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\摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 18 期摇 摇 2011 年 9 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
高寒矮嵩草草甸冬季 CO2释放特征 吴摇 琴,胡启武,曹广民,等 (5107)………………………………………
开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响 黄彩变,曾凡江,雷加强,等 (5113)……………………
施氮对几种草地植物生物量及其分配的影响 祁摇 瑜,黄永梅,王摇 艳,等 (5121)………………………………
浙江天台山甜槠种群遗传结构的空间自相关分析 祁彩虹,金则新,李钧敏 (5130)……………………………
大兴安岭林区不同植被对冻土地温的影响 常晓丽,金会军,于少鹏,等 (5138)…………………………………
樟子松树轮不同组分的稳定碳同位素分析 商志远,王摇 建,崔明星,等 (5148)…………………………………
内蒙古不同类型草地叶面积指数遥感估算 柳艺博,居为民,朱高龙,等 (5159)…………………………………
杭州西湖北里湖荷叶枯落物分解及其对水环境的影响 史摇 绮,焦摇 锋,陈摇 莹,等 (5171)……………………
火干扰对小兴安岭落叶松鄄苔草沼泽温室气体排放的影响 于丽丽,牟长城,顾摇 韩,等 (5180)………………
黄河中游连伯滩湿地景观格局变化 郭东罡,上官铁梁,白中科,等 (5192)………………………………………
黄土区次生植被恢复对土壤有机碳官能团的影响 李摇 婷,赵世伟,张摇 扬,等 (5199)…………………………
我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性 祖元刚,李摇 冉,王文杰,等 (5207)……………
黄土旱塬裸地土壤呼吸特征及其影响因子 高会议,郭胜利,刘文兆 (5217)……………………………………
宁南山区典型植物根际与非根际土壤微生物功能多样性 安韶山,李国辉,陈利顶 (5225)……………………
岩溶山区和石漠化区表土孢粉组合的差异性———以重庆市南川区为例 郝秀东,欧阳绪红,谢世友 (5235)…
夏蜡梅及其主要伴生种叶的灰分含量和热值 金则新,李钧敏,马金娥 (5246)…………………………………
苏柳 172 和垂柳对 Cu2+的吸收特性及有机酸影响 陈彩虹,刘治昆,陈光才,等 (5255)………………………
导入 TaNHX2 基因提高了转基因普那菊苣的耐盐性 张丽君,程林梅,杜建中,等 (5264)………………………
空气湿度与土壤水分胁迫对紫花苜蓿叶表皮蜡质特性的影响 郭彦军,倪摇 郁,郭芸江,等 (5273)……………
黄土高原旱塬区土壤贮水量对冬小麦产量的影响 邓振镛,张摇 强,王摇 强,等 (5281)…………………………
咸阳地区近年苹果林地土壤含水量动态变化 赵景波,周摇 旗,陈宝群,等 (5291)………………………………
苗药大果木姜子挥发油成分变化及其地理分布 张小波,周摇 涛,郭兰萍,等 (5299)……………………………
环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化 丁彦聪,高摇 群,刘家尧,等 (5307)…………………
不同基质对北草蜥和中国石龙子运动表现的影响 林植华,樊晓丽,雷焕宗,等 (5316)…………………………
安徽沿江浅水湖泊越冬水鸟群落的集团结构 陈锦云,周立志 (5323)……………………………………………
黑胸散白蚁肠道共生锐滴虫目鞭毛虫的多样性分析与原位杂交鉴定 陈摇 文,石摇 玉,彭建新,等 (5332)……
基于熵权的珠江三角洲自然保护区综合评价 张林英,徐颂军 (5341)……………………………………………
专论与综述
中小尺度生态用地规划方法 荣冰凌,李摇 栋,谢映霞 (5351)……………………………………………………
土地利用变化对土壤有机碳的影响研究进展 陈摇 朝,吕昌河,范摇 兰,等 (5358)………………………………
海洋浮游植物与生物碳汇 孙摇 军 (5372)…………………………………………………………………………
多年冻土退化对湿地甲烷排放的影响研究进展 孙晓新,宋长春,王宪伟,等 (5379)……………………………
生源要素有效性及生物因子对湿地土壤碳矿化的影响 张林海,曾从盛,仝摇 川 (5387)………………………
生态网络分析方法研究综述 李中才,徐俊艳,吴昌友,等 (5396)…………………………………………………
研究简报
不同群落中米氏冰草和羊草的年龄结构动态 金晓明,艾摇 琳,刘及东,等 (5406)………………………………
主题分辨率对 NDVI空间格局的影响 黄彩霞,李小梅,沙晋明 (5414)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*314*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄09
封面图说: 在树上嬉戏的大熊猫———大熊猫是中国的国宝,自然分布狭窄,数量极少,世界上仅分布在中国的四川、陕西、甘肃
三省的部分地区,属第四纪冰川孑遗物种,异常珍贵。 被列为中国国家一级重点保护野生动物名录,濒危野生动植
物种国际贸易公约绝对保护的 CITES附录一物种名录。 瞧,够得上“功夫熊猫冶吧。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 18 期
2011 年 9 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 18
Sep. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展(973)计划课题(2011CB200904); 国家高技术研究发展(863)计划课题(2008AA09Z403);青岛农业大学人才
基金项目 (630744); 青岛市科技计划基础研究项目(10鄄3鄄4鄄5鄄3鄄jch)
收稿日期:2011鄄02鄄23; 摇 摇 修订日期:2011鄄06鄄23
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: yiyanjun1@ yahoo. com. cn;jgliu@ qdio. ac. cn
丁彦聪,高群,刘家尧,衣艳君,刘建国,林伟.环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化.生态学报,2011,31(18):5307鄄5315.
