全 文 ：第 22卷 第 3期 宁 波 大 学 学 报（理 工 版 ) Vol.22 No.3
2009年 9月 JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE ) Sept. 2009
文章编号: 1001-5132（2009）03-0326-06
氮、磷、铁对原绿球藻生长的影响
陆珠润, 蒋霞敏*, 陆艳晶
（宁波大学 应用海洋生物技术教育部重点实验室, 浙江 宁波 315211）
摘要: 通过单因子试验和正交实验方法研究了 N、P、Fe对原绿球藻生长的影响, 试验结果表明:
在单因子试验中, 不同形态 N、P、Fe及最佳形态 N、P、Fe的不同浓度对原绿球藻生长的影响
显著, 原绿球藻生长的最佳 N盐是 NH4Cl, 其最佳浓度为 20 mg·L-1; 最佳 P盐是 Na2HPO4, 其最
佳浓度为 1.0 mg·L-1; 最佳 Fe盐是 FeCl3, 其最佳浓度为 0.1 mg·L-1. 在正交试验中, 当 N的浓度
为 35 mg·L-1、P的浓度为 1 mg·L-1、Fe的浓度为 0.5 mg·L-1时, 原绿球藻生长最快.
关键词: 原绿球藻; 氮; 磷; 铁; 生长
中图分类号: Q949.22 文献标识码: A
原绿球藻(Prochlorococcus sp.)属于蓝藻门, 原
绿藻属, 早在 1988年由 Chisholm等在对北大西洋
和太平洋浮游植物进行研究时发现, 是一种极特
殊的海洋超微型放氧光合自养原核生物[1]. 原绿球
藻细胞极小, 约 0.6~0.7 μm, 其藻液大都呈蓝绿色,
繁殖方式为二分裂式, 横向分裂, 生长繁殖迅速[2].
原绿球藻的色素组成非常奇特, 是目前发现唯一
以二乙烯基叶绿素(divinyl-chloro-phyll a,b)作为主
要光合色素的野生型微藻[2]. 笔者通过单因子试验
以及正交试验, 研究 N、P、Fe 的不同形态及其最
佳形态的浓度组合对原绿球藻生长的影响, 以期
为原绿球藻的人工大规模培养提供理论依据.
1 材料和方法
1.1 材料
藻种由宁波大学生命科学与生物工程学院藻
种室提供, 试验前接种到 5 000 mL 三角烧瓶中进
行活化单种培养, 光照强度为 20 μmol·(m2s)-1, 温
度为(25±1)℃, 不充气, 每天定时摇瓶 3 次, 取指
数生长期的藻液进行试验.
1.2 培养条件
海水经沙滤、脱脂棉过滤、煮沸后, 冷却待用.
培养容器为 100 mL 三角烧瓶, 容器经洗液洗涤、
晾干、120℃恒温消毒后冷却待用.
所有实验均在GXZ智能型光照培养箱中进行.
培养条件: 温度(25±1 )℃, 光照强度 20 μmol·(m2s)-1,
光照周期 L:D为 12:12, 盐度 21.6, pH 8.16. 基础培
养基 COA培养液配方: NH4Cl 39 mg·L-1、KH2PO3
10 mg·L-1、 FeSO4·7H2O 2.5 mg·L-1、MnSO4·H2O
0.25 mg·L-1、EDTA-Na2 10 mg·L-1、VB1 6 μg·L-1、VB12
5×10-2 μg·L-1. 在单因子试验中, 先分别配成缺 N、
缺 P、缺 Fe 的 COA 液, 然后按需求加入 N、P、
Fe. 正交试验中, 先配成缺 N、P、Fe的 COA液, 然

收稿日期: 2008-10-28. 宁波大学学报（理工版）网址: http://3xb.nbu.edu.cn
基金项目: 浙江省自然科学基金（301208）.
第一作者: 陆珠润（1984－）, 女, 浙江宁波人, 在读硕士研究生, 主要研究方向: 水产养殖与饵料生物培养. E-mail: xiaotaoyan12@126.com
*通讯作者: 蒋霞敏（1957－）, 女, 浙江宁波人, 教授, 主要研究方向: 水产养殖与饵料生物培养. E-mail: jiangxiamin@nbu.edu.cn

