全 文 ：山西农业科学 2012，40（3）：207- 211 Journal of Shanxi Agricultural Sciences
微量元素钴对脆杆藻和斜生栅藻增殖的影响
张玮玮 1，王家官 2
（1.山西生物应用职业技术学院，山西太原 030031；2.山西省农业厅农垦局，山西太原 030031）
摘 要：微量元素钴是浮游藻类代谢、生长所需要的一种元素。藻类增长潜力（AGP）试验显示，在钴（Co2＋）质
量浓度为 0.120 0～0.167 8μg/L的液体培养基中，脆杆藻（Fragilaria sp.）的生长增殖较快；Co2＋质量浓度达
到 0.229 1μg/L时，脆杆藻的生长增殖受到明显抑制。Co2＋质量浓度在 0.120 0～0.229 1μg/L之间时，斜生
栅藻（Scenedesmus obiquus）的生长增殖较快；Co2＋质量浓度大于 0.284 9μg/L后，斜生栅藻的生长增殖则受
到不同程度的抑制。汾河水库水体的 Co2＋含量平均为 0.167 8μg/L，在其他条件适宜时对硅藻和绿藻的细
胞分裂与生长有促进作用。
关键词：藻类增长潜力试验；钴（Co2＋）；脆杆藻；斜生栅藻
中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1002- 2481（2012）03- 0207- 05
Influence of Co2＋ on the Cell Multiplication of Fragilaria sp. and Scenedesmus obiquus
ZHANGWei- wei1，WANG Jia- guan2
（1.Shanxi Biological Application Vocational and Technical College，Taiyuan 030031，China；
2.Bureau of Reclamation，Department of Agriculture of Shanxi，Taiyuan 030031，China）
Abstract：Co2+ is a kind of trace element needed by phytoplanktons metabolism and growth. The results of algal growth
potential test showed that cell growth and multiplication of Fragilaria sp. increased faster at Co2+ concentration of 0.120 0～
0.167 8μg/L in liquid culture media, and were obviously inhibited when Co2+mass concentration was above 0.229 1μg/L. It also
shown that the optimum Co2+ mass concentration for cell growth and multiplication of Scenedesmus obiquus was 0.120 0～
0.229 1 μg/L. However, the Co2+ concentration above 0.284 9μg/L caused obviously inhibition to cell growth and multiplication
of Scenedesmus obiquus in different degrees. The Co2+ concentration in Fenhe reservoir was 0.167 8μg/L. It could also acceler-
ate the growth and cell multiplication ofDiatom and Chlorophyta, when other conditions were suitable.
Key words：algal growth potential test; Co2+; Fragilaria sp.; Scenedesmus obiquus
收稿日期：2011- 11- 22
基金项目：山西省科技攻关项目（20100311094）
作者简介：张玮玮（1981-），女，山西浑源人，助教，硕士，主要从事药用植物学研究与教学工作。
doi:10.3969/j.issn.1002-2481.2012.03.05
钴（Co）属铁族元素，为顺磁性银白色金属。
半个世纪以来，钴的研究取得了很大进展，迄今
为止，已证实钴元素是人体、动物、藻类、微生物
及豆科作物等所必需的微量营养元素[1- 2]，是植物
生长的有益元素，对多种农作物有增产作用[3]。大
量研究表明，钴及其化合物具有一定的生物学效
应和药理作用。在高等植物中，钴可以提高叶片
叶绿素含量，增强植株的光合作用，对多种作物
有增产作用。钴参与机体酶的组成以及对酶具有
活化作用，可治疗多种贫血；钴盐对低色素小细
胞性贫血的疗效较好；钴参与构造维生素 B12的
特定结构，对高色素巨细胞性贫血疗效显著，因
而，钴的研究引起了人们的重视[4- 5]。目前，在藻类
中也开展了一些工作，崔青曼等[6]试验表明，低浓
度的钴对小球藻、极大螺旋藻的生长具有明显的
促进作用。重金属对藻类生物的影响主要体现在
2个方面：一方面是重金属对藻类的致毒效应，
另一方面是重金属可提高藻类的新陈代谢过程，
促进生长[7]。比较重要的微量金属有 Fe，Mn，Cu，
Mg，Mo，Co等，其主要机理是作为辅助因子参与
生物生化反应，以促进生物增殖。在对汾河水库
水体监测的过程中发现，钴浓度的变化与硅藻、
绿藻的消长有一定的相关性。
本试验采用藻类增长潜力试验（AGP）探讨
了钴对脆杆藻（硅藻）和斜生栅藻（绿藻）细胞增
殖的影响，以期从微量元素角度探讨汾河水库浮
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游藻类细胞密度上升较快的原因,为防治水体富
营养化提供科学依据。
1 材料和方法
1.1 试验材料
本试验所用的藻种是脆杆藻（Fragilaria sp.
