全 文 ：
秦俊莲, 俞梦洁, 李璇, 徐宁, 段舜山. 不同氮源对球形棕囊藻生长的影响[J]. 生态科学, 2012, 31(3): 273-277.
QIN Jun-lian, YU Meng-jie, Li Xuan，Xu Ning, DUAN Shun-shan. Effect of Nitrogen Sources on the growth of Phaeocystis globosa[J].
Ecological Science, 2012, 31(3): 273-277.
不同氮源对球形棕囊藻生长的影响
秦俊莲, 俞梦洁, 李璇, 徐宁, 段舜山
暨南大学水生生物研究中心，广州 510632
【摘要】采用实验室培养的方法比较了 6 种不同氮源—硝态氮、尿素、甘氨酸、精氨酸、谷氨酸、腺嘌呤对典型赤潮藻球形棕
囊藻(Phaeocystis globosa)生长的影响。结果表明，6 种氮源均能不同程度地促进球形棕囊藻的生长，但比生长速率和光合作用效
率具有显著差异性。将球形棕囊藻在不同浓度氮源下的最大比生长速率分别拟合 Monod 方程，得出球形棕囊藻在硝态氮、尿素、
甘氨酸、精氨酸、谷氨酸和腺嘌呤等 6 种氮源下的最大比生长率分别为 1.05，1.17，0.82，0.87，1.09，0.90 d-1，相应的半饱和
常数分别为 9.132，23.758，85.519，7.104，23.94，10.959 μmol/L。其中，高氮浓度（8 820 μmol/L）下腺嘌呤对球型棕囊藻的
生长具有显著抑制作用。相比较而言，球形棕囊藻对甘氨酸的亲和力最高。当硝态氮、尿素、甘氨酸、精氨酸、谷氨酸和腺嘌
呤的浓度分别为 8 820，882， 882， 8 820，882，0.441 μmol/L 时，球形棕囊藻的最大光合效率（Fv/Fm）分别为 0.619，0.620，
0.579，0.595，0.648，0.667。由此可见，氮源对球形棕囊藻的生长和光合作用具有显著影响；球形棕囊藻能够利用多种无机和
有机氮源，与其它仅能利用无机氮源的浮游植物相比，更具有竞争优势。

关键词：球形棕囊藻；氮源；生长动力学；赤潮
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2012.03.008 中图分类号：Q178 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2012)03-273-05

Effect of Nitrogen Sources on the growth of Phaeocystis globosa
QIN Jun-lian, YU Meng-jie, Li Xuan，Xu Ning*, DUAN Shun-shan
Research Center of Hydrobiology, Jinan University, Guangzhou, 510632,China
Abstract: Growth dynamic characteristics of Phaeocystis globosa, a representative HAB species, as a function of six different
nitrogen sources: nitrate, urea, glycine, arginine, glutamic acid and ATP, were examined in batch cultures. The laboratory results
revealed that P. globosa could utilize all the six nitrogen sources, and exhibited obvious concentration gradient effect. The maxium
specific growth rates of P. globosa under different nitrogen sources were fitted with Monod Kinetics, the result showed the maxium
specific growth rates with nitrate, urea, glycine, arginine, glutamic acid, reached 1.05, 1.17, 0.82, 0.87, 1.09, 0.90 d-1 respectively,
and the corresponding half saturation constants were 9.132, 23.758, 85.519, 7.104, 23.94, 10.959 μmol/L respectively. In
comparison, Growth inhibition was observed in ATP culture with the highest nitrogen gradient 8 820 μmol/L, P. globosa showed
the greatest affinity to glycine. The maximum photosynthetic efficiency reached 0.619, 0.620, 0.579, 0.595, 0.648, 0.667
respectively when the nitrogen gradient were 8 820, 882, 882, 8 820, 882, 0.441 μmol/L of different N-sources. These results
suggested that the growth of P. globosa varies significantly with different N-sources, P. globosa could utilize various kinds of
inorganic and organic nitrogen sources, thus providing P. globosa with advantage comparing to other algae utilizing dissolved
inorganic nitrogen as the sole nitrogen source.
Key words: Phaeocystis globosa; Nitrogen sources; Growth kinetics; harmful algal blooms



