全 文 ：第 34 卷第 21 期
2014年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.21
Nov.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家“863冶项目(2013AA065805); 国家自然科学基金(31272680); 国家科技部科技基础性工作专项(2012FY112900)
收稿日期:2013鄄01鄄31; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄13
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: yeguang@ wbgcas.cn
DOI: 10.5846 / stxb201301310207
梁芳,鸭乔,杜伟春,温晓斌,耿亚洪,李夜光.微藻光密度与细胞密度及生物质的关系.生态学报,2014,34(21):6156鄄6163.
Liang F, Ya Q, Du W C, Wen X B, Geng Y H, Li Y G.The relationships between optical density, cell number, and biomass of four microalgae.Acta
Ecologica Sinica,2014,34(21):6156鄄6163.
微藻光密度与细胞密度及生物质的关系
梁摇 芳1,2,鸭摇 乔3,杜伟春3,温晓斌1,2,耿亚洪1,李夜光1,*
(1. 中国科学院武汉植物园植物种质创新与特色农业重点实验室,武汉摇 430074;2. 中国科学院大学,北京摇 100049
3. 云南施普瑞生物工程有限公司,昆明摇 650106)
摘要:以四种常见微藻,小球藻(Chlorella sp. XQ鄄20044)、栅藻(Scenedesmus sp. SS鄄200716)、绿球藻(Chlorococcum sp.)和螺旋藻
(Spirulina sp. CH鄄164)为实验材料,用梯度稀释法测定对数生长期不同浓度藻液的光密度(OD)、细胞密度和生物质干重
(DW),在光自养分批培养模式下对 4种微藻进行 OD鄄波长(350—800 nm)扫描,同时测定细胞密度和生物质干重,分析藻液
OD与细胞密度、生物质干重的关系。 结果表明:在任何波长下,对数生长期的 4种微藻细胞密度与 OD值、生物质干重与 OD值
的变化都不成比例,波长不同其拟合曲线偏离直线的程度不同。 但是,在 435 nm处这种关系最接近直线,可以用直线方程近似
描述(R2> 0.98),其它波长处细胞密度鄄OD、干重鄄OD的关系都可以用二项式方程很好地描述(R2> 0.99)。 因此,光密度法适用
于连续和半连续培养,可以用 435 nm处测得的 OD值计算细胞密度与干重。 但是在分批培养模式下,4种微藻 DW/ OD比值随
着培养时间均逐渐上升。 小球藻 DW/ OD540为 0.19—0.44 g / L,栅藻 DW/ OD540为 0.36—0.53 g / L,绿球藻 DW/ OD540为 0郾 48—
0郾 75 g / L,螺旋藻 DW/ OD560为 0.46—0.74 g / L,因此分批培养模式下采用测定藻液 OD值反映细胞密度和生物质的方法不适用,
只有直接测定细胞密度和生物质才是准确的。 研究结果为正确使用分光光度法监测微藻生长提供依据。
关键词:微藻;光密度;细胞密度;干重
The relationships between optical density, cell number, and biomass of four
microalgae
LIANG Fang1,2, YA Qiao3, DU Weichun3, WEN Xiaobin1,2, GENG Yahong1, LI Yeguang1,*
1 Key Laboratory of Plant Germplasm Enhancement and Speciality Agriculture, Wuhan Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Wuhan
430074, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Yunnan Spirin Biotechnology CO. Ltd, Kunming 650106, China
Abstract: To establish spectrophotometry as a method for estimating cell number and biomass of microalgal cultures, the
relationships between optical density (OD), cell number, and dry weight (DW) were investigated for four familiar algae,
Chlorella sp. XQ鄄20044, Scenedesmus sp. SS鄄200716, Chlorococcum sp. and Spirulina sp. CH鄄164. Algal suspensions with
different cell concentrations were obtained by serial dilution of cultures in exponential growth, and their ODs determined by
scanning at wavelengths from 350 nm to 800 nm. The cell numbers were determined by cell counting, and biomass ( as
DW) was determined by weighing. Further, the ODs of the autotrophic batch cultures were scanned during the growth
process, and correlated with cell numbers and DWs of the same samples. The results were as follows: for the four
microalgae, cell numbers and biomass鄄dry weight did not change linearly with the changes in OD at all the wavelengths
examined. However, the relationships could be approximately described by a linear regression equation (R2> 0.98) at 435
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nm, and were well described by binomial regression equations (R2> 0.99) at other wavelengths. In continuous and semi鄄
continuous cultures, the OD at 435 nm was suitable for estimating cell number and biomass; however, in autotrophic batch
cultures an increase of the DW to OD ratio was observed during culture growth for all four algae. The ratio (DW / OD) was
0.19 to 0.44 g / L for Chlorella, 0.36 to 0.53 g / L for Scenedesmus, 0.48 to 0.75 g / L for Chlorococcum and 0.46 to 0.74 g / L
for Spirulina. Thus, spectrophotometry was not suitable for estimating biomass鄄DW in batch culture. This study should help
guide the proper application of spectrophotometry in microalgae culture.
