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收稿日期： 2013-04-01。
基金项目： 广东省自然科学基金（10451007006006001）； 国家自然科学基金（31100189）； 国家科技支撑计划项目（2011BAD14B03）。
作者简介： 董 联(1988-)，女，湖南邵阳人，硕士研究生，主要从事微藻生物能源相关的研究工作。 E-mail：676615305@qq.com
通讯作者： 袁振宏(1953-)，男，研究员，博士，长期从事生物质能技术的研究开发与管理工作。 E-mail：yuanzh@ms.giec.ac.cn
0 引言
作为微藻能源主要原料的微藻由于具有生长
速度快，是陆生植物的 10~50倍[1]；生长周期短，可
以每天收获 [2]；占地面积小，可以在盐碱地或荒漠
中培养等优点而备受关注。 使用微藻来吸收 CO2
和生产生物能源是一种具有变革性的生产策略[3]。
然而，由于生产成本过高，利用微藻生产生物
柴油尚未实现产业化。 用于生产生物柴油的微藻
应具有以下特点：生物量高、油脂含量高、脂肪酸
成分中 C16 和 C18 系列所占比例高 [4]，[5]。 Hu 和
Los 的研究表明， 通过改变微藻的培养条件 （温
度、光强、盐浓度、氮源及磷源的缺乏等）能提高油
脂含量和优化脂肪酸组成， 其中氮源的作用尤为
突出[6]，[7]；氮限制能促进微藻积累油脂[8]。Rodolfi的
研究表明，氮限制会促进微藻细胞积累油脂，Nan-
nochloropsis sp. F&M-M24 在氮限制条件下，油脂
含量可达到 60%[9]。Illman 发现 Chlorella emersonii
在低浓度氮源条件下， 油脂含量能达到干重的
63%[10]。 光强会影响藻细胞的色素含量、光合活性
和化学成分[11]，[12]，Hu 发现较强的光照条件能促进
藻细胞积累油脂[6]。
本文以光强 （179μmol/m2·s-1和 84μmol/m2·s-1)、
氮源[NaNO3和 CO(NH2)2]和氮浓度(1N，1/3N，1/5N)为
变量， 形成 14个实验组， 通过测定不同实验组中
GN38的生物量、油脂含量及脂肪酸组成，来观察这 3
种环境因子对 GN38生长和油脂积累的影响，为深入
研究该藻株奠定了基础。
1 实验
1.1 培养条件
本实验所用绿球藻 GN38 由中国科学院广州
能源研究所生物质能源生化转化实验室分离获
得。 以 BG-11 培养基为基础，在 179 μmol/m2·s-1
和 84 μmol/m2·s-1 两种光强下 ， 使用两种氮源
NaNO3和 CO(NH2)2培养绿球藻。 氮元素的浓度按
照如下规则设定： 以标准 BG-11 培养基中 1.5
g/L NaNO3对应的氮元素的质量浓度作为 1N，分
别设计 3 个氮元素的浓度 1N，1/3N 和 1/5N，即
NaNO3 组中 NaNO3 的含量分别为 1.5，0.5 g/L 和
0.3 g/L，CO (NH2)2 组中 CO (NH2)2 的含量分别为
0.528，0.176 g/L 和0.105 8 g/L；最后加上两种光强
光强与氮源对绿球藻 GN38 生长和油脂积累的影响
董 联 1，2， 袁振宏 1， 王忠铭 1， 许 瑾 1， 尚常花 1， 丰平仲 1， 彭万峰 3， 王学伟 3
（1.中国科学院 广州能源研究所， 中国科学院 可再生能源与天然气水合物重点实验室， 广东 广州 510640；
2. 中国科学院大学， 北京 100039； 3. 中国科学院 广州能源研究所 佛山三水能源环境技术创新与育成中
心， 广东 佛山 528137）
摘 要： 光强与氮源是影响微藻生长与物质积累的重要因子，文章研究了光强、氮源、氮源浓度对一株自然条
件下分离的绿球藻 GN38的生长和油脂积累的影响。 实验通过在不同光照强度(179 μmol/m2·s-1和 84 μmol/m2·s-1)
条件下，分别以具浓度梯度(1N，1/3N，1/5N)的 NaNO3和 CO(NH2)2为氮源培养绿球藻，获得了 GN38 生长与产油
的较佳条件。 结果表明，较高光强能促进 GN38 生长和总脂积累；CO(NH2)2有利于 GN38 积累油脂；不同氮源均
表现出氮源浓度与生物量成正比， 无氮组除外；179 μmol/m2·s-1光强、1/5N 时 GN38 的总脂含量最高。 综合考
虑， 产油微藻 GN38 的最佳培养条件为 179 μmol/m2·s-1光强和 0.528 g/L CO (NH2)2， 在此条件下干重达到 6.7
g/L，总脂含量为 38%，总脂产量为 2.54 g/L，脂肪酸成分中 C16 和 C18 含量高达 95.15%。 实验为该藻的后续深
入研究及产业化培养奠定了基础。