第 3期 陆珠润, 等: 氮、磷、铁对原绿球藻生长的影响 327

后按正交设计的因素水平加入 N、P、Fe.
培养时每天要定时摇瓶 3次, 用照度计准确测
量、确定培养箱内同一光强区域, 确保藻液所受光
照强度相同, 从而减少光照差异. 观察藻液, 及时
记录藻体的变化情况, 如颜色等.
1.3 计数与计算
用 752分光光度计在波长为 450 nm下测得吸
光度与藻密度呈直线关系, 如图 1所示. 以 3个平
行组的平均值作为该次测得的藻密度 , 结果用
K=(lnNt－lnN0)/T 表示, 其中, K 为生长速率, Nt为
实验结束时藻液的吸光度(A450值), N0为初始藻液
A450值. 用 SPSS 13.0 进行单因素方差分析, 如差
异显著(P<0.05), 则用邓肯(Duncan)检验进行多重
比较.
1.4 实验设计
N的不同形态为(NH4)2SO4、(NH2)2CO、KNO3、
NH4Cl, 最佳形态N设置浓度梯度分别为 0 mg·L-1、
5 mg·L-1、10 mg·L-1、15 mg·L-1、20 mg·L-1、25 mg·L-1、
30 mg·L-1、35 mg·L-1、40 mg·L-1. P 的不同形态为
KH2PO4、K2HPO4、NaH2PO4、Na2HPO4, 最佳形
态 P 设置浓度梯度分别为 0 mg·L-1、0.1 mg·L-1、
0.5 mg·L-1、1.0 mg·L-1、1.5 mg·L-1、2.0 mg·L-1、
2.5 mg·L-1、3.0 mg·L-1. Fe不同形态为 FeSO4、FeCl3、
FeC6H5O7, 最佳形态 Fe 设置浓度梯度分别为
0 mg·L-1、 0.1 mg·L-1、 0.2 mg·L-1、 0.3 mg·L-1、
0.4 mg·L-1、0.5 mg·L-1、0.6 mg·L-1、0.7 mg·L-1、
0.8 mg·L-1、0.9 mg·L-1、1.0 mg·L-1. 正交试验 N、P、
Fe 的水平见表 1, 表头设计见表 2. 每个实验都设
置 3个平行, 结果取其平均值.
表 1 正交试验因子的水平
因素 N(A)/(mg·L-1) P(B)/(mg·L-1) Fe(C)/(mg·L-1)
水平 1 5 0.1 0.05
水平 2 20 1 0.1
水平 3 35 2.5 0.5
注: A为氮浓度 3个水平(1为 5 mg·L-1, 2为 20 mg·L-1, 3为 35 mg·L-1);
B为磷浓度 3个水平(1为 0.5 mg·L-1, 2为 1 mg·L-1, 3为 2.5 mg·L-1);
C为铁浓度 3个水平(1为 0.05 mg·L-1, 2为 0.1 mg·L-1, 3为 0.5 mg·L-1).
表 2 N、P、Fe正交试验的表头设计 L27(313)
列号 1 2 3 4 5 6 7 8 11
因素或交
互作用 A B AB C AC BC BC
注: A、B、C含义同表 1.
2 结果与分析
2.1 不同形态 N对原绿球藻生长的影响
接种密度为 382×104 cell·mL-1, 培养 7 d后, 结
果见图 2. NH4Cl 组的藻液呈蓝绿色, (NH4)2SO4、
(NH2)2CO组的藻液呈绿色, KNO3组的藻液呈黄绿
色. 方差分析表明, 不同 N盐对原绿球藻生长的影
响有极显著差异(P<0.01). 经邓肯多重比较可得,
NH4Cl 组原绿球藻的生长显著好于其他组(P<0.05).
所以原绿球藻生长最佳的 N盐为 NH4Cl.
2.2 不同浓度 NH4Cl对原绿球藻生长的影响
接种密度为 440×104 cell·mL-1, 培养 7 d后, 结
果如图 3 所示. 方差分析表明, 不同浓度的 NH4Cl
对原绿球藻的生长影响有极显著差异(P<0.01), 最
佳浓度为 20 mg·L-1. 经邓肯多重比较得, 10 mg·L-1、
15 mg·L-1、20 mg·L-1、30 mg·L-1、35 mg·L-1组无显

