全 文 ：收稿日期:2013 － 07 － 18;修回日期:2014 － 01 － 16
基金项目:福建省发改委产业化项目(闽发改高技［2011］
1598);科技部农业科技成果转化项目(2013GB2C400228);
厦门南方海洋研究中心资助项目
作者简介:李小妹(1988)，女，在读硕士，研究方向为栅藻的
培养及优化(E-mail)xmlee0104@ 163． com。
通信作者:陈必链，教授(E-mail)chenbil@ fjnu． edu． cn。
微生物油脂
两步培养法提高栅藻的生物量及油脂含量
李小妹1，廖兴辉1，王明兹1，2，3，陈必链1，2，3
(1． 福建师范大学 生命科学学院，福州 350108;2． 福建师范大学 工业微生物教育部工程研究中心，
福州 350108;3． 福建省现代发酵技术工程研究中心，福州 350108)
摘要:采用两步法培养栅藻，即在低光强 －含氮条件下，培养栅藻至稳定期积累生物量，然后将栅藻
转移至高光强 －缺氮培养基中积累油脂。结果表明:在低光强 －含氮培养基 BG11(+ N)条件下，
适宜栅藻生长的低光强为 2 000 ～ 2 400 lx，培养期为 10 d;转高光强 －缺氮培养基 BG11(－ N)条件
下培养，适宜栅藻积累油脂的高光强为 6 000 ～ 6 500 lx，培养期为 6 d。利用两步法培养栅藻，其生
物量可达(0． 957 ± 0． 126)g /L，油脂含量可达(23． 35 ± 0． 2)%。两步法培养栅藻的生物量和油脂
含量分别比常规单步法培养(10 d)的提高了 35． 74%和近 1 倍。
关键词:栅藻;两步法培养;油脂含量;生物量
中图分类号:TS222;Q936 文献标志码:A 文章编号:1003 － 7969(2014)05 － 0053 － 04
Improvement of biomass and oil content of Scenedesmus sp． by
two － step cultivation
LI Xiaomei1，LIAO Xinghui1，WANG Mingzi1，2，3，CHEN Bilian1，2，3
(1． College of Life Sciences，Fujian Normal University，Fuzhou 350108，China;
2． Engineering Ｒesearch Center of Industrial Microbiology of Ministry of Education，
Fujian Normal University，Fuzhou 350108，China;
3． Center of Fujian Modern Fermentation Technology and Engineering，Fuzhou 350108，China)
Abstract:Scenedesmus sp． was cultured to stationary phase under the conditions of low illumination in-
tensity with nitrogen，and then cultured in medium with high illumination intensity and nitrogen deficiency
to accumulate oil． The results showed that in nitrogenous BG11 medium with low illumination intensity，
the optimal illumination intensity for the growth of Scenedesmus sp． was 2 000 － 2 400 lx，culturing for 10
d;in nitrogen deficiency BG11 medium with high illumination intensity，the suitable illumination intensi-
ty for oil accumulation of Scenedesmus sp． was 6 000 －6 500 lx，culturing for 6 d． The biomass and oil con-
tent of Scenedesmus sp． cultured by two － step method were(0． 957 ±0． 126)g /L and (23． 35 ±0． 2)% re-
spectively，increasing by 35． 74% and 100% than that cultured by common one － step method．
Key words:Scenedesmus sp．;two － step cultivation;oil content;biomass
栅藻是淡水中常见的浮游藻类，细胞常为椭圆
形或纺锤形，以长轴排成 1 ～ 2 列或多列，具有繁殖
迅速、适应性强的特点。多种栅藻对有机污染物具
有较强的耐性，在水质评价中可作为指示生物，如斜
生栅藻(Scenedesmus obliqnus)是甲型中污带的指示
种，尖细栅藻(Scenedesmus acuminatus)、弯曲栅藻
(Scenedesmus arcuatus)、被甲栅藻(Scenedesmus ar-
