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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2016, 32(6):238-243
生物质能源因其可再生、无污染已成为研究的
热点［1］，而微藻能源以其独有特性在众多生物质能
源中备受关注。微藻具有光合效率高、生长快、产
油率高、不受养殖季节限制、不占用耕地农田等优势，
这是其它生物质能源原料所不具备的。因此，利用
微藻油脂生产生物燃料成为了潜在的替代能源研究
热点［2-4］。许多研究者以生产微藻生物燃料为目标，
对产油微藻进行了大量的筛选工作［5-8］。而栅藻作
为一种单细胞微藻，具有生长快、环境适应性强、
油脂含量高等优点，可能成为微藻生物燃料的候选
微藻种类之一［1，9］。栅藻属于绿藻门，绿球藻目，
栅藻科，是淡水中极为常见的种类。目前对栅藻的
收稿日期： 2015-09-30
基金项目：国家“973”计划重点项目（2012CB723606）
作者简介：陈传红，女，硕士，助理研究员，研究方向：微藻藻种选育和微藻养殖等；E-mail ：chench@enn.cn
通讯作者：吴洪，女，博士，研究方向：微藻藻种选育和高效养殖方式；E-mail ：wuhong@enn.cn
三株栅藻属藻株光合自养产油脂的比较研究
陈传红 吴洪 李青 尹顺吉 罗少敬 崔春莉
（新奥科技发展有限公司 煤基低碳能源国家重点实验室，廊坊 065001）
摘 要 ： 通过柱式光生物反应器培养，比较研究三株栅藻（Scenedesmus sp 简写 S. sp、Scenedesmus deserticola、Scenedesmus
dimorphus）的生长及油脂含量情况，得出 3 株藻生物量最高的是 S. deserticola 为 0.48 g /（L·d）；其次是 S. sp 为 0.41 g /（L·d）；S.
dimorphus 产量最低为 0.35 g /（L·d）。且培养后期经尼罗红染色清楚可见油脂分布，其中 S. deserticola 总脂含量达到了干重的 55.3 %，
总脂产量为 0.29 g /（L·d）；S. dimorphus 为 46.7 %，0.18 g /（L·d）；S. sp 为 43.6 %，0.20 g /（L·d）。三株栅藻主要脂肪酸为 C18
和 C16，占总脂肪酸组成的 85 % 以上，符合生物柴油的生产要求。综合比较，S. deserticola 是一株性能优良的产油藻株。
关键词 ： 栅藻 ；生长 ；尼罗红 ；生物量 ；油脂
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.06.035
Lipid Production from the Photoautotrophy of Three Strains of
Scenedesmus Species
CHEN Chuan-hong WU Hong LI Qing YIN Shun-ji LUO Shao-jing CUI Chun-li
（State Key Laboratory of Coal-based Low-carbon Energy，Xin’ao Scientific ＆ Technological Developmental Co.，Ltd.，Langfang
065001）
Abstract: The growth and the lipid content of 3 strains of Scenedesmus were compared by column photobioreactor，and it was concluded
that the strain of producing the highest biomass was Scenedesmus deserticola with 0.48 g /（L·d），followed by Scenedesmus sp（S. sp）0.41 g /
（L·d），and the lowest by S. dimorphus with 0.35 g /（L·d）. In the late culture stage，the lipid distribution was clearly visible by Nile red
staining. The total lipid content and the lipid productivity of S. deserticola were 55.3 % of DCW and 0.29 g /（L·d），respectively，followed by
S. dimorphus in 46.7 % and 0.18 g /（L·d），S. sp in 43.6 % and 0.20 g /（L·d）. The main fatty acid composition of 3 Scenedesmus were C18
and C16，accounting for over 85% of total fatty acids，satisfying the requirements of biodiesel production. Comprehensive comparison revealed
that the S. deserticola was a lipid-producing strain with high performance.
Key words: Scenedesmus species ；growth ；Nile red ；biomass ；lipid
2016,32(6) 239陈传红等：三株栅藻属藻株光合自养产油脂的比较研究
研究主要集中在污水处理［10-12］、有机物或重金属毒
理及吸附等研究方面［13-15］。
本实验对不同的栅藻藻株进行生长、油脂含量
及分布情况研究，旨在获得生长速度快，油脂含量
高的栅藻藻株，建立栅藻生长和产油性能的基本评
价方法，为栅藻生产生物燃料提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
藻 种：栅 藻（Scenedesmus sp， 简 写 S. sp）、
荒 漠 栅 列 藻（Scenedesmus deserticola， 简 写 S.
deserticola）、双形栅藻（Scenedesmus dimorphus，简写 S.
