全 文 ：第 26卷第 12期
2007年 12月
水 产 科 学
FISHERIES　SCIENCE Vol.26 No.12Dec.2007
理化因子对原绿球藻生长及其色素含量的影响
冯宪栋 , 蒋霞敏 , 符方尧
(宁波大学 生命科学与生物工程学院 , 浙江　宁波　315211 )
摘　要:以 COA为基础培养基 ,进行了光照 、温度 、盐度等理化因子对原绿球藻生长和色素含量影响的
单因子试验。试验结果表明 , 原绿球藻适宜生长的光照度为 500 ～ 2500lx, 最适光照度为 500 ～ 1000lx;
适宜生长的温度为 10 ～ 30 ℃,最适温度为 25 ～ 30 ℃;适宜生长的盐度为 0 ～ 44.9,最适盐度为 13.7 ～
33.4;适宜生长的 pH5 ～ 11, 最适 pH 8 ～ 10;最适氮源为 NH4 -N, 其次为(NH2)2CO;适宜生长的氮
(NH4Cl)质量浓度为 5 ～ 25 mg/L,最适质量浓度为 15 ～ 25 mg/L。理化因子对该藻色素含量的影响与
其生长相吻合。
关键词:原绿球藻;理化因子;生长;色素含量
中图分类号:Q949.22 文献标识码:A 文章编号:1003-1111(2007)12-0643-05
收稿日期: 2007 -01-22;　修回日期:2007-03-16.
基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(301208).
作者简介:冯宪栋(1982-),男 ,硕士研究生 ,研究方向:水产养殖与饵料生物培养;E-mail:fengxiandong1@gmail.com.通讯作者:
蒋霞敏(1957-),女 ,教授 ,研究方向:水产养殖与饵料生物培养.
　　原绿球藻(Prochlorococcussp.)属蓝藻门 ,原绿
藻属[ 1] ,细胞极小 ,约 0.6 ～ 0.7 μm[ 2] 。其藻液多
呈蓝绿色 ,繁殖方式为二分裂式 ,横向分裂 ,生长繁
殖迅速 。它是迄今发现的地球上最小的放氧型光
合自养生物 [ 3] ,原绿球藻的细胞色素是由二乙烯基
叶绿素 a和 b(DVChl a, DVChl b)、胡萝卜素和
玉米黄质组成[ 4] 。原绿球藻有 2种生态型:高光适
应型(HL或 low-B/A)和低光适应型(LL或 high
-B/A),两者存在明显的生理生态差异 [ 5] 。原绿
球藻主要分布在热带 、亚热带 、温带大洋海域 、边缘
海及海湾中[ 6] ,在我国东海和南海也大量存在[ 5] 。
笔者对原绿球藻进行了光照 、温度 、盐度 、pH、不同
形态的氮和不同质量浓度氮试验 ,以确定原绿球藻
的适宜生长范围 、最适生长范围及理化因子对其色
素含量的影响 ,为大规模培养提供科学依据。
1　材料与方法
1.1　试验藻种和培养基
原绿球藻藻种由宁波大学生命学院水产系藻
种室提供 ,非营养试验使用 COA培养基 , COA母液
的配方为:NH4Cl39 mg, Na2HPO4 11 mg, MnSO4 0.25
mg, FeSO4 2.5 mg, EDTA-Mn10 mg, VB1 6.0 μg,
VB12 5.0 ×10-2 μg,消毒海水 1000 ml。培养液则是
由母液 COA与消毒海水配置而 成 (体积比
1∶1000)。营养试验时 ,先配成缺氮的 COA液 ,然
后按因素水平分别加入氮 。
1.2　方法
1.2.1　接种方法
取指数生长时的藻接种到 100 ml的三角烧瓶
中 ,每个梯度设 3个平行。
1.2.2　试验设计
光照试验:设置梯度为 500、1000、1500、2000、
2500 lx,温度 20 ℃,盐度 21.6, pH8.16。
温度试验:设置梯度为 10、15、20、25、30 ℃,光
照度 1000 lx,其他条件同光照试验 。
盐度试验:设置梯度为 0、7.2、13.7、20.2、26.9、
33.4、40.4、44.9,光照度 1000lx,其他条件同光照试验。
pH试验:设置梯度为 4、5、6、7、8、9、10、11,盐
度 21.6,其他条件同盐度试验。
不同形态氮的试验:先配成缺氮的 COA母液 ,
然后加入具有相同氮含量的不同氮溶液 ,分别为
NaNO2、KNO3、(NH2)2 CO、NH4 Cl。温度 20 ℃,盐
