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2009年
海 洋 湖 沼 通 报
Transact ions of Oceanolo gy and Limnology
　
№1
文章编号:1003-6482(2009)01-0095-08
盐度和营养限制对盐田底栖硅藻披针舟形藻生长
及胞外多糖产率的影响＊
马美荣 ,李朋富＊ ,陈　丽 ,孟飞飞 ,刘志礼
(南京大学生命科学学院 ,江苏 南京 210093)
摘要:从台南盐场藻垫中分离得到底栖硅藻披针舟形藻(Navicula lanceolata),该藻生长的最
适盐度是 1.6% NaCl。在最适盐度之上 ,随着盐度增大 , 藻细胞生长受到轻微抑制。氮磷营
养限制条件下披针舟形藻生长受到严重抑制 , 氮营养限制比磷营养限制对藻生长的抑制作用
更显著。高盐度和氮磷营养限制条件下 , 披针舟形藻胞外多糖(EPS)产率都明显增加 , 氮营
养限制比磷营养限制对 EPS 产率的促进作用更显著。这表明在盐田高盐和氮磷营养限制条
件下披针舟形藻产生更多的 EPS ,有利于藻垫的形成和稳定。
关键词:盐田;底栖硅藻;披针舟形藻;胞外多糖;盐度;营养限制
中图分类号:Q949.27　　　　文献标识码:A
世界各地日晒盐场在生产上都存在着两大难题:卤水渗漏和卤水浑浊发粘 。盐田的中低
卤区蒸发池池底普遍有藻垫生长。藻垫的生长有助于解决两大难题:一方面藻垫具有密封性 ,
可以防止卤水渗漏;另一方面对卤水中许多离子有吸收和吸附作用 ,可以阻止土壤中离子和微
小颗粒进入卤水 ,从而起到净化卤水的作用[ 1] 。藻垫主要由底栖蓝藻 、硅藻和细菌 、以及碳酸
盐和硫酸盐沉积物等通过多糖类胶质胶结而形成[ 2] 。藻类在代谢过程中可产生大量的胞外多
糖(exopo lysaccharide ,EPS),在藻垫形成过程中起着关键作用[ 3-4] 。硅藻是藻垫的重要组成部
分 ,硅藻 EPS 是藻垫多糖的重要来源。
硅藻 EPS 分两部分:一部分是将藻液离心得到的滤液加入酒精沉淀后得到 ,即溶解在培
养基中的多糖(released poly saccharide , RPS),另一部分通常是 30℃条件下水提藻细胞后加
酒精沉淀得到[ 5] ,即包裹在细胞表面的多糖(at tached exopo lysaccharide , AEPS)。Chiovi t ti
等人提出 30℃下水提取 AEPS时会因为细胞破裂而带来胞内物质的污染[ 5] ,但是 Stal等认为
30℃水提时带来的胞内污染物质不能被酒精沉淀 ,所以不影响 AEPS 的分离和含量分析[ 6] 。
De Brouw er 等人分析了几种硅藻 RPS 和 30℃水提多糖的 ToF-SIM S 图谱后 ,发现二者的图
谱没有差异 ,说明 30℃水提得到的多糖和 RPS同属硅藻的 EPS[ 7 〗。
硅藻 EPS 的分泌与硅藻的滑行运动 、抗干旱有关[ 8-9] 。硅藻种类 、细胞生长期 、面的
wood , G.J.C.&Smith , D.J.光照 、温度 、盐度和营养等条件影响硅藻 EPS的产率[ 10-12] 。
已有研究表明盐度和营养限制会对硅藻的生长和胞外多糖产量有较大影响[ 13-21] 。在盐田中 ,
沿着海盐的生产流程 ,海水从纳潮库经各级蒸发池到结晶池 ,使盐池底部藻垫处于不同盐度和
营养成分的水质环境中。目前还未见关于盐田底栖硅藻 EPS 产率的研究报道。披针舟形藻
(Navicula lanceolata)是台南盐田藻垫中常见的底栖硅藻 ,本文研究了盐度和营养限制对披针
＊ 基金项目:国家自然科学基金重大项目(30670400);教育部留学回国人员科研启动基金资助
第一作者简介:马美荣(1981-),女 ,在读硕士 ,从事海洋藻类研究.E-mail:mameirong12@163.com
＊通讯作者 , Tel:86-25-83594653;E-mail:pengfuli@nju.edu.cn
收稿日期:2008-04-17
DOI :10.13984/j.cnki.cn37-1141.2009.01.002
舟形藻生长和胞外多糖产率的影响 ,研究结果将对研究盐田藻垫防渗和净化卤水的作用机理
具有重要的参考价值 。
1 材料和方法
1.1 藻的分离及培养
通过平板划线法 ,从连云港台南盐场藻垫中分离到披针舟形藻 。培养温度为 25℃,光强
为 4900 lx ,光周期为 12 D:12 L ,培养基为 f/2[ 22] 。加入 0.1 mg/mL 硫酸链霉素和 0.06 mg/
mL 的青霉素 G钠盐混合液处理 24h获得无菌藻 。液体培养时为了避免硅藻结块 ,在瓶底铺