收稿日期：2012-02-17 收稿，2012-04-21 接受
基金项目：国家自然科学基金（40776078）, NSFC-广东联合基金重点项目(U1133003)
作者简介：秦俊莲(1986-)， 女(土家)， 藻类生物技术及应用， 硕士， E-mail:kekeqinjunlian@126.com
*通讯作者：徐宁 txuning@163.com
第 31 卷 第 3 期 生 态 科 学 31(3): 273-277
2012 年 5 月 Ecological Science May 2012

1 引言（Introduction）

氮营养与赤潮形成的关系一直是国际海洋生态
学研究的热点问题。在清洁水体中，氮通常是浮游植
物生长的限制因子[1-2]。而在沿海、河口等近岸水体
中，由于人类活动的影响，氮负荷不断增加，赤潮爆
发频率也呈现上升趋势。近期的研究显示，海水中可
溶性有机氮（DON）浓度远高于可溶性无机氮（DIN）。
如，在美国 Chesapeake Bay，夏季 DON 占 TN 含量
的 90%以上[3]。而在我国近海区域，DON 也是总氮
的主要组分，在大亚湾，DON 约占 TN 的 62%；在
胶洲湾为 66%；珠江口则超过 80% [4]。然而，目前
的研究主要集中于无机氮，有关有机氮源的较少[5]，
而氨基酸、核酸等有机氮源在浮游植物生长及赤潮形
成中作用仍不清楚。有机氮源对赤潮藻生长的影响已
成为国内外研究的热点领域之一。
球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）隶属定鞭藻
纲（Prymnesiophyceae），近年来在世界范围内频繁引
发有害赤潮[6]。藻体死亡时增加海水粘度[7]，产生白
色泡沫[8]，给渔业和海洋环境造成极大危害，并带来
严重经济损失。如荷兰球形棕囊藻赤潮造成一万余吨
贻贝死亡[8]。同时大量棕囊藻沉降还会引发大型底栖
生物死亡[9]。另有研究表明：球形棕囊藻对数生长期
可检测到高浓度的二甲基硫化物（DMS，可以促使酸
雨的形成）[10]。球形棕囊藻赤潮已引起国内外学者
的高度关注[11]。
本研究以典型赤潮藻球形棕囊藻为实验材料，采
用批次培养的方法，研究了有机、无机氮营养对其生
长、光合作用的影响。以期为进一步揭示球形棕囊
藻赤潮形成机理提供实验数据，为赤潮的预测和
防治工作提供科学依据。

2 材料与方法(Materials and Methods)

2.1 实验材料
试验藻种为中国沿海典型赤潮藻球形棕囊藻，
采自我国东海赤潮高发海区，经毛细管分离培养成单
细胞株系，保存于暨南大学水生生物研究中心藻种
库。

2.2 培养条件
试验藻种于 LRH–400–G 室内光照培养箱中培
养，温度（24±1）℃，辐照强度约 120 µmol/(m2·s)，
光暗比 12:12。选用 f/2 培养基[13]，基础介质为人工
海水（盐度为 30.5）。

