全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
! ∀ ! , , 一
项圈藻的生长及其主要营养成分的研究 ’
单振光
吴玉树
云南师范大学生物系 , 昆明 。。
云南大学生物系 , 昆明
【摘要】 项圈藻是程海湖中一优势种 在实验条件下 , 其生长的最适温度为 ℃ , 光照强
度为 , 光照 时间为 昼夜连续光照 , 伐 一 为 · 一 , , 〕卜 为
· 一 , , 氏一毛为 · 一 , , ’十 为 · 一 , , 为 其最大增长率为 。 ,最短增倍时间为 。 其粗蛋白 、粗脂肪 、总糖和灰份的含盆分别占干重的 、 、
和 氨荃酸含量为
关健词 项圈藻 生态因子 营养成分
山 加胡叩冶 … 目 四 介凡 , “ 而 , 介” , 犬“ 而冲 刊口入 月妙 及 , , 一
彻 卜 , ℃ , ,
, 卜 , 以卜 , 蛋一 , 十 , ,
· 一 , , ,
! ∀ # ∃! % & ∋ ( % ∀ ∃ , l i p i d , e a r
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n 动aen oP sis sp. , E e o l o g i e a l fa e t o r , N u t r i e n t e o m 卯nent.
1 引 言
项圈藻 (A nabaen OP sis sp. ) 、卷 曲鱼腥
藻 (A nabaena cl’rc inalis)和 水 华微 囊藻
(材‘““沙“is 加s一 a q “ae ) 为程海湖浮游植
物中的 3 个优势种群 , 在夏季常形成大面
积的水华[3] .为配合程海蓝藻资源的开发
利用 , 对项圈藻在实验条件下 的生态习性
进行了研究 , 并对其主要营养成分进行了
分析 , 为加速程海蓝藻资源的开发利用提
供依据 .
2 材料与方法
2. 1 藻种的分离
藻种采自云南省永胜县程海 , 用常规毛细管
法分离 , 分离的藻种接种在根据程海水质特点〔3〕
而 自行设计的 C H S , 培养基中.C H S :的配方为:
K N O : 200m g , M g S ( 〕‘ · 7 H : 0 3 m g , K : H P O 一
3 H :O : 2 5 m g , N a : C O : 3 5 o m g , K : 以〕。 2 5 m g ,
F
e
C
.
H
:
0
: .
H
:
0 2
.
s m g
,
C
.
H
.
O
7 .
H
:
0 2
.
s m g
,
E 仆
TA 1.oom g , 程海水 lo00rn l(程海水经 0.22拌m 的
混合纤维素脂徽孔滤膜过滤 , 其余药品经高压灭
菌).
2. 2 项圈藻的形态特征
由一列细胞构成的不分枝的丝状体 , 螺旋状 ,
螺旋数 。. 5 一 5( 多为 。. 5) , 螺距 5一 25 科m ;营养细
胞呈椭圆形 , 长 3.7 一 12 .5 科m , 宽 2.5一7 . 5 拜m , 具
无色透 明的胶鞘 , 异形胞端生或间生 , 单一或成
对 , 球形 , 直径 5一 7 . 5 科m , 抱子间生 , 单一或成对 ,
远离异形胞 , 椭国 形或肾形 , 长 10- 巧产m , 宽 5-
, 国家 自然科学基金 和云南省科委应用基础研究
羞金资助项 目.1992年 7 月 7 日收到 , 1 9 9 3 年 7 月 28 日改回.
期 单振光等:项圈藻的生长及其主要营养成分的研究 173
10 阿 , 壁厚 , 光滑 ·
2
.