度 31.2,光照度 1000 lx、pH8.16。
不同 NH4Cl质量浓度试验:氮设置梯度为 5、10、
15、20、25 mg/L,其他条件同不同形态氮的试验。
以上试验除不同形态氮和不同质量浓度氮的
试验外 ,所有试验均用 COA液培养 ,试验各梯度均
设 3个平行组 。
试验均在 GXZ型智能培养箱中进行。光照周
期 12 L∶12 D,培养 4 ～ 7 d。不同 pH的海水由
METTERTOLEDO320 -SpH计测定 , 光照度由
ZDS-10型照度计测定。
1.3　生长速率和色素测定方法
1.3.1　藻密度的测量
配置 6个不同密度的藻种液 ,用 KB-K-25
血球计数板进行藻的计数 ,每瓶测 3次 ,取平均值 ,
KB-K-25血球计数板计数所得的数据和 752分
光光度计测得数据基本呈直线(图 1)。
DOI :10.16378/j.cnki .1003-1111.2007.12.003
图 1　吸光度与藻密度的关系
1.3.2　生长速率的测定
用 752分光光度计在波长为 450 nm下测定藻
活体叶绿素的吸光值 A450 ,根据 3个平行组的平均
值作为该次测得的藻密度 。生长速率(K)用下式
计算:
K=(lnNt2 -lnNt1)/(t2 -t1) (1)
式中 , K为生长速率 , Nt2为 t2时间的 A450值 , Nt1为 t1时间
的 A
450
值。
1.3.3　藻液浓缩和离心
藻体培养 7 d后 ,用超滤膜过滤器和真空泵的
组合装置提取浓缩藻液 。所提取的浓缩液进行离
心获得藻泥 。
1.3.4　色素提取和测定
所获得的浓缩藻泥 , 放入研钵中加少量纯丙
酮 、碳酸钙和石英砂 ,加 80%丙酮 5 ml,将匀浆转入
离心管中 ,并用适量 80%丙酮洗涤研钵 ,一并转入
离心管 ,离心后弃沉淀 ,上清液用 80%丙酮定容至
20 ml[ 7] 。取上述提取液 1 ml,加 80%丙酮 4 ml稀
释后转入比色杯中 ,以 80%丙酮为对照 ,分别测定
663、645 nm处的光密度值 [ 7] 。每个水平用 752分
光光度计测 2次 ,取平均值 。
1.3.5　色素质量浓度计算
按下式 (2)～ (4)分别计算色素提取液中 Chl
a、Chl b及总叶绿素质量浓度 [ 7] 。
Ca=12.7 OD663 -2.69 OD645 (2)
Cb=22.9 OD663 -4.68 OD645 (3)
CT=Ca+Cb=8.02 OD663 -20.21 OD645 (4)
1.3.6　色素含量的换算
色素质量浓度测定后 ,按公式 M=C×V换算
色素含量。
2　结果与分析
2.1　光照度对藻的生长速率与色素含量的影响
2.1.1　生长速率
接种密度 4.36 ×106 cel/ml,培养 4 d后 , 500、
1000 lx组的藻液颜色呈蓝绿色 , 1500、2000、2500 lx
组藻液颜色呈黄绿色。方差分析 F>F0.01 ,试验结
果表明 ,光照对原绿球藻生长的影响非常显著(图
2)。由图 2可知 ,原绿球藻在 500 ～ 2500 lx的光照
下均能生长 ,光照度为 500 ～ 1000 lx时藻生长较
好 ,以 1000 lx为最佳 。
2.1.2　色素含量
图 2　光照度对原绿球藻的生长影响
培养 7 d后 ,测定各光照水平的色素质量浓度
(图 3)。由图 3可知 ,光照对原绿球藻色素含量的
影响非常显著。光照度 1500、2000、2500 lx组的色
素含量(Chl b或 Chl a)均较低 ,而光照度 500、
1000 lx组的 Chl a含量比较高 ,以 1000 lx组的
Chl a为最高 。
图 3　光照度对原绿球藻的色素影响
2.2　温度对藻的生长速率与色素含量的影响
2.2.1　生长速率
接种密度 3.02×106 cel/ml,培养 4 d后 , 10、15、
20 ℃组的藻体颜色呈黄绿色的 , 25、30 ℃组的藻体
颜色呈蓝绿色 。方差分析 F>F0.01 ,试验结果表明:
温度对原绿球藻生长的影响非常显著 (图 4)。由
图 4可知 ,原绿球藻在 10 ～ 30 ℃均能生长 ,适宜生
长的温度为 25 ～ 30 ℃,以 25 ℃为最佳。
图 4　温度对原绿球藻的生长影响
2.2.2　色素含量