dimorphus）3株藻种，均由本公司藻种库保存。
培养基：BG11 培养基。
1.2 方法
1.2.1 培养方法 将对数期的藻种接种到 500 mL 的
三角瓶中通气培养，达到一定的 OD 值后，转接到
Ф4 cm×60 cm 柱式反应器中进行生长和产油性能评
价，初始 OD750 值在 0.8 左右。采用单根玻璃管通气，
所通入气体为空气和 CO2 混合气（CO2 含量：1.5%-
2.0%），培养期间通气不间断。温度（28±1）℃，光
强约为 200 μmol·m-2·s-1，24 h 光照，pH值控制在 7-
9 之间；定期取适量藻液，进行相应参数的测定。
1.2.2 分析测试与计算
1.2.2.1 比生长速率 采用干重计算，利用公式：
比生长速率 μ=（LnNt-LnN0）/t，其中 N0 为初始干
重值，Nt 为培养第 t 天的干重值，t 为培养时间
［16］。
1.2.2.2 叶绿素 a 含量 移取一定体积（V）的藻
液放置在 15 mL 的离心管中，3 500 r/min 转离心 5
min，去上清液；然后加入一定体积（U）的甲醇震
荡混匀留下的藻团，将离心管放置在 70℃的水浴中
加热提取 5 min，3 500 r/min 离心 5 min，取上清液
在 665 nm 和 750 nm 下测定吸光值［17］。
叶 绿 素 a 含 量（mg/L）= 13.9（OD665-OD750）
*U/V
1.2.2.3 细胞干重 Ø 25 mm 或 47 mm 的 Whatman
（GF/F，GF/C）滤纸，空白滤纸事先烘干（105℃）称重，
移取一定体积的藻液（根据所培养的藻液的浓度来
确定取样的体积）真空抽滤，放置在 105℃的烘箱
中过夜烘干，取出放置在干燥器中冷却后称重。
1.2.2.4 尼罗红染色 收集培养完成的藻液（0.5
mL），4 000 r/min 离心 5 min，去上清，并用去离子
水洗涤 2 次，后用 20% DMSO 水溶液重悬浮至 0.5
mL，加入尼罗红，使尼罗红的浓度为 1 μg/L，35℃
水浴 10 min，后用去离子水洗涤一次，此时将染色
的藻细胞置于荧光显微镜下观察［18］。
1.2.2.5 油脂含量及脂肪酸组成测定
（1）总脂提取：参照文献方法［19］，取 50 mg 或
100 mg 冻干藻粉（dw）放置在具 Telfnon 螺口瓶盖
的体积为 15-20 mL 的小玻璃瓶中，再放置一小磁
力棒，加入 2-4 mL 10% DMSO-Methanol 溶液，40℃
砂浴（盛砂的烧杯放置恒温加热磁力搅拌器上）5
min；然后在 4℃下磁力搅拌抽提 30 min，3 500 r/min
离心，转移上清液到另一小瓶中。剩下藻渣再加入
1∶1的乙醚、正己烷4-8 mL 4℃下磁力搅拌抽提1 h，
3500 r/min 离心，转移上清液到上述一小瓶中。可重
复上述过程直到藻渣变白。在上述合并抽提液中加
入纯水使四者（水、DMSO-Methanol、乙醚、正己烷）
体积比例为 1∶1∶1∶1，震荡分相，移取有机相转
移到另一小玻璃瓶中，在通风橱中用氮气吹至成浓
缩液，然后转移到事先称重过的 1.5 mL 塑料离心管
（dw1）中，再用氮气吹干至恒重（dw2）。
总脂含量（%）=（dw2-dw1）*100%/dw
总脂产量（g/（L·d））=总脂含量（%）*细胞
干重（g/L）/ 培养时间（d）
（2）脂肪酸分析：参照文献［20］方法，使用
Agilent 6820 气相色谱仪进行气相色谱分析（色谱
条件为载气：氮气流量 1 mL/min、氢气流量 30 mL/
min、空气流量 300 mL/min，进样口温度：280℃，检
测器温度：280℃，检测器类型：Agilent FID，色谱
柱：Agilent DB-5 毛细管色谱柱（30 m × 0.25 mm，
0.25 μm），分流比：4∶1。分析方法：内标法 GB/T
17377-1998（气相色谱用氮气作载气，相当于液相
色谱的流动相）。
1.2.2.6 数据分析 使用 Excel 和 SPSS11 软件对所
有数据进行分析
2 结果
2.1 三株栅藻生长特性比较
三株栅藻在柱式反应器中培养16 d，分别于2、4、
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.6240
6、8、10、13、16 d 取样测定 OD值和生物量。结果（图
1）显示，3 株栅藻都经过了在 2-4 d 的快速生长阶
段，而4 d后进入较缓慢的增长阶段。在培养16 d中，
S. deserticola 生长最快，产量达到了 0.48 g /（L·d）；
其次是 S. sp，产量为 0.41 g /（L·d）；最后是 S. di-
morphus，产量为 0.35 g /（L·d）。三株藻的生物量在
16 d 的培养中持续增加（图 2），S. deserticola 的最高
生物量为 8.27 g/L ；其次是 S. sp 为 7.24 g/L ；S. dim-
orphus 生物量最低，为 6.13 g/L。S. deserticola 的最
大生物量显著高于 S. sp（P<0.05），而极显著高于 S.
