全 文 ：植物资源与环境学报　2006, 15(2):33 -37　　　　　　　
Journa l of P lan tR esources and Environmen t　　　　　
　　　 航天搭载与非搭载
舟形藻 (Navicu la tenera)培养基的优化
吴素珍 1, 2 , 张小平 1, 2, ① , 郑维发 3 , 李加林 1
(1. 安徽师范大学生命科学学院 , 安徽 芜湖 241000;2. 安徽省高校生物环境与生态安全省级重点实验室 , 安徽 芜湖 241000;
3. 江苏省药用植物生物技术重点实验室 , 江苏徐州 221116)
摘要:通过单因子和正交实验探讨了培养液中不同浓度 KNO3 、 Na2HPO4、 FeC l3和 Na2 S iO3对通过 “神舟 5号”飞船
搭载与非搭载舟形藻(Navicu la tenera)生长的影响 , 确立了适合搭载与非搭载舟形藻生长的最佳培养基组合。 结
果表明 , 经搭载后舟形藻生长所需的营养盐组合发生了变化。 通过正交实验筛选出适合搭载舟形藻生长的最佳
培养基为含 300 mg L - 1 KNO3、 60 mg L - 1 Na2HPO 4 12H2O 、 24 mg L - 1 FeC l3和 700 mg L - 1 Na2 S iO3 9H2O
的 F /2培养基;适合非搭载舟形藻生长的最佳培养基为含 600 mg L - 1 KNO3 、 60 mg L- 1 Na2H PO4 12H2O、 12
m g L - 1 FeC l3和 700 m g L- 1 Na2 S iO3 9H2O的 F /2培养基。
关键词:舟形藻;营养盐;航天搭载;生长;正交实验
中图分类号:Q949. 202　　文献标识码:A　　文章编号:1004 - 0978(2006)02 -0033 - 05
Optmi ization of culturem ed ia for space flight and nonspace flightNavicula tenera　WU Su-zhen1, 2 ,
ZHANG X iao-p ing1, 2, ① , ZHENG Wei-fa3 , LI Jia-lin1 ( 1. Schoo l of B ioscience, Anhu i Norma l
Un iversity, Wuhu 241000 , China;2. K ey Labora to ry of B io tic Env ironmen t and E co logica l Safety in
Anhui Prov ince, Wuhu 241000, China;3. Key Laboratory for B iotechnology on M edic inal P lants o f
Jiangsu Prov ince, Xuzhou No rmal University, Xuzhou 221116, China), J. P lan t R esour. ＆Environ.
2006, 15(2):33 - 37
Abstract:The op timal combinations of different concentrations of KNO 3 , Na2HPO 4 , FeC l3 and Na2S iO 3
in cu lture media fo r space flight and nonspace fligh t Navicula tenera we re studied by sing le factor
experiment and o rthogona l expe rim ent 〔L16 (45)〕. The resu lts indicated that the combina tions and
concentrations of nutrients in cultu re medium forN. tenera g row th w e re changed after spacef ligh.t The
bestmedium for grow th o f spaceflightN. tenera was F /2 conta in ing 300 mg L -1 KNO 3 , 60 mg L- 1
N a2HPO4 12H 2O , 24 mg L- 1 FeC l3 and 700 mg L - 1 N a2 S iO 3 9H2O , wh ile the best medium for
nonspaceflightN. tenera was F /2 con taining 600mg L - 1 KNO 3 , 60 mg L -1 Na2HPO4 12H2O , 12
mg L -1 FeC l3 and 700mg L -1 N a2 S iO 3 9H2O.