关键词： 光强； 氮源； 生物量； 油脂含量； 微藻脂肪酸
中图分类号： TK6； S216.2 文献标志码： A 文章编号： 1671-5292（2014）01-0073-08
可再生能源
Renewable Energy Resources
第 32 卷 第 1 期
2014 年 1 月
Vol.32 No.1
Jan. 2014
DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2014.01.024
·74·
可再生能源 2014，32（1）
（1）84 μmol/m2·s-1光强、不同浓度 NaNO3下的干重
表 2 两种光强不同浓度 NaNO3条件下藻细胞的
脂肪酸组成
Table 2 The composition of fatty acid under two kinds of
light intensity and various concentrations of sodium nitrate
C16∶0 C16∶1 C18∶0 C18∶2 C18∶3 其他
84 μmol/m2·s-1
1.5 g/L 57.40 3.28 3.98 20.63 10.24 4.47
0.5 g/L 41.83 4.23 24.91 12.62 14.49 1.93
0.3 g/L 48.81 2.03 7.83 16.43 19.84 5.06
0 g/L 39.71 3.58 24.01 13.23 18.17 1.30
179 μmol/m2·s-1
1.5 g/L 62.75 3.37 0 19.33 10.42 4.12
0.5 g/L 56.05 2.37 0 18.02 22.59 0.96
0.3 g/L 49.63 2.32 5.86 17.93 23.05 1.22
0 g/L 55.35 1.33 7.32 18.34 17.10 0.56
光强与浓度组合
下的无氮实验组，共形成 14 个实验组，每个实验
组有两个平行。
1.2 生物量的测定
将孔径为 1.2 μm 的玻璃纤维滤膜在 80 ℃下
烘干至恒重，称重记为 A0。 吸取 10 mL 藻液在玻
璃纤维滤膜上抽滤， 然后在 80 ℃下烘干至恒重，
称重记为 A1。 藻干重 DW(g/L)=A1-A0。
1.3 总脂含量的测定
称取 50 mg 藻粉加入 2 mL 含 10%DMSO 的
甲醇溶液中，50℃下加热搅拌 45 min。 离心收集上
清液。重复两次，合并上清液。再加入 4 mL乙醚∶己
烷(体积比为 1∶1)，加热搅拌 60 min。 离心取上清
液，重复两次。 在上清液中加入 4 mL去离子水，分
相。 取上层有机相至干净小瓶中，氮吹移除溶剂。
转移至预先称重的 1.5 mL离心管中，氮吹至恒重。
1.4 脂肪酸组成的测定
称取 20 mg 藻粉，加入 2.5 mL 含 2%H2SO4的
甲醇溶液，80℃下搅拌加热 2.5 h后取出， 冷却至
室温，加入 1 mL饱和 NaCl溶液和 1 mL高效液相
色谱级正己烷，振荡均匀后静置分层。 使用无水硫
酸钠对上层正己烷相进行过滤， 用正己烷冲洗后
进行氮吹。 加入 1 mg/mL 的正十七烷酸甲酯内标
溶液（Sigma 公司），用正己烷定容，使得正十七烷
酸甲酯终浓度为 0.1 mg/mL，采用 SHIMADZU GC-
2010进行色谱分析。升温程序：195℃保持 12 min；
以 10℃/min速率升温至 230℃，保持 15 min。
2 实验结果与讨论
2.1 两种光强下不同浓度 NaNO3对藻细胞生长和
油脂积累的影响
在两种光强不同浓度 NaNO3条件下，藻细胞
的干重、油脂含量、油脂产量、油脂产率和不饱和
脂肪酸比例如表 1所示。
表1 两种光强不同浓度 NaNO3条件下藻细胞干重、油脂含量、油脂产量、油脂产率和不饱和脂肪酸比例
Table 1 The cell dry weight, lipid content, lipid yield, lipid productivity and proportion of unsaturated fatty acid under two
kinds of light intensity and various concentrations of sodium nitrate
光强与浓度组合 干重/g·L-1 油脂含量/% 油脂产量/g·L-1 油脂产率/g·（L·d）-1 不饱和脂肪酸比例/%
1.5 g/L 4.84 22.31 1.08 0.068 43.68
0.5 g/L 5.20 35.25 1.83 0.114 36.38
0.3 g/L 4.46 30.06 1.34 0.084 32.62
0 g/L 1.09 37.20 0.41 0.026 41.75