dimorphus（P<0.01）。三株藻最大比生长速率出现在
2-4 d，均达到了 0.43 d-1 以上；S. deserticola 16 d 平
均 比 生 长 速 率 为 0.165 d-1，S. sp 为 0.153 d-1，S.
dimorphus 为 0.145 d-1。上述结果表明，S. deserticola
的生物量积累速度比其它两株栅藻更快，同样培养
时间积累的生物质更多。
3）在经过 4 d 的快速增加后达到最高值：S. sp 为
63.0 mg/L，S. deserticola 为 80.8 mg/L，S. dimorphus
为66.3 mg/L。3株藻在0-4 d叶绿素a含量增长最快，
S. sp 和 S. deserticola 在 4-10 d 持续维持高值后分别
下降 54.4% 和 43.7% ；而 S. dimorphus 在第 4 天达
到最高值后即开始迅速下降，在 16 d 时仅为 16.6
mg/L，与最高含量相比下降了 74.9%。
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20
O
D
75
0
ᰦ䰤/d
S.sp
S.deserticola
S.dimorphus
图 1 三株栅藻 OD750 值的变化
ᰦ䰤/d01234
5
6
7
8
9
0 5 10 15 20
S.sp
S.deserticola
S.dimorphusᒢ䟽 g·L-1
图 2 三株栅藻生物量的变化
ᰦ䰤/d010203040
50
60
70
80
90
0 5 10 15 20
ਦ㔯㍐aⲴਜ਼䟿 mg·L-
1 S.spS.deserticolaS.dimorphus
图 3 三株栅藻叶绿素 a 含量的变化
2.3 三株栅藻细胞形态和油脂积累位置观察
三株栅藻在经过 16 d 的培养后进行了尼罗红染
色，结果（图 4）表明，3 株栅藻从原来的绿色细
胞转变为黄色细胞，细胞的个体明显增大，其中 S.
deserticola 和 S. sp 的细胞由早期的卵形向圆形转变，
而 S. dimorphus 细胞长与宽的比值逐渐缩小，细胞形
态由长梭形变化为椭圆形。同时，在 3 株栅藻的细
胞质内积累了大量的油脂，并且 3 株栅藻油脂积累
的部位存在差异，其中，S. deserticola 和 S. sp 的油
脂主要积累在细胞的一侧，而 S. dimorphus 主要在细
胞的两端及细胞壁边缘。
2.4 三株栅藻总脂含量及脂肪酸组成分析
在培养 16 d 后 3 株栅藻的总脂含量都超过了干
重的 40%（图 5-A），S. deserticola 的总脂含量最高，
达到 55.3%，S. dimorphus 为 46.7%，S.sp 为 43.6%。
S. deserticola 的 总 脂 含 量 显 著 高 于 S. dimorphus
（P<0.05），极显著高于 S. sp（P<0.01）。S. deserticola
的 16 d 平均总脂产量最高，达到了 0.29 g /（L·d），
其次是 S. sp 为 0.20 g /（L·d），最低为 S. dimorphus，
产量为 0.18 g /（L·d）（图 5-B）。
对培养 16 d 时的脂肪酸组成分析结果（表 1）
2.2 三株栅藻叶绿素a含量的变化
在培养过程中，3 株栅藻的叶绿素 a 含量（图
2016,32(6) 241陈传红等：三株栅藻属藻株光合自养产油脂的比较研究
显示，3 株栅藻的主要脂肪酸均为 C18 和 C16，占
总脂肪酸组成的 85%以上。S. sp 三种主要脂肪酸为
C18∶1、C16∶0、C18∶2，占总脂肪酸的 62.7% ；
S. deserticola 三种主要脂肪酸为 C18∶1、C16∶0、
C18∶3α，占总脂肪酸的 64.6% ；S. dimorphus 三种
主要脂肪酸为 C18∶1、C16∶0、C18∶4，占总脂肪
酸的 68.3%。3 株栅藻的 C20 以上脂肪酸的总和均
低于总脂肪酸组成的 2%。
表 1 三株栅藻培养 16 d 时脂肪酸组成
脂肪酸组成 S.sp /% S. Deserticola/% S. Dimorphus/%
C14∶0 0.139±0.014 0.128±0.010 0.166±0.016
C16∶0 16.146±0.524 14.009±0.336 21.216±0.128
C16∶1 4.283±0.203 3.224±0.098 2.424±0.318
C18∶0 4.601±0.087 8.310±0.082 1.974±0.174
C18∶1 33.291±0.288 41.379±0.436 33.420±2.929
C18∶2 13.334±0.187 6.474±0.054 10.910±1.613