Fachb- 218）和斜生栅藻（Scenedesmus obiquus）。
1.2 试验方法
1.2.1 藻种的驯化与培养 将藻种在 MGC－
300B型微电脑控制光照培养箱中进行无菌驯化
培养。斜生栅藻选用 BG11培养基，脆杆藻选用 D1
培养基。培养条件为：光照强度 2 000 lx，光暗比
14 h∶10 h。经过 14～21 d的驯化培养，藻种可
达到试验要求。
1.2.2 Co2+ 质量浓度梯度的培养基配制 用
Co（NO3）2·6H2O配置系列 Co2+质量浓度梯度的培
养基，如表 1所示。
1.2.3 接种 用 722S分光光度计测出斜生栅藻
与脆杆藻藻种液的细胞光密度值为 0.1～0.2时，
进行接种。取 50 mL藻种液，在 3 500 r/min下离
心 10 min，弃上清液。沉淀的藻细胞用 0.001 5％
碳酸氢钠水溶液重新悬浮，再离心，以除去营养
物及其他物质。这样的洗涤过程进行 2次，最后
用碳酸氢钠水溶液再悬浮（碳酸氢钠液的体积根
据已计算出的用于接种时所需要的藻种液的细
胞密度来确定）。接种完毕，锥形瓶用透气膜封
盖，在设定条件下进行培养。
1.2.4 试验条件 斜生栅藻培养温度（25±
1）℃，脆杆藻培养温度（22±1）℃，光照强度为
2 000 lx，光暗比 14 h∶1 0 h。为减少因光照不均
匀可能造成的影响，每隔 2～3 h摇动并更换各试
验组锥形瓶的位置 1次。保持试验液 pH值≤8.5。
1.2.5 光密度（OD）值与叶绿素 a（Chla）的测定
培养液中藻细胞密度能决定其光密度（OD）的
大小和叶绿素 a（Chla）含量的高低。本试验通过
测定试验液中 OD和 Chla的数值来说明 2种藻
的细胞密度消长状况。
OD值的测定：先用紫外分光光度计测定斜
生栅藻和脆杆藻的全吸收波谱，确定它们的吸收
峰，然后将试验液在 722S可见分光光度计上测定
OD值。斜生栅藻和脆杆藻测定 750 nm（吸收峰）
处的 OD值。从试验第 2天开始，每隔 1 d测定
1次，直到试验结束，每次测定的时间基本相同。
叶绿素 a的测定：采用甲醇萃取法。取 3 mL
试验藻液在 3 500 r/min下离心 10 min，弃去上清
液，然后等体积加入 90%（V/V）无水甲醇，混匀，
放置在 4℃黑暗条件下萃取 6～8 h，离心，取上
清液，在 722S可见分光光度计上测定 665 nm处
光密度值。根据公式 C（μg/mL）＝OD665×13.9，
计算出叶绿素 a的含量。
2 结果与分析
2.1 钴对脆杆藻增殖的影响
2.1.1 不同质量浓度（A～E）Co2+对脆杆藻 OD
值的影响 试验结果（图 1）显示，在试验的前
4 d，脆杆藻处于增殖的调整期，从第 7天开始，
A，B，C，D组的该藻细胞均不同程度进入分裂增
殖对数期，B，C组增长幅度较大，并一直呈上升
趋势，而 D，E组虽也增长但趋势比较缓慢，直到
第 8天后，开始有缓慢增殖。试验结果还显示，当
Co2+质量浓度在 0.120 0～0.167 8μg/L之间时，
脆杆藻增殖比较明显；当 Co2+质量浓度达到
0.284 9μg/L时，该藻的增殖受到很大抑制，至
第 12天细胞分裂基本停止。
表 1 培养基中 Co2＋的质量浓度梯度
D
0.229 1
E
0.284 9
组别
质量浓度 /（μg/L）
A
0.000 0
B
0.120 0
C
0.167 8
F
0.328 1
G
0.350 0
