全 文 ：小头端菱形藻生长的最适光照强度及氮磷比
晏 妮1，胡晓红2，陈 椽1* (1．贵州师范大学生命科学学院，贵州贵阳 550001;2．贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州贵阳 55001)
摘要 ［目的］为进一步探索小头端菱形藻(Nitzschia capitellata Hust．)作为优质饵料、生物能源的潜能，在室内条件下对小头端菱形藻
生长的最适光照强度、氮磷比等培养条件进行研究。［方法］首先设定不同光照度梯度，在相同营养、温度(25 ± 1)℃以及光周期(12 h /
12 d)下进行培养，筛选得出最适光照强度，其次将氮磷比设置为 5∶ 1、6∶ 1、7∶ 1和 8∶ 1，置于相同条件进行培养。［结果］在 3 000 lx的光
照度下，小头端菱形藻的藻比增殖率和现存量最高，分别为 0． 51 d －1和 7． 97 × 104 cells /ml。在氮磷比为 6∶ 1条件下，小头端菱形藻生长
最佳。［结论］小头端菱形藻的最适光照度为 3 000 lx，最适氮磷比为 6∶ 1。
关键词 小头端菱形藻;光照强度;比增殖率;现存量;氮磷比
中图分类号 S932． 7 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2013)28 －11266 －03
Optimal Light Intensity and N/P of Nitzschia capitellata Hust．
YAN Ni et al (Institute of Life Science，Guizhou Normal University，Guiyang，Guizhou 550001)
Abstract ［Objective］In order to further study the potential of Nitzschia capitellata Hust． as the bait and bio-energy，the culture condition of
light intensity and N/P were studied in laboratory． ［Method］The alga was cultured in the optimal nutritional condition of temperature 25 ±1℃，
light /dark periods of 12 /12 hours and different light intensity． Then，according to the screen result，N/P 5∶1，6∶1，7∶1 and 8∶1 was designed．
［Ｒesult］There were the maximal specific growth rate and cell density under 3 000 lx，which was 0． 51 d －1and 7． 97 ×104 cells /ml，respectively．
The algae grew best under N /P =6∶1． ［Conclusion］3 000 lx was the optimal light intensity of Nitzschia capitellata，and the most suitable N /P
was 6∶1．
Key words Nitzschia capitellata;Light intensity;Specific growth rate;Cell density;N/P
基金项目 贵州省科学技术基金(黔科合 J字(2010)2067 号)。
作者简介 晏妮(1981 － )，女，贵州贵阳人，副教授，从事植物学、水域
生态学方面的研究，E-mail:yandy600@ sohu． com。* 通讯作
者，教授，从事植物学、水域生态学方面的研究，E-mail:
cchuan66@ 163． com。
收稿日期 2013-08-28
光对植物生长和发育的重要性不言而喻。除了作为光合