一层海沙 ,250 mL 锥形瓶中加 150 mL 培养基静置培养 ,每天手摇 3次。
1.2 实验设计
5个不同盐度的培养基分别为 0.8%、1.6%、2.4%、4.2%和 6.0%NaCl ,磷营养限制培养
基中 PO 4 3-浓度为正常培养基的 1/10 ,氮营养限制培养基中 NH 4 +浓度为正常培养基的 1/
10。起始藻密度为 1×104 cells/mL ,每 2d取一次样分析藻的生长和多糖产率。
1.3 生长曲线测定
摇匀后 ,在无菌条件下取 1 mL 藻液 ,加入 1 mL 2%戊二醛固定后 ,在光学显微镜下用血
球计数板计数 ,计算得到藻细胞密度。
1.4 硅藻 EPS 和其它碳水化合物的提取和测定
根据文献你再推敲核对 ,然后再修改。WOLFSTEIN AND藻液摇匀后 ,在无菌条件下取
5mL藻液 , 9000r/min离心 15min ,取上清液 1mL 测量溶解在培养基中的碳水化合物(CL)含
量;取上清液 2mL 加 3倍的酒精 , 24h 后得到的沉淀为 RPS ,然后用 2mL 蒸馏水溶解测量
RPS 的含量;上述 5mL 藻液离心得到的藻细胞加入 3mL 蒸馏水 , 30℃水浴提取 1h 后离心 ,取
0.5mL 上清测量30℃水提取物中碳水化合物(TC)的含量 ,另取 2mL 上清加 3倍酒精 ,24h后
得到的沉淀加水溶解 ,测量 AEPS 的含量;30℃水提取后的硅藻细胞沉淀用 90%酒精洗涤直
到无色 ,继续依次用 2mL 0.5 mo l/L N aHCO 3和 1 mol/ L NaOH(含 0.2 mo l/L NaBH 4)在
95℃水浴提取 1h ,离心后分别得到两部分多糖溶液 ,它们分别是水不溶 NaHCO 3可溶性多糖
(water insoluble bicarbonate so luble po ly saccharide ,WIBS)和 NaHCO 3不溶 NaOH 可溶性多
糖(bicarbonate inso luble alkali so luble po ly saccharide ,BIAS)[ 9 , 14] 。碳水化合物含量的测定
用苯酚硫酸法[ 23] 。
2 结果
2.1 盐度和营养限制对披针舟形藻生长的影响
图 1显示 ,培养到第 8 天藻细胞密度达到最大 ,之后进入静止期 。培养的最初 4d ,从
0.8%到 6.0%NaCl的盐度下 ,藻的生长逐渐受到轻微抑制 。第 6天后 , 0.8%N aCl盐度下藻
的生长慢于 1.6%NaC l ,从 1.6%到 6.0%NaCl盐度下藻的生长速度逐渐降低 ,1.6%NaC l为
该藻的最适生长盐度 。
与正常培养基相比 ,氮和磷营养限制条件下藻生长受到明显抑制(见图 2),氮营养限制对
藻生长影响更大 ,生长到第 8天时 ,氮和磷营养限制条件下的藻细胞密度分别是正常培养基条
件下的 30.0%和 44.6%。
96 海　洋　湖　沼　通　报 2 0 0 9 年
2.2 盐度和营养限制对披针舟形藻 EPS 和其它碳水化合物产率的影响
2.2.1 盐度对披针舟形藻 EPS和其它碳水化合物产率的影响
盐度对披针舟形藻的 CL 和 RPS 产率影响见图 3a 和 3b。培养过程中 , CL 和 RPS产率
一直在上升。在 0.8%～ 6.0% NaCl范围内 ,盐度越高 ,CL 和 RPS 产率越高 。生长到第 20
天 ,随着盐度的升高 ,CL 和 RPS产率分别从 8.47pg/cell上升到 16.02pg/cell 、5.09pg/cel l上
升到 5.74 pg/cell。
从图 3d可以看出 ,培养的前 10d ,披针舟形藻的 AEPS 产率不断增加 ,第 10 天后 , AEPS
产率略有下降 , 第 14 天后 AEPS 产率又上升 ,第 20 天时随着盐度从 0.8%升高到6.0%,
AEPS产率从 2.32pg/cell升高到 3.23pg/cell。
盐度对披针舟形藻的 TC 、WIBS 和 BIAS 产率影响见图 3c 、3e 和 3f。培养过程中 , TC 、
WIBS和 BIAS产率分别在第 12 、12和 16d达到最大 ,然后略有下降 。在 0.8%～ 6.0%NaCl
范围内 ,盐度越高 , TC 、WIBS 和 BIAS 产率越高 。
图 1 盐度对披针舟形藻生长的影响
Fig.1　Grow th of Navicula lanceolata
unde r different salinities
图 2 氮和磷营养限制对披针舟形藻生长的影响
Fig.2　Grow th of Navicula lanceola ta unde r
nutrient limitation