Ding Y C, Gao Q, Liu J Y, Yi Y J, Liu J G, Lin W. Effect of environmental factors on growth of Chlorella sp. and optimization of culture conditions for
high oil production. Acta Ecologica Sinica,2011,31(18):5307鄄5315.
环境因子对小球藻生长的影响及
高产油培养条件的优化
丁彦聪1,高摇 群1,刘家尧1,衣艳君1,*,刘建国2,*,林摇 伟2
(1. 青岛农业大学生命科学学院, 青岛摇 266109; 2. 中国科学院海洋研究所, 青岛摇 266071)
摘要:探讨了不同环境条件对小球藻(Chlorella sp. )叶绿素荧光动力学参数以及净光合放氧速率的影响,确定了以 L1海水培养
基为基础,以 8. 8 mmol / L浓度的(NH2) 2CO为氮源、0. 145 mmol / L NaH2PO4·H2O浓度为磷源,在 150 滋mol·m-2·s-1光照强度、培
养温度为 18 益的小球藻最优培养条件。 在此条件下,明显加快了小球藻细胞的生长速度,促进了油脂和脂肪酸的积累,细胞密
度增加 24% ,油脂和脂肪酸含量分别增加了 16. 8%和 66. 6% 。 在培养液中添加外源柠檬酸(最适浓度以 0. 06 mmol·L-1·d-1为
宜)可以明显提高小球藻的生长速度,促进其脂肪酸的积累。 同时也可看出,筛选的小球藻藻种具有生长快、易培养、产油高的
优点,可作为生物能源研究的良好材料,为海洋微藻的开发利用奠定了基础。
关键词:小球藻;环境因子;细胞生长;脂肪酸;优化培养
Effect of environmental factors on growth of Chlorella sp. and optimization of
culture conditions for high oil production
DING Yancong1, GAO Qun1, LIU Jiayao1, YI Yanjun1,*, LIU Jianguo2,*, LIN Wei2
1 College of Life Sciences, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China
2 Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071, China
Abstract: After series of screening a marine chlorella was selected for further study. In L1 seawater medium the chlorophyll
fluorescence induction dynamics of Chlorella sp. under different environmental conditions was analyzed after 48 hours. The
results showed that the chlorophyll fluorescence induction dynamics parameters such as maximum quantum yield (Fv / Fm),
per excited cross section (CS) for trapping (TRo / CSo), electron transport (ETo / CSo), and density of active reaction
centers (RC / CSo) of Chlorella sp. were affected by light intensity, temperature, and the concentration of nitrogen and
phosphorus. The chlorophyll fluorescence parameters was increased with certain environmental factors, but inhibited when
the environmental factors exceeded the limits. The best condition for chlorophyll fluorescence induction dynamics parameters
of Chlorella was composed of 150滋mol·m-2·s-1 light intensity, 18益 temperature, 8. 8mmol / L NaNO3, and 0. 145mmol / L
NaH2PO4·H2O. The net photosynthetic oxygen evolution rate of Chlorella sp. under different environmental conditions was
examined, and the results were consistent with that of the chlorophyll fluorescence induction dynamics. Based on the
formula of L1 medium, the optimal culture media of Chlorella sp. was determined (8. 8mmol / L (NH2) 2CO, 0. 145mmol / L
NaH2PO4·H2O, 150滋mol·m
-2·s-1 light intensity, 18益 temperature) . Under the optimized culture conditions, the cell
density of Chlorella sp. was significantly higher than the conditions before optimization, the cell density reached 6. 3伊107 /
mL after 10 days culture, and the density was increased by 24% . The total lipid and fatty acid of Chlorella sp. were
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increased by 16. 8% and 66. 6% respectively. In addition, the cell growth rate and the accumulation of fatty acids of
Chlorella sp. were improved by addition of exogenous citric acid ( the optimal concentration was 0. 06mmol·L-1·d-1 ).
Statistics analysis showed that the fatty acids content of Chlorella sp. was positively correlated with citric acid (P<0. 5) .
Under the conditions of optimized light intensity, temperature and NaH2PO4·H2O concentration, the growth rate, total lipid
and fatty acid contents of Chlorella sp. with different nitrogen source (NaNO3, (NH2 ) 2 CO, NH4 Cl, the concentrations
were all 8. 8 mmol / L) were examined and the results showed that the cell density of Chlorella sp. cultured in three types of
nitrogen source all reached the highest after 10 days culture. The cell density of Chlorella sp. cultured in the medium of
(NH2) 2CO as nitrogen source was 1. 85 times that of NaNO3 as nitrogen source, and 1. 5 times that of NH4Cl as nitrogen
source. The fatty acid and total lipid contents of Chlorella sp. under different nitrogen source conditions were measured,
and the results showed that the fatty acid content of Chlorella sp. cultured in the medium of (NH2) 2CO as nitrogen source
was the highest, accounting for 13. 3 percent of the dry weight, and being 2. 7 times that of NaNO3 as nitrogen source, and
1. 36 times that of NH4Cl as nitrogen source. The total lipid content of Chlorella sp. cultured in the medium of (NH2) 2CO
as nitrogen source accounted for 58. 6 percent of the dry weight, slightly lower than the NH4Cl as nitrogen source, but much
higher than the NaNO3 as nitrogen source. The (NH2) 2CO (concentration 8. 8 mmol / L) was the best nitrogen source for
the culture of Chlorella sp. . In summary, the selected Chlorella sp. has many advantages such as fast growth, easy culture
and high oil production, and can be used as a good material for bio鄄energy research and also for the development and
utilization of marine microalgae.
