全 文 ：doi:10． 3969 / j． issn． 1001 － 1994． 2011． 05． 009
收稿日期:2011 － 04 － 29
作者简介:季祥(1978—) ，男，硕士生导师，副教授，从事生物质能、生物制浆研究。
通讯作者:蔡禄(1964—) ，男，博士生导师，教授，内蒙古科技大学生物工程与技术研究所所长，数理与生物工程学院院长，从事生物质
能、生物信息、分子生物学研究。
基金项目:教育部春晖计划(Z2009 － 1 － 01057) ，内蒙古自然科学基金(2010MS0521) ，内蒙古科技大学创新基金项目(2009NC061)。
铁、镉胁迫对富油舟形藻生长和油脂
积累的影响
季祥1，2 王金荣1 蔡禄1，2
(1 内蒙古科技大学 生物工程与技术研究所，包头 014010;
2 内蒙古自治区生物质能源化利用重点实验室，包头 014010)
摘 要:以优化后的水生硅藻培养基为基础，对富油舟形藻进行营养盐胁迫处理，综合其生长量和总脂含
量的分析结果显示，3 种营养盐的最佳质量浓度分别为:FeCl3·3H2O，1． 2 × 10
－5 mol /L;CdSO4，0． 8 μg /L;
柠檬酸，12 mg /L。舟形藻在该培养基中培养，最大生物量(A680)可达 1． 201，经胁迫处理后舟形藻的最终
油脂含量可由 26． 60 %提高到 37． 68 %。后续试验均采用此培养基配方进行藻体培养，以最大限度地提
高该藻的生物量和总脂含量。
关键词:舟形藻;总脂含量;生物柴油
随着人类社会资源短缺和环境问题的日益突
出，全球正面临着能源匮乏和生态环境破坏的危
机，发展“低碳经济”，寻找替代能源成为世界各
国科学家所关注的问题［1］。生物柴油是清洁的
环境友好型可再生能源，但由于其原材料成本较
高，目前价格仍高于传统柴油。因此，寻找低成本
的非粮原料油脂是促进生物柴油规模化生产的关
键因素。在众多的非粮原料中，微藻具有光合利
用度高、自身合成油脂能力强等优点，利用微藻生
产生物柴油还具有缓解温室效应，“不与人争粮、
不与粮争地”的独特优势［2］。笔者筛选了内蒙古
中西部地区湖泊中的优势藻种，对其中一株含油
量较高的舟形藻进行了初步研究。以优化后的水
生硅藻培养基为基础，对舟形藻进行营养盐胁迫
处理，以最大限度地提高该藻的生物量和总脂含
量，为其后生物柴油的非粮原料转化和规模化生
产奠定基础。
1 材料与方法
1． 1 藻种来源
试验用舟形藻(Navicula sp．)藻种为内蒙古
科技大学生物工程与技术研究所保存。
1． 2 舟形藻的培养
在水生硅藻培养基的基础上对 3 种营养盐进
行优化，将舟形藻放在光强 3000 lx、光暗周期 14
h∶10 h、温度 21 ± 1 ℃、初始 pH 值为 8 的环境下
静置培养，每日早晚各振摇 1 次。
1． 3 测定方法
1． 3． 1 舟形藻总脂含量的测定
参考 Bligh ＆ Dyer的方法［3］抽提藻体中的油
脂，用以下公式计算总脂的百分含量。
总脂含量(%)=(总脂重量 /藻细胞干重)×
100 %
1． 3． 2 藻生物量测定
藻生物量的测定采用浊度比色法［4］。用 752
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紫外可见分光光度计在波长 680 nm 处测定培养
液的吸光值 Absorbance(A680) ，试验数据采用
EXCEL 2003 软件进行统计分析。
1． 3． 3 因子营养盐胁迫试验
将处于指数生长期后期的舟形藻以 4 000 r /
min离心 5 min后，移去上清液，取离心所得藻细
胞重新接种于不加铁和柠檬酸的水生硅藻培养基
中，培养 24 h 后，分别按 0、2． 15 × 10 －8、2． 15 ×
10 －7、2． 15 × 10 －6、1． 2 × 10 －5、2． 15 × 10 －5、1． 2 ×
10 －4、2． 15 × 10 －4 mol /L的质量浓度加入 FeCl3·
6H2O;按 0、0． 1、0． 2、0． 4、0． 6、0． 8、1． 0 μg /L 的
质量浓度加入 CdSO4;按 0、3、6、9、12、18 mg /L的
质量浓度加入柠檬酸。每日定时测定各试验组的
A680值，于稳定期采收、烘干并进行油脂含量的测
定，分别检测各胁迫水平下舟形藻生物量和油脂
含量的变化。
2 结果与讨论
2． 1 Fe3 +对舟形藻生长和油脂积累的影响
近几年，铁在微藻生长中的作用引起了许多
研究者的关注。大量研究表明，在大洋和沿海水
域的高营养区域，较低的浮游植物生物量是铁不
足所致。Behrenfeld 等［5］经过 12 年的现场试验
研究也证明，在高氮低叶绿素及贫营养水域中，铁
对浮游植物的生长起关键作用。本试验观察了不
