全 文 ：此文于 1997 年 5 月 13 日收到。
浙江省科委“九五”重点项目和浙江省自然科学基金项目资助。
超长钝顶螺旋藻的选育及形态和
生长特性初步研究
汪志平　叶庆富　崔海瑞　徐步进　吴美文
(浙江农业大学原子核农业科学研究所　杭州　310029)
用组织匀浆破碎和离心沉降法制备和分离出钝顶螺旋藻 ( S pi rulina platensis )
Sp2Z 的单细胞或少于 5 个细胞的片段 ,并用60 Coγ射线辐照处理 ,半致死剂量为 112
k Gy。在 214k Gy 的处理组中 ,筛选出 4 株藻丝长度、螺旋数、螺旋长分别为 Sp2Z 的
15、10 和 118 倍的超长钝顶螺旋藻突变体 Sp2Z( E. L) 。Sp2Z的生长曲线几乎呈直线
型 ,而 Sp2Z( E. L)的生长曲线则呈较明显的“S”形。在室外培养时 ,Sp2Z( E. L) 的产
量比 Sp2Z高 1117 %。
关键词 :钝顶螺旋藻 　辐照 　变异 　生长特性
前 言
螺旋藻由于富含优质蛋白和多种生物活性物质而受到国内外的极大关注 ,目前已进入大
规模养殖和开发利用阶段[1 ] 。但仍存在着藻种的品系单一、对环境适应能力差、优良性状易
发生退化以及单位面积产量偏低、采收困难等急需解决的问题[2 ] 。利用核技术及相关生物技
术选育品性兼优的螺旋藻新品系 ,是解决上述难题和进一步提高螺旋藻产业经济效益的重要
途径之一。国内外在螺旋藻诱变育种方面虽已进行了一些研究 ,并选育出耐低温的突变
体[3～6 ] ,但在如何进一步提高突变频率和筛选出能真正应用于大规模生产的良种等方面 ,尚
需作更深入的探索。本文用γ射线处理螺旋藻细胞 ,筛选出 1 株突变体 ,其藻丝长度达 1 cm ,
上浮性能好 ,采收极为简便 ,并且产量明显提高。
材 料 与 方 法
供试材料 　钝顶螺旋藻 ( S pi rulina platensis) Sp2Z由中国科学院植物研究所顾天青先生
馈赠。
细胞制备 　取在 Zarrouk 培养液[3 ]中培养的处于对数生长期的钝顶螺旋藻 Sp2Z 藻丝体 ,
用组织匀浆破碎和离心沉降法 (7000 g)制备和分离单细胞中少于 5 个细胞的片段。
辐照处理及培养条件 　用60 Coγ射线辐照螺旋藻细胞 ,剂量分别为 013、016、112、214 和
418k Gy ,剂量率 15 Gy/ min。辐照后的藻液用培养液稀释 14 倍 ,在光照培养箱中培养 ,光照强
度 4000 L x ,光照时间 12 h/ d ,白天温度 28 ℃,夜间温度 20 ℃。螺旋藻的室外培养在玻璃房内
641　 核 农 学 报　1998 ,12 (3) :146～150Acta A gricult urae N ucleatae Si nica
的透明玻璃缶 (20 ×40 cm)中进行 ,液面高度 1410 cm ,每隔 15 min 用通气泵搅拌 3 min。
生长量的测量和形态观察　用 UV2754 分光光度计测定螺旋藻的生长量 (以波长 560 nm
的光密度值为指标 ,光程 1 cm) [6 ] 。对室外培养的藻液用尼龙筛绢过滤 ,将藻泥晒干 ,再在
50 ℃烘箱中干燥 24h 后称重。用带显微测微尺的光学显微镜检测螺旋藻的藻丝长、螺旋长、螺
旋宽、细胞长和细胞宽 ,各指标随机抽检 50 次。由于藻丝体间的长度和螺旋数相差较大 ,各以
区间表示 ,而螺旋长、螺旋宽、细胞长和细胞宽则相差很小 ,可以各自的平均值表示。
结 果 与 讨 论
(一)螺旋藻细胞的剂量效应
钝顶螺旋藻 Sp2Z经组织匀浆器破碎并离心 ,可制得单细胞或少于 5 个细胞的片段 (图版
I) 。这种细胞经不同剂量γ射线辐照 ,培养 12d 后测定其生长量 ,所得的剂量效应曲线如图 1
所示。
图版 Ⅰ　螺旋藻的藻丝体和细胞的形态
Plate Ⅰ　The morphologies of filaments and cells of S pi rulina platensis
