全 文 ：武汉植物学研究 2006，24(5)：481—484
Journdl of Wuhan Botanical Research
葛仙米室内规模化培养、群体显微结构及营养成分分析
邓中洋 一，况琪军 ，胡征宇h
(1．中国科学院水生生物研究所。武汉 430072；2．湖北师范学院生物系，湖北黄石 435002)
摘 要：以葛仙米为材料开展室内规模化培养，在 15个月的培养期间，每月可产鲜藻 38．3—293．7 kg，每立方米的
培养体积葛仙米每月产量波动在 9．58—77．45 kg，高温明显降低月产量。在葛仙米的表层和内部的显微结构明显
不同，藻丝的长短、排列存在明显的差异。同时以人工培养的葛仙米为材料，测定了其生化组成；结果表明：人工培
养的葛仙米含 16种氨基酸，蛋 白质含量为 29．69％；脂肪的含量为 0．78％，远低于野生葛仙米中脂肪的含量；维生
素的含量较低；砷、铅、汞、镉 4种重金属元素含量较低，其含量符合国家食品卫生标准。
关键词：葛仙米；培养 ；显微结构；营养分析
中图分类号：Q813．1；Q949．22 5 文献标识码：A 文章编号：1000-470X(2006)05-0481-04
M ass Culture Indoors，the Structure of Colony and Analysis of
Nutrient Composition of Nostoc sphaeroides
DENG Zhong．Yang ，KUANG Qi-Jun ，HU Zheng．Yuh
(1．Institute ofHydrobiology，The ChineseAcademyofSc／ences，Wuhan 430072，China；
2．Department ofBiology，Hubei Normal Univers ，Huangshi，Hubei 435002，China)
Abstract：By using Nostoc sphaeroides Kuetzing as materia1．we studied its mass cultivation indors．the
structure and bioehemieal composition of the colony in this paper．During 1 5 mOBths of cultivation．the
biomass productivity was 38．3—293．7 kg(FW)every mOBth，and in the volume of one cubic meter，
the biomass productivity was 9．58—77．45 kg(FW)every mOBth，and it was evidently decreased by the
high temperature．The cross section of colony inⅣ．sphaeroides showed that there was obvious difierence
lied in the exterior and interior structure of the colony with the diameter of 10 mm．Th e obvious difer．
ences also existed in the length and array of trichomes．At the same time．we measured and analysed cu1．
tivatedⅣ．sphaeroldes’s biochemical compo sition．Th e results show the following：in cultivatedⅣ_sphae．
roides，the protein content was 29．69％ ．including 16 kinds of amino acid．Compared to wildⅣ．sphae．
roides，the fatty acid content was far lower．only 0．78％ ．The vitamin content was lower．According to
national standard to food sanitation，the heavy metals content，including arsenic，plumbum，hydrargy—
rum，cadmium ，were very low．
Key words：Nostoc sphaeroides Kuetzing；Culture；Structure；Nutrition of analysis
葛仙米(Nostoc sphaeroides Kuetzing)，学名拟球
状念珠藻，是一种分布在中国一些山区的多细胞蓝
藻，属于念珠藻属，可以食用，具有食疗保健的药用
价值 ．¨2 J。因晋朝的道教伦理学家、医学家和炼丹
家葛洪的名字及其经历而命名，是中国传统出口的
一 种珍贵野生食品，在《本草纲 目》、《本草纲 目拾
遗》中对其均有记载 J。近年来由于农民施化肥及
使用除草剂，改变了葛仙米赖以生存的生长环境，导
致葛仙米产量大大降低，有绝迹的可能 J，这些都