Key Words: Chlorella sp. ; environmental factors; cell growth; fatty acids; optimization
随着化石能源的逐渐枯竭,全球正进行着一场用生物可再生资源代替化石能源的资源战略大转移,其中
生物柴油作为一种可再生的替代能源越来越受到重视。 生物柴油是指以动植物油脂为原料通过酯交换工艺
制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料,其原料成本占总生产成本的 50%—85% [1],因而寻找廉价且可持
续大量供应的优质原料对生物质能应用至关重要。
海洋单细胞微藻种类繁多、含油高、生长周期短,可利用海水以及可在盐碱荒地上进行高密度生产,不受
季节限制,因此,海洋微藻作为一种生物柴油原料越来越受到人们的关注[2]。 小球藻(Chlorella)隶属于绿藻
门(Chlorophyta)、绿藻纲(Chlorophyceae)、小球藻科(Chlorellaceae),为球形单细胞藻类,直径 3—8 滋m,种类
繁多,在淡水、海水中均有分布。 关于高产能微藻的筛选、培养方式及其油脂含量已有一些研究[3鄄6],但要获
得含油量高、细胞繁殖快的优质海洋微藻种类还要做大量的工作。 本文选用课题组分离、筛选的一株高含油
量海洋小球藻为实验材料,在 L1海水培养基[7]基础上,研究不同光照、温度、培养液氮、磷的浓度条件下小球
藻叶绿素荧光参数的变化,确立小球藻生长的最佳培养条件,并通过分析环境条件对小球藻脂肪酸和总脂含
量影响,探讨适宜于小球藻高产油的优化培养体系,为大规模培养小球藻生产生物柴油以及海洋微藻生理生
态研究、开发利用海洋微藻奠定基础。
1摇 材料与方法
1. 1摇 实验材料和培养
小球藻(Chlorella sp. ,从数十株海洋微藻中筛选出来的 1 株高含油量藻株,现保存于青岛农业大学生命
科学学院)用 Guillard和 Hargraves的 L1海水培养基培养,培养条件为温度(24依0. 2)益、光照周期 12 h / 12 h、
光强 40 滋mol·m-2·s-1,每天摇动 8 次。 在不同光照强度(0、100、125、150、175、200、250、500 滋mol·m-2·s-1)、温
度(15、18、20、22 益)、氮浓度(0. 88、1. 76、3. 53、4. 41、6. 62、8. 82、11. 03、13. 24 mmol / L)、磷浓度(0郾 036、
0郾 072、0. 14、0. 22、0. 29、0. 36 mmol / L)条件下培养一定时间后进行各种指标测定。
1. 2摇 实验方法
1. 2. 1摇 小球藻叶绿素荧光参数的测定
摇 摇 小球藻快速叶绿素荧光诱导动力学曲线用便携式 Handy PEA植物效率分析仪(Hansatech,英国)测定,激
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发光波长为 650 nm。 测定前先将小球藻在设定的条件下培养 48 h,取 2 mL 待测藻液放入悬浮液标准管,暗
适应 15 min,然后启动 Handy PEA的饱和脉冲光(2000 滋mol·m-2·s-1),测定小球藻快速叶绿素荧光诱导动力
学曲线,Handy PEA每秒钟可以连续记录 10 万次荧光踪迹数据,本实验记录从照光后的 10 滋s 到 1 s 的所有
荧光参数。 根据叶绿素荧光快速诱导动力学曲线,按照 Strasser 和 Strasser 的 O鄄J鄄I鄄P test 的分析方法计算各
种荧光参数[8鄄9]:其中 Fv / Fm为 PS域最大光化学效率,CSo 为( t = 0 时)照光材料的横截面积,RC / CSo 为单位
面积内反应中心的数量,ABS / RC 为单位反应中心吸收的光能,TRo / CSo 为光合机构单位面积捕获的能量,
ETo / CSo为光合机构单位面积用于电子传递的能量,PIABS = (RC / ABS)·[渍Po / (1-渍Po)]·[鬃O / (1-鬃O)]是以吸
收光能为基础的性能指数,其中 渍Po =TRO / ABS=Fv / Fm,鬃O =ETO / TRO,它比 Fv / Fm更敏感,能更好地反映环境
因子对光合机构的影响。 所有测定均重复 5 次。
1. 2. 2摇 小球藻光合放氧速率的测定
小球藻的净光合放氧速率用 OXY鄄LAB 氧电极(Hansatech,英国)测定[10鄄11]。 取在设定条件下培养 48 h
后的小球藻藻液 2 mL,移入反应杯,打开最适光源,恒温水浴下(最适温度)搅拌 3—4 min,达到平衡后记录耗
氧速率的踪迹曲线,并选取一段斜率比较稳定的记录结果计算斜率(每个测定设 3 个重复)。
1. 2. 3摇 小球藻生长测定
采用血球计数法测定小球藻细胞密度表示小球藻生长状况,每天定时取样测定。 每个测定设 3 个重复。
1. 2. 4摇 总脂的提取和脂肪酸检测方法
总脂的提取采用 Folch[12]的方法;脂肪酸甲酯化采用硫酸鄄甲醇法[13],脂肪酸检测使用 GC112A型气相色
谱仪,色谱柱:OmegawaxTM320,30 m 伊 0. 32 mm 伊 0. 25 滋m;测试条件为:程序升温条件:自 60 益起以 20 益 /
min 速率升至 150 益并停留 2 min,再以 4 益 / min速率升至 265 益。 载气为高纯度氮气,流速为 90 mL / min,进
样量 1 滋L,利用标准参照样品标定各脂肪酸出峰时间和顺序,根据内标(C17)的峰面积计算小球藻各种脂肪
酸组分的含量。 每个测定设 3 个重复。
2摇 结果与分析
2. 1摇 环境因子对小球藻叶绿素荧光参数的影响
植物叶绿素荧光动力学是一种新型、快速、简便、精确且整体无损伤检测植物光合作用生理状况的新技
术,叶绿素 a荧光信号包含了十分丰富的光合作用过程变化的信息,被视为植物光合作用与环境关系的内在
探针[14]。 各种荧光参数由 Handy PEA软件直接从测定的叶绿素荧光快速诱导动力学曲线中获得。
2. 1. 1摇 光照强度对小球藻叶绿素荧光参数的影响
小球藻培养分别用不同光强处理 48 h后测定荧光参数。 由表 1 可以看出,光照强度从 100 滋mol·m-2·s-1
增加至 150 滋mol·m-2·s-1,小球藻的最大光化学效率(Fv / Fm),光合机构单位面积捕获的能量(TRo / CSo)、用
于电子传递的能量(ETo / CSo)和活性反应中心的数量(RC / CSo)都在增加,并在 150 滋mol·m-2·s-1光照强度下
达到最高,继续增加光照强度,荧光参数则下降。 150 滋mol·m-2·s-1光照强度下小球藻的性能指数(PIABS)也是
表 1摇 不同光照强度下小球藻叶绿素荧光参数的变化