1.5g/L 5.91 36.40 2.15 0.134 62.75
0.5g/L 5.01 41.80 2.09 0.131 56.45
0.3g/L 3.57 43.20 1.54 0.096 55.89
0 g/L 1.01 47.70 0.48 0.030 62.86
84 μmol/m2·s-1
179 μmol/m2·s-1
1
0
2
3
4
5
6
7
0-2 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0.5 g/L NaNO3
1.5 g/L NaNO3
0.3 g/L NaNO3
0 g/L NaNO3
时间/d
干
重
/g·
L-
1
两种光强不同浓度 NaNO3 条件下藻细胞的
脂肪酸组成见表 2。
图 1 显示的是两种光强 （84 μmol/m2·s-1 和
179 μmol/m2·s-1） 下， 不同浓度 （1.5 ，0.5，0.3 ，0
g/L）NaNO3作为氮源时藻细胞干重的变化情况。
图 1（1）表明在光强为 84 μmol/m2·s-1 时，藻
细胞能快速生长（0 g/LNaNO3除外），最终干重都
·75·
董 联，等 光强与氮源对绿球藻 GN38 生长和油脂积累的影响
能达到 4 g/L以上。 其中，当 NaNO3浓度为0.5 g/L
时，藻细胞干重达到最高值 5.2 g/L，略高于 1.5 g/L
和 0.3 g/L NaNO3下的干重值 4.84 g/L 和4.46 g/L。
当NaNO3浓度为 0 g/L时，藻细胞的生长受到明显
抑制，干重变化不明显，最终干重只有1.09 g/L。
图 1（2）是光强为 179 μmol/m2·s-1的情况，除
无氮组，其余组在第 8 天进入稳定期，最终干重
能达到 3.5 g/L以上。当 NaNO3浓度为 1.5 g/L时，
藻细胞干重达到最高值 5.91 g/L， 高于 0.5
g/L NaNO3 条件下的 5.01 g/L， 明显高于 0.3
g/L NaNO3下的 3.57 g/L。 无氮组在第 2天就进入
平台期，最终干重为 1.01 g/L。
对图 1（1）和（2）进行比较，发现相同 NaNO3
浓度下，除 NaNO3浓度为 1.5 g/L的实验组干重随
光强升高而增加了 1.07 g/L 外，0.5，0.3 g/L 和 0
g/L NaNO3实验组的干重均随光强升高而分别降
低了 0.19，0.89 g/L和 0.08 g/L。
图 2（1）显示，在光强为 84 μmol/m2·s-1下，油
脂含量均在 20%以上， 油脂含量最高的为无氮
组，为 37.2%。 光强为 179 μmol/m2·s-1时，油脂含
量随氮源浓度的降低而升高，含量最高的无氮组
油脂含量可达 47.7%。 随着光强从 84 μmol/m2·s-1
升高到 179 μmol/m2·s-1， 油脂含量均有不同程度
的提高，1.5，0.5，0.3 g/L 和 0 g/L NaNO3 条件下，
油脂相对含量分别提高了 63.16% ，18.58% ，
43.71%和 28.23%。 两种光强下，油脂含量最高的
为 179 μmol/m2·s-1光强下的 0 g/L NaNO3实验组。
油脂含量随着光强的升高而增加，相对增幅最大
的为 1.5 g/L NaNO3实验组。
图 2（2）表现的是 NaNO3作为氮源时在不同
光强下油脂产率的变化。 当光强为 84 μmol/m2·s-1
时， 油脂产率随氮源浓度的减少先增后减，0.5 g/L
NaNO3实验组油脂产率最高，为 0.114 g/（L·d）；当
光强为 179 μmol/m2·s-1时，1.5 g/L和 0.5 g/L NaNO3
实验组油脂产率相近， 分别为 0.134 g/（L·d）和
0.131 g/（L·d）；0.3 g/L 和 0 g/L NaNO3 油脂产率为
0.096 g/（L·d）和 0.03 g/（L·d）。对图 2（2）分析发现，
图 2 两种光强不同浓度 NaNO3下藻细胞油脂含量、油脂
产率和不饱和脂肪酸在总脂肪酸中比例的变化
Fig.2 The lipid content, lipid productivity and proportion of
unsaturated fatty acid under two kinds of light intensity and
various concentrations of sodium nitrate
图 1 两种光强不同浓度 NaNO3下藻细胞干重变化
Fig.1 The changes of cell dry weight under two kinds of
light intensity and various concentrations of sodium nitrate