图 2 不同形态氮对原绿球藻生长的影响

图 1 吸光度与藻密度的关系

328 宁波大学学报（理工版） 2009

著差异(P>0.05), 5 mg·L-1、10 mg·L-1组的差异显著
(P<0.05), 且原绿球藻生长都显著好于对照组
(P<0.05). 所以, 以节约为原则, 在以后的 P、Fe实
验中的N浓度都设为 10 mg·L-1, 即在 1 L的母液配
方中加 NH4Cl 38.2 g.
2.3 不同形态 P对原绿球藻生长的影响
接种密度为 488×104 cell·mL-1, 培养 6 d后, 结
果如图 4所示. Na2HPO4藻液呈蓝绿色, 生长很好,
KH2PO4、K2HPO4、NaH2PO4 组的生长比较好. 方
差分析表明, 不同 P盐对原绿球藻生长的影响有极
显著差异. 经邓肯多重比较可得, Na2HPO4 组原绿
球藻的生长显著好于其他组(P<0.05), KH2PO4、
K2HPO4、NaH2PO4 与对照组无显著差异(P>0.05).
所以, 原绿球藻生长最佳 P盐为 Na2HPO4.
2.4 不同浓度 Na2HPO4对原绿球藻生长的影响
接种密度为 582×104 cell·mL-1, 培养 6 d后, 结
果见图 5. 方差分析表明, 不同浓度的 NaH2PO4对
原绿球藻生长的影响有极显著差异(P<0.01), 最佳
浓度为 1 mg·L-1. 经邓肯多重比较可得, 0.5 mg·L-1、
1.0 mg·L-1、1.5 mg·L-1、2.0 mg·L-1 组差异不显著
(P>0.05), 但与其他组都有显著差异(P<0.05). 所
以在之后的铁实验中 P浓度设为 0.5 mg·L-1.
2.5 不同形态 Fe对原绿球藻生长的影响
接种密度为 977×104 cell·mL-1, 培养 6 d后, 结
果如图 6 所示 . FeCl3 和对照组藻液呈蓝绿色 ,
FeC6H5O7组藻液为绿色, FeSO4组藻液呈黄色. 方
差分析表明, 不同 Fe 盐对原绿球藻生长的影响有
极显著差异(P<0.01). 经邓肯多重比较可得, FeCl3
和对照组无显著差异(P>0.05), 但显著好于其他组
(P<0.05), FeSO4组出现负增长, 所以原绿球藻生长
最佳 Fe盐为 FeCl3.
2.6 不同浓度 FeCl3对原绿球藻生长的影响
接种密度为 632×104 cell·mL-1, 培养 5 d后, 结
果如图 7 所示. 方差分析表明, 不同浓度的 FeCl3
对原绿球藻生长的影响有显著差异(P<0.05), 最佳
浓度为 0.1 mg·L-1. 经邓肯多重比较可得, 0 mg·L-1、
0.1 mg·L-1、0.2 mg·L-1、0.3 mg·L-1、0.4 mg·L-1、

