全 文 ：^ 海 洋 湖 沼 通 报年
硅浓度对筒柱藻 生苌 、 叶绿素荧光参数 、
总脂含量及脂肪酸组成的影响
梁 英“ ， 刁 永芳 、 田传远 、曹春晖
中 国 海洋大学海 水 养殖教育部重 点实验室 ， 山 东 青 岛
天 津科技 大学天津市海洋资 源 与化学重 点实 验室 ， 天津
摘 要 ： 本文 以底 栖破溪 筒柱漢 （ 为 实 验材料 ， 研 究 了 一 次 性培 养过 程 中 ， 不 同 桂 农
度即 、 、 和
对 藻 细 胞密 度 、 叶 绿素荧 光参数 、 叶 绿素含 量 、 总 脂含 量及 脂 肪酸 组成 的 影 响 。 结 果 表 明 ： 第
筒 柱藻 的 细胞 密度 随硅浓度 的增 加 而 增 加 ， 硅 浓度较 高的 、 和 处 理组的 细 胞密 度显 著 高
于硅 浓度较低的 、 和 处理 组的 细胞 密度 。 第 ， 处理 组 的 熒 光参数 的 最
大 光 能转换 效率 ） 的 潜在 活 性 ） 均 显著低于 其 它 处 理组 。 第 处 理组的 上 述荧 光
参数 均显 著 高 于 其 它 处 理组 。 第 和 处理 组 的 荧 光 参数 丨 的 实 际 光 能 转化 效
率 ） 和 相 对 电 子 传递 效 率 ） 均 显 著 低于 其 它 处 理组 ， 其 中 处 理组 的 上 述 荧 光参 数 最 低 ， 其 次是
处理组 。 筒柱 藻的 叶 绿素 含量 随 着硅 浓 度的 增 加而 增加 ， 到 处 理 组 叶 绿 素含 量 达 最 高值 ， 之后
叶绿 素含 量 下 降 ， 处理组 的 叶绿素含 量 最 高 ， 处理 组的 叶 绿 素 含量 最低 。 筒 柱 藻 的 总脂 含 量 随硅
浓 度的增 加 而 降 低 ， 处理组 的 总脂 含量最 高 ， 处 理组 的 总 脂含 量 最低 。 茼 柱 藻 的 主 要 脂 肪酸 是
： 「 、 ： 、 ： ：
： 化 和 ： 。 饱和 脂 肪酸含 量随 着硅 浓度 的
增 加而 降 低 ， 多 不饱和 脂肪酸含量随 着硅农度 的 增 加 而 增加 ，硅浓 度对单 不 饱和 脂 肪酸 的 影 响 差 异 不 显
箸 。 经 济价 值较 大 的 ： 和 ： 含 量 均在 和 处 理组达 到 最 高 值 。
关键 词 ： 筒柱 藻 ； 硅 浓度 ； 叶 绿素 荧 光 参数 ； 细胞 密 度 ； 总 脂含量 ； 脂 肪酸组成
中 图 分类号 文献标志码 ： 文章编 号 ：
弓
底栖硅藻是鲍鱼 、海胆等海珍品幼苗 的 重要饵料 。 底栖硅藻不 仅含有 丰 富 的营 养物质还 含有诱
导匍匐 动物幼苗附着和变 态 的物质 ， 因此底栖硅藻的密度和质量直接关系到匍匐 动物幼苗 的生 长速 度 和
成活率 。 筒柱藻 是单细胞 的底栖硅藻 ， 生 长速度快 、 营养 丰 富 ， 可作 为底栖动物
幼 苗 的饵料 。 此外 ， 筒柱 藻总脂含量较高 ， 可达干重的 ⑷ ， 且该藻 附壁性不 强 ， 在充气的 条
件下 可以按照培 养浮 游微藻 的方法进行培 养 ， 停止充气后藻体能很快下沉 ， 收获 容易 ， 可作为生物 柴油 的
生产原料 ， 国 内梁英 等 … 学者进行 了 较 多有 关筒柱藻 总脂含 量及脂肪酸组成的 工作 。 另一方面 ， 筒柱
藻对环境 中 的重 金属 （ 、 、 、 、 、 和 等 ） 含量变化敏感 ， 是底质环境监测 的理想生物 ， 国外
学者 等 ⑴ 及 国 内 学者梁君 荣等 … 对此进行 了报道 。 因此 ， 筒柱藻 在作为生 物饵料 、 生物 柴油 的