3 最适光 、温 、N 、P 、 C 、 F e 及 pH 值试验
采用多因子正文法 , 选用 L, . (4 ) ‘正文表 , 每
个因子设 4个水平 , 各试验组合见表 1 和 3.N 用
K N O :配制 , P 用 K :E 卫0 二 3H :0 , C 用 N a:C O :,
F
e 用F eC .H ‘0 : · H : 0 , p H 值用 lm ol · L 一, H C I 和
lmo l
·
L
一
,
N
a
0 H 调节.
试验均在 L R H 一5 0- G 型光照培养箱内进行 ,
其内加接 4 盏 20W 日立牌 日光灯;光照强度用
J卜IA 型照度计测定 , p H 值用 pH S 一 3 型 酸度计
测定 ,培养物生长指标的测定每天一次 , 用 721 A
型分光光度计测定其在 450n m 处的光密度值 , 再
将 光 密度值换 算成 增长率 K . 所有 试验均 用
25 0m l三角瓶 , 培养液 15 0rn l.接种的藻种为处于
指数生长期的藻液 , 接种量 O D 。、一 。. 08 .光温
试验用 C H S , 培养墓.N 、 P 、 C 、 、 F e 和 pH 值试验
以 C H S , 培养基为基础 , 按要求改变 N 、 P 、 C 、 F e
的浓度及 pH 值 , 培养条件为 :温度 25 ℃ , 光强
6。。。L x , 光照时间 15h · d 一 , . 各试验均做 3 个平行
样 , 培养周期 10 天.增长率按下式计算:
InN 一I n N 。
T
式中 , K 为增长率 , N 为经时间 T (d )的光密度
值 , N 。 为接种时的光密度值.
增代时间用 T 一 0. 6 93/ K 式计算 , 式中 T 为
增代时间(d ) , K 为增长率.
2. 4 营养成分分析
干藻粉从处于指数生长期的藻液收获的藻粉
晒干而得 ;粗蛋白用微量凯氏定氮法测定;粗脂肪
在索氏提取器内用乙醚提取 , 总糖用铜试剂法测
定 , 灰分是在 550 ℃ 的马福炉内灼烧 4h 后测定 ,
经 H C I水解后 , 用氨基酸分析仪测定氨荃酸含
量.
农 1 退度 、光照时间和光服弧度对项 . 旅生长的形响
h 目e 1 E ff伙t ot 妞. p 心r. t u 代 , I 坛血t In te. ity . d p 七。加脚d目 妞 翻。如口. p尸冶印. 盯介t七
实毅号 沮度 光照时间 光 照强度 增长率1)N o.of T em pera 一 P bo t o p 吧 一 Li ‘h t G ro讯h rateexpe石一 t u re 6 od i n t e朋ity (K )m en t (亡 ) ( h ) (L x )
1 2 0 9 20 0 0 0 . 3 1 2
2 2 0 1 2 4 0 0 0 0 。 4 0 3
3 2 0 1 5 6 0 0 0 0
.
4 6 6
4 2 0 2 4 8 0 0 0 0
.
4 4 3
5 2 5 9 4 0 0 0 0
.
4 1 9
6 2 5 几2 2000 0.457
7 25 15 8000 0.446
8 25 24 600 0 0 。 4 7 4
9 3 0 9 6 0 0 0 0
。
4 1 1
1 0
.
3 0 1 2 8 0 0 0 0
.
4 0 4
1 1 3 0 1 5 2 0 0 0 0
.
3 8 7
1 2 3 0 2 4 4 0 0 0 0
。
5 0 2
1 3 3 5 9 8 0 0 0 0
.
3 5 9
1 4 3 5 1 2 6 0 0 0 0
.
3 1 2
1 5 3 5 1 5 4 0 0 0 0
.
3 2 8
1 6 3 5 2 4 2 0 0 0 0
。
3 1 3
T 芳) 1.624 1.501 1.469
T : 1.796 1.576 1.652
T 3 1.704 1.627 . 1.663
T 一 1 . 3 1 2 1 . 7 3 2 , 1 . 6 5 2
了登) 0.406 0.375 0.367
了: 0.449 0.394 0.413
了: 0.426 0.407 0.416
丁. 0.328 0.433 0.413
R 0.121 0.058 0.049
3 结 果
3.1 温度 、 光照强度和光照时间对项圈藻
生长的影响
从表 1 可知 , 项圈藻能在温度为 20 一
35℃范围内生长繁殖 , 但其最 适温 度为
25℃ , 此时的平均增长率为 0.449 ;35 ℃时
的平均增长率仅为 25 ℃时的 73 % , 繁殖速
注:1) 生长率为培养第 4 天的 K 值 .2) T ;为同一列
中同一水平的因子所对应的 4 个 K 值之和 .N ote .1) G ro w th rate 认 th e K v a lu e o f e u ltu石n g u p
to fo u rt h d a y . 2 ) T i 15 th e o u m o f fo u r K v a lu es eo re
-
sp o n d ing to o am e le ve l fac to r in 。a m e v e rt ic a l l i n e . s ) T ;
= T J 4.