（2）179 μmol/m2·s-1光强、不同浓度 NaNO3下的干重
1
0
2
3
4
5
6
7
干
重
/g·
L-
1
0.5 g/L NaNO3
1.5 g/L NaNO3
0.3 g/L NaNO3
0 g/L NaNO3
0-2 2 4 6 8 10 12 14 16 18
时间/d （1）两种光强、不同浓度 NaNO3下的油脂含量
0
5
10
20
30
40
15
25
35
45
50
55
60
油
脂
含
量
/%
179 μmol/m2·s-1
84 μmol/m2·s-1
1.5 g/L
NaNO3
0.5 g/L
NaNO3
0.3 g/L
NaNO3
0 g/L
NaNO3
（2）两种光强、不同浓度 NaNO3下的油脂产率
179 μmol/m2·s-1
84 μmol/m2·s-1
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
油
脂
产
率
/g·
（ L
·
d）
-1
1.5 g/L
NaNO3
0.5 g/L
NaNO3
0.3 g/L
NaNO3
0 g/L
NaNO3
（3）两种光强、不同浓度 NaNO3下不饱和脂肪酸占
总脂肪酸的比例
1.5 g/L
NaNO3
0.5 g/L
NaNO3
0.3 g/L
NaNO3
0 g/L
NaNO3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
179 μmol/m2·s-1
84 μmol/m2·s-1
不
饱
和
脂
肪
酸
占
总
脂
肪
酸
比
例
/%
·76·
可再生能源 2014，32（1）
179 μmol/m2·s-1
表 3 两种光强不同浓度 CO(NH2)2条件下藻细胞干重、油脂含量、油脂产量、油脂产率和不饱和脂肪酸比例
Table 3 Cell dry weight, lipid content, lipid yield, lipid productivity and proportion of unsaturated fatty acid under two kinds of
light intensity and various concentrations of urea
光强与浓度组合 干重/g·L-1 油脂含量/% 油脂产量/g·L-1 油脂产率/g·（L·d）-1 不饱和脂肪酸比例/%
0.528 g/L 6.03 26.25 1.58 0.099 27.37
0.176 g/L 5.55 33.69 1.87 0.117 45.28
0.105 8 g/L 3.83 32.63 1.25 0.078 45.53
0 g/L 1.09 37.20 0.41 0.026 41.75
0.528 g/L 6.70 38.00 2.54 0.159 66.38
0.176 g/L 5.54 42.20 2.34 0.146 56.70
0.105 8 g/L 3.95 43.80 1.68 0.105 57.72
0 g/L 1.01 47.70 0.48 0.030 62.86
84 μmol/m2·s-1
表 4 两种光强不同浓度 CO(NH2)2条件下藻细胞的脂肪酸成分
Table 4 The composition of fatty acid under two kinds of light intensity and various concentrations of urea
光强与浓度组合 C16∶0 C16∶1 C18∶0 C18∶2 C18∶3 其他
84μmol/m2·s-1
0.528 g/L 50.83 1.86 21.80 16.88 7.16 1.47
0.176 g/L 51.26 5.63 3.46 18.08 17.71 3.86
0.105 8 g/L 47.04 4.65 7.17 18.11 21.13 1.89
0 g/L 39.71 3.58 24.01 13.23 18.17 1.30
光强与浓度组合 C16∶0 C16∶1 C18∶0 C18∶2 C18∶3 其他
179 μmol/m2·s-1
0.528 g/L 59.51 3.47 6.55 21.32 4.31 4.85
0.176 g/L 56.70 0 0 20.48 20.82 2.00
0.105 8 g/L 57.47 0 0 18.62 20.04 3.87
0 g/L 55.35 1.33 7.32 18.34 17.10 0.56
在 179 μmol/m2·s-1光强下， 油脂产率与氮源浓度
成正比。 随着光强从 84 μmol/m2·s-1 升高到 179
μmol/m2·s-1，1.5，0.5，0.3 g/L和 0 g/L NaNO3实验组
