全 文 ： 50 海洋科学 / 2014年 / 第 38卷 / 第 4期
温度和光径对微绿球藻生长及营养成分含量的影响
杜晓凤, 邹 宁, 孙东红, 常 林, 赵 萍
(鲁东大学 生命科学学院, 山东 烟台 264025)
摘要: 研究了温度和光生物反应器的光径对微绿球藻(Nannochloropsis oculata Hibberd)生长及细胞内
几种营养成分含量的影响。结果表明, 温度对微绿球藻的生长有显著影响(P<0.05), 对几种营养成分的
含量有极显著影响(P<0.01), 在 28℃的培养条件下 , 细胞生长速度最快 , 此时蛋白质含量最高 , 为
5.66%, 多糖含量最低, 仅为 1.47%, 但最大生物产量却是在 30℃的条件下获得, 总脂与叶绿素 a 的含
量随温度的升高而降低, 类胡萝卜素含量随温度升高而增大。光生物反应器的光径对微绿球藻的生长
和总脂、可溶性蛋白、色素的含量有极显著影响(P<0.01), 对多糖含量有显著影响(P<0.05), 比生长速
率、最高细胞密度和单位体积产量均随光径的增大而减小, 单位面积产量随光径的增大而增大; 总脂、
可溶性蛋白和多糖的含量随光径的增大而降低, 叶绿素和类胡萝卜素含量随光径增大而增大, 类胡萝
卜素含量的增大趋势比叶绿素更明显。
关键词: 微绿球藻(Nannochloropsis oculata Hibberd); 温度; 光径; 蛋白质; 多糖; 总脂; 色素
中图分类号: Q949.2 文献标识码: A 文章编号: 1000-3096(2014)04-0050-05
doi: 10.11759/hykx20120419002
微绿球藻是一种海洋单胞藻 , 呈球形 , 其细胞
壁极薄, 易于消化吸收, 加上其易培养、繁殖迅速、
营养丰富等特点, 是泥蚶、蟹、虾等幼苗及轮虫的优
良饵料, 在水产养殖中应用较为广泛。微绿球藻细胞
含有极丰富的二十碳五烯酸(EPA)、蛋白质、多糖等
物质, 是健康食品和药品的重要资源之一[1]。
目前国内外对微绿球藻的研究多集中在藻的培养
工艺[2-3]、分子系统学[4]及环境因子对脂肪酸组成及含
量[5-7]的影响等方面, 对其培养条件的研究多集中在光
照[8]、温度[6, 9-10]、氮源及氮浓度[11-14]、pH[15]等方面。
本研究所用反应器为自行研制的气升式平板光生物反
应器, 与传统反应器相比, 能有效防止污染, 实现高密
度纯种培养, 还可以增加光照面积, 提高光能利用率。
作者旨在研究温度和反应器的光径对微绿球藻生长状
况的影响, 并分析了各营养成分的含量, 为今后平板光
生物反应器的应用及微绿球藻的培养研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 实验材料
微绿球藻(Nannochloropsis oculata Hibberd)藻种
由鲁东大学生命科学学院藻类研究所提供。
1.2 培养方法及培养条件
采用气升式平板光生物反应器, 反应器底部安
装由玻璃条固定的多孔通气管, 向反应器内通入空气。
将反应器和通气管洗净, 加满自来水, 然后按 1 mL/L
的量加入次氯酸, 灭菌 24 h后, 将自来水倒出, 加入
灭菌的培养基和海水, 培养所用海水取自自然海水,
过滤灭菌后使用, 培养基配方参见邹宁等[16]。同时接
入相同的藻种, 控制接入后的藻种密度相同或接近,
同时在自然光、室温下进行培养, 培养基的初始 pH
为 8.0。
1.3 实验方法
1.3.1 实验梯度设置
温度对微绿球藻影响: 选用光径为 5cm 的反应
器 , 用碘钨灯做光源 , 控制光照强度约为 5000 lx,
光周期 L: D为 10:14, 在碘钨灯与反应器之间放置加
满水的空白反应器降温, 控制温度梯度为: 20、25、
28、30、32℃, 每组设置 3个平行。
光径对微绿球藻的影响: 选取光径分别为 5、
10、15、20cm且长度和高度均相同的 4组反应器, 每
组 3个平行, 培养过程测得光照强度为: 1300~31000 lx,
白天温度为 23~30℃。