同浓度的 FeCl3·6H2O对舟形藻生长和油脂含量
的影响，结果如图 1 所示。
图 1 不同浓度的 FeCl3·6H2O对舟形藻生长和油脂
含量的影响
结果显示，FeCl3·6H2O的浓度在 0 ～ 2． 15 ×
10 －4 mol /L时，对舟形藻的生长趋势影响不大;浓
度在 2． 15 × 10 －7 ～ 1． 2 × 10 －5 mol /L时，对该藻的
油脂积累有明显的促进作用。在光能自养的舟形
藻中，光合作用和呼吸作用在具有超循环结构的
代谢网络中处于核心地位，以正反馈的方式驱动
整个网络运转，铁正是通过影响光合作用和呼吸
作用来影响该藻的生长。而它如何进一步影响糖
库的调用方向，由贮存淀粉转向积累油脂是需要
进一步研究的问题。本试验中，培养舟形藻的最
适 FeCl3·6H2O浓度为 1． 2 × 10
－5 mol /L。
2． 2 镉胁迫对舟形藻生长和油脂积累的影响
海洋微藻在金属胁迫条件下，具有生理应激
和防御反应，如产生植物螯合肽以降低金属对机
体的危害，其中 Cd 被认为是最强的诱导植物体
产生植物螯合肽的金属元素。Cd 具有生物毒性，
但也有研究表明它具有营养元素的作用，可见该
元素对生命体具有双重性［6］。进入到海洋环境
中的污染物质的种类和浓度常处于变化之中，微
藻细胞面临这种连续而不同的污染压力将会产生
怎样的反应，至今尚少见有这方面的报道。本试
验观察了在胁迫条件下不同浓度的 CdSO4 对舟
形藻生长和油脂含量的影响，结果如图 2 所示。
图 2 不同浓度的 CdSO4 对舟形藻生长和油脂含量
的影响
培养基中 CdSO4 的质量浓度在 0 ～ 0． 6 μg /L
时，对舟形藻的生长和油脂积累都无明显的作用;
当质量浓度在 0． 6 ～ 0． 8 μg /L 时，对该藻的油脂
积累有明显的促进作用，但生物量有下降趋势;当
质量浓度大于 0． 8 μg /L时，该藻的生物量和油脂
含量均急剧下降。相关研究表明:培养基中的
Cd2 +主要是干扰光自养微藻类植物一些关键酶
的活性，改变细胞膜的通透性，抑制叶绿素的合
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成，影响了光合作用，干扰蒸腾功能及 CO2 固定
等［7］。Cd元素不是微藻生长的必需营养元素，微
剂量的浓度不会影响舟形藻细胞的正常生长代
谢，但适当添加 Cd2 +有助于藻细胞的分裂和油脂
积累。综合考虑生物量和油脂含量的变化，最有
利于舟形藻油脂积累的 CdSO4 的质量浓度为 0． 8
μg /L。
2． 3 柠檬酸对舟形藻生长及脂肪酸含量的影响
柠檬酸是三羧酸循环中重要的中间产物，连
接着糖酵解和三羧酸循环，它对糖和脂肪酸代谢
有着极为重要的意义。它在糖代谢过程中产生异
柠檬酸，抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸脱氢酶的活
性［8］。大部分柠檬酸离开三羧酸循环，作为线粒
体外乙酰辅酶 A 合成的碳源和乙酰辅酶 A 羧化
酶的激活剂用于脂肪酸的合成。本试验分析了不
同质量浓度的柠檬酸对舟形藻生长的影响，结果
如图 3 所示。
图 3 不同浓度的柠檬酸对舟形藻生长和油脂含量
的影响
由图 3 可知，当柠檬酸的质量浓度在 0 ～ 12
mg /L时，对舟形藻的生长和油脂积累都有明显的
促进作用;当柠檬酸的质量浓度大于 12 mg /L时，
该藻的生物量和油脂含量均呈现下降趋势。进一
步的分析表明，在细胞质中经糖酵解途径进入三
梭酸循环，同时激活甘油三酯的积累过程是一个
光自养微藻类植物自身调节的代谢网络。乙酰辅
酶 A 转变成三酰甘油需要超过 30 个的反应，所
以很多因素都可以调控终产物储存油的产量。直
接向培养基中添加柠檬酸，可使舟形藻的油脂含
量提高的依据和理论有待进一步证实。
3 结论
笔者对内蒙古中西部呼包鄂地区湖泊中的优
势藻种进行了大量的筛选工作，对其中一株富油
舟形藻进行了总脂含量的测定，并对其生长和油
脂积累条件进行了初步探讨，以优化后的水生硅
藻培养基为基础，对舟形藻进行了营养盐胁迫处
理。综合生长量和总脂含量的分析结果表明，3
种营养盐的最佳质量浓度分别为:FeCl3·3H2O，
1． 2 × 10 －5 mol /L;CdSO4，0． 8 μg /L;柠檬酸，12
mg /L。舟形藻在该培养基中培养，最大生物量
(A680)可达 1． 201，生物量累积达 1． 05 g /L(干物
质重) ，经胁迫处理后舟形藻的最终油脂含量可
由 26． 60 %提高到 37． 68 %。后续试验均采用此
培养基配方进行藻体培养，以最大限度地提高该
藻的生物量和总脂含量。
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