Key Words: microalgae; optical density; cell number; biomass dry weight
摇 摇 微藻是一种遍布全球水体的低等浮游植物,是
水体中原初生产力的主要组成部分,由于富含蛋白
质、人体必需氨基酸、高不饱和脂肪酸、色素及多种
生物活性物质,而成为现代社会食品、医药、饲料和
燃料等的重要来源。 目前,世界上商业化生产的微
藻主要有螺旋藻(Spirulina)、小球藻(Chlorella)、红
球藻(Haematococcus)和杜氏藻(Dunaliella)等[1鄄4]。
螺旋藻具有增强人体免疫力、抗疲劳、改善消化系统
功能等作用,因而作为保健食品和药品被大规模生
产[5]。 小球藻含有高达 50%的粗蛋白和人体必需氨
基酸,既是一种优良的保健品,也被用做珍贵动物的
饵料添加剂[6]。 成熟的红球藻孢子中虾青素
(Astaxanthin)含量可高达 1%—3%,虾青素是一种类
胡萝卜素,具有超强的抗氧化活性,可作为保健品和
高档化妆品的有效成分,也是三文鱼等珍贵水产品
养殖必不可少的饲料添加剂[7]。 杜氏藻含有大量的
茁鄄胡萝卜素和甘油,前者是维生素 A 的前体物质,也
是一种天然抗氧化剂,后者是重要的有机化工
原料[8]。
在微藻的培养过程中,无论是室内的研究还是
室外的大规模养殖,都需要不断地检测其生长状况,
掌握细胞密度和生物质的变化。 细胞密度可以通过
细胞计数的方法测定[9],生物质可以通过称重法测
定[10鄄11]。 由于细胞计数法和称重法操作都比较繁
琐、耗时耗力,目前无论在微藻研究的实验室还是生
产工厂,都普遍采用一种便捷、省时的方法—利用分
光光度计测定藻液光密度(OD)来间接反映细胞密
度和生物质干重[12鄄13]。 光密度法也广泛应用于微生
物生长的测定[14鄄15]。 测定光密度采用的波长依微藻
种类的不同而异,主要有 500、540、560、680、730 nm
和 750 nm,甚至对于同一种微藻也使用几种不同的
测定波长。 不少文献描述微藻的干重或细胞密度与
光密度成直线关系:Hsieh和 Fan 等报道了小球藻的
干重与藻液 OD值呈直线关系[16鄄17]。 沈萍萍研究了
15种微藻,结果显示在 680 nm 处细胞密度与藻液
OD值呈直线关系[18]。 黄美玲的报道显示,在 OD680
<0.5时,小球藻的干重与藻液 OD 值呈直线关系,细
胞密度与 OD 也呈直线关系[13]。 Liu 等报道了小球
藻在 500 nm处的 OD与细胞密度呈直线关系[9]。 但
是,也有不同的报道:刘学铭等研究了分批异养培养
过程中小球藻在 540 nm 处的光密度值与干重的关
系,结果表明干重与 OD 的比值受培养条件和培养
过程的影响很大, DW / OD 先升后降,变化范围
0郾 53—0.28[19]。
研究发现,在多数微藻培养后期,藻液 OD 值达
到基本稳定时,生物质(干重)持续增长,同时细胞密
度却在下降或基本不变。 在此情况下,如果利用 OD
值的变化表示细胞密度或生物质变化就会产生很大
误差。 微藻培养过程中,藻液 OD 变化与细胞密度、
生物质变化是什么关系,这种关系是否受测定波长
的影响? 利用分光光度计测定藻液 OD 值变化间接
反映细胞密度和生物质干重变化的方法是否适用?