2.3 试验方法
球形棕囊藻经过以 500 µg NH4+为氮源的预培养。
具体方法为：将处于指数生长期的藻细胞离心，转接
至低氮的 f/2 培养基中培养至检测不出氮，此时藻细
胞处于氮耗尽状态。分别接种至不同浓度的（0、
0.441、0.882、4.41、8.82、44.1、88.2、882、8 820 µmol/L）
不同氮源的（硝氮 NaNO3、尿素 CO(NH2)2、腺嘌呤
C5H5N5、精氨酸 C6H14O2N4、甘氨酸 NH2CH2COOH、
谷氨酸 C5H9NO4 不含硅和氮的 f/2 培养基。(注：谷
氨酸只有前 7 个浓度梯度。)将 35 mL 藻液装至 50 mL
带盖玻璃试管，置于光照培养箱中进行一次性培养。
每个处理 3 个平行。球形棕囊藻接种密度分别为 1.5、
2.375、1.125、17.125、3.25、3.125×105 cells/mL。
每 24 h 显微计数（0.1 mL 的浮游植物计数框）和测
定相对叶绿素 a 荧光单位（TD-700 型叶绿素荧光仪
（Turner Designs）。在指数生长后期，测定光合作用
效率（脉冲调制荧光仪(PAM 101, 103 ) ( WALZ,
Germany )，用 Fv/Fm 表示。

2.4 数据处理
采用 SPSS17.0 和 Origin7.5 对数据进行统计分析
与图表绘制。
比生长速率 μ的计算公式为：
μ=ln (N1-N0)/(t1-t0)
t 为生长天数，N0 和 N1 分别是棕囊藻在 t0 和 t1 时的
细胞密度。比生长速率根据指数生长期的细胞密度通
过最小二乘法拟合得到[4]。
采用 Monod 方程进行拟合：
μ=μm·S/(Kμ+S)
求出最大比生长速率（μm）和半饱和常数（Kμ）[4]。

3 结果(Results)

3.1 硝态氮对球形棕囊藻生长的影响
实验结果表明，硝态氮能较好地被球形棕囊藻利
用，并且其浓度与生长速率存在明显的相关性（图 1
和表 2）。随着氮浓度的增加，相对叶绿素 a 荧光值
和比生长速率逐渐增加。方差分析结果表明，当硝态
氮浓度达到 8 820 μmol/L 时，其比生长速率为 1.02
d-1，高于除尿素氮以外其他各试验组（P<0.05），同
时球形棕囊藻的最大光合作用效率 Fv/Fm 达到最大
值（0.619）（表 3）。
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图 1 6 种氮源下球形棕囊藻生长动力学曲线
Fig. 1 Specific growth rates of P. globosa as a function of concentrations in six different N-source

表 2 球形棕囊藻在不同氮源下的生长动力学参数
Tab. 2 Growth dynamic parameters of P. globosa in different N-sources
氮源 Nitrogen sources μmax(d-1) Kμ(μmol/L) α R2
NaNO3 1.05 9.13 0.11 0.979
Urea 1.17 23.76 0.05 0.993
Gly 0.82 85.52 0.01 0.752
Arg 0.87 7.10 0.12 0.789
Glu 1.09 23.94 0.05 0.845
ATP 0.89 10.96 0.08 0.888

3.2 有机氮对球形棕囊藻生长的影响
3.2.1 尿素
实验结果显示，尿素是实验组中最易被球形棕囊
藻利用的有机氮源。尿素浓度与生长速率存在明显的
相关性（图 1 和表 2）：随着氮浓度的增加，比生长
速率逐渐增加，在实验设定的最高浓度 8 820 μmol/L
比生长速率达到最大值 1.15 d-1，显著高于以硝态氮
为唯一氮源时的最大比生长速率。并且在 882 μmol/L
下球形棕囊藻的最大光合作用效率 Fv/Fm 达到最大
值（0.620）（表 3），高于硝态氮下的最大光合作用效
率。
3.2.2 甘氨酸
甘氨酸是球形棕囊藻利用最差的氮源，以甘氨
酸作为唯一氮源时生长最为缓慢。在试验组设定的
浓度范围内，其浓度与生长速率存在明显的相关性
（图 1）。随着氮浓度的增加，相对的比生长速率逐
渐增加，但在高氮浓度下增长缓慢，所测得的比生
长最大值仅为 0.82 d-1。实验结果拟合 Monod 方程得
出，球形棕囊藻在甘氨酸下的半饱和常数为所有试
验组中的最高值 85.52 μmol/L（表 2），可见球形棕
囊藻对甘氨酸的亲和力为所有氮源中最低。
3.2.3 精氨酸
精氨酸能较好地被球形棕囊藻利用，氮浓度在
882 μmol/L 时比生长速率达到 0.87 d-1（图 1 和表 2）。
实验结果拟合 Monod 方程得出，球形棕囊藻在甘氨
酸下的半饱和常数为所有试验组中最低 7.10 μmol/L
（表 2），表明球形棕囊藻对精氨酸亲和力最高。

