全 文 ：第 29卷第 11期
2010年 11月
水 产 科 学
F ISH ERIES　SCIENCE Vol.29 No.11Nov.2010
5种营养盐对富油舟形藻生长的影响
季　祥 ,王金荣 ,丁　潇 ,蔡　禄
(内蒙古科技大学 生物工程与技术研究所 ,内蒙古　包头　014010)
摘　要:为了优化舟形藻最佳生长条件 ,以水生硅藻培养基为基础培养基 , 对培养基中 N、P、Si、C 、Mg
5 种营养盐进行了优化 , 采用单因子试验和 L16(45)正交设计法进行优化。试验结果表明 , 舟形藻的最
适氮源为尿素 , 5 种营养盐的最佳质量浓度为:尿素 50 mg/ L , K 2 HPO 4 · 3H 2O 40 mg/ L , Na2 SiO 3 ·
9H2O 200 mg/ L , NaH CO 3 10 mg/ L ,MgSO4 · 7H2O 70 mg/ L , 因此在后续试验中均以此培养基配方进
行藻体培养。
关键词:舟形藻;营养盐;培养基;正交试验
中图分类号:S963.213 文献标识码:A 文章编号:1003-1111(2010)11-0666-03
收稿日期:2010-01-18;　修回日期:2010-03-12.
基金项目:教育部春晖计划项目(Z2007-1-01020);内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJzy08233);包头市科技攻关项目
(2008y1002-2);内蒙古科技大学创新基金资助项目(2009NC061).
作者简介:季祥(1978-),男 ,讲师 ,硕士 ,研究方向:生物质能;E-mail:jixiang@imus t.cn.通讯作者:蔡禄(1964-),男 , 教授 , 博
士 ,研究方向:生物质能 、生物信息学 、分子生物学;E-mail:nm cai lu@163.com.
　　随着石化能源储量的日益减少 ,环保理念的逐
渐增强 ,生物柴油等新能源的开发受到广泛的关
注 ,生物柴油即脂肪酸甲酯 ,是一种可再生且可生
物降解的能源[ 1] 。但由于其原材料成本较高 ,生物
柴油的价格目前仍然高于传统柴油 ,因此寻找开发
低成本的原料油脂是促进生物柴油规模化发展的
主要任务 ,藻类具有光合作用效率高 、环境适应能
力强 、生长周期短 、生物产量高的特点[ 2] ,有研究指
出微藻在单位面积及单位时间上比陆生作物能提
供更多的能量[ 3] ,笔者筛选了内蒙古中西部呼包鄂
地区湖泊中的优势藻种 ,对其中一株含油量高的藻
株舟形藻(Nav icula)进行了初步的研究 ,优化了其
生长条件 ,为其后扩大培养奠定基础。
1　材料与方法
1.1　藻株来源
舟形藻来自内蒙古乌梁素海海域。
1.2　舟形藻的培养
在水生硅藻培养基(Na2SiO 3 ·9H 2O 100 mg/
L , NaNO 3 150mg/L , K 2 HPO 4 · 3H 2O 40 mg/L ,
NaHCO 3 20 mg/L)基础上对 5种营养盐进行优化 ,
将舟形藻在光照度 3000 lx 、光暗周期 14∶10 、温度
(21±1)℃、初始 pH 为 8的环境下静止培养 ,每日
早晚各振摇 1次 。
1.3　藻生物量测定
藻生物量的测定采用浊度比色法[ 4] 。试验用
752紫外可见分光光度计在波长 680 nm 处测定培
养液的光密度(OD 680),试验数据采用 Excel结合正
交助手软件进行处理 。
1.4　对藻生长条件的优化
微藻对不同形态的氮营养盐利用存在差异[ 5] 。
量取硝酸钠以及与水生硅藻培养基中硝酸钠质量
浓度等摩尔数氮的硝酸钾 、尿素 、氯化铵 、硫酸铵 、
碳酸氢铵作为氮源 ,对培养基进行氮源优化。
1.5　N 、P 、Si营养盐单因子试验
舟形藻在接种前一天分别换上不加 N 、P 、Si营
养盐的水生硅藻培养基 ,培养 24 h 后 ,按 0 、10 、20 、
30 、40 、50 mg/L 的质量浓度加入尿素;按 0 、20 、30 、
40 、50 、60 、70 、80 mg/ L 质量浓度加入 K 2HPO 4 ·
3H2O;按 0 、40 、70 、100 、130 、160 mg/L 质量浓度加
入 N a2 SiO 3 ·9H2O 。每组 3 个平行 ,结果取平均
值 。每天定时测定各组试验的 OD680值 ,分别检测
N 、P 、Si营养盐各水平对舟形藻生长的影响 。
1.6　5种营养盐的正交试验
舟形藻在接种前一天换上不加 N 、P 、Si 、C 、Mg
营养盐的水生硅藻培养基 。培养24 h后 ,按表1各
水平分别加入营养盐 , N 、P 、Si 营养盐水平根据单
因素试验最适质量浓度选取 , C 、Mg 营养盐水生硅
藻培养基该营养盐质量浓度选取 。参照正交试验
法[ 6] 选用 L16(45)设计 ,进行上述 5 种营养盐对舟
形藻生长影响的正交试验 。
表 1　因素水平表 mg/ L
水平 因素
A B C D E
1 25 40 50 10 30
2 50 60 100 20 70
3 75 80 150 30 110
4 100 100 200 40 150
注:A:尿素;B:磷酸氢二钾;C:硅酸钠;D:碳酸氢钠;E:硫酸镁.