培养 7 d后 ,测定各温度水平的色素质量浓度
(图 5)。由图 5可知 ,温度对原绿球藻色素含量的
影响显著 。 10、15、20 ℃组的色素质量浓度比较低 ,
而 25、30 ℃组的色素质量浓度比较高 , 25 ℃组色素
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质量浓度最高。
图 5　温度对原绿球藻的色素影响
2.3　盐度对藻的生长速率与色素含量的影响
2.3.1　生长速率
接种密度 3.93 ×106 cel/ml,培养 4 d后 ,盐度
为 0、40.4、44.9组的藻体颜色呈黄绿色 ,盐度 7.2、
13.7、20.2、26.9、33.4组的藻体颜色呈蓝绿色 。方差
分析 F著(图 6)。由图 6可知 ,原绿球藻在盐度 0 ～ 44.9均
能生长 ,适合生长的盐度为 7.2 ～ 33.4。
图 6　盐度对原绿球藻的生长影响
2.3.2　色素含量
培养 7 d后 ,测定各盐度水平的色素质量浓度
(图 7)。由图 7可知 ,盐度对原绿球藻色素含量有
一定的影响 。盐度为 0、7.2、44.9组的 Chl a质量
浓度比较低 ,而盐度 13.7、20.2、26.9、33.4、40.4
组的 Chl a质量浓度比较高 ,以盐度 20.2组 Chl
a质量浓度为最高。
图 7　盐度对原绿球藻的色素影响
2.4　pH对藻的生长速率与色素含量的影响
2.4.1　生长速率
接种密度 4.19 ×106 cel/ml,培养 4 d后 , pH
为 4的藻体颜色为无色 ,说明藻体已经全部死亡 ,
pH为 5、6、7、11组的藻体颜色呈黄绿色 , pH为 8、
9、10组的藻体颜色呈蓝绿色 。方差分析 F表明 pH5 ～ 11对原绿球藻生长的影响不显著(图
8)。由图 8可知 ,原绿球藻在 pH5 ～ 11均能生长 ,
以 pH8为最佳 。
图 8　pH对原绿球藻的生长影响
2.4.2　色素含量
培养 7 d后 ,测定各 pH水平的色素质量浓度
(图 9)。由图 9可知 , pH5 ～ 11对原绿球藻色素含
量的影响不显著 。但 pH为 5、6、7、11组的 Chl a
质量浓度比较低 ,而 pH为 8、9、10组的 Chl a质量
浓度稍高 ,以 pH为 8组 Chl a质量浓度为最高。
图 9　pH对原绿球藻的色素影响
2.5　不同形态的氮对藻的生长速率与色素含量的影响
2.5.1　生长速率
接种密度 3.70 ×106 cel/ml, 培养 4 d后 ,
NaNO2、KNO3组的藻体颜色呈黄绿色 , (NH2)2 CO、
NH4Cl组的藻体颜色呈蓝绿色。方差分析 F0.05 显著(图 10)。由图 10可知 ,原绿球藻在所试验的
4种不同形态的氮中均能生长 ,比较适合生长的为
(NH2)2CO、NH4Cl,以 NH4Cl为最佳 。
图 10　不同形态的氮对原绿球藻的生长影响
645第 12期 冯宪栋等:理化因子对原绿球藻生长及其色素含量的影响
2.5.2　色素含量
培养 7 d后 ,测定不同形态氮的色素质量浓度
(图 11)。由图 11可知 ,不同形态的氮对原绿球藻
色素含量的影响显著 。NaNO2、KNO3组的色素质量
浓度比较低 ,而(NH2)2CO、NH4Cl组的色素质量浓
度比较高 ,以 NH4Cl组的色素质量浓度为最高。
图 11　不同形态的氮对原绿球藻的色素影响
2.6　不同质量浓度的 NH4Cl对藻的生长速率与色
素含量的影响
2.6.1　生长速率
接种密度 4.33 ×106 cel/ml,培养 4 d后 , 25
mg/L组的藻体颜色呈黄绿色 ,其他组的藻体颜色
呈蓝绿色。方差分析 F0.05 量浓度 NH4 Cl对原绿球藻生长的影响显著 (图
12)。由图 12可知 , 原绿球藻在不同质量浓度
NH4Cl中均能生长 ,适宜生长质量浓度为 15、20 mg/
L,以 15 mg/L为最佳 。
图 12　不同质量浓度的NH4Cl对原绿球藻的生长影响
2.6.2　色素含量
培养 7 d后 ,测定 NH4Cl的不同质量浓度对色
素的影响(图 13)。由图 13可知 , NH4Cl的不同质
量浓度对原绿球藻色素含量的影响显著。 5、10、
图 13　不同质量浓度的NH4Cl对原绿球藻的色素影响