原料 以及环境监测生物方面都有较大 的开发利 用价值 。
硅是硅藻生长 繁殖的 必需 元素 ， 硅元 素参 与 硅 藻 硅 质 壳 的 形 成 、 光合 色 素 的 合 成 、 蛋 白质 的合成 、
的合成和 细胞分裂等多种代谢和 生长过程 ， 是 影响 底栖硅藻 生 长繁殖的 重要元 素之一 但 目 前
基金项 二 ”闻 家科 技支撑计划 （ 八 围家 自 然科卞 基金 （ ； ， 天汴 市海洋 资源 化乍 耽点实验宰 （ 大汴
科技大学 ） 幵放 金资 助项 目 （ 资 助
第一作 者简 介 ： 梁英 （ 女 ， 教授 ， 研究方 向 ： 微藻生理生化 ，
收稿 日 期 ：
DOI :10.13984/j.cnki.cn37-1141.2014.01.001
1 期 硅浓度对筒柱藻 生 长 、叶绿素 荧光参数 、总脂含 量 及脂肪 酸组成 的影响
尚未 见有 关硅浓 度对筒柱藻 生长 、 叶绿 素荧光及生化组成影 响的相关报道 。 本文 以 中 国海洋大学
微藻种质库保存的筒 柱藻 （ 为实验材料 ， 研究 了 不 同硅浓度对该藻细胞密度 、 叶绿素荧光特
性 、 叶绿素含量 、 总脂含量及脂肪酸组成 的影 响 ， 以期为该藻的开发利用提供参考 。
材料与方法
藻种及培养条件
实验所用筒柱藻 取 自 中 国海洋大学微藻 种质库 （ 编号是 。 藻种
培养 条件 ： 人工海水 ， 培养基 （ 即 培养基 的 倍 ） ， 盐度 、 温度 、连续充气 、连续光照 （ 光照强
度 。
实 验方法
实验在 的 聚碳酸酯 ） 三角 烧瓶中进行 ， 三 角 烧瓶预先用 高压灭菌锅 。 灭 菌 。
采用不添加硅的人工海水 ， 海水 于 瓶中高压灭菌 、 冷却曝气后备用 。 以 作为硅源 ， 除
硅浓度外 ， 其它营 养盐均采 用 培养基 的 营养盐 浓度 。 根据预实 验结果将硅浓 度分别设定为
、 〉 、 、 、 和 ， 即分
别 为 培养 基 中硅浓度 的 、 、 、 、 和 倍 。 每个硅浓度设 个平行组 。 实验时 ， 取处于指数生 长
期的藻细胞离心洗涤后作 为藻种进行实验 ， 向 每个 三 角 瓶加入培养液 ， 加人藻液 最终
体积为 起始接种密度为 。 除硅浓度外 ， 其它 培 养条件与 藻种 培养条件相同 ， 培养
周期 为 。
各个参数测定
每天定 时取样 ， 细胞密度用血球计数板测 定 。 叶绿素荧光各个参数 （凡 、 厂 、 、 成丁 和
用德 国 公 司生产 的 叶绿素荧光仪测定 。
在培 养末期取样 ， 按照文献 的 方法测定叶绿素含量 。
在培养末期 ， 用 滤膜过滤法收集藻液 ， 冷冻干燥 ， 采用改进 的 简称 法测 定其 总脂含
量 按照改进 的 和 〔 ° 的方法对干燥样品进行 甲 酯化 。
脂肪酸分析 ： 气相色谱仪 ， 质谱仪 （ 。 色谱柱 为
载气为高纯氦气 ， 流速 。 程序升温 ， 初温 ， 以 升至 并
保持 整个分析过程为 。 进样 口温度为 ： 。 进样量 ： 。 质谱 ： 离子源 ， 电离能量
， 离子源温度 ： 四极杆温度 ： 全扫描 （ 质量范围 ： 。 各个脂肪 酸的
质谱图通过检索 质谱图库获取 ， 脂肪酸的鉴定通过比较样品质谱图 与 图库 中标准质谱 图以 及比较
实验样品与标准样品各个脂肪酸 的出 峰时间来进行 。 各脂肪酸相对含量的确定采用面积归一化法计箅 。
数据处理
用 软件作图 。 用 软件分别进行单因子方差分析 、 多重 比较 以 及相关性分
析 。 表 示差异 显著 。
结果与分析
硅浓度对筒柱藻叶绿素荧光参数的影响