度缓慢 , 在 10 ℃下培养 4 天后观察 , 其细胞
形态正常 , 但繁殖速度相当缓慢.随着光照
时间的延长 , 项圈藻的繁殖速度随之增加 ,
2 4 h 昼夜连续光照时达 到最大 , 其平均增
长率为 0.433.光照强度在 2000 一 s0 0 0 L x
范围内 , 项圈藻同样能生长繁殖 , 但其最适
光照强度 为 6000Lx , 其 平均增长 率为 。
4 1 6 .因此 , 在实验条件下 , 项圈藻生长繁殖
的最适温度为 25 ℃ , 光照强度为 6o0 L x ,
光照时间为 24h 昼夜连续光照.由于这个
组合在正交试验中并未涉及 , 故进行了验
证实验 , 其结果见表 2.由表 2 可知 , 在此条
件下 , 项圈藻的最大增长率为 0.76 6 , 最短
应 用 生 态 学 报 5 卷
增代时 间仅为 0. 90d , 第 4 夭的增长率为
0.538 , 这样高的繁殖速度是正交试验中未
曾有过的 , 说明上述分析结果是正确的.
农 2 项 , 蕊的增长率和增代时间
介t, l e 2 G
row
t . r a t e
.
d m u l t i p l iCa t i
o n
g.
n e r a t 百0 . tl衅ot 滩二合. 月oP 山 s卜
培养时间 增长率 增代时间C ultured G rowt h rate M ultiP lieationtim e (d ) (K ) generatio n tim e (d )
0。 7 6 6
0
.
7 5 2
0
.
6 2 7
0
.
5 3 8
0
。
4 3 8
0
.
3 6 5
0
.
3 1 1
0 9 0
0
.
9 2
1
.
1 1
1
.
2 9
1
.
5 8
; : :
从极差 R (表 l) 的大小可知 , 对项圈藻
生长影响最大的因子是温度 , 其次为光照
时间和光照强度.
3· Z N 、 p 、 C 、 F e 、 p H 对项圈藻生长影响
表 3 N 、 P 、 C 、 Fe 和 p H 对项. 蕊生长公殖的形响
从表 3 可知 , N 在 10一 15om g · L 一‘范
围内 , 项圈藻的生长繁殖 速度随 N 浓度的
增加而降低 , 10 m g · L 一 , 时 , 其萦殖速度最
快 , 平均增 长率为 0.32 7;15 Om g · L 一 ‘时 ,
其平均增长率仅为 10 m g · L 一 , 时的 70 % ,
说明高 N 浓度对其生长具有抑制作用 .项
圈藻生长 的最适 P 、 C 、 F e 的浓 度分别为
1.00 、 1 5 0 和 1. oom g · L 一‘ , 其平均增长率
分别为 0.289、 0 . 2 9 8 和 0. 287 .最适 pH 为
9.。, 其平均增长率为 0. 294 .
从 以上结果可知 , 项 圈藻生长繁殖的
最适营养元素的组合应为 :N O 3一 N I O m g ·
L
一
, ,
P O 卜P I.oom g · L 一 , , C O 专一C 1 5 o m g ·
L
一‘ ,
Fe
, 十 1
.
o m g
·
L
一
, ,
p H g
.
0
. 此组合在正
交试验中并未涉及 , 验证结果见表 4.从表
4 可知 , 在最佳组合中 , 项圈藻的最大增长
Table3E ffec tof N , P , C , F e . o d I) H o n A . a b “.。夕“ , s p · g rO Wt 七
实脸号N o. o f ex pe d m ent (m g
P(m g . L 一 1 ) C( m g · L 一 1 ) F
e
( m g
.
L
I
)
增长率G row th rate(K )
10.0
10.0
10.0
10。 0
5 0
.
0
5 0
。
0
5 0
。
0
5 0
。
0
1 0 0
1 0 0
1 0 0
1 0 0
1 5 0
1 5 0
1 5 0
1 5 0
l
。
3 0 6
1
.
1 5 8
0
.
9 8 3
0
.
9 2 9
0
.
3 2 7
0
.
2 9 0
0
.
2 4 6
0
.
2 3 2
0
.
0 9 5
0
.
5 0
1
.
0 0
2
.
0 0
4
.
0 0
0
.
5 0
1
.
0 0
2
.
0 0
4
.
0 0
0
.
5 0
l
。
0 0
2
。
0 0
4
.
0 0
0
.
5 0
1
.
0 0
2
.
0 0
4 0 0
1
.
0 6 2
1
.
1 5 6
1
.
0 9 6
1 0 6 2
0
.
2 6 6
0 2 8 9
0
.
2 7 4
0
.
2 6 6
0
.
0 2 3
2 0
。
0 0
.
0 0
5 0
.
0 0
.
1 0
1 0 0 0
.
5 0
1 5 0 1
.
0 0
5 0
。
0 0
.