将影响这一珍贵野生食品的开发和利用。为充分开
发和利用葛仙米资源，我们近年来开展了葛仙米的
人工规模化培养研究。本研究以葛仙米为材料，在
室内开展规模化培养，观察葛仙米横切结构，对其生
化组成进行了测定，为今后改进培养方法、提高其营
养价值提供依据。
1 材料和方法
1．1 实验材料
葛仙米(Nostoc sphaeroides Kuetzing)藻种采集
于湖北鹤峰(29。38 N，110。38 E)，在实验室分离纯
化，采用 BG一11。培养基 在室温下培养，光照强
度为 80—300 pLmol·m～·s～。当群体直径增加 到
收稿 日期：2006~3-03，修回日期：2006-07-12。
基金项 目：科技部科技型中小企业技术创新基金资助(04EFN216600329)，国家星火计划管理项 目(2005EA173005)。
作者简介：邓中洋(1976一)。湖北嘉鱼人，博士，从事藻类生物技术研究。
} 通讯作者(E—mail：huzy@ihb．ac．cn)。
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武 汉 植 物 学 研 究 第 24卷
0．1 mm时转移到培养间进行室内规模化培养。
1．2 葛仙米室内规模化培养
利用本实验室设计的培养架和玻璃缸(55 cm×
20 cm×45 cm)在室温下通气培养，由40W 的日光
灯提供光源，采用略作修改的 BG-11。培养基(用 自
来水配制)，每 10 d更换一次培养液。当葛仙米群
体直径达到 7 mm以上时收获并称鲜重；每月产量
以每日收获量进行累计。每天 12：00测量培养液的
温度。
1．3 光学显微镜观察
葛仙米收获时挑选直径为 10 mm球形群体，徒
手切片，得到群体中央的横切。分别用 Leiea GZ6
解剖镜和 Leiea DM 5000 B显微镜照相。
1．4 样品组分分析方法
收集室内培养的直径为 7 rnl"n以上葛仙米群体
为实验材料，按以下方法分别进行分析测定：
(1)蛋白质：采用凯氏定氮法，按文献[7]的方
法进行；
(2)氨基酸：采用高效液相色谱法法，按文献
[8]的方法进行；
(3)脂肪：采用索氏提取法，按文献[8]的方法
进行；
(4)水分：采用直接干燥法，按文献[8]的方法
进行 ；
(5)维生素 A、E：采用高效液相色谱法，按文献
[8]的方法进行；
(6)维生素 B。、B：：采用荧光法 ，按文献[7]的
方法进行；
(7)胡萝 b素：采用层析法，按文献[8]的方法
进行；
(8)砷、汞：采用原子光谱法，按文献 [8]的方
法进行；
(9)铅、镉：采用等离子发射光谱法，按文献
[9]的方法进行；
(10)多糖：采用苯酚硫酸法，按文献[10]的方
法进行。
2 结果和讨论
2．1 室内培养葛仙米的产量
室内葛仙米的规模化培养按图 1所示流程进
行。首先将获得的葛仙米藻丝接种在液体培养基中
静置培养或固体培养基表面，形成肉眼可见的微群
体后转入液体培养基中通气培养；约 10 d更换一次
培养液，随着培养时间的增加，葛仙米群体的直径、
鲜重逐渐增加，同时培养液的体积也需要扩大，放大
培养规模；经过 2—3个月的室内培养可形成直径为
7—10 rnl"n的葛仙米群体，用不同孔径的筛网收获即
可作为产品。
群体释放 出大量的藻殖段或藻丝
Colonies releasing hormogonia or trichomes
图 1 葛仙米室内规模化培养的整个过程
Fig．1 The process of the cultivation on sphaeroides indoors
在 2OO4年6月 一2005年8月室内规模培养葛仙 培养液的温度主要为 28—32~C。在室内培养葛仙
米期间，最高每月可产 297．4 kg，最低为38．3 kg(图 米依靠 日光灯作为光源，日光灯提供光源同时也会
2)。每个月葛仙米的产量波动在38．3—297．4 kg之 放出大量的热量，导致室内温度较高。在夏季高温
间，单位体积培养液的葛仙米产量波动在 9．58一 季节，当控温措施不良时，很容易导致培养液的温度
77．45 kg·m～·month～；夏季月份葛仙米的产量明显 过高，当培养液的温度超过 33~C时，葛仙米藻体容
低于其它月份。室内培养葛仙米时由40W 的日光 易变黄而大量死亡，降低葛仙米的月产量。葛仙米
灯管提供光源，光强波动范围为 180—250 Ixmol· 在25％条件下比20％时生长速度快 ¨，因此在进
m 一 ·s ～
，培养液的温度波动范围为 11—36~C(数据 行葛仙米的规模化培养时，合适的培养温度控制在
未显示)，冬季培养液的温度主要为 19—22~C，夏季 25—32~C为宜。野生葛仙米的生长受季节的控制。
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第5期 邓中洋等：葛仙米室内规模化培养、群体显微结构及营养成分分析
生长期是 11月至次年的5月，最佳的采收时期是每
年3月到4月- ；开展葛仙米的人工培养．可以改
变其生长受季节和野生产量逐年降低的限制，全年
都能提供葛仙米产品，根据产量的需要扩大生产规
模，满足市场需要。
5 1
兰
娄
善；
图2 O04年6月一28O5年 8月室内培养的产量