表示硅浓 度对筒柱藻叶绿素荧 光参数的影 响 ， 结 果 表明 ， 第 处 理组 的荧光参
数 的最大光 能转换效率 ） 和 的潜在 活性 ） 均显 著低于其它处理组 。 第 ，
处理组的 上述 荧 光参 数均 显著 高 于 其它处 理组 。 其它处理组 的 和 均较稳定且分别在
和 之 间变 动 。 第 和 处理组 的荧 光参数 《 的实际光能转
化效率 ） 和 相 对 电子传递效率 ）均 显著低于其它处理组 ， 其 中 处 理组 的上述荧光参数最低 ， 其
次是 处理组 。 第 、 、 和 处理组 的荧光参数 和 均 显著髙于其它处理
组 ， 且此 个处理组之 间差异不 显 著 。 硅浓 度对荧光参数 光化学淬灭 ） 的影响 差异不显著 ， 与 接种时
海 洋 湖 沼 通 报 年
相 比 ， 各处理组的 在第 均大 幅上 升 ， 第 均呈轻微下 降趋势 。
——
瞬
二
！
“
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： ；
培 养 时 间 丨 培 养 时 间 丨
— —
▼
— —
图 不词硅浓 度 对筒柱 藻 叶绿素 荧光 参数 、 、 、 、 及细胞密度 的 影 响
， ，
1 期 硅浓度 对筒柱藻 生 长 、叶绿 素荧光参数 、总 脂含 量及脂肪酸组 成的 影响
硅浓度 对筒柱藻细 胞密 度的影 响
硅浓度对筒柱 藻细胞密度 的 影 响 见图 。 单 因子方差分析结 果表 明 ， 硅浓 度对筒柱 藻 的细胞密
度有显著影 响 （ 。 培养结束 时 ， 、 、 、 、 、 处理组的细胞密度与接种时相 比增 加
的倍数依次 为 倍 。 第 ， 硅浓度较高的 、 和 处理
组 的细胞密度显 著高 于硅浓度 较低 的 、 和 处理组 的 细胞 密度 。 当 硅浓度为
范围 内 时 ， 细 胞密度 随着 硅浓 度的增加 而 增加 但 多重 比较结果表 明 ， 、 和 处理组之 间 的 细胞
密度差异不显著 。
硅浓度 对筒柱藻叶绿素 含量 和 总脂含 量的影 响
如 图 所示 ， 当硅浓度 为 时 ， 筒柱 藻 的 叶绿 素含量随着硅浓度 的增 加而增加 ； 当
硅浓度 为 时 ， 该藻的叶绿 素含量则随 肴硅浓 度的增加 而降低 。 处理组 的叶绿 素
含量最高 （ 处理组的叶绿素 含量最低 （ 叫 。
如 图 所示 ， 硅浓度在 范围 内时 ， 筒柱 藻 的总 脂含量随硅 浓度 的增加而降低 ，
处理组的总脂含量最高 （ ， 处理组的总脂含量最低 （ 〉 。
硅浓度 对筒柱 藻脂肪酸 组成 的影 响
硅浓 度对筒柱藻脂肪酸组成 的影 响见表 〗 ， 由 表 可 以 看 出 ， 筒柱 藻 的 主要脂肪 酸是 ：
：
、
： ： ：
和 ： 。 单因 子方差分析结果 表明 ， 硅浓 度对 ： ：
、
：
、
： 及 ： 含量 的影 响差异显著 （ 对 ： 含量 的影响 差 异不 显 著
。
： 以 及饱和脂肪 酸 总含量均随着硅浓度 的增加 而降低 ， 当 硅浓度 为 时上述脂肪酸 含
量最髙 ， 当硅浓度为 时达到最低值 ， 硅浓度 达到 时 ， 上述脂肪酸 含 量又
开始上升 。 硅 浓度对 ： 和 单不饱和 脂肪酸总含 量 的影 响 差异 不显 著 （ 〉 。 、
：
、
： 以及 多不饱和 脂肪 酸总含量均随着硅浓 度 的增加 而增 加 ， 当硅浓度 为
时上述脂肪酸 含量达 到最 高值 ， 硅浓 度达 到 时上述脂肪酸 含量 幵始下降 。 经济
价值较大的 ： 和 ： 含量均在硅浓度为 时达到最高值 。