5 0
2 0
。
0 1
.
0 0
1 5 0 0
.
0 0
1 0 0 0
.
1 0
1 0 0 1
.
0 0
1 5 0 0 5 0
2 0
。
0 0
。
1 0
5 0
.
0 0
.
0 0
1 5 0 0
.
1 0
1 0 0 0 0 0
5 0
.
0 1
。
0 0
2 0
.
0 0
.
5 0
1
.
9 0 8 1
.
0 4 1
1
.
0 3 0 1
.
0 7 8
1
.
0 5 7 1
.
1 0 9
1
.
1 9 1 1
.
1 4 8
0
.
2 7 5 0
.
2 6 0
0
.
2 5 8 0 2 7 0
0
.
2 6 4 0
。
2 7 7
0
.
2 9 8 0
.
2 8 7
0
.
0 4 0 0
。
0 2 7
7
.
0
8
.
0
9
.
0
1 0
.
0
1 0
.
0
9
.
0
8
.
0
7
.
0
8 0
7
.
0
1 0
.
0
9
.
0
9
.
0
1 0
.
0
7
.
0
8
.
0
1
.
0 4 1
1
.
1 2 2
1
.
1 7 6
1
.
0 3 7
0
.
2 6 0
0
。
2 8 1
0
.
2 9 4
0
.
2 5 9
0
.
0 3 5
0
.
2 9 3
0
.
3 2 9
0
.
3 4 2
0
.
3 4 2
0
。
2 5 5
0
.
3 4 0
0
。
3 0 8
0
.
2 5 5
0
.
2 4 9
0
.
2 7 6
0
.
2 2 9
0
.
2 2 9
0
.
2 6 5
0
.
2 1 1
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0
。
2 3 6
、声.J
nU
.91曰空甘通一几b内.1乌,、-功,.刀‘1-卜
,二弓‘的J孟性亡曰O口OU甘1.且几,,二J11卫.月一
一飞而雨燕东矛蔚薄丁石石藻而万荡面巧而面二泳平丽画手所对应的 ; 个 “瓦履芝和. ’ 一—~Note:1)Growthrate15theKvalueofeulturinguprosixthday.2)Ti15thesumofourKvalueseorespondingtosamelevelfaeorinsamevertiealine.3)T‘= T i/ 4 .
期 单振光等:项圈藻的生长及其主要营养成分的研究
农 4 . 适培养基条件下项. 蕊的增长率和增代时问
T a目e 4 G ro , t 七 r. te 抓d . ult遥p liC. tio . g. n e , tlon ti砚of肋abae 月oP si’ sp. in opt任…eultu代 m 曰iu.
4 讨 论
培养时间C ulturedtim e (d )
增长率G ro , . t h r a t e
( K )
增代时间
M ultiPlieatio ngenerat.ontim e (d )
0.817
0.769
0 。 6 3 8
0
。
5 4 7
0
。
4 7 4
0
。
4 1 4
0
。
3 5 8
0
。
8 5
0
.
9 0
1
.
0 9
1
.
2 7
1
.
4 6
l
。
6 7
1
。
9 4
率为 0.817 , 最短增代时间为 0.85d , 第 6
夭的增长率为 0.414 , 这样高的增长率在正
交试验中未曾有过 .
从极差 R (表 3) 的变化看 , 在供试的营
养成分及 pH 范围内 , 对项圈藻生长影响大
小依次是 :N > C > pH > Fe , + > P.
3
.
3 主要营养成分
经分析 , 项圈藻的 N 含量为 9.80 % ,
粗蛋白(N X 6.25) 为 61 . 25 % , 粗脂肪为
5.30% , 总 糖为 20 . 34 肠 , 灰分 8.25 % .氨
基酸的分析结果见表 5.项圈藻含有 18 种
衰 弓 项I 蕊盆基酸含 ,
T . ble 写 C o n ten t o f a m in o a e 三d in A .a b“ 月p 。 , i’ sp .
氮墓酸 A m ino一a e i d . ( m g · 1 0 0 9 一 , )
天门冬 氮酸 A sp 6004
苏氮酸 T hr 2987
丝氮酸 Se r 2548
谷氮酸 G lu 7417
甘氮酸 G ly 2527
丙氨酸 A la 4649
肮氮酸 C ys 190.0
绷氨酸 V al 3591
蛋氨酸 M et 1035
异亮氨酸 刀e 3 2 3 0
亮氨酸 L eu 5477
酷氨酸 T yr 1296
笨丙氨酸 P he 1834
赖氨酸 L ys 2358
氛 N H : 953.0
组氨酸 H i。 2 8 9 . 0
精氨酸 A rg 4246
脯 氨酸 P ro 2001
合计 T o tal 52632
氨基酸 , 其总量占干重的 52 .63 写 , 其中含
量最高的谷氨酸 、 夭门冬氨酸 、亮氨酸的含
量分别达 7‘ 4 2 、 6 . 0 0 和 5.4 8 % .