作用能源外，光控制植物(包括藻类)的一系列发育过程即光
形态建成［1］。藻类的许多发育过程如营养、生殖结构的形成等
受光的影响。除光照外，在众多环境因素中，氮、磷 2种元素被
认为是影响藻类生长的重要限制因子。氮和磷的作用是相互
影响的。不同的藻类对氮磷的需求量不同。目前，已有很多单
细胞绿藻(如小球藻属)和甲藻的研究资料，但对淡水和海洋
中的重要浮游植物———硅藻仍缺少研究［2］。浮游硅藻作为一
类重要的微藻，其营养丰富，易被消化，是滤食性动物的重要天
然饵料［3］，尤其菱形藻属(Nitzschia)中许多种类是水产养殖上
具有较大经济价值的优良藻种［4 －5］。同时，硅藻门微藻因其藻
体细胞内较高的脂肪含量，被认为是最有可能实现产业化生产
油脂的藻种之一［6］。
目前记录菱形藻属全世界共有 350 种，我国有 76 种以
上，但现阶段国内对该属的研究仅局限在少数种类上，如亚
历山大菱形藻(Nitzschia Alexandria)、新月菱形藻(Nitzchiace-
ae closterium)、谷皮菱形藻(Nitzschia plea)等［7 －11］。小头端菱
形藻(Nitzschis capitellata Hust)是硅藻门(Bacillariophyta)菱
形藻属(Nitzschia)的一种淡水单细胞硅藻。据研究，小头端
菱形藻的总脂含量为 9． 25%，主要脂肪酸成分是豆蔻酸
(C14:0)、软脂酸(C16:0)、棕榈油酸(C16:1)、油酸(C18:1)、
亚油酸(C18:2)和十八碳四烯酸(C18:4)，不饱和脂肪酸含
量占总脂肪酸含量的 63%以上［12］。虽然总脂含量低于海洋
硅藻的平均值 22． 7%［13］，但高于林学政等［14］对几种淡水硅
藻的测得值，且小头端菱形藻生长周期短，生物量高。因此，
基于近年来大力发展淡水水产养殖事业以及能源匮乏，对淡
水水域中新分离到的小头端菱形藻培养条件的研究具有重
要意义，旨在进一步探索其作为优质饵料的获得以及淡水生
物能源开发利用的潜在应用价值。
1 材料与方法
1． 1 小头端菱形藻的培养 供试基础培养基为 D1 培养基。
试验中使用的玻璃器皿均严格洗涤，并高压灭菌锅(1 kg /cm
和121 ℃)灭菌30 min。光源为白色日光灯，实验瓶为250 ml
锥形瓶，内装约 100 ml培养液。
1． 2 光照梯度的设置 据文献研究，硅藻适宜的光强范围
为 1 000 ～ 5 000 lx［15］。设置光照的梯度为 1 000、2 000、
2 500、3 000、4 000、5 000 lx。在同一层玻璃板上，两侧照光，
用不同灯管调节各系列的不同光照度，各处理间用黑纸隔成
锥形瓶大小和高低的小室，防止相邻的光照之间的影响。每
天用照度计(上海嘉定学联仪器厂 JIB IA)测定每个实验瓶
的实际光照度。接种初始藻密度为 103 cells /ml。每个光照
度系列 3个重复，培养温度(25 ± 1)℃，光暗周期 12 h /12 h，
隔 3 h移动实验瓶位置并摇动。
1． 3 氮磷比的设置 参照《内陆水域渔业自然资源调查规
范 ＜水生生物调查 ＞》，将饥饿的供试母液充分混合后按密
度分别接入氮磷比 5∶ 1、6∶ 1、7∶ 1、8∶ 1的培养液中进行培养。
同时，增加一组对照，即氮磷比 0∶ 0。培养体积为 100 ml。每
个处理设 3次重复。
1． 4 测定方法 种群增长的测定采用细胞视野计数法。自
接种次日起，每日上午 10:00 取样，取样前先将锥形瓶中的
藻液摇匀，用无菌吸管吸取 1 ml藻类培养液，移至试管中，振
荡后吸取 0． 1 ml 到 0． 1 ml 微藻计数板上。整个取样过程都
是在无菌条件下进行。在双目显微镜下进行细胞计数，多次
计数，取平均值。绘制藻细胞生长曲线示意图。
责任编辑 刘月娟 责任校对 卢瑶安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2013，41(28):11266 － 11268
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2013.28.002
