全 文 ：武汉植物学研究 2006，24(2)：149～153
Journal o1"Wuhan Botanical Research
营养盐浓度对航天搭载盐藻生长及胞外多糖含量的影响
李加林 ，张小平h，吴素珍 ，郑维发2
(1．安徽师范大学生命科学学院。安徽芜湖 241000；2．徐州师范大学 江苏省药用植物生物技术重点实验室，江苏徐州 221116)
摘 要：比较了培养液中不同营养盐浓度对“神舟 5号”搭载盐藻(Duna／／e／a salina)和非搭载盐藻的生长及胞外多
糖积累的影响，发现经“神舟5号”搭载后盐藻最适营养盐浓度发生了变化。非搭载盐藻培养液中最佳单因子组合
为：CaCh 200 ms／L、MgCI2 500 ms／L、KNO3 1 000 ms／L、KH2PO4 55 ms／L。搭载盐藻培养液中最佳单 因子组合为：
CaCl2 250 ms／L、Mgcl2 500 ms／L、KNO3 1 000 mg／L、KH PO 15 mg／L。搭载和非搭载盐藻胞外多糖累积的最佳单因
子组合相同：each、Msch、KNO，、KH：PO 分别为250、2 000、500、15 ms／L，但搭载盐藻胞外多糖的分泌明显高于
非搭载盐藻。
关键词：盐藻；营养盐；生长；胞外多糖；航天搭载
中圈分类号：Q949．21 2 文献标识码：A 文章编号：1000·470X(2006)02·0149·05
E cts of Nutrient Concentrations on the Growth and Accumulation of
Exopolysacchrides of Spaceflight DunalieUa salina
U Jia—Lin ，ZHANG Xiao—Pingh ，WU Su—Zhen ，ZHENG Wei—Fa2
(I．School ofBioscience，Anhui Normal University。Wuhu 241000。China；2．Key Laboratoryfor
Biotechnology 01 Mediciaal Plants ofJiangsu Province。Xuzhou Normal 妇 。X~hou 221116，China)
Abstract：E cts of nutrient concentrations on the growth and accumulation of exopolyrsacchrides of
spaceflight and non—spaceflight Dunaliella salina were studied．It showed that the optimal combination in
concentration of nutrients for their growth was diferent，because of the complex efects of several space
environmental factors．The optimal combinations for the growth of non—spaceflight and spaceflight sali—
m were CaCl2 200 ms／L，MgCl2 50o ms／L，KNO3 1 000 mg／L，KH2PO4 55 ms／L and CaCI2 250 mg／L，
MgCl2 500 mg／L，KNO3 l 000 mg／L，KH2PO4 15 mg／L，respectively．The optimal comb ination for
accumulation of exopolysacchrides of spaceflight an d non—spaceflight D．salina was similar．It was CaCI2
250 mg／L，MgCI2 2000 mg／L，KNO3 500 mg／L，KH2PO4 15 mg／L． e yield of exopolyrsacchrides of