Key words:Navicu la tenera;nu trien t;spaceflight;grow th;orthogonal experiment
　　舟形藻 (Navicu la tenera)属硅藻门舟形藻属
(Navicula Bo ry)。舟形藻属是硅藻中种类最多的
属 ,包括近千种 ,绝大多数营底栖生活 [ 1] 。这些底
栖硅藻常被用作鲍鱼 、刺参等经济海产动物幼体的
主要开口饵料。舟形藻在生长过程中向基质分泌的
硫酸化多糖具有多种生物活性 ,不仅可以作为广谱
免疫促进剂 ,具有免疫调节功能;还可以抗感染 、抗
凝血 、降血糖 、预防和治疗肿瘤及爱滋病等[ 2] 。气
质联用分析结果表明 ,舟形藻含有多种多不饱和脂
肪酸 ,其中 γ-亚麻酸 、二十碳五烯酸 、二十二碳六
烯酸等成分对心血管疾病 、高血脂 、肿瘤及炎症等疾
病均有显著的预防作用[ 3] ,是具有潜在药学价值的
海洋生物之一 ,具有广阔的开发前景 。为了培育更
多的舟形藻优良品种 ,作者开展了空间诱变育种研
收稿日期:2005 - 11 - 11
基金项目:安徽省高校生物环境与生态安全省级重点实验室基金资
助项目和江苏省高新技术产业化项目(02KJ360008)
作者简介:吴素珍(1980 -),女 ,安徽宿松人 ,硕士研究生 ,主要从事
天然产物的研究。
①通讯作者 E-m ai l:pinghengxu@ s ina. com. cn
究 ,利用 “神舟 5号 ”飞船搭载舟形藻的藻种 ,期望
能通过高空各种环境因素的综合作用 ,使舟形藻的
某些生物学特性发生变化 (如生物量以及胞外多糖
产量增加 、多不饱和脂肪酸含量提高等)。为此 ,笔
者首先对适合搭载与非搭载舟形藻生长的最佳培养
基进行筛选 ,以期为舟形藻的培养和开发提供一些
基础实验数据。
1　材料和方法
1. 1　藻种来源
搭载与非搭载舟形藻藻种由江苏省药用植物与
生物技术重点实验室分离并提供。
1. 2　方法
1. 2. 1　单因子实验　以 F /2培养基为基础培养基 ,
调整 KNO3浓度为 0、 75、 150、 300、 600和 1 200
mg L - 1 , Na2HPO 4 12H 2O浓度为 0、 15、30、60、
120和 240mg L -1 , FeC l3浓度为 0、6、12、24、48和
96 mg L -1 , N a2 S iO3 9H 2O浓度为 400、500、600、
700、800和 900 mg L- 1 ,每组设 3个平行 ,接种体
积比为 1∶5。在接种前离心以排除原藻种培养液的
影响。
1. 2. 2　正交实验　正交表的设计参照文献 [ 4]所
述方法 ,选用 L16(45)表 ,在单因子实验确定的最佳
浓度基础上设置 KNO3浓度 (A)为 75、150、300和
600mg L- 1 , N a2HPO4 12H2O浓度 (B)为 15、
30、 60和 120mg L -1 , FeC l3浓度 (C)为 6、 12、 24
和 48 mg L - 1 , N a2 S iO3 9H 2O浓度 (D)为 500、
600、700和 800。每组设 3个平行。
1. 2. 3　舟形藻培养　实验在江苏省药用植物与生
物技术重点实验室海洋微藻培养室培养 ,以 F /2培
养基为基础培养基 ,根据实验设计的要求 ,调整培养
液中各化合物的浓度。在 1 L的培养瓶中通气培
养 ,光源为日光灯 ,光强 6 000 lx,每天光照 12 h,培
养温度 24℃。
1. 2. 4　细胞密度及生长速率的测定　每天定时取
1 mL藻液 ,以血球计数板记录藻细胞的数量 ,相对
生长速率按公式 K =( lgN - lgN 0) /T计算 。式中 N
为经过 T时间培养后单位体积的藻细胞数 , N 0为 T
培养时间开始时的单位体积藻细胞数 , T为培养时
间 (d)。取培养开始时的单位体积藻液中的细胞数
和培养至第 8天时单位体积藻液中的细胞数进行计
算。
2　结果和分析
2. 1　4种营养盐对舟形藻生长影响的单因子实验
结果
氮在细胞代谢中是形成氨基酸 、嘌呤 、卟啉氨基
糖等成分的基本元素 [ 5] 。微藻可利用的氮源范围
较广 ,可以有效利用的氮源有硝酸盐 、铵盐或尿素
等[ 6, 7] 。单因子实验结果表明 (图 1),当 KNO3浓度
达 0 ～ 300 mg L -1时 ,搭载舟形藻的生长速率随
KNO 3浓度增加而提高;当浓度大于 300mg L -1时 ,
随 KNO3浓度的增加生长速率下降 。在 0 ～ 600
mg L- 1范围内 ,随 KNO 3浓度的提高 ,非搭载舟形
藻生长速率随浓度的增加而提高;当 KNO3浓度大
于 600 mg L- 1时 ,非搭载舟形藻的生长速率随浓
度提高而降低 。
—■— 非搭载舟形藻 Non spacefligh tNavicu la tenera;
—□— 搭载舟形藻 Spacef ligh tNavicula tenera.