2.2.2 氮和磷营养限制对披针舟形藻 EPS和其它碳水化合物产率的影响
从图 4a 和 4b可以看出 ,随着培养时间的增加 ,披针舟形藻的 CL 和 RPS 产率都逐渐升
高。氮和磷营养限制条件下 CL 和 RPS 产率显著高于正常培养基 ,氮营养限制比磷营养限制
的影响更大。
氮和磷营养限制条件下 ,随着培养时间的增加 ,披针舟形藻的AEPS 产率增加 ,第 10天后
AEPS产率基本不变 , 18天后又上升 。氮和磷营养限制条件下 AEPS 产率都增加 ,氮营养限
制对 AEPS 产率的影响更大(见图 4d)。
氮和磷营养限制对披针舟形藻的 TC 、和 BIAS 产率影响见图 4c 和 4f。在培养过程中 ,
TC 和 BIAS产率分别在第 12和 16天达到最大 ,然后稍有下降 。氮和磷营养限制条件下 , TC
和 BIAS的产率都升高 ,氮营养限制对 TC和 BIAS 产率影响更大 。
从图 4e 可知 ,与正常培养基相比 ,磷营养限制条件对披针舟形藻WIBS 影响不大 ,而氮营
养限制条件下 ,WIBS 产率增大。
3 讨论与结论
在台南盐场 5°Be～ l8°Be 的各级盐池中 ,普遍有藻垫生长 ,披针舟形藻是各级卤区藻垫中
都有分布的常见种。本文的结果显示 ,披针舟形藻从 0.8%～ 6%NaCl盐度范围内均能生长 ,
971 期 盐度和营养限制对盐田底栖硅藻披针舟形藻生长及胞外多糖产率的影响
它的最适生长盐度是 1.6%NaC1。在最适盐度之上 ,随着盐度增加 ,披针舟形藻生长逐渐受
到轻微抑制 ,表明盐度对披针舟形藻生长影响不大 ,该藻能在盐田各级卤水区的藻垫中广为分
布并生长良好。
以前的报道显示 ,用 30℃水提得到的硅藻 TC ,加入酒精后发现有一部分碳水化合物不能
被沉淀出来[ 7-8] ,本文的实验再次证实了这个结果。为了研究该藻各部分碳水化合物产率变
化之间的关系 ,在分析 RPS 和 AEPS 产率变化规律的同时 ,也分析了其它多糖和碳水化合物
产率的变化规律 ,结果显示高盐和氮磷营养限制促进披针舟形藻 RPS 和 AEPS 的产生 ,同时
也促进其它碳水化合物(CL 、TC和 BIAS)产率的增加。在培养过程中 ,CL 、TC 、WIBS 、BIAS 、
RPS 和 AEPS 产率呈现各自的变化规律 ,这可能与藻的生理代谢有关 ,其机理有待进一步研
究。本实验过程中 ,测量第 2天样品的 CL 、TC 、WIBS 、BIAS 、RPS 和 AEPS 各部分碳水化合
物含量 ,发现各部分碳水化合物的含量都为 0 pg/cell ,所以 ,图 3 、4以第 4天作为起始点 。
氮和磷营养限制条件下披针舟形藻生长受到严重抑制 ,而且氮营养限制对藻生长的抑制
作用更强 ,这和已有的其它硅藻的研究报道一致[ 16] 。氮 、磷营养限制会影响到藻细胞光合作
用中的卡尔文循环 ,从而影响到叶绿素合成和细胞分裂 ,此时藻对外界环境胁迫的适应性会减
小 ,使其生长速率下降。尤其氮的缺乏 ,使蛋白质合成停止 ,并导致藻细胞分裂减缓和停止 ,因
而缺氮对硅藻生长的抑制作用更为显著[ 24-25] 。
随着盐度的升高 ,三角褐指藻(Phaeodacty lum tricornutum)的 CL 、RPS和 WIBS 产率逐
渐升高[ 14] ,新月细柱藻(Cy l indrotheca closterium)的 RPS和 A EPS产率逐渐升高[ 15] ,碎片菱
形藻(Nitzschia f rustulum)的 RPS 产率逐渐升高[ 17] ,以上报道与本文中披针舟形藻的变化
规律一致。高盐对三角褐指藻 BIAS的产率影响不大 ,这与本文实验结果不一致 ,随着盐度的
升高 ,披针舟形藻 BIAS 的产率逐渐升高[ 14] 。
已有报道显示 ,磷营养限制条件下三角褐指藻 、窄隙角刺藻(Chaetoceros a f f inis)和短柄
曲壳藻(Achnanthes brevipes)的 CL 和 RPS 产率增大[ 14 , 17-18] ,这与本文实验结果一致 。磷营
养限制条件下 ,披针舟形藻WIBS 产率变化不大 ,BIAS 产率增大 ,而三角褐指藻WIBS 和 BI-
AS 产率没有显著变化[ 14] 。与磷营养限制相比 ,在氮营养限制条件下从河口分离的新月细柱
藻 RPS 和 AEPS 产率更高[ 19] ,这与本文的实验结果一致 ,而与之不同的是 ,从海洋分离的新
月细柱藻在磷营养限制条件下 RPS 和 AEPS 产率更高[ 16] 。
硅藻在高盐或氮磷营养限制条件下分泌更多 EPS 的原因至今不清楚 ,但是有 2个可能的
机制:(1)环境条件的变化可能是硅藻运动或者黏附的信号 ,因而产生更多的多糖用于硅藻运