matus)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)等是
乙型中污带的指示种［1］。目前对栅藻的研究多数
涉及其抗污能力及其对重金属的吸附等方面［2 － 5］。
由于栅藻生长迅速，且油脂含量高，可能成为生物柴
352014 年第 39 卷第 5 期 中 国 油 脂
油原料的候选微藻种类之一［6 － 7］。
大量研究［1，8 － 11］表明，高光强 －缺氮条件有利
于提高微藻油脂的积累量，低光强 －含氮条件有利
于微藻的生长。黄冠华等［12］利用两步培养法使小
球藻的生物量和油脂含量分别比单步培养法提高了
1． 68 g /L和 5． 8%。Yeesang 等［13］利用高光强 －缺
氮培养基培养 4 株葡萄藻属(Botryococcus)藻，油脂
含量最高可达干重的 32． 3%，与低光强 －含氮培养
基培养相比，最高油脂含量提高了近 10%。Mujtaba
等［8］利用两步培养法使小球藻的油脂积累量大大
提高，最高占干重的 43%。本研究利用两步法培养
栅藻，即先将栅藻在低光强 －含氮的培养基中培养
至稳定期，以积累生物量，再将其转至高光强 －缺氮
的培养基中培养，提高其油脂产量，为栅藻应用于生
物柴油的大规模生产提供理论依据。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
1． 1． 1 藻种
栅藻 Scenedesmus sp． FACHB14 购于中国科学
院水生生物研究所中国淡水藻种库，并对其进行
纯化。
1． 1． 2 培养基
含氮 BG11 培养基 BG11(+ N)，缺氮 BG11 培
养基 BG11(－ N)(即 BG11 培养基中去除 NaNO3 成
分)。调节培养基 pH 为 7． 0 左右，于 121℃灭菌
20 min。
1． 1． 3 仪器与设备
HIＲAYAMA 灭菌锅，日立 CＲ21GII高速冷冻离
心机，DHG －9070A电热鼓风干燥箱，SW － CJ － 2FD
超净工作台，Spectrum SP － 754 紫外分光光度计，
Savtorius BSA124S 分析天平，H1650 － W 离心机，
XW －80A旋涡振荡器，Christ ALPHA 2 － 4 LD plus
冷冻干燥机(德国)，TES 1335 照度计，IS － ＲDS3
CＲYSTAL恒温光照摇床。
1． 2 试验方法
1． 2． 1 栅藻的培养
常规培养:将培养至对数生长期的栅藻，起始
OD684为 0． 6，以 20%的接种量接种于装有含氮培养
基 BG11(+ N)培养液的 500 mL 三角瓶中，于往复
式摇床培养，往复频率为 90 r /min，培养温度为
(25 ± 1)℃，在光强 2 700 ～ 3 000 lx 下连续光照一
定时间。
两步法培养:将栅藻培养至对数生长期，先将其
接种于含氮培养基 BG11 (+ N)培养液中，于
2 000 ～ 2 400 lx低光强下培养一定时间。再将藻液
以 4 000 r /min 离心 10 min，弃去上清液，在无菌条
件下将藻泥转入 BG11(－ N)培养基中，使其起始
OD684为 0． 4 ～ 0． 6，于 6 000 ～ 6 500 lx高光强下培养
一定时间。
1． 2． 2 不同光强对栅藻生物量和油脂积累的影响
取培养至对数期的藻液，起始 OD684为 0． 6，以
20%的接种量接种于装有 100 mL BG11(+ N)培养
液的 250 mL 三角瓶中，分别在小于 2 000 lx、
2 000 ～2 400 lx、2 400 ～ 2 800 lx和 2 800 ～ 3 200 lx
4 种不同低光强下培养，培养至 11 d收获，测定栅藻
生物量及油脂含量。
取培养至对数期的藻液，起始 OD684为 0． 6，以
20%的接种量接种于装有 200 mL BG11(+ N)培养
液的 500 mL 三角瓶中，在低光强下培养至稳定期
后，在无菌条件下，将藻泥转入 BG11(－ N)培养基
中，使其起始 OD684为 0． 4，分别在 5 000 ～ 5 500 lx、
6 000 ～6 500 lx、7 000 ～ 7 500 lx和 8 000 ～ 8 500 lx
4 种不同高光强下培养。培养 8 d 后，将藻液离心、
洗涤，藻泥冷冻干燥得到冻干藻粉。
1． 2． 3 生物量测定
取 30 mL 藻液，以 8 000 r /min 4℃下离心 10
min，弃去上清液，70℃烘干至恒重，计算生物量。
1． 2． 4 氯仿 －甲醇法测定油脂含量
参考 Bligh等［14］的方法。取 50 ～ 100 mg 冻干
藻粉放置在 10 mL 螺口连盖离心管中，加入 4
mol /L的盐酸 2 ～ 3 mL，振荡混匀，室温下放置 30
min后，沸水浴 5 min，－ 20 ℃速冷，加入 3 mL 氯
仿 －甲醇溶液(体积比 2 ∶ 1)，振荡 20 min，5 000
r /min离心 10 min，取氯仿层;重复以上步骤至藻
体变白。收集氯仿层，加入等体积 5%氯化钠溶
液，混匀 15 min，5 000 r /min 离心 10 min，用已知
质量的试管收集氯仿层，真空抽干除去氯仿，称
重，计算油脂含量。
1． 2． 5 数据处理
每个试验数据分别进行 3 次平行试验。
2 结果与分析
2． 1 不同低光强对栅藻生长的影响
由于栅藻积累生物量需要适宜的光强，选择小
于 2 000 lx、2 000 ～ 2 400 lx、2 400 ～ 2 800 lx 和