收稿日期: 2013-06-12; 修回日期: 2014-02-18
作者简介: 杜晓凤(1985-), 女, 山东临沂人, 硕士研究生, 研究方向:
藻类细胞培养及活性物质的提取, 电话: 15589528961, E-mail: efeng
000999@163.com; 邹宁, 通信作者, E-mail: ningzou76@126.com
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1.3.2 生长测定方法
每天上午 9: 00~10: 00取样, 用紫外分光光度计
测定藻液在波长 660 nm处的吸光值, 用血球计数板
计数细胞密度。生长计算公式为 : 比生长速率μ=
(lnN2−lnN1)/(t2–t1)[17], 其中其中 N2 为试验刚进入稳
定期的细胞数目, N1 为试验刚进入对数期的细胞数
目, t2为试验刚进入稳定期的时间, t1为试验刚进入对
数期的时间。
1.3.3 微藻的采收
采收处于稳定期的藻液 , 用大型离心机离心 ,
3 000 r/min离心 30 min, 藻泥用去离子水洗 2~3次,
一部分制成藻泥于冰箱中冷藏保存, 用于测定色素
含量; 一部分于电热鼓风干燥箱中 65℃烘干至恒重,
将烘干的藻粉置于干燥皿中待用。
1.3.4 总脂含量的测定
准确称取 0.15g±0.01g 藻粉于具塞试管中, 加
入 1 mL 蒸馏水, 在混匀器上混匀后, 置于–20℃冰
箱中反复冻融 3 次。加入 5mL 工业酒精, 混匀后在
室温下提取 3 h, 将上清液移入离心管中, 加入适量
高效活性白土, 于摇床上充分摇匀脱色, 6000 r/min
离心 5 min, 收集上清于恒重的称量瓶中, 残渣返回
试管内重复提取 2次, 合并上清, 将上清于旋转蒸发
仪中去除提取剂, 称质量, 计算油脂含量。
油脂含量=(油脂质量/藻粉质量)×100%
1.3.5 可溶性蛋白含量的测定
准确称取 0.15g±0.01g 藻粉于 5mL 离心管中,
加入 2 mL 蒸馏水, 在混匀器上混匀后, 置于−20℃
冰箱中反复冻融 3次, 再加入 2 mL蒸馏水, 离心收
集上清, 残渣加适量蒸馏水重复离心, 合并上清液,
定容到 50 mL, 每组采用 3个平行。采用考马斯亮蓝
法测定蛋白含量[18]。
1.3.6 可溶性多糖含量的测定
准确称取 0.15 g±0.01 g藻粉于 5 mL离心管中,
加入 2 mL 蒸馏水, 在快速混匀器上混匀后, 置于
–20℃冰箱中反复冻融 3次, 再加入 2 mL蒸馏水, 离
心收集上清 ; 残渣加适量蒸馏水 , 于沸水浴中加热
3 h, 离心收集上清。合并上清液并定容到 50mL, 每
组采用 3个平行。采用蒽酮法测定多糖的含量[19]。
1.3.7 色素含量的测定
准确称取 0.15 g±0.01 g藻粉于具塞试管中, 加
入 1 mL 蒸馏水, 在混匀器上混匀后, 置于−20℃冰
箱中反复冻融 3 次。加入 5 mL80%的丙酮, 混匀后
置于 4℃冰箱内提取 3 h以上, 上清倒入 5 mL离心管
中离心 , 取上清 ; 残渣倒入原试管中 , 再加 5 mL
80%丙酮提取 3h 以上, 离心合并上清, 于 25 mL 容
量瓶中定容。用 Arnon法测定色素含量[20]。
1.3.8 数据处理
实验数据采用 SPSS16.0 软件进行分析 , 以
P<0.05为显著性差异, 以 P<0.01为极显著差异。
2 结果与分析
2.1 温度对微绿球藻生长及营养成分含量
的影响
2.1.1 温度对微绿球藻生长的影响
温度对微绿球藻的生长有显著影响 (P<0.05),
如表 1所示 , 在适宜的温度条件下 , 微绿球藻生长
迅速 , 30℃实验组的比生长速率最高 , 其次为 28℃
和 32℃实验组 , 3 组间差异不显著 ; 最高细胞密度
随温度的升高先升高后降低 , 30℃实验组最高 ,
32℃实验组次之 , 2 组间差异不显著。单位面积产
量和单位体积产量都随温度的升高先升高后降低 ,
在 30℃时达到最高 , 最高值分别为 1.988 g/(m2·d)
和 39.598 mg/(m2·d), 这与比生长速率 μ和最高细胞
密度的变化趋势一致。可粗略得出微绿球藻的最适
生长温度为 28~32℃。
2.1.2 温度对微绿球藻营养成分含量的影响
温度是影响微藻脂肪含量的重要因子之一, 温
度降低时藻细胞内不饱和脂肪酸含量增加, 饱和脂
肪酸含量减小[10, 21]。温度对总脂含量有极显著影响
(P<0.01), 由表 2 可以看出, 在 20~32℃的温度范围