藻细胞增长率(藻比增长率)为:
μ = ln(Xn /Xn －1)/(tn － tn －1)
式中，Xn当天的细胞数值;Xn －1为前 1 天的细胞数值;tn 为对
应于 Xn 的培养时间，d;tn －1为对应于 Xn －1的培养时间，d。计
算生长期内的藻类比增长率的平均值，单位为 d －1［16］作为藻
类在某一条件下增长率的估计值。
现存量为:
X =(A /AC)/V* (n /m)
［17 －19］
式中，X为每毫升培养液中浮游植物的个体数或细胞;A为计
数框面积(mm2);AC 为视野面积(mm
2);V为计数框体积;n
为计数所得的浮游植物的个体数或细胞数;m为视野数。计
算最大现存量的平均值，并且对每组数据进行分析。
2 结果与分析
2． 1 不同光照强度下小头端菱形藻藻比增长率 由图 1、2
可知，光照对小头端菱形藻生长具有一定的影响。在 1 000
～3 000 lx的光照度范围内，小头端菱形的 μ 值随着光照度
的加强而增加，特别在光强为 3 000 lx的条件下，小头端菱形
生长迅速，且状态良好，μ 值达到最大值(即 μmax)，细胞密
度最大，分别为 0． 51d －1和 7． 97 ×104 cells /ml，明显高于其他
光照度系列;当光照度超过 3 000 lx时，μ值逐渐下降。
在小头端菱形藻的培养中，细胞浓度、基质浓度均不断发
生变化，细胞生长过程经历延迟期、指数生长期、稳定期和衰亡
期等阶段。在低光强(1 000 lx)下，由于光照不足，小头端菱形
藻经过 2 d的适应才能进入对数期，生长缓慢且指数期长，培
养 4 d 的藻细胞密度仅为 3． 75 × 104 cells /ml。而在光强为
3 000 lx时，小头端菱形藻对数期缩短，4 d后进入稳定期，藻细
胞密度为1 000 lx条件下的2． 1倍，在入射光强为3 000 lx的条
件下最大，生长速率为1 000 lx条件下的3倍。在1 000 ～3 000
lx光照范围内，随着光照强度的增加，单位细胞吸收光能增加，
光合作用速度加快，细胞分裂速度增加，生长旺盛。在光强为
3 000 ～6 000 lx时，随着光强的增加，藻类的收获量逐渐下降。
可见，藻类对光照强度有一个饱和范围，即饱和光照强度。在
该强度内，随着光强的增加，藻类的生长速率加快;当超过该强
度时，藻类的光合速率反而减弱或停止。严美娇等［20］研究表
明，当光照周期为12 h∶ 12 h时，在光照强度为500、1 000、3 000、
5 000、7 000 lx的 5个梯度组中，光照强度为 5 000 lx时小球藻
(Chlorella sp．)、斜生栅藻生长速率最大。刘青等［21］指出，小球
藻、湛江等鞭金藻(Isochrysis zhanjiangensis)、青岛大扁藻
(Platymonas helgolandica)和绿色杜氏藻(Dunaliella viridis)25
℃时的最适照度为 5 000 lx。该试验也证实了光强对藻的生长
速率的影响，即并非光强越大藻的生长就越好，而是有一个限
度，超过这个限度，藻类的生长受到抑制。在该试验条件下，小
头端菱形藻在光照强度为1 000 lx时，其生长速度相对较慢，但
没有出现失色死亡的迹象，可见 1 000 lx并不是该藻所要求光
照强度的下限。在光强为 5 000 lx时，小头端菱形藻光合功能
下降，生长速率减慢明显，但并没有完全光抑制现象，可见
5 000 lx不是该藻的上限。1 000 ～5 000 lx只是该藻所要求的
光照强度的中间区段，说明该藻对光强具有广泛的适应性。这
是一个非常优良的性状。其中，3 000 lx是其最适生长光照。
图 1 不同光照强度下小头端菱形藻的生长曲线
图 2 不同光照强度下小头端菱形藻的比增长率
2． 2 3 000 lx光照下小头端菱形藻的最适氮磷比 有研究
表明，植物体体内氮磷比约 7∶ 1，在生产力很高的自然水体中
氮磷比可达 8以上，但针对浮游硅藻的吸收特点，控制适当
的氮磷比，以(6 ～ 7)∶ 1为宜［22］。在温度为(25 ± 1)℃，光照