其适用性是否受微藻种类和培养模式(分批培养、连
续培养和半连续培养)的影响? 为了寻找以上问题
的答案,本文选用大小、形态不同的 4 种微藻,通过
梯度稀释法测定不同浓度藻液的 OD 值与细胞密度
及生物质干重,在分批培养过程中测定 4 种微藻藻
液的可见光吸收光谱,同时测定细胞密度和生物质
干重,研究光密度与细胞密度、生物质的关系。 研究
结果为正确使用分光光度法监测微藻生长提供
依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 藻种
本实验采用 4种微藻:小球藻(Chlorella sp. XQ鄄
20044)、栅藻( Scenedesmus sp. SS鄄 200716)、绿球藻
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(Chlorococcum sp.)和螺旋藻(Spirulina sp. CH鄄164),
均由中国科学院武汉植物园经济微藻藻种库提供,
四种微藻的形态分类特征见表 1。 螺旋藻是多细胞
丝状蓝藻,藻体最大;栅藻是多细胞绿藻(藻体通常
由 4个细胞组成);绿球藻和小球藻都是单细胞绿
藻,小球藻藻体最小。 4 种藻代表大小、形状不同的
多细胞和单细胞微藻。
表 1摇 微藻的形态特征
Table 1摇 Characteristics of microalgae
微藻 Microalgae 藻种 Species 大小及形态 The size and shape
绿藻 Chlorophyta 小球藻 (Chlorella sp. XQ鄄20044) 单细胞,幼年期细胞椭圆形,成年期球形;大小 3—5 滋m
栅藻 (Scenedesmus sp. SS鄄200716) 1,2或 4细胞;单细胞长 10—16 滋m,宽 3—6 滋m
绿球藻 (Chlorococcum sp.) 单细胞,球形;大小 9—13 滋m
蓝藻 Cyanophyta 螺旋藻 (Spirulina sp. CH鄄164) 多细胞,规则螺旋卷曲;螺距 120—190 滋m,螺旋宽 40—60 滋m
1.2摇 培养方法
3种绿藻均采用改良的 BG鄄 11 培养基[20],螺旋
藻采用 Zarrouk 培养基,其中 NaNO3浓度改为 0.1 g /
L。 本实验采用通气培养装置进行培养,该装置主要
由长方体水槽、300 mL 玻璃培养管、侧面平行排列
的 10只 40W日光灯管、控温系统、水循环系统、充气
系统和 CO2供给系统等组成[21]。
取旺盛生长的微藻,3500 r / min离心 8 min 收集
藻细胞,用新鲜培养基清洗后,再次离心收集藻细
胞,接种于新鲜培养基中,进行通气培养。 每种微藻
接种 3个培养管,每管装 200 mL藻液。 培养开始后
的前 24 h光照强度为 100 滋mol m-2 s-1,之后光照强
度提高为 200 滋mol m-2 s-1。 培养温度保持为(30依
0郾 5)益,光暗周期为 14 / 10 h。 4 种微藻均在培养的
第 0、2、4、6、7、8 天取样,每次取样后在培养管外壁
准确标出藻液液面位置,下次取样之前先补加灭菌
水至标记处,以补充培养过程中蒸发掉的水分。 每
隔24 h向藻液中充入 CO2,将螺旋藻藻液的 pH 降至
9郾 5左右,其它 3 种绿藻的 pH 值降至 7.0 左右。 实
验重复两次。
1.3摇 藻液 OD值测定
取藻液 3 mL,用紫外可见分光光度计 ( UV
5800,上海元析)1 cm 光径比色杯,进行 OD鄄波长扫
描。 波长范围 350—800 nm,波长间隔为 5 nm,获得
不同波长下的 OD值。
1.4摇 藻液细胞密度的测定
细胞计数:向 3种绿藻藻液(每个样品 2 mL)中
分别加入 Logul固定液 0.05 mL,在显微镜下用血球