表 1 温度对微绿球藻生长的影响
Tab.1 Effect of temperature on the growth rate of N. oculata
温度(℃) 比生长速率 μ 最高细胞密度(×107个 /mL) 单位面积产量(g/(m2·d)) 单位体积产量(mg/(L·d))
20 0.095±0.005 a 6.063±0.034 a 1.517±0.092 a 30.451±1.164 a
25 0.101±0.004 a 6.125±0.024 a 1.640±0.061 b 32.569±0.942 b
28 0.169±0.005 b 6.210±0.031 b 1.694±0.077 c 33.677±1.836 c
30 0.241±0.006 b 6.475±0.023 c 1.988±0.074 d 39.598±1.009 d
32 0.143±0.006 b 6.420±0.019 c 1.768±0.078 e 35.158±1.651 e
注: 表中同列不同字母表示差异显著(P<0.05), 以下表同
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表 2 温度对微绿球藻可溶性蛋白、多糖、色素含量的影响
Tab.2 Effect of temperature on the lipid, soluble protein, polysaccharide and pigments contents of N. oculata
温度(℃) 总脂(%) 可溶性蛋白(%) 多糖(%) 叶绿素 a(%) 类胡萝卜素(%)
20 34.72±0.664 a 1.64±0.121 a 3.47±0.267 a 0.43±0.055 a 0.52±0.033 a
25 30.61±0.927 b 3.80±0.166 b 2.94±0.136 b 0.28±0.025 b 0.80±0.046 b
28 27.09±0.379 c 5.66±0.178 c 1.47±0.122 c 0.21±0.037 c 0.86±0.025 b
30 24.28±0.827 d 2.81±0.122 d 1.81±0.104 d 0.19±0.021 c 0.97±0.051 c
32 10.84±1.335 e 1.97±0.137 e 3.81±0.171 e 0.09±0.029 d 1.27±0.036 d

内 , 随着温度的升高 , 微绿球藻细胞内的总脂含量
呈下降趋势。James等[22]报道微绿球藻在 35℃下生长
时, EPA的含量比在 25℃和 30℃时减少 4%; 温度对
可溶性蛋白和多糖含量有极显著影响(P<0.01), 随着
温度的升高, 可溶性蛋白含量先升高后降低, 在 28
℃条件下达到最高值 , 与此相反 , 多糖含量先下降
后升高, 在 28℃条件下达到最低。可能是由于在适
宜的温度条件下 , 细胞生长迅速 , 合成了大量的蛋
白, 此时消耗大量的能量, 造成多糖含量减小; 温度
对微绿球藻叶绿素和类胡萝卜素的含量有极显著影
响(P<0.01), 叶绿素含量随着温度的升高而减小, 类
胡萝卜素的含量随着温度的升高而增大。
2.2 反应器的光径对微绿球藻生长及营养
成分含量的影响
2.2.1 光径对微绿球藻生长的影响
采用光生物反应器对微绿球藻进行高密度培养,
通过实验得出, 反应器的光径对微绿球藻生长的影
响如表 3所示。
通过方差分析和多重比较可知, 反应器的光径
对微绿球藻生长的影响极显著(P<0.01)。微绿球藻在
5~20 cm的光径范围内均能正常生长, 细胞密度与光
径成反比。光径越大, 反应器内部的细胞接受到的有
效光源越少 , 不能充分的进行光合作用 , 光合产物
少, 细胞生长慢。
如表 1 所示, 比生长速率与最高细胞密度均与
光径成反比。反应器的光径越小, 细胞的生长速率越
高[23]。随着光径的增大, 单位面积产量几乎呈直线上
升, 从 5 cm的 1.931 g/(m2·d)上升到 20 cm的 3.354 g/
(m2·d)。与此相反, 单位体积产量随着光径的增大而
降低, 从 5 cm 的 38.611 mg/(L·d)下降到 20 cm 的
17.272 mg/(L·d), 单位体积产量降了 2倍多。
2.2.2 光径对微绿球藻细胞中营养成分含量的影响
光径对油脂积累有极显著影响(P< 0.01), 由表 4
可以看出, 微绿球藻细胞内总脂含量与光径成反比,
5 cm光径实验组的总脂含量显著高于其他组。在短
光径平板反应器中培养微绿球藻 , 可以大幅提高
EPA 的含量[24]。光径对可溶性蛋白含量有极显著影
响(P<0.01), 对多糖含量有显著影响(P< 0.05), 可溶
性蛋白和多糖含量均随着光径的增大而减小, 可知
短光径的光生物反应器, 不仅有利于增大细胞密度,
还有利于有机物物质的积累。光径对微绿球藻叶绿
素和类胡萝卜素的含量有极显著影响(P<0.01), 叶绿
素和类胡萝卜素的含量均随着光径的增大而增大。
在 5 cm和 10 cm光径条件下, 类胡萝卜素的含量高
于叶绿素的含量, 且光径越小, 高出的比例越大, 这
与 Zou[25]的研究结果一致; 在 15 cm和 20 cm的光径
条件下 , 叶绿素含量高于类胡萝卜素的含量 , 且光
径越大, 高出的比例越大。
3 结论
温度对微绿球藻的生长有显著影响, 反应器的
光径有极显著影响。微绿球藻只有在适宜的温度条
件下才能生长旺盛和积累有机物。而光径影响细胞
接受到的有效光源, 靠近光生物反应器表面区域内