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张玮玮等：微量元素钴对脆杆藻和斜生栅藻增殖的影响
由 B组与 D组细胞吸光值的 t检验结果得
出，B组与 D组之间存在显著性差异（P＜0.05）。
此检验说明，在氮磷营养盐等条件适宜的情况
下，低质量浓度的钴对脆杆藻藻细胞的增殖有明
显的促进作用。
2.1.2 不同质量浓度（A～E）Co2+对脆杆藻叶绿
素 a含量的影响 叶绿素 a的含量能反映出不
同钴质量浓度下脆杆藻细胞的增殖状况。从图 2
可以看出，Co2+质量浓度为 0.120 0 μg/L时（B
组），叶绿素 a含量增长较快；Co2+质量浓度在
0.229 1～0.284 9μg/L之间时，叶绿素 a含量增
长受到抑制。
从图 2可以看出，脆杆藻叶绿素含量的变化
与 OD值变化趋势基本一致，呈正相关。图 1显
示，A组在接种 7 d后细胞分裂进入对数期，但
增长幅度较小，到第 10天达到最大值，以后呈下
降趋势。其变化趋势与 B组、C组类似。图 2显
示，A组与 B组、C组的变化趋势基本一致。A组
的这种变化趋势的原因可能是脆杆藻对钴元素
的需要极其微量，在接种之前藻细胞中已含有的
钴元素维持了它前期细胞增殖的需要，随着钴元
素消耗，细胞密度明显下降（图 1）。
2.2 钴对斜生栅藻增殖的影响
2.2.1 不同质量浓度（A～G）Co2+对斜生栅藻光
密度值的影响 试验结果（图 3）显示，在试验的
前 4 d，斜生栅藻处于增殖的调整期，从第 5天
开始，各试验组的该藻细胞均不同程度进入分裂
增殖对数期，B，C，D组增长幅度较大，并一直呈
上升趋势，而 E，F，G组增长趋势比较缓慢，尤其
G组到 12 d后细胞分裂基本停止。试验结果还
显示，当 Co2+质量浓度在 0.120 0～0.229 1μg/L
之间时，斜生栅藻的增殖比较明显；当 Co2+质量
浓度达到 0.328 1μg/L时，该藻的增殖受到抑
制，接种后至第 10天细胞分裂缓慢。当 Co2+质量
浓度达到 0.328 1μg/L以上时，该藻生长繁殖基
本停止。
C组与 E组细胞吸光值的 t检验结果显示，
C组与 E组之间有显著性差异（P＜0.05）。C组钴
的质量浓度为 0.167 8μg/L，E组钴的质量浓度
为 0.284 9μg/L。此检验说明，在氮磷营养盐等
条件适宜的情况下，低质量浓度的钴对斜生栅藻
藻细胞的增值有明显的促进作用。
2.2.2 不同质量浓度（A～G）Co2+对斜生栅藻叶
绿素 a含量的影响 叶绿素 a的含量能反映出
不同钴质量浓度下斜生栅藻细胞的增殖状况。
结果显示，Co2+ 质量浓度为 0.167 8 μg/L 时
（C组），叶绿素 a含量增长较快；Co2+质量浓度
在 0.284 9～0.350 0μg/L之间时，叶绿素 a含量
增长受到抑制。
从图 3，图 4可以看出，A组与 B组、C组的
变化趋势基本一致。由此可以得出，斜生栅藻与
脆杆藻一样，对于钴元素含量的要求都非常低。
2.3 汾河水库中钴的含量及其与浮游藻类密度
的关系
汾河水库位于山西省太原市西北娄烦县境
内，下静游村至下石家庄之间引黄入晋工程实施
后，汾河水库作为黄河水的调蓄水库，担负起省
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城 340万人的饮水供应任务，成为省城最主要的
水源地。自 1961年建成后，其水质良好，一直保
持在国家地表水环境质量Ⅱ类水标准（GB