图 4 不同形态磷对原绿球藻生长的影响

图 5 不同浓度 Na2HPO4对原绿球藻生长的影响

图 6 不同形态铁对原绿球藻生长的影响

图 7 FeCl3不同浓度对原绿球藻生长的影响

图 3 不同浓度 NH4Cl对原绿球藻生长的影响

第 3期 陆珠润, 等: 氮、磷、铁对原绿球藻生长的影响 329

0.5 mg·L-1 组无显著差异(P>0.05), 但与其他组都
有显著差异(P<0.05). 所以原绿球藻喜好低 Fe, 最
佳浓度为 0.1 mg·L-1.
2.7 N、P、Fe交互实验
接种密度为 510×104 cell·mL-1, 培养 4 d后, 结
果见表 3和表 4. 由表 3和表 4可以得出, N、P、
表 3 N、P、Fe正交实验表 L27(313)及实验结果
试验号 A B AB AB C AC AC BC BC 实验结果 K值
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.490 0.470 0.478
2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0.480 0.497 0.470
3 1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3 0.471 0.478 0.482
4 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 3 3 3 0.499 0.532 0.524
5 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 1 1 0.538 0.539 0.543
6 1 2 2 2 3 3 3 1 1 1 2 2 2 0.532 0.527 0.542
7 1 3 3 3 1 1 1 3 3 3 2 2 2 0.518 0.527 0.527
8 1 3 3 3 2 2 2 1 1 1 3 3 3 0.576 0.532 0.528
9 1 3 3 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1 0.540 0.539 0.518
10 2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 0.497 0.496 0.493
11 2 1 2 3 2 3 1 2 3 1 2 3 1 0.506 0.508 0.499
12 2 1 2 3 3 1 2 3 1 2 3 1 2 0.496 0.492 0.504
13 2 2 3 1 1 2 3 2 3 1 3 1 2 0.576 0.540 0.565
14 2 2 3 1 2 3 1 3 1 2 1 2 3 0.598 0.593 0.593
15 2 2 3 1 3 1 2 1 2 3 2 3 1 0.628 0.635 0.624
16 2 3 1 2 1 2 3 3 1 2 2 3 1 0.566 0.563 0.541
17 2 3 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 0.562 0.577 0.577
18 2 3 1 2 3 1 2 2 3 1 1 2 3 0.598 0.593 0.629
19 3 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 0.508 0.496 0.504
20 3 1 3 2 2 1 3 2 1 3 2 1 3 0.507 0.505 0.512
21 3 1 3 2 3 2 1 3 2 1 3 2 1 0.507 0.496 0.506
22 3 2 1 3 1 3 2 2 3 3 3 2 1 0.605 0.573 0.576
23 3 2 1 3 2 1 3 3 1 1 1 3 2 0.595 0.608 0.600
24 3 2 1 3 3 2 1 1 2 2 2 1 3 0.633 0.607 0.634
25 3 3 2 1 1 3 2 3 2 1 2 1 3 0.587 0.587 0.568
26 3 3 2 1 2 1 3 1 3 2 3 2 1 0.621 0.613 0.615
27 3 3 2 1 3 2 1 2 1 3 1 3 2 0.627 0.627 0.618
注: A、B、C含义同表 1.
表 4 正交数据统计分析结果
因素 离差平方和 自由度 均方 F值 F临界值
A 16.258 2 8.129 7.757** F0.01(2,62)=4.93
B 16.327 2 8.164 7.79** F0.01(2,62)=4.93
AB 32.430 4 8.108 7.737** F0.01(4,62)=3.65
C 16.220 2 8.110 7.739** F0.01(2,62)=4.94
AC 32.425 4 8.106 7.735** F0.01(4,62)=3.65
BC 32.452 4 8.113 7.741** F0.01(4,62)=3.65
误差 e 64.960 62 1.048
总的 T值 211.072 80 2.638
注: **表示差异极显著; A、B、C含义同表 1.