C18∶3γ 0.914±0.015 0.417±0.003 1.231±0.442
C18∶3α 6.362±0.131 9.251±0.079 6.210±0.018
C18∶4 7.281±0.120 8.429±0.058 13.725±2.080
C22∶0 0.295±0.035 0.132±0.005 0.139±0.015
C20∶0 0.609±0.037 0.484±0.014 0.218±0.157
C20∶4 / / 0.057±0.009
C24∶0 0.152±0.012 / 0.042±0.010
C22∶6 0.690±0.059 0.173±0.007 0.098±0.016
3 讨论
本研究对 3 株栅藻的生长特性进行了比较，在
相同的接种浓度和培养条件下，3 株栅藻在生长上
能够表现出不同的差异，S. deserticola 的最大生物量
显著高于其它两株，达到了 8.27 g/L，比 S. sp 高出
14.2%，比 S. dimorphus 高出 34.9%。说明了相同属
的藻株，由于生长环境不同或藻株自身的特性差异
等原因，藻株的生长速度和生物量积累能力存在差
异，这与王元丽［21］对不同的真眼点藻的生长研究
结果一致。同时，3 株藻在叶绿素 a 含量的变化差
异，与许多研究者结果类似［7，22］，其中展望［22］认
为叶绿素 a 含量在培养过程中呈现的先上升后下降
的趋势，可能是由于细胞密度的增加使每个细胞接
受到的光暗频率下降，光照强度相对降低所造成的。
一般情况下，随着藻类培养时间的延长，藻
细胞在色素含量上发生变化，同时由于细胞浓度的
不断增加和营养盐的减少，藻细胞的形态会发生改
变，油脂也不断积累，到培养后期达到较高的水平。
a-1 b-1 c-1
a-2 b-2 c-2
a-3 b-3 c-3
a ：S. sp，b ：S. deserticola，c：S. dimorphus
图 4 三株栅藻培养前期图（a-1、b-1、c-1）和培养 16 d
的细胞形态（a-2、b-2、c-2）与油脂分布图（a-3、
b-3、c-3）
0
10
20
30
40
50
60
ᙫ㜲ਜ਼䟿 %dw
S.sp S.deserticola S.dimorphus
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
ᙫ㜲ӗ䟿 g·L d-1
S.sp S.deserticola S.dimorphus
A
B
图 5 三株栅藻培养 16 d 时的总脂含量（A）以总脂产量（B）
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.6242
尼罗红作为一种脂溶性荧光燃料，常用于微生物的
油脂含量的评估。当藻细胞积累大量的油脂后，通
过尼罗红染色可以清楚观察到油脂的分布及积累
情况［23］。
用于生物柴油生产的原料油脂，其脂肪酸组成
和含量将直接影响生物柴油的品质。油脂中的三酰
甘油酯是油脂加工的主要原料，故微藻中三酰甘油
酯的脂肪酸组成和含量是评估该藻能否作为生物柴
油生产藻株的重要因素。在生物柴油的生产中，要
求作为原料的脂质应有较高含量的饱和脂肪酸和单
不饱和脂肪酸，同时尽可能少的多不饱和脂肪酸含
量［23，24］。在本研究中，三株栅藻的饱和脂肪酸和
单不饱和脂肪酸含量均在 60%以上，且主要脂肪酸
的 C18 和 C16 占总脂肪酸组成的 85% 以上，同时
C20 以上脂肪酸的总和均低于总脂肪酸组成的 2%，
表明这 3 株栅藻的油脂特性符合生物柴油生产的
要求［25］。
4 结论
利用柱式反应器在相同的培养条件下，通过对
三株栅藻进行生长速率、生物量及油脂含量和组成
等参数的测定和分析比较，建立了优良产油栅藻藻
种的性能评价方法。结果显示，3 株藻积累最高生
物量的是 S. deserticola 为 8.27 g/L；其次是 S. sp为7.24
g/L ；S. dimorphus 产量最低为 6.13 g/L。S. deserticola
总脂含量和产量分别为达到了 55.3%，和产量为 0.29
g /（L·d），S. dimorphus 为 46.7%， 产 量 为 和 0.18
g /（L·d），S. sp 为 43.6%，产量为和 0.20 g /（L·d）。
3 株栅藻的主要脂肪酸为 C18 和 C16，占总脂肪酸
组成的 85% 以上，C20 以上脂肪酸的总和低于总脂
肪酸组成的 2%。综合生物量、总脂产量和脂肪酸组
成的比较结果，S. deserticola 是三株栅藻中最优良的
产油藻株。
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（责任编辑 李楠）