spaceflight D．salina Was hi【gher than that of non—spaceflight D．salina．
Key words：Dunaliella salina；Nutrients；Growth；Exopolysacchrides；Spaceflight
盐藻(Dunaliela salina)为绿色单细胞藻，不具
细胞壁，但有膜质的糖蛋白包被，对盐度的适应范围
在0．2％ 一35％之间，具有繁殖快易于养殖等特性。
盐藻在一定的生长条件下可大量积累 B一胡萝 卜素，
其含量最高达干重的 14％，为自然界之首⋯。目前
对盐藻的研究主要集中在 B一胡萝 卜素方面，而盐藻
多糖方面的报道较少，胞外多糖(exopolysacchrides；
EPss)的研究更是未见报道。现已发现盐藻多糖复
合物具有较强的药物生物活性，在免疫佐剂活性方
面能与完全福氏佐剂一样明显的增强抗原性和机体
免疫功能；在调节机体免疫功能方面，能增强机体巨
噬细胞的吞噬功能；在抗肿瘤方面，能明显抑制实体
瘤 Sl8O的生长，其抑制率高达 6o％以上 J。国外
文献报道盐藻水提物中的硫酸化多糖在体内对败血
症病毒(VHSV)和非洲猪热病毒(ASFV)的复制有
抑制作用 J。为了培育更多优良品种，我们开展了
空间诱变育种研究，利用“神舟 5号”飞船搭载盐藻
在离地面340—350 km的高空飞行了约21 h，期望
能通过高空各种环境因素的综合作用，使其某些生
物学特性发生变化。笔者着重研究了不同营养盐浓
度对搭载和非搭载盐藻的生长及胞外多糖分泌的影
响，目的在于为盐藻的航天诱变育种、培养及多糖的
综合开发和利用提供一些实验数据。
收稿 日期：2005-08．1l。修回日期：2O05—10．13。
基金项目：江苏省高校高新技术产业化项目(02kj360008)。
作者简介 ：李加林(1971一)，男 ，安徽和县人，在读硕士生。主要从事海洋生物活性物质研究 ；张小平(1956一)，男 ，教授，博士生导师。
· 通讯作者(E-mail：pinghengxu@sina．con1)。
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150 武 汉 植 物 学 研 究 第24卷
l 材料和方法
1．1 藻种
经“神舟5号 ”航天搭载后的盐藻(DunalieUa
salina)由江苏省药用植物与生物技术重点实验室分
离提供使用。
1．2 培养液
以Modifed Johnson’s配方H 为基础培养基成
分，在此基础上改变不同营养盐的浓度，以探讨营养
盐的不同浓度对盐藻生长和胞外多糖的影响。其中
CaCI2浓度设为50、150,200、25O、300 r,c,／L 5个水平；
MgCl2浓 度 设 为 50、500、I 500、2000、3 000 r,c,／L
5个水平；KNO3浓 度设 为 250、500、1 000、2000、
3 000 ms／L 5个水平；KH2PO4浓度设为5、15、35、55、
75 r,c,／L 5个水平。
I．3 藻的培养
取处于指数生长期的藻种20O mL接种到 I L的
锥形瓶中，培养体积为 I L，在江苏省药用植物生物技
术重点实验室的海洋微藻培养室中通气培养 15 d，每
一 处理组设’3个平行对照。温度为(25±I)℃，以日
光灯为光源，光强为6500 Ix，光暗周期为 12 h：12 h，
培养液以1 mol／L的NaOH调 pH至7．5。
I．4 细胞密度的测定
每天定时取样，采用血球计数板测定细胞数，每
个样品重复计数 3次。
I．5 胞外多糖的测定
在 0．01～0．I mg／mL范围内精密配制不 同浓
度的葡萄糖标准溶液，用硫酸蒽酮法在620 am测光
密度，绘制标准曲线【5】。培养至 15 d，摇匀藻液，吸
取 10 mL，以4 608 g离心速率离心 20 min，取适量
上清液，加入 4倍体积的无水乙醇，以4608 g离心
速率离心20 min，倾去上清液，沉淀溶于2 mL水中，
采用硫酸蒽酮法，记录 OD 620值，查标准曲线，计
算多糖含量，每个样品重复测定 3次。
1．6 数据处理