细胞计数板对每个样品重复计数 3 次,计算出细胞
密度平均值。 当藻液密度过大无法计数时,可将藻
液精确稀释后进行计数,乘以稀释倍数即得到原藻
液细胞密度。 小球藻和绿球藻是单细胞微藻,直接
计算个体数;栅藻虽然是多细胞个体,但是在通气培
养条件下分散成单细胞,细胞数目以单个细胞数计
算。 正在分裂的细胞若子细胞清晰可见则均需计
数,螺旋藻不计数。
1.5摇 藻液生物质干重的测定
准确量取藻液体积,用事先干燥并已称重的孔
径为 0.45 滋m 的玻璃纤维膜过滤收获藻细胞,用蒸
馏水洗两次后,放入真空干燥器中干燥至恒重。 根
据干藻重量和藻液体积计算出 1 L 藻液中的生物质
干重(g / L)。 为了减少实验误差,培养开始时至少取
20 mL藻液,第 2、4 天取 10 mL 藻液,第 6、7、8 天取
5 mL藻液。
1.6摇 对数生长期藻液 OD 值、细胞密度和干重的测
定及其关系分析
分别取对数生长期的 4种微藻,先用 3500 r / min
离心 8 min浓缩获得高浓度的藻液(OD680抑2郾 5),测
定生物质干重及细胞数目。 然后再准确地将浓缩藻
液进行稀释,使得到的藻液浓度分别为浓缩藻液浓
度的 1 / 2、1 / 4、1 / 6、1 / 8、1 / 10、1 / 20,对各个不同浓度
的藻液进行 OD鄄波长扫描。 根据浓缩藻液的干重、
细胞密度和稀释倍数,计算稀释藻液的干重和细胞
密度,分析藻液 OD值与细胞密度、干重的关系。
1.7摇 分批培养过程中藻液 OD 值、细胞密度和干重
的测定及其关系分析
对 4 种微藻进行分批培养,于培养的第 0、2、4、
6、7、8天取样,进行 OD鄄波长扫描、细胞计数和测定
干重,分析藻液 OD值与细胞密度、干重的关系。
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2摇 结果与分析
2.1摇 对数生长期的藻液光密度与生物质干重、细胞
密度的关系
以 OD值为横坐标,对应的生物质干重为纵坐
标作图(图 1)。 各种波长下,4 种微藻的干重与 OD
值都不是直线关系。 当波长在 435 nm 时,可以用直
线方程近似描述(R2 >0.98),具有较高的线性拟合
度。 4种微藻在 435 nm 处生物质干重( y,g / L)与
OD值(x)的直线方程如下:
小球藻摇 y= 0.1656 x 摇 摇 摇 (R2 = 0.9832)
栅藻摇 摇 y= 0.1799 x 摇 摇 (R2 = 0.9848)
绿球藻摇 y= 0.3686 x摇 摇 (R2 = 0.9989)
螺旋藻摇 y= 0.3239 x摇 摇 (R2 = 0.9986)
除了 435 nm,其它波长下 OD 值与干重的关系
都远远偏离直线关系。 但是,无论哪种波长下,这种
关系都可以很好地用二项式方程描述(R2>0.99)。
三种绿藻细胞密度鄄OD 值曲线图与干重鄄OD 值
曲线图相同(图未显示)。 波长 435 nm时,细胞密度
与 OD值的关系接近直线,可以用直线方程近似描
述。 3种绿藻细胞密度(y,107个 / mL)与 OD 值( x)
的直线方程如下:
小球藻摇 y= 1.747x摇 摇 (R2 = 0.9832)
栅藻摇 摇 y= 0.8369x摇 摇 (R2 = 0.9848)
绿球藻摇 y= 1.5204x摇 (R2 = 0.9989)
与干重鄄OD关系一样,无论哪种波长下,细胞密
度与 OD值的关系都可以很好地用二项式方程描述
(R2>0.99)。
图 1摇 不同波长下干重与 OD值的关系
Fig.1摇 The relationships between biomass dry weight and optical density at different wavelength