图 1　培养基中不同 KNO 3浓度对舟形藻生长速率的影响
F ig. 1　E ffect o f d ifferent concentra tions of KNO 3 in culture m edia
on grow th ra te ofNavicula tenera
磷在生物体内是合成 ATP、GTP、核酸和磷脂等
成分的基本元素 ,是植物体内能量转换的重要介质
元素 , 并参与植物体内碳水化合物的转化和运
输[ 8] 。不同浓度 N a2HPO4 12H2O对舟形藻生长
的影响见图 2, 当 N a2HPO4 12H2 O 浓度为 30
mg L -1时 ,非搭载舟形藻生长速率最高;当浓度大
于 30 mg L - 1时 ,生长速率随浓度的增加而降低。
Na2HPO4 12H2O浓度在 0 ～ 60mg L - 1范围内 ,搭
载舟形藻生长速率随着 N a2HPO4浓度增加而提高 ,
34 　　　　　　　　　　植 物 资 源 与 环 境 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 15卷　
—■— 非搭载舟形藻 N onspacef ligh tNavicu la ten era;
—□— 搭载舟形藻 Spacefligh tNavicu la tenera.
图 2　培养基中不同 Na2HPO 4 12H2O浓度对舟形藻生长速率的影响
F ig. 2　Effect of d ifferent concentrations of N a2HPO 4 12H2O in
culture m edia on grow th ra te ofN avicu la tenera
超出这个浓度范围则抑制生长 。
铁是藻类生长和氮固定最重要的痕量元素 ,在
叶绿素的合成中也有很重要的作用 [ 9] 。实验结果
表明(图 3),当 FeC l3浓度达 0 ～ 24mg L - 1时 ,非搭
载舟形藻的生长速率随 FeC l3浓度增加而提高;超出
这个浓度范围生长速率随浓度的增加而下降。当
FeC l3浓度为 0 ～ 12 mg L- 1时 ,搭载舟形藻生长速
率随浓度增加而提高 ,超出这个浓度范围时 ,搭载舟
形藻的生长速率显著下降 。
—■— 非搭载舟形藻 N onspacef ligh tNavicu la ten era;
—□— 搭载舟形藻 Spacefligh tNavicu la tenera.
图 3　培养基中不同 F eC l3浓度对舟形藻生长速率的影响
F ig. 3　Effect of different concentra tions of FeC l3 in cu lture m edia
on grow th rate ofNavicula tenera
硅是硅藻细胞壁结构的主要成分 ,是硅藻生长
的必需元素 [ 10] 。前人的研究结果表明 ,硅藻对硅盐
的需求量一般为 200 mg L -1 ,本实验中舟形藻对
硅 盐的需求量相对较多 。由图 4可以看出 , 当
Na2S iO 3 9H2O浓度小于 800mg L -1时 ,非搭载舟
形藻生长速率随浓度增加而提高;但浓度高于 800
mg L- 1时 ,对舟形藻的生长速率影响不显著。从
培养成本角度考虑 ,对于非搭载舟形藻 ,培养基中
Na2S iO 3 9H2O浓度选用 800 mg L- 1为宜。由图
4还 可 以 看 出 ,当 N a2 S iO3 9H 2O浓度为 600
mg L- 1时 ,搭载舟形藻生长速率最高 ,因而 ,对于
搭载舟形藻 ,培养基中 N a2 S iO 3 9H 2O浓度达 600
mg L- 1为宜。
—■— 非搭载舟形藻 Non spacefligh tNavicu la tenera;
—□— 搭载舟形藻 Spacef ligh tNavicula tenera.