3838—88）。但是 1999年以来，由于我国华北地
区连续干旱和上游用水量增加等原因，使库区蓄
水量急剧减少，环境容量迅速萎缩，加之面源、点
源和内源的污染，使库区水体中浮游藻类的密度
上升较快。初步调查显示，除了上述原因造成库
区水体中以 N，P为主的营养盐含量增长以外，
微量元素也起着一定作用。
2010年 4月、9月与 2011年 5月、9月对汾
河水库 8个断面的微量元素进行检测，钴的含
量在不同的时间段变化趋势不同，其结果如图 5
所示。
从图 5 可以看出，2010 年 4 月和 2011 年
5月这 2个月份中 Co2+的含量比较高；而 2010年
9月和 2011年 9月 Co2+的含量却相对较低。汾
河水库浮游藻类密度随着季节的变化而改变，在
相应的时间内硅藻、绿藻和蓝藻的密度变化如图
6所示。
在库区水体物理、化学指标一定的前提下，
从图 5，6可以看出，水体中钴的质量浓度同浮
游藻类中硅藻、绿藻的生长有一定的相关性，即
当钴的含量较高时，硅藻、绿藻的细胞密度相应
较少，同时由于 4，5 月光照弱、水温低，不利于
藻类的生长，所以，藻细胞密度较少；反之，当钴
的含量较低时，硅藻、绿藻的细胞密度会相应增
加，同时由于 9 月光照强、水温高，有利于藻类
的生长，所以，藻细胞密度较多。而对于蓝藻来
说，钴的含量多少对其生长影响没有规律性。这
一结论与 AGP试验结果刚好吻合。这表明，低质
量浓度的钴常具有促进藻类生长的作用，而高
质量浓度的钴则有抑制作用，严重时会产生毒
害作用。
3 结论与讨论
钴是藻类许多生理过程中起重要作用的微
量元素，在适当的浓度下可促进许多酶的活性。
草酰乙酸脱羧酶是一种催化 CO2分子从草酰乙
酸上脱落下来的酶，Co2+的质量浓度对该酶的活
性有很大的影响，低质量浓度时，酶的活性较高，
而高质量浓度时酶的活性会受到很大程度的抑
制。钴离子能使核酸解聚，结合在磷酸酯基上的
金属离子可从 RNA和多核酸的磷酸二酯链上夺
取电子，从而使得成键不稳定和易水解，这样生
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物大分子可降解成小碎片，从而使生物机体发生
病变[7- 8]。锰、镍等也可促使这种降解作用。一般情
况下，重金属对藻类的致毒效应主要表现在：影响
藻类的生长代谢、抑制光合作用、减少细胞色素，
导致细胞畸变[9- 10]。
无论是在人工培养液还是天然水体中，重金
属的种类与数量都不可能是单一的、固定不变
的，各种水生生物，包括藻类，常受到多种重金属
联合作用的综合影响。重金属彼此间的相互作用
有拮抗、协同、相加和致敏 4种，已查明，许多成
对的元素在生物学上表现出拮抗效应[11]，常见的
有：Hg－Cu，Cd－Zn，Fe－Mn，Cu－Co等；有时是
2种以上的元素起作用，如：Co－Cu－Mn。在高
等植物中，钴可以提高番茄叶片叶绿素含量、增
强植株的光合作用，并显著提高番茄的坐果率、
单株结果数和产量。
本试验的结果显示，脆杆藻和斜生栅藻在不
同的钴质量浓度下增长的情况不同，在质量浓度
较低时，影响藻类的生长代谢；在适宜的质量浓
度范围内，能增强藻类的光合作用，使藻细胞数
量增殖较快；质量浓度较高时，藻细胞数目增殖
较慢，原因可能是藻类生长除了受钴的影响外，
还受到其他一些因素的影响，如金属间的相互作
用等。
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