2.2摇 分批培养过程中藻液 OD 值、细胞密度及干重
的变化
2.2.1摇 4种微藻藻液吸收光谱
4种微藻分批培养过程中不同培养时间的藻液
吸收光谱如图 2所示。 观察对数生长期(培养第 2—
4天)藻液的吸收光谱,发现 4 种微藻光密度的两个
最大吸收峰都在 435—440 nm 和 670—680 nm 处,
是微藻细胞内所含色素(主要是叶绿素)的两处最大
吸收波长。 这两处的光密度值在培养末期相对降
低,不再是最大值,这与生长后期细胞内的色素变化
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有关。 在培养后期小球藻的 OD 值稍有上升,栅藻
和螺旋藻基本保持不变或略有下降,绿球藻 OD 明
显下降。
图 2摇 4种微藻不同培养时间藻液的吸收光谱(曲线左端数字表示培养时间(d))
Fig.2摇 Optical spectrum of the four microalgae at different culture time (The numbers on the left of curves indicate culture time (d))
2.2.2摇 4种藻液 OD值、细胞密度及干重的变化
利用 OD鄄波长扫描获得的数据及对应的细胞密
度和干重,对 4 种微藻分批培养过程中不同波长下
OD值与干重、细胞密度的关系进行作图分析(图未
显示)。 结果表明分批培养模式下无论哪种波长,
OD值与细胞密度、干重都不呈直线关系,也不存在
其它有规律的数量关系。 因此,仅以惯用波长(绿藻
为 540 nm,螺旋藻 560 nm)为例,对 4 种微藻光自养
分批培养过程中藻液 OD 值、细胞密度和生物质干
重的变化进行分析(表 2)。
小球藻的 OD值随着培养时间不断增大,第 6天
进入稳定期,第 8 天达到最大为 2.067。 栅藻的 OD
值在培养的前 7d 不断增大,第 7 天达到最大为
1郾 481,第 8天基本保持不变。 绿球藻和螺旋藻第 7
天 OD值达到最大,分别为 1.944和 1.995,第 8 天稍
有下降。
小球藻在接种 48h后细胞密度约增加了 4.4倍,
之后增加较缓慢。 到培养结束时,增加到接种时的
5.6倍。 栅藻在接种 48h后细胞密度增加了 1郾 8 倍,
第 6天达到最大值,为接种时的 3.3 倍,第 8 天细胞
密度下降 14%。 绿球藻在接种后第 4 天细胞密度进
入稳定期,比接种时增加了 1.4倍,之后增加缓慢,第
8天细胞密度下降 6%。
小球藻在前 4d干重急剧增加,接种 48h 后干重
增加了 2.5倍,从第 6 天开始增加较缓慢,到培养结
束时生物量增加了 8.7 倍。 栅藻在培养的第 2 天干
重增加 1.8倍,之后持续增加到接种时的 4.6 倍。 绿
球藻在前 6d 生物质增加较快,之后减慢,到第 8 天
生物量增加了 5 倍。 螺旋藻在接种 2d 后生物质增
加 3.5倍,从第 6天开始基本不再增加,到培养结束
时生物量增加了 5.6倍。
2.2.3摇 藻液 OD值与干重、细胞密度的关系
以第 0、2、4、6、7、8天测得的 OD值为横坐标,作
OD与细胞密度、干重的关系曲线(图 3)。 在分批培
养的前期和中期,3 种绿藻的 OD 值、细胞密度和干
重以及螺旋藻的OD值与干重都呈现一种增长的趋
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表 2摇 分批培养过程中 OD值、细胞密度和干重的变化
Table 2摇 Changes of optical density, cell density and biomass dry weight of the four microalgae during culture
藻种
Species
指标
Index
第 0天