图 4　培养基中不同 N a2 SOi 3 9H2O浓度对舟形藻生长速率的影响
F ig. 4　E ffect o f different concentra tions of Na2 SOi 3 9H2O in
culture m ed ia on grow th rate o fNavicula tenera
综合上述实验结果可看出 ,对于搭载舟形藻 ,
相对生长率最高的营养盐最佳单因子组合为 300
mg L -1 KNO3 、30 mg L -1 N a2HPO4 12H2O、12
mg L- 1 FeC l3和 600 mg L -1 N a2 SiO 3 9H 2O;对
于非搭载舟形藻 ,相对生长率最高的营养盐最佳单
因 子 组 合 为 600 mg L -1 KNO 3、 60 mg L - 1
Na2HPO 4 12H2O 、24 mg L -1 FeC l3和 800 mg L - 1
Na2S iO 3 9H2O。
2. 2　4种营养盐对舟形藻生长速率影响的正交实
验结果
不同的营养盐浓度组合对舟形藻生长的正交实
验结果见表 1。根据表 1中的极差 R值可以看出 , 4
个因素对搭载舟形藻生长影响的主次顺序依次
为 A、D 、B、C ,即:对于搭载舟形藻来说 , KNO 3浓度
是主要影响因素 ,其余均为次要影响因素。取主要
因素 KNO 3的最好水平即第 3水平 ,其余因素均取最
好水平 , 得到搭载舟形藻培养基中最佳营养盐
35　第 2期　　　　　　　　　　吴素珍等:航天搭载与非搭载舟形藻(Navicu la tenera)培养基的优化
组 合 为 :3 0 0mg L -1 KNO 3 、 6 0 mg L -1
N a2 HPO4 1 2H2 O 、 2 4mg L - 1 FeC l3和 7 0 0
mg L -1 Na2S iO 3 9H2O。由表 1还可以看出 , 4个
因素对非搭载舟形藻影响的主次顺序为 A、B、D、C ,
即:对于非搭载舟形藻来说 ,主要的影响因素也是
KNO3浓度 。据此取各因素的最好水平 ,得到非搭载
舟形藻培养基中最佳营养盐组合为:600 mg L -1
KNO3 、60 mg L - 1 Na2HPO4 12H2O 、12 mg L -1
FeC l3和 700 mg L- 1 N a2 SiO3 9H2O。
表 1　营养盐对搭载与非搭载舟形藻生长影响的正交实验设计与结
果分析 1)
Table 1　D esign and result of orthogona l experim ent on effect o f
nutr ients on g row th of spaceflight and nonspacefligh t N avicula
tenera1)
实验号
No.
因子与水平
Factor and level
A B C D E
相对生长速率
Relative grow th
rate
u s s
1 75 15 6 500 1 0. 038 0. 029
2 75 30 12 600 2 0. 028 0. 093
3 75 60 24 700 3 0. 035 0. 122
4 75 120 48 800 4 0. 031 0. 062
5 150 15 12 700 4 0. 111 0. 098
6 150 30 6 800 3 0. 106 0. 090
7 150 60 48 500 2 0. 088 0. 062
8 150 120 24 600 1 0. 108 0. 082
9 300 15 24 800 2 0. 106 0. 175
10 300 30 48 700 1 0. 118 0. 148
11 300 60 6 600 4 0. 099 0. 126
12 300 120 12 500 3 0. 092 0. 110
13 600 15 48 600 3 0. 090 0. 114
14 600 30 24 500 4 0. 095 0. 099
15 600 60 12 800 1 0. 168 0. 148
16 600 120 6 700 2 0. 106 0. 136
ku s1 0. 033 0. 086 0. 086 0. 078
ku s2 0. 103 0. 087 0. 100 0. 081
ku s3 0. 104 0. 098 0. 086 0. 091
ku s4 0. 115 0. 060 0. 082 0. 103
R us 0. 082 0. 038 0. 018 0. 025
k s1 0. 082 0. 104 0. 100 0. 080
k s2 0. 083 0. 108 0. 104 0. 104
k s3 0. 140 0. 115 0. 120 0. 126
K s4 0. 124 0. 083 0. 097 0. 119
R s 0. 058 0. 032 0. 023 0. 046
　1)A:KNO 3浓度(mg L - 1)　Concen tration of KNO 3(m g L -1);
B:Na2HPO 4 12H2O 浓 度 (m g L - 1)　C on cen tration of
Na2HPO 4 12H2 O (m g L- 1);C:FeC l3浓度 (m g L- 1)
C oncentration of FeC l3(m g L - 1);　D:Na2 S iO3 9H 2O浓度(m g L - 1) Con cen tration ofNa2 S iO 3 9H2O (m g L - 1);E:误差列 Error colum n; us:非搭载舟形藻 N onspacef ligh t Navicu la
tenera;s:搭载舟形藻 Spacef ligh tNavicu la ten era.