硅浓度 硅浓度
图 不 同硅 浓 度 （ 简柱 藻 的叶绿 素含 撒 和总脂含量
2 2 海 洋 湖 沼 通 报 年
表 不 同 硅浓 度 下 筒柱藻的 主要脂肪酸组成 （ 占总 脂肪酸的百分 比
脂肪酸 硅浓度 （
：
：
！ ‘
‘
训
：
从它 （ ￡
讨 论
硅元素参与硅藻硅质壳 的形成 、 光合色素 的合成 、 蛋 白 质的合成 、 的合成 和 细胞分裂 等多 种代
谢和生长过程 ， 是影响底栖硅藻 生长繁殖 的重要元素之一 。 关于硅浓度对底栖硅藻生 长的影响 ， 不 同
学者得出 了 不 同 的结论 。 有些学者认为 ， 缺硅影响底 栖硅 藻 的生长 ， 例 如郭峰等 研究发现在缺硅 的条
件下矮小卵 形藻 （ 的生 长变慢 ， 其最适桂浓度 为 ， 而在缺桂 的条件下 亚历 山
大菱形藻 仍保持较高 的生长速率 。 李雅娟 等 发现咖 啡形双 眉 藻 （
“ ） 、 盾 卵形 藻小形变种 （ 和柔软舟形藻 （ 的
生长速率在缺硅 的情况下非常低 ， 随着硅浓度 的 升高迅速增加 ， 上述 种底栖硅藻 的最适硅 浓度都是
。 本实验结果表 明 ，缺硅 和低硅 （ 条件下筒柱 藻生 长缓慢 ， 硅浓度较高 （
的 、 和 处理组生 长较快 ， 筒柱藻生 长的最适硅浓度 为 ， 与 以上学
者对其它底栖硅 藻的研究结果有较大差异 。 这些差异 主要是 由 于 藻种 及 培养 条件 的不 同 造成的 ， 例 如 ，
本实验是在 的 三角烧瓶 中培养筒 柱藻 ， 培养时 间是 ， 而郭 峰等 是 在 每孔 容量 的加
盖有机塑料 孔板 中培养矮小 卵形 藻 和亚历 山 大 菱形 藻 ， 培养 时 间 为 ， 培养 条 件有较大 差异 。 有关
硅元素对底栖硅藻生长 的影响 ， 还有些研究认为 ， 缺 硅对 底栖硅 藻 的 生长 没有 影 响 ， 马 志珍 用 自 然 海
水培养底栖舟形藻 （ 时发现 ， 即使不 加硅盐该藻仍能较好生 长 。 大 贝 政治 等… 发现 ， 用不
含 硅的人工海水培养底栖硅藻卵 形藻 “ 时 ， 对其生 长 的抑制 作用 很小 。 但上述实验都是 采
用玻璃器皿来培养底栖硅藻 ， 实验过程中难免有 来 自 玻璃 中 的硅酸盐污 染 ， 从而 影 响实验结果 。 由 此可
见 ， 硅浓度对底栖硅藻生长的影 响 以及每种藻最适硅浓度 的差异 主要是 由 于藻种 以及培养 条件 的不 同引
起的 。
1 期 硅浓度对筒柱藻 生长 、叶 绿索 荧光参数 、 总脂 含 量及脂肪酸组成的 影响
叶绿素荧光是研究光合作用 的 良 好探针 焚光参数 。 分别表示 的最大光能转化效
率和 的潜在 活性 。 本实验结果表 明 ， 在整个培养周 期 内 ， 处理组 （ 的 荧光 参数
均显著低于其它处理组 ， 但是随着培养时间 的延长 ， 这两个参数的值逐步增加 ， 到培 养结
束时 ， 与其它处理组的差距缩小 。 说明筒柱藻在 高硅条 件下 ， 光合作用受 到抑制 ， 卡尔文循环速率降低 ，
进 而使光合效率下 降 ， 随 着硅的 不断 消 耗抑 制 作 用逐步减 小 ， 光 合效 率提 高 。 缺硅 （ 和 低 硅
处理组荧光参数 尸 和 厂 尸。 的值在整个培养周期 中 ， 随着培 养时间 的延长缓慢上升 ， 说
明缺硅和 低硅处理虽然对筒柱藻 的生长产 生抑制 ，但对筒柱藻 的光合活性没有影响 。 荧光参数 和
分别表示相对电子传递效率和 的实 际光能转化效率 ， 第 硅浓度较高 的 和 处理
组的 和 均低于其它处理组且 处理组最低 ， 说明高 硅造成筒柱藻 受体 大部分