0thd
第 2天
2ndd
第 4天
4thd
第 6天
6thd
第 7天
7thd
第 8天
8thd
小球藻 Chlorella OD540 0.497 1.485 1.884 1.997 2.038 2.067
Cell density / (107个 / mL) 3.58 18.64 19.30 19.32 19.45 20.02
DW / (g / L) 0.094 0.332 0.677 0.793 0.853 0.913
DW / OD / (g / L) 0.189 0.224 0.360 0.397 0.419 0.442
栅藻 Scenedesmus OD540 0.487 1.249 1.350 1.425 1.481 1.477
Cell density / (107个 / mL) 1.30 3.69 4.12 4.33 4.30 3.70
DW / (g / L) 0.174 0.482 0.587 0.710 0.750 0.780
DW / OD / (g / L) 0.357 0.386 0.435 0.498 0.506 0.528
绿球藻 Chlorococcum OD540 0.501 0.927 1.481 1.693 1.944 1.867
Cell density / (106个 / mL) 8.07 8.21 19.66 19.87 21.50 20.29
DW / (g / L) 0.240 0.603 0.903 1.207 1.377 1.402
DW / OD / (g / L) 0.479 0.650 0.610 0.713 0.708 0.751
螺旋藻 Spirulina OD560 0.478 1.564 1.926 1.972 1.995 1.982
DW / (g / L) 0.222 0.998 1.143 1.430 1.460 1.467
DW / OD / (g / L) 0.464 0.638 0.593 0.725 0.732 0.740
图 3摇 4种微藻干重、细胞密度与光密度的关系
Fig.3摇 The relationships between biomass dry weight, cell density and optical density of microalga
OD540:在波长为 540 nm下藻液的光密度值;OD560:在波长为 560 nm下藻液的光密度值
势,但是在培养后期,OD值、细胞密度和干重的变化
趋势不一致。 干重都保持增长,而栅藻和绿球藻的
细胞密度均有不同程度的下降,OD 值则有各种变
化:维持不变,稍有增长或稍有下降。 3 种绿藻在培
1616摇 21期 摇 摇 摇 梁芳摇 等:微藻光密度与细胞密度及生物质的关系 摇
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养过程中 DW/ OD 比值均逐渐上升,小球藻 DW/ OD
比值范围为 0.19—0.44 g / L,栅藻为 0.36—0.53 g / L,
绿球藻为 0.48—0.75 g / L。 可见,对于同一种微藻,
随着培养时间 DW/ OD 不断增大;对于不同种微藻,
细胞越大,DW / OD比值越大。 螺旋藻在分批培养过
程中,DW / OD为 0.46—0.74 g / L。
3摇 讨论
分光光度计的工作原理是朗伯鄄比尔定律,即物
质在一定波长处的光密度与物质的浓度和光程呈正
比。 微藻藻液是由培养基和悬浮于其中的藻细胞组
成,是一种悬浊液,不仅对入射光有吸收,还有反射、
折射和散射[22],不符合朗伯鄄比尔定律成立的条件。
因此,利用分光光度计测定藻液的光密度,无论哪种
波长,藻液 OD 值与细胞密度,OD 值与生物质干重
都不是严格地按比例变化。