的油脂生产率分别增加了 97.06% ，14.91% ，
14.29%和 15.38%，光强的升高对 1.5 g/L NaNO3实
验组油脂产率的影响最大。
不饱和脂肪酸在总脂肪酸中比例影响到生物
柴油的品质。 图 2（3）中，当光强为 84 μmol/m2·s-1
时， 不饱和脂肪酸比例都可达到 30%以上。 除 0
g/L 实验组外， 其余实验组不饱和脂肪酸比例与
氮源浓度成正比， 最高值为 1.5 g/L NaNO3 下的
43.68%。 当光强为 179 μmol/m2·s-1时，不饱和脂
肪酸比例均可达到 55%以上，最高值为无氮组的
62.86%， 高于较低光强 84 μmol/m2·s-1下获得的
最高比例。 在 179 μmol/m2·s-1光强下， 除去无氮
组， 其余实验组中不饱和脂肪酸比例也与氮源浓
度成正比。NaNO3浓度相同时，光强升高会促进不
饱和脂肪酸的积累。
表 1数据表明， 除干重随光强变化没有明显
规律外，油脂含量、油脂产量、油脂产率和不饱和
脂肪酸比例均随着光强升高有不同程度的增长。
表 2 是当氮源为 NaNO3 时脂肪酸甲酯组成
的变化。 随着光强升高，C16∶0 含量增加，绝对增
幅为 0.82%~15.64% ；C18 ∶0 含量减少 ， 减幅为
3.98%~24.91%。 由于 C18∶0含量减少的幅度大于
C16∶0 含量增加的幅度，因此，饱和脂肪酸在总脂
肪酸中的含量随着光强升高而降低。
综合图 1 和图 2、表 1 和表 2 发现，当光强为
84 μmol/m2·s-1时，最高干重、油脂产量和油脂产
率均在 0.5 g/L NaNO3实验组中获得， 分别为 5.2
g/L，1.83 g/L和 0.114 g/（L·d）。最高油脂含量为无
氮组的 37.2%， 最高不饱和脂肪酸比例为1.5 g/L
NaNO3 下的 43.68%。 当光强为 179 μmol/m2·s-1
时，干重、油脂产量、油脂产率均随着氮源浓度降
低而减少。 当 NaNO3浓度为 1.5 g/L时，得到最高
干重为 5.91 g/L、最高油脂产量为 2.15 g/L、最高
油脂产率 0.134 g/（L·d）。 油脂含量随氮源浓度降
低而升高，最高油脂含量为 47.7%，最高不饱和脂
肪酸比例为 62.86%。 对不同光强下的最高干重、
最高油脂含量、最高油脂产量、最高油脂产率和不
饱和脂肪酸比例进行比较， 发现较高光强 179
μmol/m2·s-1时更有利于藻细胞生长和积累油脂。
2.2 两种光强不同浓度 CO(NH2)2对藻细胞生长和
油脂积累的影响
两种光强不同浓度 CO(NH2)2条件下，藻细胞干
重、油脂含量、油脂产量、油脂产率和不饱和脂肪酸
比例影响见表 3。 两种光强不同浓度 CO(NH2)2对藻
细胞油脂积累的影响见表 4。
图 3 为两种光强不同浓度 CO (NH2)2下藻细
胞的干重变化。
由图 3可看出， 当光强为 84 μmol/m2·s-1时，
0.528 g/L和 0.176 g/L CO (NH2)2实验组干重变化趋
势类似，最终干重可达 6.03 g/L和 5.55 g/L。 当光强
为 179 μmol/m2·s -1 时 ， 最高干重为 0.528 g/L
CO(NH2)2实验组的 6.7 g/L，缺氮组除外，最低干重
为 3.95 g/L，高于 84 μmol/m2·s-1光强下的最低干重
3.83 g/L。 相同氮浓度下，光强由 84 μmol/m2·s-1增
加到 179 μmol/m2·s -1 时 ，0.528 g/L 和 0.1058 g/L
CO(NH2)2实验组生物量分别增加了 0.67 g/L和 0.12
g/L；0.176 g/L CO(NH2)2和无氮实验组生物量分别减
少了 0.01 g/L和 0.08 g/L。 光强的增加对于不同浓
度 CO(NH2)2实验组影响不同。
两种光强不同浓度 CO (NH2)2下藻细胞油脂
含量、油脂产率和不饱和脂肪酸在总脂肪酸中比
例的变化见图 4。
图 4（1）中，当光强为 84 μmol/m2·s-1时，最高
油脂含量 37.2%出现在 0 g/L CO(NH2)2实验组中，
最低油脂含量出现在 0.528 g/L CO(NH2)2 实验组
为 22.31% 。 当 光 强 为 179 μmol/m2·s -1 时 ，
0.528，0.176，0.1058 g/L和 0 g/L CO(NH2)2实验组的
油脂含量分别为 38%，42.2%，43.8%和 47.7%，表
明油脂含量随 CO(NH2)2浓度的降低而增加。 相同
CO (NH2)2浓度下， 当光强从 84μmol/m2·s-1增加到
179 μmol/m2·s -1 时 ，0.528，0.176，0.1058，0 g/L
