量,为三角褐指藻的1.96倍,可作为一种较有潜力的能源微藻进行开发研究。

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