统计分析在SPSS软件包 (Ver．11．0)下进行。
2 结果
2．1 不同浓度 CaCl2对盐藻的生长和胞外多糖含
量的影响
对生长的影响 CaCI 浓度对搭载和非搭载盐
藻生长有一定的影响(图 I)，对搭载盐藻，当 CaCI2
浓度在5O一250 ms／L范围内，随着浓度的增加，对
其生长有一定的促进作用，在CaCI2浓度为250 mg／L
时生长的最好，第 11 d藻细胞密度达到最大值，为
603．11×10 q"／mL，浓度高于250 mg／L时不利于
搭载盐藻的生长。非搭载盐藻最适宜生长的 CaCI2
浓度为200 ms／L，藻细胞密度在第 13 d达到最大值
544．34×10 ~／mL。同时由图 1看出，在相同的
CaC1 浓度下，搭载盐藻的最终细胞密度均高于非
搭载盐藻，搭载盐藻接种后没有延缓期，第 2 d即进
入对数生长期 ，而非搭载盐藻接种后要经历 3 d的
延缓期，第4 d才进入对数生长期。
图 1 不同 each浓度下盐藻的生长曲线
Fig．1 The growth carve ofD．salina under
diferent CaCh concentrations
对胞外多糖含量的影响 CaC1 浓度在一定的
范围内与盐藻胞外多糖的分泌有一定的相关性(图
2)。CaC12浓度在 5O～250 mg／L范围内，胞外多糖
的产量随CaC12浓度的升高而增加。当CaC12浓度
为250 mg／L时胞外多糖达到最大值，搭载盐藻为
88．48 mg／L，非搭载盐藻为76．3 mg／L。当浓度超
过250 mg／L，随CaCI2浓度的增加胞外多糖的累积
却受到抑制。这与 CaCI2浓度对搭载盐藻生长的影
响是一致的。而非搭载盐藻则是在 CaCI 浓度为
200 ms／L时对生长最有利 ，在250 mg／L时胞外多糖
累积量高。
3 90
；
60
宴 5。0
0 30
一
一
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第2期 李加林等：营养盐浓度对航天搭载盐藻生长及胞外多糖含量的影响 15 1
500 n~o／L时，随着 MgCl 浓度的增加而抑制盐藻的
生长。MgCJ 浓度对于非搭载盐藻的影响只是在最
低50 n~o／L和最高 3000 n~o／L两个梯度下抑制盐藻
的生长。而当MgCl2浓度在500、1 500、2000 n~o／L时
对非搭载盐藻生长的影响不明显，细胞密度没有显
著差异性(p>0．05)。为降低培养成本，建议实际
生产中MgCl2浓度为500 mg／L。
2 4 6 g l0 l2 14 l6 2 4 6 g 10 12 l4 l6
Culture time(d)
圈3 不同MgO 浓度下盐藻的生长曲线
Fig．3 The growth ctlrve of D．salina under
diferent MgCh concentrations
对胞外多糖含量的影响 MgCl 浓度在一定的
范围内，对盐藻胞外多糖的分泌有影响，搭载和非搭
载盐藻均在 MgCl 浓度为2000 mg／L时，胞外多糖
的含量达到最大值。低于或高于2 000 mg／L，都不
利于胞外多糖的分泌(图4)。
50 500 l500 2000 3000
MgCI2 conCentrations(me／L)
图 4 MgC! 浓度对胞外多糖含量的影响
Fig．4 Efects of MgCl2 concentrations on release of
exopolysacchrides of D．salina
2．3 不同浓度 KNO3对盐藻的生长和胞外多糖含
量的影响
对生长的影响 本实验以 KNO，为氮源，研究
不同浓度 KNO，对盐藻生长的影响。图 5表明。
KNO，浓度对盐藻的生长有着重要的影响，对于搭
载和非搭载盐藻，浓度过高或过低都抑制盐藻的生
长，最适合于它们生长的KNO，浓度均为1 000 mg／L。
但搭载盐藻最高细胞密度达 546．89×10 A／mL，非
搭载盐藻仅为476．14×104~／mL。
2 4 6 g l0 l2 l4 l6 2 4 6 g l0 l2 l4 l6