动或黏附;(2)环境条件胁迫时 ,硅藻细胞生长减慢 ,减少了用于生长的碳的需求 ,过剩的碳被
用于合成 EPS [ 14] 。
日晒盐场的制盐工艺流程造成了卤水的经常流动 ,导致藻垫中所处盐度及营养条件的不
断变化 ,从而会影响披针舟形藻的生长和 EPS产率。高盐和氮磷营养限制有助于披针舟形藻
产生更多的 EPS ,从而使藻垫含有更多的多糖类胶质 ,有利于盐田藻垫的形成和稳定 ,进而促
进盐田藻垫防渗和净化卤水的作用 。
本课题组正在研究盐田藻垫中优势种蓝藻 、硅藻和细菌的 EPS 对藻垫形成的作用 ,这些
研究结果将为更好地利用藻垫防渗和净化卤水提供必要的基础信息 。为了研究披针舟形藻
EPS在藻垫形成过程中的作用 ,关于披针舟形藻 EPS 物化性质的研究正在进行中 ,其实验结
果将另文发表。
98 海　洋　湖　沼　通　报 2 0 0 9 年
图 3　盐度对披针舟形藻 C L(a)、RPS (b)、TC (c)、AEPS (d)、WIBS (e)和 BIAS (f)产率的影响
F ig.3　Cell no rmalized productivity of CL(a), RPS(b), TC(c), AEPS(d), WIBS(e), and BIAS(f)
from Navicula lanceolata unde r different salinities
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1011 期 盐度和营养限制对盐田底栖硅藻披针舟形藻生长及胞外多糖产率的影响
EFFECTS OF SALINITY AND NUTRIENT LIMITATION
ON THE GROWTH AND EXOPOLYSACCHARIDE PRODUCTION
OF THE SALTERN BENTHIC DIATOM NAVICULA LANCEOLATA
MA Meirong , LI Peng fu , CHEN Li , MENG Feifei , LIU Zhili
(Schoo l of Life Sciences , N anjing Universi ty , Nanjing 210093 , China)
Abstract:The benthic diatom Navicula lanceolata was iso lated f rom the algal mat in Tainan
S al tw o rks.The optimum salinity fo r the g row th of N av icula lanceolata was 1.6%NaCl.A-
bove the optimum salinity , the g row th of the alg a w as inhibi ted slightly w ith the increasing
salini ty.The g row th of the alga w as inhibi ted severely under nit rog en o r phosphorous limi ta-
tion condi tions.The inhibi to ry effect o f ni t rogen limi tat ion on g row th w as st ronger than
phosphorous limi tation.The exopoly saccha ride (EPS)production w as enhanced under high
salini ty , ni t rogen limitation or pho spho rous limitation.The alg a produced mo re EPS under
nit rog en lim itat ion than phosphorous limi tat ion.The data suggested the alga could produce
abundant EPS under high salinity o r nutrient limitation in sal tw orks , and benefited the fo r-
mation and stabilizat ion of alg al mats.
Key words:saltw orks;benthic diatom;Navicula lanceolata;exopo lysaccharide;salini ty ;
nutrient limi tation
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