3期 秦俊莲，等. 不同氮源对球形棕囊藻生长的影响 275

3.2.4 谷氨酸
由于谷氨酸的溶解度有限，试验组只设置了 7
个浓度梯度，在最大氮浓度 88.2 mol/L 时，比生长速
率最大值达到 0.90 d-1，在相同氮源浓度下仅次于尿
素氮和硝态氮。在低氮浓度 0.882 μmol/L 下，球形
棕囊藻的最大光合作用效率达到 0.750，为所有氮源
中最高（表 3）。实验结果拟合 Monod 方程，得出球
形棕囊藻在以谷氨酸为唯一氮源条件下的最大比生
长速率达到 1.09 d-1（图 1 和表 2），仅次于尿素。
3.2.5 腺嘌呤
与硝酸钠和尿素相比，球形棕囊藻在低浓度腺
嘌呤下具有较高的生长速率。然而，在高氮源浓度
8 820 μmol/L 时，表现出明显的抑制现象（图 1 和表
2），方差分析结果表明抑制极其显著（P<0.01）。拟
合 Monod 方程的结果表明，球型棕囊藻在该氮源下
的最大比生长速率为 0.890 d-1（表 2）。此外，球形
棕囊藻在腺嘌呤下的最大光合作用效率 Fv/Fm 仅为
0.579，为六种氮源中最低（表 3）。

表 3 Fv/Fm 值
Tab.3 Value of Fv/Fm
氮源 NaNO3 Urea ATP Arg Gly Glu
最大光合作用效率（Fv/Fm） 0.619 0.620 0.579 0.595 0.648 0.750
氮源浓度(μmol·L-1) 8820 882 882 8820 882 0.882

4 讨论(Discussion)

4.1 硝氮对球形棕囊藻生长的作用分析
大量研究表明，多数微藻能利用 NO3-N 生长[12]。
Riegman 等表明，在北海, Barents 海以及 Greenland
海中球形棕囊藻均能利用硝态氮[7]。本实验证实，硝
氮实验组生长良好，比生长速率较高。
资料表明，藻体内蛋白质氮呈高度还原态，因
此硝氮在氮代谢中经过了从 NO3-到 NH3-的还原过程
[12]。此过程需酶参与和能量的消耗，因而是不经济
的。在一定浓度范围内，硝氮对球形棕囊藻生长无
明显抑制，因为硝氮还原的 NH3-量不足以抑制微藻
生长 [12] 。本实验结果表明，与有机氮相比，硝氮在
高浓度下能明显促进球形棕囊藻生长，而在低浓度
时对其生长的促进作用不明显，这可能与能量消耗
有关。