25 mg/L组的色素质量浓度比较低 ,而 15、20 mg/L
组的色素质量浓度比较高 ,以 15 mg/L组的色素质
量浓度为最高 。
3　讨　论
3.1　理化因子对藻生长的影响
光照试验中 ,该藻在弱光(500 ～ 1000 lx)生长
繁殖迅速 ,藻体颜色呈蓝绿色 ,远远好于强光(1500
～ 2500 lx)下的生长 ,说明它是喜弱光的藻类。
温度试 验 中 , 该藻 的 最适 生 长温 度 为
25 ～ 30 ℃,这与大多数藻如:发状念珠藻 (Nostoc
flageliforme)、锥状斯氏藻(Scrippsielatrochoidea)、
三角褐指藻 (Phaeodactylumtricornutum)的最适生
长温度一致 [ 8-10] 。
盐度试验中 , 无论在淡水还是在高盐度海水
中 ,该藻均能正常生长 ,证明该藻为广盐性种类 ,但
其在海水中的培养效果更好 。
pH试验中 ,该藻的 pH适宜范围偏碱性。已有
研究发现 ,水体 pH与藻类生长关系密切[ 11] 。一般
认为 ,蓝藻偏好较高的 pH[ 10] 。在本试验中 ,原绿球
藻在强酸条件下不能生长 ,但可以在强碱条件下生
长 ,原因可能是水体酸碱度会影响藻类的生长 ,碱
性环境有利于藻类光合作用 ,因为碱性系统易于捕
获大气中的 CO2 ,因而较高的生产力往往出现在碱
性水体中 。
氮的不同形态试验中 , 可以看出该藻对
NaNO2、KNO3的利用效果不佳 ,这是由于原绿球藻
本身缺乏 NO3 -N还原酶编码基因所致 [ 12] 。
NH4Cl的不同质量浓度试验中 ,该藻适于在低
质量浓度(本次非营养试验为 3.9 ×10-2 mg/L)中
生长 ,不适于在较高质量浓度(25 mg/L)中生长。
沙珍霞等 [ 13]报道 ,当 NH4 -N的用量超过了一定质
量浓度 ,尤其是当 pH超过 8时 ,会对盐藻产生毒害
作用。本试验中 ,质量浓度为 25 mg/L的培养液中
的原绿球藻受到明显的毒害作用 ,表现为生长处于
停滞状态 ,藻体发黄并有解体现象 ,而产生毒害作
用的是 NH3。这与藻对 NH4 -N的吸收机理有关 。
3.2　理化因子 、藻生长对藻色素含量的影响
光照 、氮与该藻的色素含量有着十分密切的关
系 ,而温度 、盐度 、pH对该藻的色素含量有一定的
影响。通过对以上试验结果的分析 ,可以看出 ,在
相同理化因子条件下 ,藻生长的好坏与藻色素含量
成正比 ,即藻生长得好 ,其相对应的色素含量也就
高 ,而且反映在藻液颜色上 。生长好的藻液呈蓝绿
色 ,色素总含量 0.740 ～ 2.052 mg/L, Chl a含量
0.608 ～ 1.723 mg/L, Chl b含量 0.156 ～ 0.376
mg/L;生长差的藻液颜色呈黄绿色或绿色 ,色素总
含量 0.093 ～ 0.684 mg/L, Chl a含量 0.043 ～
0.597 mg/L, Chl b含量 0.050 ～ 0.122 mg/L;说明
藻生长与藻色素含量的关系是紧密相关的 。从色
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素含量分析来看 ,理化因子主要影响叶绿素中的
Chl a,而对 Chl b的影响很小(图 3、5、7、9、11、
13)。由此可见 , 原绿球藻的颜色很大程度是由
Chl a所决定的。
光照试验中 ,该藻弱光(500 ～ 1000 lx)下的色
素含量远远高于其强光(1500 ～ 2500 lx)下的色素
含量。一般情况下 ,大多数藻类光合作用只要完全
光照度的 33%就能达到饱和点 。大多数情况下 ,完
全光照的 60% ～ 70%就会出现光抑制。光合作用
被抑制时 , 当然停止制造有机物 ,直接影响产量。
长期暴露在高量子通流量(HPFD)时还会产生光氧
化死亡 [ 14] 。本试验中的原绿球藻也是如此 ,从光
照度 1500 lx开始出现了光抑制 ,随着光照度越强 ,
藻体颜色越发变黄 ,并逐渐表现出了光氧化死亡的
迹象 ,随之表现出来的是色素含量的骤减 。
参考文献:
[ 1] 　RalphAL.Prochlorophyta-amaterofclassdistinc-
tions[ J] .PhotosynthesisResearch, 2002(73):59-61.