CO (NH2)2 实验组油脂相对含量分别增加了
44.76%，25.26%，34.23%，28.23%。
·77·
图 4 两种光强不同浓度 CO(NH2)2下藻细胞油脂含量、
油脂产率和不饱和脂肪酸在总脂肪酸中比例的变化
Fig.4 The lipid content, lipid productivity and proportion of
unsaturated fatty acid under two kinds of light intensity and
various concentrations of urea
图 3 两种光强不同浓度 CO(NH2)2下藻细胞干重变化
Fig.3 The changes of cell dry weight under two kinds of light
intensity and various concentrations of urea
（1）84 μmol/m2·s-1光强，不同浓度 CO(NH2)2下的干重
1
0
2
3
4
5
6
7
干
重
/g·
L-
1
0.176 g/L CO（NH2）2
0.528 g/L CO（NH2）2
0.105 8 g/L CO（NH2）2
0 g/L CO（NH2）2
0-2 2 4 6 8 10 12 14 16 18
时间/d
（2）179 μmol/m2·s-1光强，不同浓度 CO(NH2)2下的干重
0.176 g/L CO（NH2）2
0.528 g/L CO（NH2）2
0.105 8 g/L CO（NH2）2
0 g/L CO（NH2）2
1
0
2
3
4
5
6
7
干
重
/g·
L-
1
0-2 2 4 6 8 10 12 14 16 18
时间/d
0.528 g/L
CO（NH2）2
0.176 g/L
CO（NH2）2
0.105 8 g/L
CO（NH2）2
0 g/L
CO（NH2）2
（1） 两种光强、不同浓度 CO(NH2)2下的油脂含量
0
5
10
20
30
40
15
25
35
45
50
55
60
油
脂
含
量
/%
65
179 μmol/m2·s-1
84 μmol/m2·s-1
（2） 两种光强、不同浓度 CO(NH2)2下的油脂产率
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
油
脂
产
率
/g
（ L
·
d）
-1
0.20
179 μmol/m2·s-1
84 μmol/m2·s-1
0.528 g/L
CO（NH2）2
0.176 g/L
CO（NH2）2
0.105 8 g/L
CO（NH2）2
0 g/L
CO（NH2）2
（3）两种光强、不同浓度 CO(NH2)2下不饱和脂肪酸在
总脂肪酸中的比例
0.528 g/L
CO（NH2）2
0.176 g/L
CO（NH2）2
0.105 8 g/L
CO（NH2）2
0 g/L
CO（NH2）2
179 μmol/m2·s-1
84 μmol/m2·s-1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
不
饱
和
脂
肪
酸
占
总
脂
肪
酸
比
例
/%
董 联，等 光强与氮源对绿球藻 GN38 生长和油脂积累的影响
·78·
可再生能源 2014，32（1）
图 4（2）中，光强为 84 μmol/m2·s-1时，油脂产
率随氮源浓度降低先升高后降低， 最高油脂产率
为 0.176 g/LCO(NH2)2实验组的 0.117g/（L·d）。当光
强为 179 μmol/m2·s-1时， 油脂产率与氮源浓度成
正比，最高油脂产率为 0.528 g/L CO(NH2)2实验组
的 0.159 g/（L·d）。 通过比较相同氮源浓度不同光
强下的油脂产率，发现较高光强（179 μmol/m2·s-1）
能促进油脂产率的提高，179 μmol/m2·s-1光强下，
0.528，0.176，0.1058，0 g/L CO (NH2)2各实验组的油
脂产率相对于 84 μmol/m2·s-1光强下的油脂产率
分别提高了 60.61%，24.79%，34.62%，15.38%。
图 4（3）为不同光强下不饱和脂肪酸比例图，
在光强 84 μmol/m2·s-1下，除去 0 g/LCO(NH2)2实验
组，不饱和脂肪酸比例随氮浓度的降低而升高，最
高值是 0.105 8 g/L CO(NH2)2时的 45.53%。 当光强
为 179 μmol/m2·s-1时， 不饱和脂肪酸的比例变化
没有明显的规律，最高比例为0.528 g/L CO(NH2)2实
验组的 66.38%。 对相同CO(NH2)2浓度不同光强条
件下的不饱和脂肪酸比例进行比较， 发现光强的
增加能明显提高不饱和脂肪酸的比例。 其中0.528