图 1 　γ射线对螺旋藻细胞生长曲线的影响
Fig. 1 　The dose effect of the 60Co2gramma rays on
the growth curve of the cells of S pi rulina platensis
由图 1 可知 ,低于 015 k Gy 的γ射线对螺旋藻细胞的生长具刺激效应 ,而当剂量再增大
时 ,螺旋藻细胞的生长即受到明显抑制 ,当剂量为 214 k Gy 时 ,生长量只有对照的 22 %。将完
整的 Sp2Z 藻丝体制备成单细胞或少于 5 个细胞的片段后 ,半致死剂量从 310 k Gy 降到
112k Gy ,辐射敏感性有了很大提高。这与利用超声波裂解制备的游离细胞群体的辐射敏感性
大大高于完整藻丝体的结果相似[4 ] 。因此 ,在螺旋藻诱变育种中 ,以螺旋藻细胞为处理材料 ,
741　3 期 超长钝顶螺旋藻的选育及形态和生长特性初步研究
可能比用完整藻丝体更易获得突变体。
(二)突变体的形态观察
在 214k Gy 辐照组中 ,发现了藻丝长度约比 Sp2Z 藻丝长 15 倍的螺旋形丝状体 (图版 Ⅰ和
表 1) ,用尖头小镊子挑出这种超长藻丝体进行培养。经过 1 年多的培养试验证明 ,这种藻丝
体的形态在不同培养条件下均较稳定。因此 ,这种超长藻丝体可能是 Sp2Z 的突变体 ,命名为
超长钝顶螺旋藻[ Sp2Z( E. L) ]。Sp2Z( E. L)的藻丝长度、螺旋数、螺旋长、螺旋宽和细胞长分别
约为 Sp2Z的 15、10、118、0175 和 115 倍 ,而两者的细胞宽度均为 10 um (表 1) 。由于 Sp2Z( E.
L)的藻丝长达 1 cm ,上浮性能好 ,且只要用 1 层纱布过滤就能将其快速收集 ,所以将之应用于
大规模工厂化养殖 ,既可简化采收设备、降低能耗 ,又可大大缩短采收时间。
表 1 　Sp2Z( E. L)和 Sp2Z的形态比较
Table 1 　The comparison of the morphology of Sp2Z( E. L) and Sp2Z　(um)
材　　料 藻丝长度 螺 旋 长 螺 旋 数 螺 旋 宽 细 胞 宽 细 胞 长
Material Length of Length of Number of Width of Width of Length of
filaments helix spirochacta helix cell cell
Sp2Z 380～600 90 4～7 40 10 4
Sp2Z( E. L) 5000～1000 160 38～65 30 10 6
(三)突变体 Sp2Z( E. L)的生长特性
图 2 　Sp2Z( E. L)和 Sp2Z的生长曲线
Fig. 2 　The growth curves of Sp2Z( E. L) and Sp2Z
11 玻璃房中白天温度 ;21 玻璃房中夜间温度 ;31 培养箱中光照时温度 ;41 培养箱中黑暗时温度 ;51Sp2Z( E. L)
培养于玻璃房中 ;61Sp2Z( E. L)培养于培养箱中 ;71Sp2Z培养于玻璃房中 ;81Sp2Z培养于培养箱中.
11The day temperature in glassroom ; 21The night temperature in glassroom ; 31The temperature in thermostat dur2
ing illuminating incubation ; 41The temperature in thermostat during dark incubation ; 51Sp2Z( E. L ) incubated in
glassroom ; 61Sp2Z( E. L) incubated in thermostat ; 71Sp2Z incubated in glassroom ; 81Sp2Z incubated in thermostat .