周期为 12 h∶ 12 h，光照强度为 3 000 lx时，接种密度 1 × 103
cells /ml，设定氮磷比 5∶ 1、6∶ 1、7∶ 1和 8∶ 1来进行研究。
表 1 不同氮磷比下小头端菱形藻细胞密度的变化 ×104 cells /ml
天数
d
N /P
0∶ 0 5∶ 1 6∶ 1 7∶ 1 8∶ 1
1 0． 10 0． 23 0． 40 0． 40 0． 40
2 0． 40 0． 44 0． 50 0． 60 0． 70
3 0． 90 0． 95 1． 10 0． 70 1． 20
4 1． 70 1． 82 2． 00 2． 30 2． 60
5 2． 20 3． 20 6． 20 4． 50 5． 10
6 3． 40 6． 80 8． 80 7． 20 8． 00
7 5． 10 9． 40 13． 40 11． 60 11． 90
8 6． 70 11． 50 16． 70 14． 50 13． 60
9 8． 80 13． 70 18． 80 16． 30 15． 50
10 10． 20 14． 20 21． 10 18． 10 16． 30
11 8． 10 12． 30 20． 10 16． 10 14． 60
12 6． 60 9． 90 17． 90 15． 50 13． 20
由表 1可知，小头端菱形藻在 5∶ 1 ～8∶ 1 4个氮磷比梯度
的培养液中均能生长，且生长状况都明显优于对照组，试验
组与对照组的差异显著(P ＜0． 01)。培养前 3 d，试验各组该
藻生长较平缓，自第 4 天起便进入对数生长期，到达对数末
期时，N/P为 6∶ 1时小头端菱形藻的细胞个数最高，为 2． 9 ×
105 cells /ml，N/P为 5∶ 1时细胞个数最低，只有 1． 42 × 105
cells /ml。在 N/P为 7∶ 1、8∶ 1情况下，小头端菱形藻的细胞个
数介于 N/P =5∶ 1和 N/P =6∶ 1之间，N/P 7∶ 1与 N/P 8∶ 1 的 t
配对检验 t =1． 308，df = 11，P = 0． 217，显示这 2 组差异不显
7621141 卷 28 期 晏 妮等 小头端菱形藻生长的最适光照强度及氮磷比
著(P ＞0． 05)，但从整个生长周期来看，N/P为 7∶ 1时藻的细
胞密度高于 N/P为 8∶ 1。上述数据基本符合前人的研究结
论，即 N/P为(6∶ 1)～(7∶ 1)时，最适宜硅藻生长。再以生长
状况最优的 N/P 6∶ 1与其余各组相比，与 N/P 5∶ 1、N/P 7∶ 1、
N/P 8∶ 1的 t 配对检验分别为 t = 4． 003，df = 11，P = 0． 001;t
=4． 102，df = 11，P = 0． 002 和 t = 4． 297，df = 11，P = 0． 001。
结果表明，上述各组均与 N/P 6∶ 1组差异显著(P ＜ 0． 01)，小
头端菱形藻的最适氮磷比为 6∶ 1，此时对氮磷的利用效率
最高。
3 结论
(1)光照是影响藻类生长繁殖的重要生态因子之一，也
是其生长的主要能量来源。在一定 pH、温度和营养条件下，
光照强弱和时间长短对藻类的生长速率起至关重要的作
用［23 －24］。光照对试验藻种生长情况的影响因种而异。在适
当范围内，增加光照强度可使光合作用速度加快，超过饱和
光强后光合作用减弱甚至受抑制［25］，导致细胞生长缓慢甚
至死亡。研究还表明，小头端菱形藻最适生长的光照强度为
3 000 lx，在光照强度为 3 000 lx 下生长时生长速率最大，个
体数量最多。这为后期大规模培养获取饵料或生物质能奠
定理论基础。
(2)氮、磷是养殖水体中常见的限制初级生产力的营养
元素。氮和磷的作用是相互影响的。氮与磷的比值对藻类
的生长有较大的影响。该研究表明，小头端菱形藻在光照强
度为 3 000 lx下生长时小头端菱形藻最适的氮磷比为 6∶ 1。
这对合理、有效地控制该种硅藻生长，从而促进渔业的生产
具有重要意义。
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86211 安徽农业科学 2013 年