Table 1摇 Changes of chlorophyll fluorescence parameters in Chlorella sp. under different light intensity
光强 / (滋mol·m-2·s-1)
Light intensity
Fv / Fm TRo / CSo ETo / CSo RC / CSo PIABS
100 0. 619依0. 004 170. 11依1. 57 86. 2依0. 78 108. 79依4. 04 0. 659依0. 04
125 0. 621依0. 003 167. 08依7. 09 86. 38依3. 14 107. 19依4. 35 0. 699依0. 01
150 0. 624依0. 001 176. 49依1. 97 91. 07依1. 44 115. 13依0. 74 0. 719依0. 02
175 0. 620依0. 001 166. 26依4. 78 84. 97依2. 34 106. 88依2. 74 0. 670依0. 01
200 0. 613依0. 001 167. 96依1. 34 85. 91依0. 84 105. 97依0. 60 0. 642依0. 02
摇 摇 Fv / Fm: 最大光化学效率;TRo / CSo: 光合机构单位面积捕获的能量;ETo / CSo: 用于电子传递的能量;RC / CSo活性反应中心的数量;PIABS:
以吸收光能为基础的性能指数
9035摇 18 期 摇 摇 摇 丁彦聪摇 等:环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化 摇
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最高,表明在 150 滋mol·m-2·s-1光照强度下,小球藻的最大光化学效率、最大捕光效率以及反应中心捕获的激
子将电子传递到电子传递链中超过 QA的其它电子受体的概率都达到最高水平,此时有活性的反应中心的数
目也是最多,因此可以将 150 滋mol·m-2·s-1作为小球藻的最适光照强度。
2. 1. 2摇 温度对小球藻叶绿素荧光参数的影响
在不同温度条件下培养小球藻 48h后叶绿素荧光参数结果列于表 2。 结果表明,培养温度为 18 益时,小
球藻的 Fv / Fm、TRo / CSo、ETo / CSo、RC / CSo和 PIABS都达到最高值。 结果还可看出,温度升高反而导致小球藻
活性反应中心的数量下降,进而捕获和用于电子传递的能量减少,造成性能指数降低。 当温度为 20 益时,活
性反应中心的数量减少了 26. 8% ,光合机构单位面积捕获的能量减少了 27% ,用于电子传递的能量减少了
28% 。 温度升高到 22 益,活性反应中心数量减少了 74. 4% ,光合机构单位面积捕获的能量减少了 74. 6% ,用
于电子传递的能量减少了 75. 6% 。 可见,小球藻在温度为 18 益的环境中,单位面积上用来还原 QA的激发能
及进入超过 QA-的电子传递链中的还原能都是最高的,温度升高或者降低都会影响小球藻的光合作用,进而
影响小球藻的生长。
表 2摇 不同温度下小球藻叶绿素荧光参数的变化
Table 2摇 Changes of chlorophyll fluorescence parameters in Chlorella sp. under different temperature
温度 Temperature / 益 Fv / Fm TRo / CSo ETo / CSo RC / CSo PIABS
15 0. 673依0. 002 123依2. 14 78依1. 08 98. 27依2. 98 1. 72依0. 04
18 0. 700依0. 001 126依2. 76 86依1. 01 97. 03依1. 42 2. 44依0. 02
20 0. 691依0. 001 91依0. 56 62依0. 24 71. 18依1. 71 2. 32依0. 02
22 0. 696依0. 001 32依0. 76 21依0. 15 24. 33依0. 56 2. 16依0. 02
2. 1. 3摇 氮、磷浓度对小球藻叶绿素荧光参数的影响
氮是植物细胞内蛋白质、核酸等活性物质的重要组成成分,磷则是作为底物或调节物直接参与植物光合作
用,因此,培养液中氮和磷的浓度会影响小球藻的生长。 在上述最佳光强和温度条件下,本实验以NaH2PO4·H2O
作磷源(L1培养基中浓度),用不同浓度的 NaNO3作氮源,研究不同浓度氮素对小球藻叶绿素荧光参数的影响。
结果发现,小球藻培养 48 h,不同浓度的 NaNO3对小球藻叶绿素荧光参数影响很大(表 3)。 综合所有叶绿素
荧光参数,小球藻在浓度为 8. 8 mmol / L的 NaNO3培养液中生长状况最佳,有活性的反应中心数目最多,最大
光化学效率和性能指数都最高。 增加和降低 NaNO3的浓度,有活性的反应中心数目减少,小球藻的 Fv / Fm和
PIABS下降。
表 3摇 不同浓度 NaNO3培养下小球藻叶绿素荧光参数的变化
Table 3摇 Changes of chlorophyll fluorescence parameters in Chlorella sp. under different NaNO3 concentration
浓度 / (mmol / L)
Concentration Fv / Fm TRo / CSo ETo / CSo RC / CSo
PIABS
3. 53 0. 675依0. 008 31. 56依0. 74 21. 52依0. 69 20. 71依0. 95 2. 23依0. 09
4. 41 0. 700依0. 007 34. 15依0. 69 21. 58依0. 47 24. 55依1. 47 2. 86依0. 03
6. 62 0. 737依0. 003 36. 84依0. 34 23. 94依0. 56 28. 20依1. 64 3. 31依0. 06
8. 82 0. 739依0. 003 35. 47依0. 71 23. 47依0. 64 27. 20依0. 83 3. 79依0. 12
11. 03 0. 738依0. 002 35. 41依0. 36 22. 82依0. 47 24. 99依0. 91 3. 06依0. 05
13. 24 0. 730依0. 005 35. 05依0. 32 22. 92依0. 43 24. 64依0. 78 2. 93依0. 06
由表 4 可以看出,在以最佳浓度(8. 8 mmol / L)的 NaNO3为氮源时,培养液中不同浓度的 NaH2PO4·H2O条