Fig 2 The biomass productivity rnondl
2．2 解 剖和显微 镜观察
通过解剖镜和显微镜观察，葛仙米横切的表层
和内部结构差异明显(图3：A)；在横切表层出现类
似 生长轮”的环状结构，而在群体中央出现一些透
光能力较弱的致密结构。由念珠状细胞组成的藻丝
在群体的表层和中央差异明显，表层的藻丝排列较
中央的密(图3：B，C)；表层的藻丝较长，长度超过
500 m，扭曲，趋向群体 中央呈放射状排列 在群
体中央，藻丝随机分布在胶质中，长度一般不超过
200#tin，藻丝的排列设有规律。葛仙米的胶质鞘阻
碍营养的吸收-- 和细胞固氮酶的活性 j．胶质鞘
越厚，对 0 和营养扩散的抑制越严重 ，从而降低
内部藻丝的生理活性．可以推测葛仙米群体藻丝的
长短一定程度上反映藻丝的生理活性。葛仙米群体
的横切显微结构受直径大小、培养条件的影响、群体
的生理状况而发生相应的改变(数据未显示)，群体
内部藻丝的排列方式 、致密程度将导致群体外部形
态颜色的变化
C
-^葛仙米横切面；H．葛仙米小心藻丝分布，出现适光能力弱的致密结构；c．葛仙米袅层藻丝分布
^ C一 ~ tion ofN· B．D[strlhn／i~ln ofthetrichom~~ inthe o 【 0fthe cl¨_I nv
．
the c~ pact日t∞
九】 【H’腿 ；C Distribution of the trichomes in the e’ lh eohmy
图3 葛仙米群体的显微结构
Fig．3 The structure ofM ~phr,．eroides
2．3 样品组分分析
2．3．1 蛋白质和脂肪分析
夏建荣’ 和汪兴平等 均分析过葛仙米的营
养价值．但他们都是以野生的葛仙米为实验材料
分析其营养价值。从表 1可知，人工培养葛仙米干
藻中蛋白质含量为 29．69％．略高于夏建荣报道的
28．38％．比汪兴平报道的 48．61％低。而人工培
养葛 仙米 的粗脂 肪 含量 较低．仅 占干 重含 量
的0．78％，远低 于 野 生葛 仙 米 的 5．34％(-U和
8．11％ 。由表 2可知，葛仙米的水解产物共测出
16种氨基酸(色氨酸在预处理过程中被破坏．胱氨
酸未被测出)．天冬氨酸和谷氩酸的含量最高。其
中含有人体必需 的 7种氨基酸，占总 氨基 酸的
41．03％ 说明人工养殖的葛仙米是一种高蛋白，低
脂肪的健康食品，值得大力开发。同时也表明葛仙
米蛋白质含量在人工和野生环境中的含量变化很
大。本试验采用的是无氮培养基，今后通过改变培
养条件，在培养基中适当加入氮源．可进一步提高人
工培养葛仙米的蛋白质含量 ；同时蛋白质 的含量
与生长速度正相关，可溶性糖的含量与生长速度负
表 l 葛仙米的生化组成
Table 1 Biochemical composition of N．sphaeroides Kuetzing
生化组成 二里 !竺 ! !
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葛仙米 野
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N．sphaeroMes

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表 2 葛仙米氨基酸组成
Table 2 Antino acid composition of J7、『．sphaeroides Kuetzing
氨基酸组成
Amino acid composition
所占干重比例(％)
Ratios ofdry weight
相关 ]，通过调整葛仙米的培养条件，使其达到
最高生长速度，从而提高葛仙米中蛋白质的含量。
2．3．2 维生素分析
试验检测了人工培养葛仙米的维生素 A、B。、
B2、E的含量，分别为 1．4、0．7、0．16、0．7 mg／100g
(见表 3)，但是它们的含量均比野生葛仙米含量
低 J，因此在今后的培养中需要进一步提高葛仙米
的维生素含量。
表 3 葛仙米维生素的组成
Table 3 Vitamin composition of N．sphaeroides Kuetzing
维生素组成
Vitamin
干重含量(ms／100g)
Content
人工养殖葛仙米
Cultured sphaeroides
野生葛仙米[ ]
Uncultured N．sp 池 s
2．3．3 重金属元素分析
测量了砷、铅、汞、镉 4种重金属元素的含量
(表4)，分别为0．011、0．006、0．002、0．042 mg／kg
(鲜重)，远低于国家标准 ¨加。，说明在人工培养的
葛仙米中砷、铅、汞和镉的含量符合国家食品卫生标
准。在葛仙米的人工培养基中，未加人砷、铅、汞、镉
这4种重金属元素，其来源途径有待进一步研究。
表 4 葛仙米中重金属含量及与国家标准的比较
Table 4 Heavy metal content of|7、『．sphaeroides Kuetzing and
comparison with the national standards
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