表 2同.
DOI :10.16378/j.cnki.1003-1111.2010.11.003
2　结果与分析
2.1　对培养基氮源的优化
不同氮源对舟形藻生长的影响见图 1 。由图 1
可见 ,采用尿素作为氮源更有利于生物量的积累。
对舟形藻生长最适氮源优化结果表明 ,以尿素为氮
源的最高藻细胞生长量高于以铵态氮和硝酸盐为
氮源的培养液 ,在培养基中用尿素等农业肥料代替
无机盐对藻类进行培养 ,不仅其效果与无机盐作用
相似 ,而且会大大节约生产成本 ,因此在后续研究
中氮源均采用尿素。
图 1　不同氮源对舟形藻生长的影响
2.2　尿素对舟形藻生长的影响
尿素质量浓度为 0 ～ 25 mg/ L ,对舟形藻的生
长具有明显的促进作用;当质量浓度大于 25 mg/L
时 ,该藻的生长呈现下降趋势(图 2)。许多藻类含
有尿素酶 ,可以催化尿素分解出氨被微藻利用[ 7] 。
可能是酶功能的差异造成了各种微藻对氮的利用
能力不同 ,本试验结果也支持了藻类对氮盐喜好和
利用能力存在差异的观点[ 8-9] 。
图 2　不同质量浓度的尿素对舟形藻生长的影响
2.3　K 2HPO 4 ·3H 2O 质量浓度对舟形藻生长的
影响
K2HPO 4 ·3H 2O为 0 ～ 20 mg/L ,对舟形藻的
生长具有明显的促进作用;当质量浓度为 20 ～ 50
mg/L ,对该藻的生长影响不大;当质量浓度大于 60
mg/L 时 ,该藻的生长呈现下降趋势;最适 K 2HPO4
·3H2O 质量浓度为 60 mg/L(图 3)。
2.4　Na2SiO 3 ·9H 2O 对舟形藻生长的影响
Na2SiO 3 ·9H 2O质量浓度为 0 ～ 130 mg/ L ,对
舟形藻的生长有明显的促进作用;当质量浓度大于
图 3　不同质量浓度的磷酸氢二钾对舟形藻生长的影响
130 mg/ L 时 , 该藻的生长呈现下降趋势 , 因此
Na2SiO3 ·9H2O的最适质量浓度为 130 mg/L(图 4)。
图 4　不同质量浓度的硅酸钠对舟形藻生长的影响
2.5　5种营养盐对舟形藻生长影响的顺序和优化
水平组合
不同的硅藻对营养盐的需求有很大的差异 ,为
了探索舟形藻最佳生长的培养基配比 ,采用正交设
计[ 6] 对这 5种营养盐进行多因子组合试验 ,按表 1
因素水平表分别加入营养盐 ,在光照培养箱中培
养 ,结果见表 2。
表 2　5种营养盐对舟形藻生长的影响正交试验结果
试验号 因素
A B C D E
试验结果
OD680
1 1 1 1 1 1 0.271
2 1 2 2 2 2 0.431
3 1 3 3 3 3 0.485
4 1 4 4 4 4 0.590
5 2 1 2 3 4 0.569
6 2 2 1 4 3 0.299
7 2 3 4 1 2 0.816
8 2 4 3 2 1 0.716
9 3 1 3 4 2 0.693
10 3 2 4 3 1 0.523
11 3 3 1 2 4 0.233
12 3 4 2 1 3 0.483
13 4 1 4 2 3 0.481
14 4 2 3 1 4 0.470
15 4 3 2 4 1 0.440
16 4 4 1 3 2 0.199
均值 1 0.444 0.503 0.251 0.510 0.487
均值 2 0.600 0.431 0.481 0.465 0.535
均值 3 0.483 0.493 0.591 0.444 0.437
均值 4 0.398 0.497 0.602 0.505 0.465
极差 0.202 0.072 0.351 0.066 0.098
667第 11期 季　祥等:5种营养盐对富油舟形藻生长的影响
由表 2中 5因素的极差 R值 ,可以看出 5种营
养盐对舟形藻生长影响的主次顺序为:C >A>E>
B>D , C 、A 为影响藻细胞生长的主要因素 , Na2-
SiO 3 ·9H 2O的质量浓度水平对舟形藻生长的影响
最大 ,其次是氮源质量浓度水平对其生长的影响。