Sp2Z( E. L)和 Sp2Z在培养箱和玻璃房内的生长曲线及玻璃房内的气温变化如图 2 所示。
玻璃房内白天 12 时和晚上 10 时的温度分别在 26～35 ℃和 14～2215 ℃,光照培养箱中光照和
黑暗时的温度分别为 28 ℃和 20 ℃,各自相差 ±7 ℃左右。Sp2Z 的生长曲线几乎呈直线型 ,但
841 核　农　学　报 12 卷
Sp2Z( E. L)在接种的前期和后期生长较慢 ,而在中期则较快 ,其生长曲线呈较明显的“S”型。
不管在培养箱还是在玻璃房中 ,前 3d ,Sp2Z( E. L) 的生长速率慢于 Sp2Z ,而 3d 后 ,Sp2Z( E. L)
的生长速率则明显超过 Sp2Z。Sp2Z( E. L) 和 Sp2Z 在玻璃房中的生长速率均高于各自在培养
箱中的生长速率。由表 2 可知 ,在玻璃房中 ,Sp2Z( E. L) 第 6d 的 O. D560 nm和 3 dm3 中的干藻
粉重分别比 Sp2Z的高 1316 %和 1117 %。
表 2 　Sp2Z( E. L)和 Sp2Z在玻璃房中的生长速率比较
Table 2 　The comparison of the growth rate of Sp2Z( E. L) and Sp2Z in the glasshouse
材　　料
Material
O. D560 nm
藻液体积
Volume
(dm3)
干藻粉重
Quantity of dry
powder (g)
产　　量
Yield
(g/ day. m2)
Sp2Z( E. L) 11425 310 117852 13189
Sp2Z 11254 310 115986 12143
　　　　注 :培养 6d 时取样
　　　　Note : The data were determined on the 6th day
Sp2Z( E. L)和 Sp2Z生长曲线的差异表明了它们生理生化特性的不同 ,这进一步表明 Sp2Z
( E. L)确是一株突变体。杨世杰等[6 ]曾报道 ,通气一方面可以补充 CO2 ,另一方面可使藻丝体
来回翻动 ,均匀地接受光照、温度及各种营养成分 ,也使藻丝体易于断裂而迅速繁殖 ,而且能适
应更高的光强和高温 ,提高光合效率。他们将螺旋藻静止培养于光强为 7000 L x、温度为 35 ℃
条件下 ,生长受阻 ,藻体呈黄绿色 ,而改用通气培养后则生长迅速 ,色泽正常。虽然玻璃房内光
照时的温度均在螺旋藻快速生长的范围 (25～35 ℃) 内[7 ] ,但由于玻璃房内 Sp2Z( E. L) 和 Sp2Z
生长于太阳光 (远大于 4000 L x) 和通气条件下 ,因而它们的生长速率均大于生长在光照培养
箱中的生长速率。
由于 Sp2Z( E. L)不仅藻丝长度约为 Sp2Z的 15 倍、形态稳定 ,而且在相同培养条件下的产
量比 Sp2Z的高 1117 % ,因此也许是一株可应用于大规模工厂化养殖的理想藻种。当然 ,对
Sp2Z( E. L)的蛋白质含量、氨基酸组成、生理生化特性以及分子遗传等方面 ,尚需作更深入的
研究。
参 考 文 献
1 　蔡心涵 ,何立明 ,蒋加伦等. 螺旋藻藻蓝蛋白对癌激光疗法增敏作用的研究. 中国海洋药物 ,1995 ,14 :15～18
2 　汪志平 ,陈声明 ,贾小明等. 环境因子和γ射线对螺旋藻形态及生长的影响. 浙江农业大学学报 ,1997 ,23 (1) :36～40
3 　Riccardi G ,silrio S ,Orio C. Production of amino acids by analog2resistant mutants of the cyanobacterium S pi ruli na platensis .
Journal of Bacteriology ,1981 ,147 (3) :1002～1007
4 　胡天赐 ,杨世杰 ,毛炎麟.γ射线对钝顶螺旋藻 ( S pi ruli na platensis) 的生物学效应. 核农学报 ,1990 ,4 (2) :120～124
5 　张学成 ,谭桂英 ,何丽容等. 甲基磺酸乙酯对螺旋藻的诱变作用. 海洋学报 ,1990 ,12 (4) :517～522
6 　杨世杰 ,王希善 ,李继芬等. 螺旋藻培养初探. 北京农业大学学报 ,1988 ,14 (1) :71～74
7 　顾天青 ,张慧苗 ,吕京文. 利用工业废水、废气 (CO2)和余热培养的螺旋藻生物学特性研究. 植物学通报 ,1992 ,9 (2) :47～
52
941　3 期 超长钝顶螺旋藻的选育及形态和生长特性初步研究
SEL ECTION OF THE MUTANT OF S PI RUL INA PL A TENSIS WITH EXTRA2LONG
FILAMENTS AND MORPHOLOGY AND GROWTH OF THE MUTANT
Wang Zhiping 　Ye Qingfu 　Cui Hairui 　Xu Bujin 　Wu Meiwen
( Instit ute of N uclear A gricult ural Sciences , Zhejiang A gricult ural U niversity , Hangz hou 　310029)
ABSTRACT
By mechanical grinding and sedimentating , the single cells and the fragments( less than 5
cells) of Spi rulina platensis strains Sp2Z were obtained. Then they were irradiaded with 60 Co2
gamma rays with their LD50 of 112 kGy. After the single cells and the fragments were irradiaded
with 214 kGyγ2ray ,a mutant [ named Sp2Z( E. L) ] with extra2long f ilaments was selected. The
length of f ilaments ,number of hel ix and length of hel ix of Sp2Z( E. L) were 15 ,10 and 118 times
of those of Sp2Z, respectively. The growth curve of Sp2Z was almost l inear , while the growth
curve of Sp2Z( E. L) was S2shaped. Moreover , the yield of Sp2Z( E. L) was about 1112 times of
that of Sp2Z cultured outdoors.
Key words : S pi ruli na platensis , irradiation , variation , growth characterization.
051 Acta A gricult urae N ucleatae Si nica
　　　　　1998 ,12 (3) :146～150