330 宁波大学学报（理工版） 2009

Fe 各因子及各两因子交互作用对原绿球藻生长的
影响都极显著(P<0.01), 说明 N、P、Fe 3因子之间
交互作用极显著. 其最佳组合为 N3P2Fe3, 即 N 为
35 mg·L-1、P为 1 mg·L-1、Fe为 0.5 mg·L-1. 经邓肯
多重比较可得, 15、24、26、27组 N、P、Fe组合
对原绿球藻生长的影响无显著差异(P>0.05), 且较
其他组好, 即 N2P2Fe3、N3P2Fe3、N3P3Fe2、N3P3Fe3
组合对原绿球藻生长的影响最好.
3 讨论
据文献[3], 温度是影响原绿球藻分布的主要
因素, 物种多样性和分层情况影响原绿球藻的数
量. 在传统观念中, N、P等营养盐是限制海域浮游
植物的主要因子[4]. 但近来研究中已经揭示了微量
营养盐也是影响大洋中浮游植物分布的因素.
3.1 N对原绿球藻生长的影响
Moore等[5]已揭示除低光生态型原绿球藻能利
用亚硝酸盐外, 所有原绿球藻都因为缺乏硝酸还
原基因而不能利用硝酸盐. 这与作者实验得到的
结果相一致. Antonio等[6]研究过强光适应型原绿球
藻纯种 PCC9511 的谷氨酸合成酶的生理调节, 这
个菌株在只有硝酸盐为氮源的环境中不能生长.
从植物对营养物质吸收同化的功效来看, 利
用还原态氮更经济. NO3-N被吸收后在植物细胞内
须还原为 NH4-N 才能用于氨基酸合成, 而 NH4-N
可直接被利用[6].
3.2 P对原绿球藻生长的影响
有报道[7]认为 P在限制浮游植物生产力中比N
重要, 但它在时间和空间上的调节能力明显比 N
要低. 然而 P确实是水生生态系统中一种主要的营
养盐, 它在浮游生物与水体之间迅速周转, 一旦缺
乏就会限制浮游植物的生长，一般来说, 无机磷被
认为是藻类最重要的磷源[8].
磷酸盐被认为是东部地中海的限制营养元素,
但David等[9]已发现它在Sargasso Sea和Chesapeake
Bay海域中也限制浮游植物的生长. 已有研究发现
在北太平洋亚热带处 P 也限制了浮游植物的生产
力, 并且与 N有交互作用.
3.3 Fe对原绿球藻生长的影响
Fe3+的还原速率较快, 超过了 Fe2+被利用的速
率[10]. 有研究发现[11], Fe也是超微浮游生物的一个
限制因子, 因为它能够加强硝酸还原酶的活性.
Fe 离子对蓝藻的毒素合成有着特异的促进作
用, Utkilen等[12]认为, MC是由非核糖体途径的多
肽合成酶催化合成的, 同时MC分子又能结合由水
中 Fe3+经光照后产生 Fe2+, 使细胞内 Fe2+浓度升高,
而结合了Fe2+的MC分子又能使多肽合成酶活性增
强, 促进了 MC 的合成加速. 我们实验中原绿球藻
不能在 FeSO4中生长, 可能就是这个原因造成.
Elizabeth 等[13]发现东部赤道太平洋处尽管原
绿球藻的个体很小, 受空间的限制最小, 但增加Fe
浓度后细胞分裂速率大约可以提高 2倍. Cavender
等[14]发现原绿球藻细胞分裂速率和生物量受到 Fe
的限制. 这似乎与作者的结论有所出入, 原因可能
是 Elizabeth研究的是大环境中原绿球藻对 Fe元素
的反应, 不仅要考虑温度、光照等因素, 还要考虑
环境中物种差异和其他生物的捕食作用, 而我们
是在原绿球澡生长最适宜的温度、光照条件下进行
的, 两者的实验基础不一样.
3.4 N、P、Fe正交试验
王扬才[15]研究过 N、P、Fe正交设计对牟氏角
毛藻生长的影响, 结果显示 3种营养盐对牟氏角毛
藻的生长率都有极显著的影响(P<0.01), 其中 N影
响最大, P次之; N、P的交互作用对牟氏角毛藻的
生长率影响最大(P<0.01), P、Fe的交互作用影响显
著(P<0.05), 而N、Fe交互作用影响不明显(P>0.05).
这与原绿球藻对 N、P、Fe 的反应有所不同, 可能
是由于藻类的种系和实验条件不同.
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Impact of Nutrition on Growth of Prochlorococuus sp.
LU Zhu-run, JIANG Xia-min*, LU Yan-jing
( Key Laboratory of Applied Marine Biotechnology of Ministry of Education, Ningbo University, Ningbo 315211, China )
Abstract: The impact of nitrogen(N), phosphorus(P) and iron(Fe) nutrition on the growth of Prochlorococuus.sp
is studied using single factor and orthogonal experiment. The single factor experiment shows that the best
nitrogen to the growth of Prochlorococuus sp. is NH4Cl, with the optimal concentration of 20 mg·L-1; the best
phosphor is Na2HPO4, with the best concentration of 1.0 mg·L-1; the best iron is FeCl3, with the most favored
concentration of 0.1 mg·L-1. The orthogonal experiment suggests that N 35 mg·L-1, P 1 mg·L-1 and Fe 0.5 mg·L-1
form the most optimized combination.
Key words: prochlorococuus sp.; nitrogen; phosphorus; iron; growth
CLC number: Q949.22 Document code: A
（责任编辑 史小丽）