表 3 光径对微绿球藻生长的影响
Tab.3 Effect of optical paths on the growth rate of N. oculata
光径(cm) 比生长速率 μ 最高细胞密度(×107个/mL) 单位面积产量(g/(m2·d)) 单位体积产量(mg/(L·d))
5 0.282±0.002 a 7.62±0.356 a 1.931±0.112 a 38.611±1.507 a
10 0.262±0.003 b 6.13±0.464 b 2.48±0.131 b 24.802±1.831 b
15 0.253±0.002 bc 5.16±0.366 c 3.038±0.143 c 20.252±1.703 c
20 0.251±0.002 c 3.90±0.325 d 3.454±0.105 d 17.272±1.405 d

Marine Sciences / Vol. 38, No. 4 / 2014 53
表 4 子光径对微绿球藻总脂、可溶性蛋白、多糖、色素含量的影响
Tab.4 Effect of optical paths on the lipid, soluble protein, polysaccharide and pigments contents of N. oculata
光径(cm) 总脂(%) 可溶性蛋白(%) 多糖(%) 叶绿素 a(%) 类胡萝卜素(%)
5 32.95±1.095 a 23.62±0.526 a 3.23±0.626 a 1.04±0.084 a 1.72±0.121 a
10 22.71±1.647 b 18.97±1.245 b 2.89±0.366 b 1.43±0.126 b 1.99±0.146 b
15 16.91±1.264 c 15.19±0.836 c 2.32±0.456 c 2.61±0.152 c 2.34±0.096 c
20 16.00±0.859 c 10.23±0.615 d 2.20±0.271 d 3.72±0.091 d 2.52±0.102 d

的藻细胞才能接受到有效的光源, 光径小的反应器,
表面积体积比大 , 光暗循环周期短 , 光合作用效率
高, 积累的蛋白质、多糖和总脂的含量高, 但较强光
照对色素有一定破坏作用 , 所以色素含量较低 ; 在
相同的表面积下, 藻细胞数目与反应器的光径成正
比, 所以单位面积产量随着光径的增大而增高[26-27]。
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Effect of temperature and optical path on growth rate and
accumulation of nutrients of Nannochloropsis sp.
DU Xiao-feng, ZOU Ning, SUN Dong-hong, CHANG Lin, ZHAO Ping
(College of Life Sciences, Ludong University, Yantai 264025, China)
Received: Jun., 12, 2013
Key words: Nannochloropsis sp.; temperature; optical path; protein; polysaccharide; lipid; pigments

Abstract: The effect of temperature and optical path of flat plate glass reactors on growth rate and organics con-
tents of Nannochloropsis sp. was investigated, using a range of optical paths from 5 to 20 cm. The results showed
that the temperature had a significant effect on the growth of Nannochloropsis (P<0.05), and a very significant ef-
fect on the contents of mutrients (P<0.01). The cell growth had a highest speed at 28℃, when the content of soluble
protein reached the maximum and that of polysaccharides reached the minimum. The biomass yield reached the
maximum at 30℃. The contents of lipid and chlorophyll decreased with the increase of temperature, while the con-
tent of carotenoid increased with the increase of temperature. The optical path of photobioreactors had a very sig-
nificant effect on the growth of Nannochloropsis (P<0.01). Specific growth rate, maximal cell density (107cell/mL)
and yield per unit volume (mg /(L·d) ) decreased with increase in optical path. Yield per unit area (g /(m2·d) ) in-
creased with increased optical path. The contents of lipid, soluble protein, and polysaccharides decreased with in-
creased optical path, but the contents of chlorophyll and carotenoid increased with increased optical path. The in-
crease trend of carotenoids was more obvious than that of chlorophyll. In summary, the optimal optical path deter-
mines the optimal culture density, as well as yield per unit volume and the productivity of organics. Under our con-
ditions the optimal optical path for culturing Nannochloropsis to accumulate lipid, protein and polysaccharide in plate
reactors was 5 cm, the optimal optical path for accumulating pigments was 20 cm.

(本文编辑: 梁德海)