件下小球藻叶绿素荧光参数 Fv / Fm、TRo / CSo、ETo / CSo、RC / CSo 均没有明显变化,在 NaH2 PO4·H2O 浓度为
0郾 145 mmol / L时,小球藻的性能指数最高,可作为最适培养浓度。
0135 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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表 4摇 不同浓度 NaH2PO4·H2O培养下小球藻叶绿素荧光参数的变化
Table 4摇 Changes of chlorophyll fluorescence parameters in Chlorella sp. under different NaH2PO4·H2O concentration
浓度 / (mmol / L)
Concentration Fv / Fm TRo / CSo ETo / CSo RC / CSo
PIABS
0. 036 0. 70依0. 006 38. 09依0. 34 25. 96依1. 37 27. 03依0. 76 2. 76依0. 19
0. 072 0. 71依0. 007 37. 70依0. 55 26. 61依1. 26 26. 71依0. 72 3. 24依0. 11
0. 145 0. 70依0. 006 37. 11依0. 46 26. 47依0. 99 26. 10依0. 69 3. 34依0. 09
0. 217 0. 71依0. 007 36. 52依0. 55 25. 76依1. 23 25. 79依0. 27 3. 26依0. 18
0. 29 0. 71依0. 004 36. 71依0. 42 25. 51依0. 98 26. 77依0. 47 3. 26依0. 13
0. 362 0. 71依0. 005 36. 83依0. 34 25. 41依0. 85 26. 60依0. 47 3. 08依0. 17
通过对不同环境因子对小球藻叶绿素荧光参数影响的分析,可以看出光照强度、温度、氮和磷浓度都能明
显影响小球藻的光系统域最大光化学效率、最大捕光效率等荧光动力学参数,影响小球藻的生长,随着这些环
境因子强度(浓度)增加,在一定范围内光合作用效率增大,但超过一定强度(或浓度)会抑制小球藻的光合作
用。 因此用小球藻叶绿素荧光参数作为指标可以优化小球藻培养条件。 结果表明小球藻在 150 滋mol·m-2·s-1
光照强度、培养温度为 18 益、以 8. 8 mmol / L浓度的 NaNO3为氮源、NaH2PO4·H2O浓度为 0. 145 mmol / L为磷
源的环境条件下有利于生长。
为了进一步验证上述结果,又测定了不同环境条件下小球藻净光合放氧速率。 结果(图 1)表明,小球藻
在 150 滋mol·m-2·s-1光照强度下净光合放氧速率最大。
在不同浓度氮(磷营养盐浓度为 L1培养基中浓度)条件下的小球藻净光合放氧速率随着培养液中 NaNO3
浓度的增加而增加,当培养液中 NaNO3浓度超过 4. 4 mmol / L时,增加幅度减小(图 2),考虑到培养液中氮会
随培养时间的延长而消耗,因此,培养液中 NaNO3添加的浓度可适当增加。 培养液中 NaH2PO4·H2O的浓度为
0. 145 mmol / L(氮营养盐浓度为 L1培养基中浓度)时,小球藻的净光合放氧速率最大(图 3)。 这些指标与通
过叶绿素荧光动力学曲线中获得的结果一致。
-2
-1
0
1
2
3
0 100 200 300 400 500
图 1摇 不同光强下小球藻净光合放氧速率的变化
摇 Fig. 1 摇 Changes of net photosynthetic O2 evolution rate in
Chlorella sp. under different light intensity
0
2
4
6
8
10
NaNO3浓度NaNO3 concentration/(10-3mol/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
图 2摇 不同 NaNO3浓度条件下小球藻净光合放氧速率的变化
摇 Fig. 2 摇 Changes of net photosynthetic O2 evolution rate in
Chlorella sp. under different NaNO3 concentration
2. 2摇 小球藻的优化培养及其细胞的生长、脂肪酸及总脂含量变化
在 2. 1 部分,利用叶绿素荧光参数作为指标,确定了以 L1海水培养基为基础,以 8. 8 mmol / L 浓度的
NaNO3为氮源、0. 145 mmol / L NaH2PO4·H2O浓度为磷源,在 150 滋mol·m-2·s-1光照强度、培养温度为 18益条件
下小球藻培养的最优条件。
为了证明小球藻最优条件的培养效果,我们测定了最优培养条件下小球藻的生长状况。 结果(图 4)表
明,在优化的培养条件下小球藻细胞密度明显高于优化前的基础条件培养。 小球藻在基础培养条件下培养,
1135摇 18 期 摇 摇 摇 丁彦聪摇 等:环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化 摇
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第 10 天细胞密度最大,达到 5伊107个 / mL,之后不再增加;优化条件后培养的小球藻在培养的第 10 天细胞密
度达到 6. 3伊107个 / mL,增加了 24% ,而且藻细胞密度在随后的时间内一直在增加,18 d 后达到 8伊107个 / mL,
是基础培养条件下细胞密度的 1. 83 倍。
10
11
12
13
14
15
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0NaH2PO4浓度/(10-4mol/L)NaH2PO4 concentration
摇 图 3摇 不同 NaH2PO4·H2O浓度条件下小球藻净光合放氧速率
Fig. 3 摇 Changes of net photosynthetic O2 evolution rate in
Chlorella sp. under different NaH2PO4·H2O concentration
0
20
40
60
80
100 基础培养
优化培养
时间 Time/d0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
藻细
胞密
度
Cell
dens
ity/(1
06 /m
L)
图 4摇 小球藻的生长曲线
Fig. 4摇 Growth curves of Chlorella sp.