Culture time(d)
图 5 不同KNO 浓度下盐藻的生长曲线
Fig．5 Th e growth Ctlrve of D．salina un der
diferent KNO3 concentrations
对胞外多糖含量的影响 搭载和非搭载盐藻均
在 KNO，浓度为500 mg／L时，胞外多糖的含量最高。
KNO3浓度高于500 mg／L时，随着浓度的增加，搭载
和非搭载盐藻胞外多糖的含量呈下降趋势。当KNO
浓度为3 000 mg／L时胞外多糖产量最低，搭载盐藻为
27．53 mg／L，非搭载盐藻 lO．68 mg／L(图6)。
250 500 1000 2000 3000
KNO3 concentrations(mg／L)
图 6 KNO3浓度对胞外多糖含量的影响
Fig．6 E~fects of KNO，concentrations on release
of exopolysacchrides of DI salina
2．4 不同浓度 KH2PO．对盐藻的生长和胞外多糖
含量的影响
对生长的影响 本试验以 KH：PO．为磷源，研
究不同浓度的 KH：PO 对盐藻生长的影响。图7表
明，在KH PO4浓度为15—35mg／L时最适宜搭载
盐藻 的生长 ，其 细胞 密度 在 1 5 d达 到491．16×
OO
OO
OO
OO
OO
O
Culture time(d)
图7 不同v,~ PO．浓度下盐藻的生长曲线
Fig．7 Th e growth curve of D．salina un der
diferent KH2FO4 concentrations
0 0 0 O 0 0 0 ∞ 如 们 如 加 m
一I_I／sl 0一×一 l∞LI ll u
姗 伽 姗 瑚 m 0
一一LlI／sIl Lo一×一扫lslI Iluu
∞ ∞如∞如加m 0
一—／暑昌一 ∞ ∞J0)u譬l10u
∞ ∞如∞如加 0
一、H 昌_)∞∞山 0芑 l10u
一昌／s= u 0一×一扫lSLI =。u
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152 武 汉 植 物 学 研 究 第 24卷
10 A"／mL。低于或高于这个浓度范围对搭载盐藻的
生长都有抑制作用。非搭载盐藻最适宜生长的
KH2PO 浓 度 为 55 mg／L，细 胞 密 度 第 15 d为
413．13×10 n^L。浓度小于或大于55 mg／L都不
利于盐藻的生长。经方差分析，KH：PO 浓度在 15 ～
35 mg／L范围内对搭载与非搭载盐藻生长的影响没
有显著差异(p>0．05)。
对胞外多糖含量的影响 KH PO 对盐藻胞外多
糖的分泌有一定影响。对于搭载和非搭载盐藻都是
在 KH PO 浓度为 15 mg／L时，胞外多糖产量最高。
KH2PO 浓度高于 15 mg／L，随着浓度的升高胞外多
糖的产量呈下降趋势。在不同的 KH PO 浓度下，搭
载和非搭载盐藻胞外多糖的分泌趋势基本一致。但
在胞外多糖的分泌量上，搭载盐藻比非搭载盐藻明显
要高，当 KH2PO 浓度为 15 mg／L时，两者之间相差
26．43 mg／L(P<0．05)(图 8)。
毫器
邑 70
荡 60
盘 50
40
0 30
KH2PO4 concentrations(me／L)
图 8 KII,PO．浓度对胞外多糖含量的影响
Fig．8 Efects of KH2 PO4 concentrations on release of
cxopolysacchrldes of D．salina
3 讨论
盐藻是中国培养较早、培养方法比较成熟的藻
种，具有生长快、易于培养、营养丰富等特点。本文
研究了 CaCI2、MgCl2、KNO，、KH2PO 4种单因子对
搭载和非搭载盐藻的生长以及胞外多糖积累的影
响。结果表明，搭载与非搭载盐藻对 KNO”MgCI
两种营养盐的最适需求量相同，但与非搭载盐藻相
比，搭载盐藻对 CaCI 的需求量增加了50 mg／L，对
KH：PO 的需求量减少了 30 mg／L。搭载盐藻在航