2 800 ～ 3 200 lx 4 种光强，培养 9 d 后，分析不同低
光强对栅藻积累生物量的影响，结果见图 1。
由图 1 可以看出，当光强为 2 000 ～ 2 400 lx时，
栅藻的生物量积累较高，平均值为(0． 891 ± 0． 065)
g / L;而当光强小于 2 000 lx或大于 2 400 lx时，栅藻
的生物量都有所降低。这说明光强过低或过高都会
45 CHINA OILS AND FATS 2014 Vol. 39 No. 5
抑制栅藻的生长。因此，选择光强 2 000 ～ 2 400 lx
为培养栅藻积累生物量的最佳光强。
图 1 栅藻于不同低光强下的生物量积累情况
栅藻在光强 2 000 ～ 2 400 lx 下培养 11 d，其生
物量和油脂含量测定结果见图 2。
图 2 栅藻于 2 000 ～ 2 400 lx光强下的
生物量及油脂积累情况
由图 2 可以看出，栅藻在低光强 2 000 ～ 2 400
lx 下，培养 8 d后大量积累生物量，培养 10 d时生物
量积累达到最大，平均值为(0． 957 ± 0． 126)g /L，培
养 10 d后，生物量开始慢慢降低，表明藻体死亡速
率加大。同时，在低光强下油脂的积累没有明显差
异，平均值为 11． 5% ～ 12． 5%。因此，选择低光强
2 000 ～ 2 400 lx下培养栅藻 10 d积累生物量。
2． 2 不同高光强对栅藻积累油脂的影响
将栅藻在低光强 2 000 ～ 2 400 lx 下、BG11
(+ N)培养基中培养 10 d 后，再将藻泥重悬于
BG11(－ N)培养液中，置于 5 000 ～ 5 500 lx、
6 000 ～6 500 lx、7 000 ～ 7 500 lx和 8 000 ～ 8 500 lx
4 种不同高光强下培养 6 d 后，测定其油脂含量，结
果见图 3。
图 3 栅藻于不同高光强下的油脂积累情况
试验发现，在高光强下，细胞密度在培养前 4 d
均有明显的上升，之后趋于平稳;且不同高光强下细
胞密度的变化值相近，说明高光强对细胞密度的影
响不显著。将藻液转高光强 －缺氮培养基培养 2 d
后，藻体由绿色转为黄绿色，4 d后转为黄色。
由图 3 可以看出，6 000 ～ 6 500 lx 光强下栅藻
油脂积累量较多，平均值为(24． 34 ± 1． 34)%。
5 000 ～ 5 500 lx光强下栅藻油脂积累较少，平均值
为(21． 34 ± 1． 7)%，同时 6 000 ～ 6 500 lx、7 000 ～
7 500 lx和 8 000 ～8 500 lx光强下栅藻的油脂含量无
明显差异。考虑经济节能因素，选择高光强 6 000 ～
6 500 lx为栅藻积累油脂的最佳光强。
栅藻在高光强 6 000 ～ 6 500 lx下培养 8 d，其油
脂含量测定结果见图 4。
图 4 栅藻于高光强 6 000 ～ 6 500 lx下的
油脂积累情况
由图 4 可以看出，栅藻在高光强 6 000 ～ 6 500
lx下，培养 2 d 后油脂快速积累，6 d 时油脂积累达
到最高，平均值为(23． 47 ± 0． 91)%。由此说明，高
光强 －缺氮条件下，栅藻细胞密度仍会上升，即细胞
仍继续生长，同时积累大量油脂，因此选择高光强
6 000 ～ 6 500 lx缺氮培养栅藻 6 d积累栅藻油脂。
2． 3 不同培养方式下栅藻生物量及油脂积累情况
比较常规培养与两步法培养条件下栅藻积累生
物量及油脂的情况，结果见图 5。
图 5 不同培养方式下栅藻生物量和油脂积累情况
由图 5 可以看出，常规培养栅藻，即在 2 700 ～
3 000 lx光强下连续光照 10 d 后，栅藻生物量平均
值为(0． 705 ± 0． 076)g /L，油脂含量平均值为
(12． 06 ± 0． 9)%。采用两步法培养栅藻，即先在
552014 年第 39 卷第 5 期 中 国 油 脂
2 000 ～ 2 400 lx 低光强下培养栅藻 10 d，其生物量
平均值为(0． 957 ± 0． 126)g /L，转高光强 －缺氮培
养 6 d后，其油脂含量平均值为(23． 35 ± 0． 2)%。
同时，将栅藻在低光强下(常规培养)连续培养 16
d，其油脂含量平均值为(16． 76 ± 0． 98)%。由此可
见，低光强 －含氮有利于栅藻积累生物量，高光强 －
缺氮促进油脂的产生;两步法与常规培养 16 d 相
比，油脂含量提高了39． 32%。两步法比常规培养
10 d相比，生物量提高了 35． 74%，油脂含量提高了
近 1 倍。
3 结 论
采用两步法培养栅藻以提高栅藻的生物量与油
脂含量。在低光强 －含氮培养基 BG11(+ N)条件
下，适宜栅藻生长的低光强为 2 000 ～ 2 400 lx，培养
10 d后，生物量为(0． 957 ± 0． 126)g /L;之后将栅藻
转入高光强 －缺氮培养基 BG11(－ N)条件下培养，
适宜栅藻积累油脂的高光强为 6 000 ～ 6 500 lx，培
养 6 d 后，油脂含量为(23． 35 ± 0． 2)%。与常规培
养(10 d)相比，采用两步法培养栅藻生物量增加了
35． 74%，油脂含量提高了近 1 倍。由此说明，栅藻
在低光强 －含氮培养基中培养有利于其生物量的积
累，而在高光强 －缺氮培养基中培养则能促进其油
脂的生成。
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