通过分析 5因素的均值可知 , 5种营养盐最优的水
平组合为 A2B1C4D1E2 ,即:尿素为 50 mg/ L 、K 2-
HPO 4 ·3H 2O 为 40 mg/L 、Na2 SiO 3 · 9H2 O 为
200 mg/L 、N aHCO 3为 10 mg/L 、MgSO 4 ·7H2O
为 70mg/ L。正交试验中 K 2HPO 4 的优化质量浓
度与单因素试验的结果较吻合 ,而氮 、硅营养盐的
最适质量浓度较单因素试验高 ,由于正交试验考虑
了各因子的交互作用 ,因此后续试验均以正交试验
的结果所得培养基配方进行藻体培养 ,以此来获得
最大生物量。
2.6　优化后生长情况测定
舟形藻在正交优化组合培养基中培养的生物
量第 6 d就超过了该藻在以水生硅藻培养基中的最
高生物量 ,并提前 3 d进入对数生长期可持续增加
到第 11 d ,最大吸光度(OD680)可达 1.020 ,生物量
累积达 892 mg/L(干物质)(图 3)。由此可知 ,舟形
藻在优化水平组合培养基中生长情况良好。
图 5　舟形藻在 5种营养盐优化水平组合培养基中的生长情况
3　小结
本次试验对 N 、P 、Si 、C 、Mg 5种营养盐对舟形
　　
藻生长的影响做了综合性探讨 ,以便找到适合该藻
生长的优化培养基 。在单因素试验中 5 种营养盐
的最适质量浓度分别为尿素为 25 mg/ L 、K2HPO4
·3H 2O 为 60 mg/L 、N a2SiO 3 · 9H 2O 为 130 mg/
L。正交试验优化 5种营养盐最佳水平组合是:尿
素为 50 mg/L 、K 2HPO4 ·3H 2O 为 40 mg/L 、Na2-
SiO 3 · 9H2O 为 200 mg/L 、NaHCO 3为 10 mg/L 、
MgSO 4 ·7H 2O为 70 mg/L 。
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Effects of Five Nutrients on Growth of Rich Oil Diatom Navicula sp
JI Xiang , WANG Jin-rong , DING Xiao , CAI Lu
(I nstitute of Bioenginee ring and Techno log y , Inner Mongo lia Univer sity of Science &Techno lo gy , Baotou 014010 , China)
Abstract:A single facto r expe riment and L 16(45)or thogonal design me thod w as conducted to study ef fects
of five nutrients N , P , Si , C , and M g on grow th in high-oil diatom N av icula sp fo r optimization of
grow th medium and condit ions for the diatom.The urea w as found to be the best ni tro gen source for Na-
vicula and the optimal concentrat ions w as 50 mg / L fo r urea , 40 mg / L fo r K2HPO 4 · 3H 2O , 200 mg /
L for N a2SiO 3 · 9H 2O , 10 mg / L for NaHCO 3 , and 70 mg / L fo r M gSO4 · 7H2O.
Key words:Navicula;nutrient;medium;o rthogonal design
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