从小球藻在基础培养和优化条件下培养达收获期后总脂及其脂肪酸含量的变化(图 5)来看,采用基础培
养的小球藻总脂含量占干重 34. 1% ,优化培养后总脂含量达 39. 79% ,增加了 16. 8% 。 采用基础培养的小球
藻脂肪酸的含量占干重 5. 98% ,优化培养后达 9. 96% ,增加了 66. 6% 。
2. 3摇 柠檬酸对小球藻细胞生长、总脂及脂肪酸含量的影响
有报道指出,添加外源柠檬酸可以提高微藻脂肪酸合成的速率[4]。 本实验在 L1培养基配方基础上,添加
浓度分别为 0、0. 26、0. 52、0. 78 mmol / L外源柠檬酸,结果表明,培养液中添加柠檬酸可以明显加快小球藻的
生长速度(图 6)。 在培养的最初几天,小球藻在较低浓度的柠檬酸培养液中生长较快,随着培养时间的延长,
小球藻在柠檬酸浓度高的培养液中生长速度加快,达到收获期时,在添加了浓度为 0. 78 mmol / L 柠檬酸的培
养液中小球藻的细胞密度最大(25. 2伊106个 / mL),是对照的 2. 5 倍。
0
10
20
30
40
50 脂肪酸
总脂
养培础基 养培化优
占干
重百
分比
Acco
unted
for d
ry we
ight r
atio
图 5摇 小球藻总脂及脂肪酸含量
Fig. 5摇 Total lipid and fatty acid content of Chlorella sp.
0
5
10
15
20
25 0mmol/L0.26mmol/L0.52mmol/L0.78mmol/L
0 2 4 6 8 10 12 14
时间 Time/d
藻细
胞密
度
Cell
dens
ity/(1
06 /m
L）
图 6摇 柠檬酸对小球藻生长的影响
Fig. 6摇 Effect of citric acid on growth in Chlorella sp.
进一步分析小球藻总脂及脂肪酸的含量,在本实验所添加的浓度范围内,小球藻的总脂含量均为干重的
40%左右,外源柠檬酸浓度对小球藻总脂含量无显著影响(P>0. 5)。 但是,添加外源柠檬酸则明显提高小球
藻体内脂肪酸的含量,添加柠檬酸的浓度为 0. 78 mmol / L 时,收获后小球藻体内脂肪酸含量比对照提高了
2135 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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66% ,统计结果显示小球藻脂肪酸的含量与柠檬酸的浓度呈正相关(P<0. 5)(图 7)。
0
10
20
30
40
50
60
占干
重百
分比
Acco
unted
for d
ry we
ight r
atio 脂肪酸总脂
柠檬酸浓度Citric acid concentration/(mmol/L)
0 0.26 0.52 0.78
图 7摇 柠檬酸对小球藻总脂及脂肪酸含量的影响
摇 Fig. 7摇 Effects of citric acid on total lipid and fatty acid content
in Chlorella sp.