不能被氧化而处于还原状态 严重阻碍 了 电子传递 ， 电子传递速 率下降 ， 从而影 响 对碳的 固定 与 同
化 ，使 和 较低 。 是光化学淬灭 ， 反映 了 反应 中心 开放的 比例 及 天 线色 素 吸收 的 光
能用 于光化学电子传递的份额 ’ ， 硅浓度对该参数没有显著影响 ， 与接种 时相 比 ， 各处理组 的 在第
均大幅上升 ， 第 均呈轻微下降趋势 ，说明 中反应 中心开放 的 比例及 用 于 光化学电 子传
递的光能份额先上升后轻微下降 。
硅浓度对底栖硅藻的 叶绿素含量也有显著影 响 ， 曾艳艺等 发现硅酸盐浓度在 范围
内条纹小环藻 （ 加 叶绿素 含量随着硅浓度 的增加而增加 。 本研究发现筒柱藻在硅浓度
为 围 内 叶绿素含量随硅浓度 的 增加 而增加 ， 与 曾 艳艺的研究结 果一
致 。 硅酸盐 可促进叶绿素的合成 、
硅浓度对底栖硅藻 的总脂含量也有影响 ， 李荷 芳等 认为 硅的加 人使小球藻 的 总
脂含量下降 。 土 等 得出不加人硅酸盐可使小环藻 （ 总脂含 量轻微增加 。 本
实验结果表 明 ， 筒柱 藻的总脂含量随着硅浓 度的增 加而降低 ， 缺硅处理组 的总脂含量最高 ， 与 以 上 两位学
者 的研究结 果一致 。 但陈昱等 认为 缺硅对三角 褐指藻 訓 ） 油 脂积 累影响 不
显著 。
有关硅对微藻 脂肪酸组成影 响 的报道较 少 ， 报道 了 硅 限制 对小环藻
脂肪酸组成的影 响 ， 其 中饱和脂肪酸及单不饱和脂肪酸 的 比例明显升 高 。 本研究结果 表 明 ， 饱和脂肪
酸含 量随着 硅浓度 的增加 而降低 ， 即硅浓度较低情况下饱和 脂肪酸 含量较 高 ， 与 的结果 一
致 ， 多不饱和脂肪酸含量随着硅浓度的增加 而增加 ，但硅浓度对单不饱和脂肪酸的影响差异不显著 ， 不同
于 的研究结果 ， 这种差 异 可能是 由于藻种不同 引 起的 。
结 论
在本 实验条件下 ， 筒柱藻 在硅浓度为 时生长最快 ， 之后随着硅浓度的增加 ， 细胞密
度 没有显著增加 ， 缺硅或低硅抑 制筒柱藻 的生 长 。 高硅条件下该藻 的光合活性下降 ， 但缺硅或低硅 不影
响 其光合活性 。 该藻 的叶绿素含量随着硅浓度 的增加而增加 ， 到硅浓度 时达 到最高值 之 后
则 随着硅浓度 的增 加而降低 。 该藻总脂含量随硅浓度 的增加而降低 ， 缺硅处理组的 总脂含量最 高 ， 高硅
处 理组 （ 的总脂含量最低 。
筒柱藻 的主要脂肪酸是 ： 、 ： 、 ： 、 ： 、 ： 和 ： 。 饱和脂肪
酸 含量随着硅浓度 的增加而降低 ， 多不饱和脂肪 酸含 量随着硅 浓度的增 加 而增加 ， 砘 浓度 对单 饱 和脂
肪 酸 的影响差异 不显 著 ， 经 济 价值较 大 的 ： 和 ： 含 均在 和
处理组达到最高值 。
筒 柱藻具有生 长繁殖迅速 、 营养 丰富 、 油脂含量 高 、 容 易收 获等优点 ， 幵发 利 用潜 力 较大 。 不同硅 浓
度 对该藻的生 长速度 、 光合活性 、特别 是脂肪酸组成 等指标都有较 大影响 ， 在应用 中 ， 可 以 根 据对筒柱 藻
各项指标的实 际需要找 出 最佳的培养 条件及 培养工 艺 ， 加快筒柱藻 的开 发利用 。
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参考文 献
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