g/L CO (NH2)2 实 验 组 变 化 的 程 度 最 大 ，179
μmol/m2·s-1 下为66.38%，84 μmol/m2·s-1 下仅为
27.37%，不饱和脂肪酸比例提高了 142.53%。
表 3 显示了相同 CO (NH2)2浓度下两种光强
对干重、油脂含量等的影响。光强对干重的影响没
有明显的规律。 油脂含量、油脂产量、油脂产率和
不饱和脂肪酸比例均随着光强的增加而提高。
表 4 对以 CO (NH2)2为氮源时的脂肪酸组分
进行了详细描述， 通过表 4发现在相同氮源浓度
时，随着光强增加，C16∶0 含量增加，绝对增幅为
5.44%~15.64% ，C18 ∶0 含量减少 ， 绝对减幅为
3.46% ~16.69% ，C18 ∶2 和 C18 ∶3 含 量 除 了 在
0.1058 g/L CO(NH2)2 实验组中略微下降（0.58%）
外，在其他实验组中均有不同程度的增长。表 4显
示光强增加使不饱和脂肪酸的绝对含量有
11.42%～39.01%的提高。
综上所述，当氮源为 CO(NH2)2时，在相同的氮
源浓度下， 光强 179 μmol/m2·s-1比 84 μmol/m2·s-1
更能促进藻株的生长和油脂的积累。
2.3 不同氮源条件下的生长与油脂积累
氮源为 NaNO3时， 最高干重对应的实验条件
是光强 179 μmol/m2·s-1和 1.5 g/L NaNO3。其中干重
为 5.91 g/L，油脂含量为 36.4%，油脂产量为 2.15
g/L，油脂产率为 0.134 g/（L·d），不饱和脂肪酸比例
为 62.75%。 氮源为 CO(NH2)2时，最高干重在光强
179 μmol/m2·s-1和 0.528 g/LCO (NH2)2的条件下获
得，达到了 6.7 g/L，此时油脂含量为 38%，油脂产量
为 2.54 g/L，油脂产率为 0.159 g/（L·d），不饱和脂肪
酸比例为 66.38%。 对不同氮源条件下的最高干重
进行比较，发现以 CO(NH2)2为氮源的实验组在干
重、油脂含量、油脂产量、油脂产率及不饱和脂肪酸
比例等方面均高于以 NaNO3为氮源的实验组。
无氮实验组中油脂含量极高， 但是由于无氮
组生物量很低，因此油脂产量和油脂产率也极低，
与有氮实验组相比没有竞争力。 在有氮实验组中，
氮源为 NaNO3时， 最高油脂含量 43.2%对应的条
件是 179 μmol/m2·s-1光强与 0.3 g/L NaNO3，此时干
重为 3.57 g/L， 油脂产量为 1.54 g/L， 油脂产率为
0.096 g/（L·d）， 不饱和脂肪酸比例为55.89%。 以
CO(NH2)2为氮源的实验组中，最高油脂含量 43.8%
对应的条件是光强 179 μmol/m2·s-1和 0.105 8 g/L
CO(NH2)2，此时干重为 3.95 g/L，油脂产量为 1.68
g/L，油脂产率为 0.105 g/（L·d），不饱和脂肪酸比例
为 57.22%。 将不同氮源条件下的最高油脂含量进
行比较，发现以 CO(NH2)2为氮源的实验组在干重、
油脂含量、油脂产量、油脂产率和不饱和脂肪酸比
例等方面均高于以 NaNO3为氮源的实验组。
氮源为 NaNO3时，最高的不饱和脂肪酸比例
在 179 μmol/m2·s-1 下的无氮实验组中获得 ，为
62.86%， 此时生物量为 1.01 g/L， 油脂含量为
47.7%， 油脂产量为 0.48 g/L， 油脂产率为 0.03
g/（L·d）。 氮源为 CO(NH2)2时，最高不饱和脂肪酸
比例在光强 179 μmol/m2·s-1和 0.528 g/L CO(NH2)2
的条件下获得，为 66.38%，此时干重、油脂产量和
油脂产率均为最高。
实验结果表明， 无论是对 GN38 的生长还是
油脂积累而言，CO(NH2)2比 NaNO3更适合。 王立
柱研究发现 CO (NH2)2比 NaNO3对 Chlorella vul-
garis 的生长更有利 ，NaNO3 最有利于 Chlorella
vulgaris积累油脂[13]。 这说明不同氮源对小球藻和
绿球藻油脂积累的作用不同。
3 结论
对于无氮实验组来说， 虽然氮的缺乏导致油
脂含量和不饱和脂肪酸比例都很高， 但是由于氮
·79·
是合成蛋白质、核酸等的重要元素[14]，完全缺氮会
导致细胞分裂必需的物质不能正常合成， 从而使
细胞分裂停止，导致藻株很快进入稳定期。因此无
氮组干重极低，最高也只有 1.09 g/L，远远低于有
氮实验组最低干重 3.57 g/L， 相应的油脂产量和
油脂产率也都极低， 导致无氮组不适合藻株的生
长和油脂积累。 除缺氮组和 0.3 g/L NaNO3组，藻
株生物量为 3.83～6.7 g/L， 高于 Scenedesmus sp.