柠檬酸可以直接被微藻吸收利用,参与微藻体内的
三羧酸循环,也是脂肪酸合成的重要前体。 本实验结果
显示,添加外源柠檬酸不仅可以促进脂肪酸的积累,还
可以提高小球藻的生长速度。 但是,柠檬酸浓度过大容
易使培养液的 pH 值下降,不利于小球藻的生长,因此
建议最好每天逐级向培养液中添加低浓度的柠檬酸
(以 0. 06 mmol·L-1·d-1为宜),使得培养液中柠檬酸的
浓度随小球藻细胞密度的增加而增加,从而满足了小球
藻对柠檬酸的需求[15]。
2. 4摇 氮源种类对小球藻细胞生长、总脂及脂肪酸含量
的影响
研究表明藻类能利用各种形态的氮,如硝酸盐、铵
盐、尿素等[5鄄6,16鄄17 ],为进一步了解小球藻培养的最佳氮
源,本实验研究了在最佳光强、温度和磷浓度条件下,不同氮源(NaNO3、(NH2) 2 CO、NH4 Cl,浓度均为 8. 8
mmol / L)培养条件下小球藻生长及脂肪酸及总脂含量。 结果显示,在 3 种氮源中生长的小球藻均在培养 10 d
后细胞密度达到最高,但是在(NH2) 2CO为氮源的培养液中,小球藻的细胞密度是 NaNO3为氮源的 1. 85 倍,
是 NH4Cl为氮源的 1. 5 倍(图 8)。
由图 9 可知,不同氮源条件下小球藻脂肪酸及总脂含量,以(NH2) 2CO 为氮源培养的小球藻脂肪酸含量
亦是最高,占干重的 13. 3% ,是以 NaNO3为氮源的 2. 7 倍,NH4 Cl 为氮源的 1. 36 倍。 总脂含量占干重的
58郾 6% ,虽比 NH4Cl为氮源略低,但远高于 NaNO3作为氮源。 可见,尿素是小球藻培养过程中最好的氮源。
0
10
20
30
40 NaNO3NH4Cl(NH2)2CO
时间 Time/d0 2 4 6 8 10 12 14
藻细
胞密
度
Cell
dens
ity/(1
06 /m
L)
图 8摇 小球藻在不同氮源中的生长曲线
Fig. 8 摇 Growth curves of Chlorella sp. under different nitrogen
source
0
10
20
30
40
50
60
70 脂肪酸
总脂
NaNO3 NH4Cl (NH2)2CO
占干
重百
分比
Acco
unted
wei
ght r
atio
图 9摇 小球藻在不同氮源中总脂及脂肪酸含量
Fig. 9 摇 Total lipid and fatty acid content of Chlorella sp. under
different nitrogen source
一般传统培养微藻大都以 NaNO3作为氮源。 但李斌等[17]报道海洋微藻利用氮的能力为 NH4 鄄N>(NH2) 2
CO鄄N>NO3 鄄N>NO2 鄄N,原因是 NH4 鄄N可以直接通过转氨基作用合成氨基酸,而 NO3 鄄N需经过相应的硝酸还原
酶还原成 NH4 鄄N进而合成氨基酸,(NH2) 2CO鄄N需经过尿素酶脱羧形成 NH4 鄄N 最终被微藻所利用。 胡章喜
等[5]发现 Phaeocystis globosa,Scrippsiella trochoidea和 Keletonema costatum 3 种微藻均可利用尿素生长。 郑维发
等[6]采用正交实验方法优化培养舟形藻 Navicula,发现以(NH2) 2CO为氮源培养的藻液细胞密度明显高于以
KNO3为氮源。 本实验研究也证明,微藻能利用多种氮源,以(NH2) 2CO 作为氮源,小球藻生长速度快,脂肪酸
和总脂的含量也明显增加,与胡章喜、郑维发等学者的研究结果一致。
3135摇 18 期 摇 摇 摇 丁彦聪摇 等:环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化 摇
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3摇 结论
筛选作为生物柴油原材料的微藻藻种,主要考虑两个重要指标:(1)生长速度快,生物量高; (2)有较高
的含油量。 传统的优化研究方法大多采用单因子或正交实验方法[4,6,18],所需时间长,工作量浩大。 研究环境
条件对小球藻生长的影响以及对小球藻的生长条件和培养液成分进行优化的目的,正是从提高小球藻的生长
速度和促进小球藻总脂和脂肪酸积累量方面考虑。 本研究探讨了不同环境条件对小球藻叶绿素荧光动力学
参数以及净光合放氧速率的影响,确定了以 L1海水培养基为基础,以 8. 8 mmol / L浓度的(NH2) 2CO 为氮源、
0. 145 mmol / L NaH2PO4·H2O 浓度为磷源,在 150 滋mol·m-2·s-1光照强度、培养温度为 18 益条件下培养小球
藻,明显加快了细胞的生长速度,促进了油脂和脂肪酸的积累。 同时也可看出,筛选的小球藻藻种具有生长
快、易培养、产油高的优点,可作为生物能源研究的良好材料,为海洋微藻的开发利用奠定了基础。
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5135摇 18 期 摇 摇 摇 丁彦聪摇 等:环境因子对小球藻生长的影响及高产油培养条件的优化 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 18 September,2011(Semimonthly)
CONTENTS
CO2 emission from an alpine Kobresia humilis meadow in winters WU Qin, HU Qiwu, CAO Guangmin, et al (5107)………………
Effect of cultivation on soil organic carbon and total nitrogen accumulation in Cele oasis croplands and their relation to crop yield
HUANG Caibian, ZENG Fanjiang, LEI Jiaqiang, et al (5113)
…
……………………………………………………………………
Biomass and its allocation of four grassland species under different nitrogen levels
QI Yu, HUANG Yongmei, WANG Yan, et al (5121)
……………………………………………………
………………………………………………………………………………
Small鄄scale spatial patterns of genetic structure in Castanopsis eyrei populations based on autocorrelation analysis in the Tiantai
Mountain of Zhejiang Province QI Caihong, JIN Zexin, LI Junmin (5130)………………………………………………………
Influence of vegetation on frozen ground temperatures the forested area in the Da Xing忆anling Mountains, Northeastern China
CHANG Xiaoli,JIN Huijun,YU Shaopeng,et al (5138)
………
……………………………………………………………………………
Analysis of stable carbon isotopes in different components of tree rings of Pinus sylvestris var. mongolica
SHANG Zhiyuan, WANG Jian, CUI Mingxing, et al (5148)
……………………………
………………………………………………………………………
Retrieval of leaf area index for different grasslands in Inner Mongolia prairie using remote sensing data
LIU Yibo, JU Weimin, ZHU Gaolong, et al (5159)
………………………………
………………………………………………………………………………
Decomposition of lotus leaf litter and its effect on the aquatic environment of the Beili Lake in the Hangzhou West Lake
SHI Qi, JIAO Feng, CHEN Ying, et al (5171)
……………
……………………………………………………………………………………
Effects of fire disturbance on greanhouse gas emission from Larix gmelinii鄄Carex schmidtii forested wetlands in XiaoXing忆an
Mountains, Northeast China YU Lili, MU Changcheng, GU Han, et al (5180)…………………………………………………
Wetland landscape transition pattern of Lianbo Beach along the Middle Yellow River
GUO Donggang,SHANGGUAN Tieliang,BAI Zhongke,et al (5192)
…………………………………………………
………………………………………………………………
Effect of revegetation on functional groups of soil organic carbon on the Loess Plateau
LI Ting, ZHAO Shiwei,ZHANG Yang, et al (5199)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Soil organic and inorganic carbon contents in relation to soil physicochemical properties in northeastern China