[ 2] 　焦念志 , 杨燕辉.中国海原绿球藻研究 [ J] .科学通报 ,
2002, 47(7):485-491.
[ 3] 　ClaudiaS, ConradW, MulineauxbKT, etal.Photophys-
icalpropertiesofProchlorococcusmarinusSS120 divinyl
chlorophyllsandphycoerythrininvitroandinvivo[ J] .
FEBSLeters, 2003(553):79-84.
[ 4] 焦念志 , 陈念红.原绿球藻 —海洋生态学研究的新
领域 [ J] .海洋科学 , 1995(4):9-11.
[ 5] 焦念志 , 杨燕辉 , ElizabethMS,等.我国东海发现原绿
球藻的大量存在 [ J] .科学通报 , 1998, 43(6):654.
[ 6] 杨燕辉 , 焦念志.原绿球藻Prochlorococcus的研究进展
[ J] .海洋科学 , 2001, 25(3):42-43.
[ 7] 张志良 ,瞿伟青.植物生理学实验指导 [ M] .3版 , 北
京:高等教育出版社 , 2005:67-70.
[ 8] 毕永红 , 胡征宇.温度 、营养和光强对发状念珠藻生长
的影响 [ J] .过程工程学报 , 2004, 4(3):245-249.
[ 9] 徐宁 , 吕颂辉 , 陈菊芳 , 等.温度和盐度对锥状斯氏藻
生长的影响 [ J] .海洋环境科学 , 2004, 22(3):36-38.
[ 10] 林霞 ,陆开宏 , 钱云霞.几个生态因子对不同品系三角
褐指藻生长的影响 [ J] .宁波大学学报 , 2003, 16(1):
44-48.
[ 11] 刘春光 ,金相灿 , 孙凌 , 等.pH值对淡水藻类生长和
种类变化的影响 [ J] .农业环境科学学报 , 2005, 24
(2):294-298.
[ 12] MooreLR, PostAF, ChisholmSW, etal.Diversityin
nitrogenacquisitionmechanismsamongisolatesofPro-
chlorococcus[ G] //Alburqueque, NM.AmericanSociety
ofLimnologyandOceanography, ed.AbstactBookof
2001AquaticScienceMeeting, 2001:100.
[ 13] 沙珍霞 ,石晓勇 , 张学成.钝顶螺旋藻对无机氮的吸收
利用 [ J] .海洋水产研究 , 2000, 21(3):17-22.
[ 14] 胡鸿钧.螺旋藻生物学及生物技术原理 [ M] .北京:科
学出版社 , 2003:126-127.
EffectsofPhysical-chemicalFactorsonGrowthandPigmentContent
inAlgaProchlorococcussp.
FENGXian-dong, JANGXia-min, FUFang-yao
(ColegeofLifeScienceandBiotechnology, NingboUniversity, Ningbo315211, China)
Abstract:Efectsofphysical-chemicalfactorssuchasiluminationintensity, temperature, andsalinityongrowth
andpigmentcontentinalgaProchlorococcussp.werestudiedundertheculturemediumofCOA.Resultsshowed
thattherangeofthesuitableiluminationintensityvariedfrom500 to2500 lxwiththeoptimaliluminationintensi-
tyof500 ～ 1000 lx;therangeofpropertemperaturewas10 ～ 30 ℃forgoodgrowth, withtheoptimumtemperature
of25 ～ 30 ℃;therangeofpropersalinitywas0 ～ 44.9, andthebest13.7 ～ 33.4;therangeofproperpHwas
5 ～ 11, andthebest8 ～ 10;thebestnitrogenwasNH4Cl, folowedby(NH2)2CO;therangeofproperNH4Clcon-
centrationwas5 ～ 25 mg/L, andthebest15 ～ 25 mg/L.Suchrelativelycorespondingpigmentcontentwasconsist-
entwithefectsofphysical-chemicalfactorsongrowthinthealga.
Keywords:Prochlorococcussp.;physical-chemicalfactor;growth;pigmentcontent
(责任编辑:晓　荷)
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