光密度法用于细胞浓度的测定最初应用于细菌
的生长中,在一定浓度范围内,细菌浓度与光密度成
正比,此时可以用光密度来表征生长量。 早在 1949
年 Monod就提出用光密度法测定细菌的生物量,该
法较其它方法简便易行且有效[23]。 后来,此方法除
了用于细菌及单细胞微生物外,在微藻的培养中也
得到广泛应用。 但是,细胞悬浊液对光的吸收除了
直接与生物量或细胞密度有关,还与细胞的大小、形
状及折射率有关。 当细胞形态及组成发生改变时,
对光的吸收特性也会随之改变。 由于在最大吸收峰
处的信号最灵敏,因而此处的波长被广泛用来测定
光密度。 但是对于含有细胞色素的微藻而言,色素
本身还具有吸光性,当细胞内色素含量发生变化时,
就会干扰结果的测定,使测量值与实际值产生较大
误差[24鄄25]。 在分批培养条件下,微藻细胞色素含量
占细胞干重的比例变化范围为 0.5%—5.5%,利用标
准曲线得到的生物量干重与实际测得值在 680 nm
处误差为 9%—18%,在 750 nm 处为 5%—13%。 因
此 Griffiths指出,当细胞内色素含量发生改变时光密
度法是不准确的[24]。
图 1显示,梯度稀释实验中在波长 435 nm 处干
重与 OD 值的关系最接近直线 (OD 值范围 0. 1—
2郾 7)。 对于其它波长,只有在藻液浓度很小的范围
内,干重与 OD 值才接近直线关系。 这与已有的一
些报道相似,如郝聚敏报道蛋白核小球藻在 680 nm
处 OD 在 0.07—0.12 时,细胞浓度与 OD 呈直线关
系,OD在 0.04—0.4 时,单位干重与 OD 呈直线关
系;钝顶螺旋藻在 560 nm处 OD在 0.1—0.3时,干重
与 OD呈直线关系[26]。 王英娟报道蛋白核小球藻在
517 nm处 OD在 0.05—0.54之间,干重与 OD呈直线
关系[12]。 这些报道中藻液的 OD 值都很低,其适用
性受到很大的限制。
梯度稀释实验使用的是对数生长期的藻液,其
特征是细胞处于旺盛的分裂生长状态,细胞状态和
形态基本一致。 只有在这种情况下,干重、细胞密度
与在 435 nm处测得的 OD的关系可以用直线方程描
述。 连续或半连续模式下培养微藻,藻细胞快速分
裂增殖,细胞的状态和形态也基本一致,可以在 435
nm处测定光密度,利用比例关系简便、快捷地反映
细胞密度和生物质变化。 如果使用其它测定波长,
就必须先建立干重鄄OD 值和细胞密度鄄OD 值的回归
方程(非直线方程)。 需要指出,对于非直线回归方
程,当藻液经过稀释后,必须先根据稀释后测得的
OD值计算稀释藻液的细胞密度或干重,然后乘以稀
释倍数计算原藻液的细胞密度或干重,而不能根据
稀释后藻液的 OD 值和稀释倍数计算原藻液的 OD
值,然后再利用回归方程计算原藻液的细胞密度或
干重。
分批培养过程中,细胞经历了旺盛增殖期和衰
老期,细胞形态、大小处于不断变化中。 无论哪种测
定波长,4种微藻 DW/ OD的比值均随着培养时间不
断变化(表 2)。 藻液 OD值与细胞密度、生物质干重
之间不存在有规律的数量关系,不能用回归方程描
述。 所以,在分批培养模式下,测定藻液 OD 值反映
细胞密度和生物质的方法不适用,只有直接测定的
细胞密度和生物质才是准确的。 用 OD 值绘制生长
曲线,在稳定期以前,可以反映细胞密度或生物质变
化的趋势,进入稳定期后,生长曲线不能反映细胞密
度或生物质的变化。 刘学铭等研究了分批异养培养
过程中小球藻光密度与干重的关系,结果表明 DW/
OD的比值先升后降,变化范围 0. 53—0.28[19]。 可
见,测定藻液 OD 值反映细胞密度和生物质的方法
不仅不适用于光合自养分批培养,也不适用于异养
分批培养。
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