4.2 有机氮对球形棕囊藻生长的作用分析
实验证明，球形棕囊藻对选用的 5 种有机氮源
均能较好的利用。对尿素的生长利用甚至高于硝氮。
徐立等研究表明：有机氮对海洋微藻生长起维持和
促进作用[13]。Berman 等也表明盘星藻、小环藻和水
华束丝藻对大多数有机氮中均能较好利用 [14]。
Riegman 等通过竞争试验表明，球形棕囊藻在光饱和
条件下对有机氮营养的利用优于其他藻种 [18]。
资料表明，尿素可同时为海洋浮游植物的氮源
和碳源。尿素不能直接被藻细胞利用，需在脲酶作
用下分解成 NH3 和 CO2，以 NH3的形式被利用[15]。
脲酶是浮游植物利用尿素的关键酶，因此，脲酶活
性的高低可能造成各种微藻利用尿素能力的差异，
从而引发赤潮。尿素不改变培养液 pH 值，具有良好
的稳定性，为藻细胞生长创造了良好的生态环境，
因而为获得较高生物量和生长速率创造可能[16]。本
实验表明：尿素组最大比生长率、荧光强度和光合
作用效率均比其他实验组高，因此推测棕囊藻尿酶
活性也高。
有资料指出，尿素浓度过高会抑制微藻生长。
滕亚娟以尿素作为氮源培养骨条藻发现：高浓度会
抑制骨条藻生长[17]。沈颂东也有相似结果[1]。因此不
同藻对尿素浓度的耐受性不同。本研究表明，尿素
为球型棕囊藻最佳氮源，最大比生长率达 1.17 d-1，
且最高浓度并未出现抑制现象。徐立等发现三角褐
指藻在以尿素为氮源时，生长速度比硝酸快[13]，蓝
藻仅在尿素中始终保持较高生长速率和细胞密度
[14]。与本实验结果相似。相反，赤潮异湾藻对硝态
氮的利用优于尿素[18]。由此可见，尿素氮可以被多
种浮游植物利用，但利用效率因种而异。
海水含多种游离氨基酸，是重要的营养物质。
目前，国内关于氨基酸对藻类生长影响的研究并不
多，而国外对此早有关注，并做了大量研究。不同
藻类对不同氨基酸有偏爱，不同浓度对微藻的生长
也有重要影响[19]。Berman等研究显示Aphanizomenon
ovalisporum 在赖氨酸、鸟氨酸等有机氮源中生长良
好[20]。本研究结果表明，球形棕囊藻对甘氨酸、精
氨酸和谷氨酸的利用差异较大，比较竞争系数 α 得
出，该藻对 3 种氨基酸的亲和为 Arg＞Glu＞Gly。甘
氨酸半饱和常数最高为 85.52 μmol/L，精氨酸最低为
7.10 μmol/L。
微藻对不同氨基酸利用的差异可能是利用途径
和机制的不同。资料显示，微藻对可溶性有机氮的
利用途径不同，部分是直接吸收，而部分经胞外酶
降解成 NH3-后再被吸收 [19]。B. Palenik 等研究表明，
一些海洋微藻的细胞表面酶可氧化各种氨基酸，产
生 H2O2、NH3、和 α-酮酸被细胞利用，但具体机制
276 生 态 科 学 Ecological Science 31 卷

有待进一步研究[21]。但也有只吸收而不促进生长，
如 Patricia A.Wheeler 等发现，一些藻类能快速吸收
赖氨酸但却不能促进其生长[19]。
Berman 等报道 A. ovaliporum 在次黄嘌呤等有机
氮源中生长良好[20]。由于 ATP 分子量，不能被藻细
胞直接利用，需经碱性磷酸酶水解转化成磷酸和腺
苷后才被吸收利用[22]。本实验结果表明，球型棕囊
藻能利用 ATP 为氮源，但最大比生长率较低为 0.890
d-1，且最大光合作用效率值为 0.579，位居 6 种氮源
最差。可能是由于利用途径涉及复杂的酶促反应，
需消耗较多能量。

5 结论(Conclusion)

典型赤潮藻球形棕囊藻能利用硝氮和多种有机
氮源进行生长，但比生长速率和光合作用效率具有显
著差异。以尿素和谷氨酸为唯一氮源时，最大比生长
速率高于硝氮。球形棕囊藻对有机氮的利用，使其在
无机氮限制条件下具有竞争优势，可能在浮游植物群
落演替和赤潮形成过程中发挥重要作用。

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