11-1 的生物量 3.62 g/L[15]和 Scenedesmus obliquus
CNW-N的生物量 2.18 g/L[16]。 通过不同藻种生物
量的比较，发现 GN38的生物量具有优势。
在两种光强下对其它培养条件都相同的实验
组进行比较，发现光强的增加对不同实验组的干重
影响不同，但是在较高光强下油脂含量、油脂产量、
油脂产率和不饱和脂肪酸比例均有不同程度的提
高。 同时对于 CO(NH2)2和 NaNO3，最高干重均在光
强为 179μmol/m2·s-1时获得。 因此， 较高光强 179
μmol/m2·s-1对藻株生长和油脂积累均有明显的促
进作用。Rodolfi发现随着光强增加拟微绿球藻的油
脂含量也在增加，CO (NH2)2和NaNO3作为氮源，光
强为 179 μmol/m2·s-1 时，C16∶0 含量比光强为 84
μmol/m2·s-11时有不同程度的提升，但是 C18∶0含量
下降，导致饱和脂肪酸比例下降，不饱和脂肪酸比
例升高 [9]。 这种现象与 Ho 报道的 Scenedesmus
obliquus CNW-N在高光强下 C16∶0 和 C18∶0 含量
均增加的情况不完全一致[16]。 Kitano发现低光强会
促进硅藻和裸甲藻不饱和脂肪酸的积累，说明光强
的改变对不同微藻脂肪酸成分的含量影响不同[17]。
对氮源种类不同其它培养条件相同的实验组
进行比较，发现从干重、油脂含量、油脂产量和油
脂产率等方面来考虑，氮源 CO(NH2)2比 NaNO3更
适合藻细胞生长和积累油脂。
光强为 179 μmol/m2·s-1时， 油脂含量随氮源
浓度减少而增加，油脂产率却与氮源浓度成正比。
适合油脂积累的氮源浓度为 1N， 即 1.5 g/L
NaNO3和 0.528 g/L CO(NH2)2。 这与王学魁报道的
球等鞭金藻 H29 的油脂产率变化规律是一致
的[18]。本实验中不同程度的氮饥饿均会导致脂肪酸
甲酯成分中 C16∶0含量降低，而 Sukenik报道不同
程度的氮饥饿会使微绿球藻 Nannochloropsis sp.中
C16∶0 含量增加 [19]。 除 84 μmol/m2·s-1 光强、CO
(NH2)2为氮源的实验组外，其余组不饱和脂肪酸的
比例与氮源浓度成正比，这与 Sukenik报道随着氮
源浓度的增大 Nannochloropsis sp.中不饱和脂肪酸
的比例增大相一致[19]。
本实验中 GN38 最佳生长和积累油脂的条件
为光强为 179 μmol/m2·s -1， 氮源为 0.528 g/L
CO(NH2)2，此时生物量可达到 6.7 g/L，油脂含量为
38%， 油脂产量为 2.54 g/L，C16 和 C18 总含量为
95.15%， 表明 GN38是可用于生产生物柴油原料
油的有潜力的藻株。
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可再生能源 2014，32（1）
Effect of light intensity and nitrogen source on the growth and
lipid Chlorococcum sp.GN38
DONG Lian1，2， YUAN Zhen-Hong1， WANG Zhong-ming1， XU Jin1， SHANG Chang-hua1， FENG
Ping-zhong1， PENG Wan-feng3， WANG Xue-wei3
(1.Key Lab of Renewable Energy and Natural Gas Hydrate， Chinese Academy of Sciences， Guangzhou Institute of
Energy Conversion， Chinese Academy of Sciences， Guangzhou 510640， China； 2.University of Chinese Academy of
Sciences， Beijing 100039， China； 3. Innovation and Incubation Center of Energy and Environment Technology in
Sanshui District， Foshan City， Chinese Academy of Sciences， Foshan 528137，China)
Abstract： Light intensity and nitrogen source is the important factor of microalgae growth and mate-
rial accumulation. This paper studied the effect of light intensity, nitrogen source and nitrogen con-
centration on growth and lipid accumulation of GN38 isolated from natural environment. Under differ-
ent light intensity (179 μmol/m2·s-1 and 84 μmol/m2·s-1) and different concentration of sodium nitrate
and urea (1N, 1/3N and 1/5N) this paper obtained the optimum conditions of growth and oil accumula-
tion of GN38. Results are shown below. Higher light intensity could accelerate the growth and lipid
accumulation of GN38, urea is conducive to lipid accumulation, concentration of nitrogen source was
proportional to the biomass using sodium nitrate and urea , lipid content of GN38 was highest under
179 μmol/m2·s-1 light intensity and 1/5 N nitrogen concentration except the conditions of no nitrogen.
On the whole, the best culture conditions of oil-producing microalgae GN38 was 179 μmol/m2·s-1 light
intensity and 0.528 g/L urea. The cell dry weight was 6.7 g/L, the lipid content was 38%, the lipid yield
was 2.54 g/L, the content of C16 and C18 was 95.19% in fatty acid composition. This experiment laid a
foundation for subsequent research and industrialization cultivation of this microalga.
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