2. 3　在优化培养基中舟形藻的生长状况
无论搭载还是非搭载舟形藻在优化的培养基中
生长情况都非常良好 ,没有延缓期 ,接种后的第 2天
直接进入指数生长期(见图 5和图 6)。搭载与非搭
载舟形藻在优化培养基中最大藻细胞密度分别达
5. 215×109和 4. 136×109 L- 1 ,与此相比 ,用 F /2培
养基对搭载与非搭载舟形藻进行培养 ,藻细胞最大
密度分别仅为 2. 195 ×108和 1. 884×108 L -1 ,说明
对培养基进行优化后 ,舟形藻生长密度有很大提高 ,
同时也表明正交实验的结果是可靠的。
—■— 优化培养基 Op tim alm ed ium:F /2 + 300 m g L- 1 KNO3 + 60
m g L - 1 Na2HPO 4 12H2O + 24 m g L- 1 FeC l3 + 700 m g L- 1
Na2 S iO 3 9H2O;—□— 对照培养基 CK m ed ium:F /2.
图 5　搭载舟形藻在优化培养基与 F /2基础培养基中的生长曲线
F ig. 5　Grow th curves o f spaceflight Navicula tenera in optim a l
m ed ium and F /2 m edium
—■— 优化培养基 Op tim alm ed ium:F /2 + 600 m g L- 1 KNO3 + 60
m g L - 1 Na2HPO 4 12H2O + 12 m g L- 1 FeC l3 + 700 m g L- 1
Na2 S iO 3 9H2O;—□— 对照培养基 CK m ed ium:F /2.
图 6　非搭载舟形藻在优化培养基与 F /2基础培养基中的生长曲线
F ig. 6　Grow th curves of nonspa cefl ightNavicula tenera in optim a l
m ed ium and F /2 m edium
36 　　　　　　　　　　植 物 资 源 与 环 境 学 报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 15卷　
3　讨论和结论
微藻作为水产动物的活饵料 ,广泛应用于水产
养殖中 。许多微藻中不但含有丰富的不饱和脂肪
酸 ,而且还含有许多其他生物活性物质 ,如抗生素 、
微藻多糖 、色素等 ,已用于食品 、化工和医药等行业 ,
为此需要通过改变培养条件来提高其生长密度以满
足微藻的开发和利用 。但目前实验室的培养多采用
F /2培养基配方 , 培养密度很低 。作者通过改变
F /2培养液中各种营养盐的浓度来优化舟形藻的培
养条件 ,使舟形藻的生长速率有较大幅度的提高。
采用优化的培养基对搭载与非搭载舟形藻进行
培养 ,能够明显提高生长密度 、加快生长速率 。单
因子实验结果表明 ,适合搭载舟形藻生长的最佳
营养盐单因子浓度组合是 300 mg L -1 KNO 3、 30
mg L -1 N a2HPO4 12H 2O、12mg L - 1 FeC l3和 600
mg L -1 Na2S iO 3 9H2O;适合非搭载舟形藻生长的
最佳营养盐单因子浓度组合为 600 mg L - 1 KNO3 、
60 mg L -1 N a2HPO4 12H2O、24mg L -1 FeC l3和
800mg L -1 Na2 SiO3 9H 2O。而通过正交实验得
出的适合搭载舟形藻生长的最佳营养盐组合为 300
mg L -1 KNO 3、 60 mg L -1 N a2HPO4 12H2O、 24
mg L -1 FeC l3和 700mg L -1 Na2 SiO3 9H2O;适
合非搭载舟形藻生长的最佳营养盐组合为 60 0
mg L - 1 KNO 3、60 mg L - 1 Na2HPO 4 12H2O、 12
mg L -1 FeC l3和 700mg L -1 Na2S iO 3 9H 2O。由
此可见 ,正交实验得出的各因素的最佳水平与单因
子实验得出的最佳水平相比略有差异 。由于正交实
验结果考虑了各因子间的交互作用 ,而单因子实验
几乎忽略了因子间的交互作用 ,因此 ,正交实验结果
是相对合理的 。
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