4. 1 项圈藻对光 、温的适应
从试验结果看 , 项 圈藻对温度的适应
幅度 比较大 , 在 20 一 30 ℃范围内的平均增
长率(表 l) 都比较高 , 这对在程海地区进行
室外大面积培养是很有利 的;但它对光照
强度的适应范围小 , 6 0 0 0 L x 时的增长率只
比 4000L x 和 so00L x 分 别大 0.003 , 这说
明项圈藻的光饱和点在 60 。。L x 左右 , 这与
大多数蓝藻相比较小 , 而程海地 区的光照
强度一般在 10。。o o L x 左右 , 这对室外大面
积培养又具有一定的限制作用 ;从光照 时
间看 , 在 24 h 昼夜连续光照下 , 项圈藻生长
最好 , 这表明项圈藻对光周期和暗周期 的
变化没有要求 , 每天光照时间越长 , 生物量
增 长 越 快 , 这 与钝 顶 螺 旋 藻 (SP io li na
P lat en si )等蓝藻一致 , 而大多数绿藻 , 如小
球藻 (Ch l~ “a v“g ari : )〔‘」、 拉 普兰 衣藻(Ch la卿dom on as IQPPonica )[, 〕、斜生 栅 藻
(S cened esm us Oblign us)〔, 〕等 , 每天需 4 一sh
的暗周期 , 这可能与蓝藻的细胞结构 、所含
色素以及系统发育有关.
4.2 项圈藻对营养元素及 pH 的适应
营养物质及 pH 值在藻类培养中也是
两个 非常重要的因素 , 营养物质的 比例及
pH 值适合与否 , 对藻类的生长起着重要的
作用[l. 5〕. 从结果分析中可知 , 在供试的营
养元素中 , 对项圈藻生长繁殖影响最大的
是 N , 其次为 C 、 p H 、 F e 和 P , 这主要是 由程
海的水化学特点和项圈藻的生物学特性所
决定的.程海水中的 N (N O 三一 N ) 含量年平
均只 有 0. ol m g · L 一 ‘, p H 高 达 9. 0 , C
( H C O
3 一
C ) 和 P (P zO S二 P ) 分别为 117. 90 和
0. 03 3 m g · L 一‘〔, 〕, 这说明项圈藻是一 种喜
碱性的藻类 , 对 C 的需求量较高.在试验中
还发现 , 项圈藻生长的 N /P 约为 10 : 1 , 这
与小球藻 、 钝顶螺旋藻和拉普兰衣藻相比
应 用 生 态 学 报 5卷
低得多 , 可能是由于项圈藻具异形胞 , 自身
具有固氮能力 , 这对于进行大面积培养 , 降
低成本是相当有利的.
从实验结果 (表 3)看 , N 、 F e 、 C 的最适
浓度分别在水平的下 限和上限 , 故此结果
并不一定是项圈藻生长的最适浓度 , 这主
要是由于经验不足 , 设计不尽合理所致.试
验中的 pH 值仅是起始时的值 , 随着培养时
间的延长 , 培养液 中的 pH 值会随之升高 ,
却寸项 圈藻 的生长产生抑制作用 · 如要进行长时间增养 , 应将 pH 值控 制在 9.0 左
右 ;将 C 源改用 H C O 3一 C , 并通入 3一 5% 的
C O : , 可起抑制 pH 值升高的作用.
4 .3 营养成分评价
项圈藻是一种营养丰富的藻类 , 含 18
种氨基酸 , 其中 8 种为人体必需的 , 这些氨
基酸的比例均衡 , 且其细胞壁不具纤维素 ,
易于被人体及动物消化吸收.蛋 白质含量
与目前 国际 上广泛培养 利用的钝顶 螺旋
藻[’j 、 小球藻[lj 相差无几 , 在氨基酸的某些
成分上还超过钝顶螺旋藻和小球藻 .项圈
藻藻丝较长 , 易于采收 , 在程海常形成大面
积水华 , 故在开发利用方面值得深入研究.
致谢 承蒙胡鸿钧研究员的指导 , 谨此谢忱.
参考文献
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