ZU Yuangang, LI Ran, WANG Wenjie, et al (5207)
………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of soil respiration in fallow and its influencing factors at arid鄄highland of Loess Plateau
GAO Huiyi, GUO Shengli, LIU Wenzhao (5217)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Soil microbial functional diversity between rhizosphere and non鄄 rhizosphere of typical plants in the hilly area of southern Nixia
AN Shaoshan,LI Guohui,CHEN Liding (5225)
……
……………………………………………………………………………………
Differences in the surface palynomorph assemblages on a karst mountain and rocky desertification areas: a case in Nanchuan
District,Chongqing HAO Xiudong, OUYANG Xuhong,XIE Shiyou (5235)………………………………………………………
Ash content and caloric value in the leaves of Sinocalycanthus chinensis and its accompanying species
JIN Zexin, LI Junmin, MA Jine (5246)
………………………………
……………………………………………………………………………………………
Uptake kinetic characteristics of Cu2+by Salix jiangsuensis CL J鄄172 and Salix babylonica Linn and the influence of organic acids
CHEN Caihong, LIU Zhikun, CHEN Guangcai, et al (5255)
…
………………………………………………………………………
Introduction of TaNHX2 gene enhanced salt tolerance of transgenic puna chicory plants
ZHANG Lijun,CHENG Linmei,DU Jianzhong,et al (5264)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effects of air humidity and soil water deficit on characteristics of leaf cuticular waxes in alfalfa (Medicago staiva)
GUO Yanjun, NI Yu,GUO Yunjiang, et al (5273)
…………………
…………………………………………………………………………………
Influence of water storage capacity on yield of winter wheat in dry farming area in the Loess Plateau
DENG Zhenyong, ZHANG Qiang, WANG Qiang, et al (5281)
…………………………………
……………………………………………………………………
Research of dynamic variation of moisture in apple orchard soil in the area of Xianyang in recent years
ZHAO Jingbo, ZHOU Qi, CHEN Baoqun, et al (5291)
………………………………
……………………………………………………………………………
Volatile oil contents correlate with geographical distribution patterns of the miao ethnic herb Fructus Cinnamomi
ZHANG Xiaobo,ZHOU Tao,GUO Lanping,et al (5299)
……………………
……………………………………………………………………………
Effect of environmental factors on growth of Chlorella sp. and optimization of culture conditions for high oil production
DING Yancong, GAO Qun, LIU Jiayao, et al (5307)
………………
………………………………………………………………………………
The effects of substrates on locomotor performance of two sympatric lizards, Takydromus septentrionalis and Plestiondon chinensis
LIN Zhihua, FAN Xiaoli, LEI Huanzong, et al (5316)
……
……………………………………………………………………………
Guild structure of wintering waterbird assemblages in shallow lakes along Yangtze River in Anhui Province, China
CHEN Jinyun, ZHOU Lizhi (5323)
…………………
…………………………………………………………………………………………………
Phylogenetic diversity analysis and in situ hybridization of symbiotic Oxymonad flagellates in the hindgut of Reticulitermes chinensis
Snyder CHEN Wen, SHI Yu, PENG Jianxin, et al (5332)………………………………………………………………………
An entropy weight approach on the comprehensive evaluation of the Pearl River Delta Nature Reserve
ZHANG Linying, XU Songjun (5341)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
On planning method of mesoscale and microscale ecological land RONG Bingling, LI Dong, XIE Yingxia (5351)……………………
Effects of land use change on soil organic carbon:a review CHEN Zhao,L譈 Changhe,FAN Lan,et al (5358)………………………
Marine phytoplankton and biological carbon sink SUN Jun (5372)………………………………………………………………………
Effect of permafrost degradation on methane emission in wetlands: a review
SUN Xiaoxin, SONG Changchun, WANG Xianwei, et al (5379)
……………………………………………………………
…………………………………………………………………
A review on the effects of biogenic elements and biological factors on wetland soil carbon mineralization
ZHANG Linhai, ZENG Congsheng, TONG Chuan (5387)
………………………………
…………………………………………………………………………
A review of studies using ecological network analysis LI Zhongcai, Xu Junyan, WU Changyou, et al (5396)…………………………
Scientific Note
Dynamics of age structures on Agropyron michnoi and Leymus chinensis in different communities
JIN Xiaoming, AI Lin, LIU Jidong, et al (5406)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
The impact of thematic resolution on NDVI spatial pattern HUANG Caixia, LI Xiaomei, SHA Jinming (5414)………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 18 期摇 (2011 年 9 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 18摇 2011
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