天飞行中受到空间辐射和微重力等复杂环境因子的
胁迫，导致其生理发生改变，可能是 CaCI 需求量增
加的主要原因。因为 Ca 在植物细胞的多种信号
传导过程中都有非常重要的调节作用，特别是在植
物适应各种环境胁迫的过程中起着关键作用 】。
胡章立、刘永定曾报道，在模拟空间微重力回转反应
器中生长的盐藻，在模拟微重力的胁迫下，其胞内
Ca¨ 的含量明显升高 J。搭载盐藻对 KH P0 的需
求量减少的生理机制尚不清楚。由图 I、图3、图5、
图7可以看出搭载盐藻接种后几乎不经历延缓期就
直接进入指数生长期，而非搭载盐藻要经历较长的
延缓期才进入指数生长期，最长经历 6 d的延缓期
才进入指数生长期。搭载盐藻接种到新培养液中几
乎没有延缓期，可能的原因是经航天飞行后，搭载盐
藻对新环境的适应性增强，细胞分裂繁殖速度加快，
因而不经历延缓期就直接进入指数生长期。搭载盐
藻延缓期缩短的这种变化，对于大规模培养是有利
的，因为在单细胞藻类培养生产中，接种后，藻类能
否较快地进入指数生长期，在很大程度上决定着培
养的成败，尤其是较大面积的水池培养更是如此。
Myklestad认为浮游植物细胞在生长过程中向
胞外释放有机物质是一种正常的生理现象，这些胞
外物质的产量受到环境、营养盐状况和细胞生长期
的影响 J。Ca2 和Mg2 对多糖合成的促进作用在
细菌、真菌和藻类多糖的研究中早已发现，有人认为
它们起了促进多糖合成酶的作用u。。。本文研究得
出CaCI2、MgCl2浓度分别在250 ms／L和2 000 ms／L
时对盐藻胞外多糖的积累最有利。高于或低于这个
浓度都不利于盐藻胞外多糖的累积。磷能促进碳水
化合物的合成和转化。光合作用过程中，各种糖的
中间产物的合成、转化大多是以磷酸化参与反应的，
因此KH：PO。对盐藻胞外多糖合成和分泌也有着重
要影响。本实验得出最适合盐藻胞外多糖积累的
KH2PO 浓度为 15 ms／L。很多研究表明，硝酸盐
是多糖合成的限制因素，本研究也表明 KNO，对盐
藻胞外多糖的分泌有着极其重要的影响，当 KNO
浓度为500 ms／L时盐藻胞外多糖累积量最高，这比
最佳生长浓度低，因为微藻对氮素饥饿的反应是自
身含氮大分子的降解，从而导致细胞氮素含量的显
著降低和多糖的积累 ¨ 。本研究还发现，搭载盐藻
经航天飞行后，胞外多糖的分泌量明显高于非搭载
盐藻，这可能是藻细胞抵御空间辐射(如重粒子、宇
宙射线等)的一种适应性变异反应，缪锦来曾报道，
南极冰藻分泌更多的胞外多糖以阻止紫外线对藻细
胞的伤害u ，这有待进一步深入研究。
本研究得出搭载盐藻生长最佳单因子水平组合
为：CaCI2 250 ms／L、MgCl2 500 ms／L、KN03 1 0130 ms／L、
KH：PO 15 ms／L。非搭载盐藻生长最佳单因子水
平组合为：CaC12 200 mg／L、MgCl2 500 mg／L、KNO3
1 000 mg／L、KI-I2PO4 55 mg／L。适合搭载与非搭载
盐藻胞外多糖积累的最佳单因子组合相同，为
CaCI2 250 ms／L、MgCl2 2 000 ncgL、KNO3500 ms／L、
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第2期 李加林等 ：营养盐浓度对航天搭载盐藻生长及胞外多糖含量的影响 153
KH PO。15 ms／L。有利于胞外多糖积累的最佳单
因子组合，不一定最适合盐藻的生长，在盐藻的养殖
中应注意这一点。
由于空间具有微重力、重粒子辐射等地面不具
有的环境因素，因此空间环境对于生物育种是一个
很好的资源。胡章立等通过返地卫星搭载分离得到
低代谢活性的蛋白核小球藻和高固氮酶活性的稻田
鱼腥藻 ¨ J。我们通过“神舟 5号”搭载盐藻，已
得到高产胞外多糖的盐藻，且我们正在分离可遗传
的高产B一胡萝 卜素的单克隆藻株。由此可见，虽然
空间诱变育种的机理问题还有待进一步研究 ，但其
诱人的应用前景应值得关注。
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