全 文 ：武汉植物学研究 2004，22(4)：329～333
Journal of Wuhan Botanical Research
一 种生活在污水中的螺旋藻新品系的分离和培养
耿亚红，李夜光 ，胡鸿钧，李修岭，苗凤萍
(中国科学院武汉植物园，武汉 430074)
摘 要：从污水中分离到一种螺旋藻新品系，并筛选到适合的培养基。藻体长 1 750 m，在适宜的条件下，藻体活
跃地摆动和转动。其生活环境水质呈弱酸性和中性 ，盐度低 ，温度变化范围 5～34"C，氮 (N)、磷 (P)浓度分别为
4．53～4．96 mg／L和 0．39～O．48 mg／L，达到超富营养化水平；培养试验表 明，这种螺旋藻只适应在弱光下生长 ，
与一般螺旋藻喜高温、高光、耐碱耐盐的特性显著不同。NH 有利于这种螺旋藻的生长，是一种适合于在污水中生
长的螺旋藻，有可能在水质净化方面得到应用。
关键词 ：螺旋藻；分离培养 ；污水
中图分类号：Q949．22 文献标识码：A 文章编号：lO00—470X(2004)04-0329-05
Separation and Cultivation of New Strain of
Spirulina sp．from Sewage
GENG Ya—Hong，LI Ye—Guang。，HU Hong—Jun，LI Xiu—Ling，MIAO Feng·Ping
(Wuhan Botanical Garden，The Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430074，China)
Abstract：A new strain of Spirulina sp． was separated from sewage，and the suitable medium
was selected．This Spirulina sp．was as long as 1 750 m，it waves and rotates actively under op-
timal living conditions．The water in which this Spirulina sp．1ived was slightly acid or hypereu—
trophic，the salinity was low，and the temperature was 5--~34~C，the concentration of total nitro—
gen and total phosphate were 4．53--．,4．96 mg／L and 0．39"-0．48 mg／L respectively．Culture ex-
periments revealed it grew only under low light intensity， which is quite different from the
Spirulina’5 common characteristics of adaptation to high light intensity，high temperature，high
salinity and high alkaline． NH+ is helpful for this Spirulina sp． to grow． The Spirulina sp．
adapted well to sewage，thus it may be applied in purification of sewage．
Key words：Spirulina sp．；Separation and cultivation；Sewage
已报道的螺旋藻有 36种。尽管螺旋藻在自然界
存在于各种各样的生态环境中，甚至在冰雪中也发
现过螺旋藻，但是大规模生产的螺旋藻只有在光照
充足、温暖的高碱性和高盐度水体中才能形成较大
的生物量，喜高温、耐碱耐盐是一些螺旋藻最显著的
生理生态特征D-3。
螺旋藻蛋白质含量高达 6O ～7O ，具有藻蓝
蛋白和藻多糖等特有的活性物质，含有丰富的维生
素和微量元素，被广泛应用于人类功能食品、药品、
化妆品和各种饲料添加剂[4]。但是现在工厂生产成
本高，需要大量的 N和 P，因此，有学者试图用含大
量有机物污染的废水培养螺旋藻，既能生产高蛋白
的螺旋藻产品，又可以去除污水的 N和 P达到净化
水质的目的，一举两得。早在 2O世纪国外就开始进
收稿日期：2003—10—20，修回日期 ：2004—02—12。
基金项目：中国科学院知识创新工程所长基金资助项目(04035116)}湖北省科技攻关资助项目(2002AA306B03)。
作者简介：耿亚红(1962一)，女，从事微藻藻种选育和培养研究工作。
通讯作者(yeguang@rose．whiob．ac．on)。
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行这方面的研究。2O世纪 8O年代 Oswald就在美国
加州建造了一个 6×10‘m。的污水处理厂L5]。马来西
亚 用生产西米(Sago)淀粉的废水培养螺旋藻取得
了好的效果[1]。国内这方面的研究开展较晚，吴开国
等以沼气池发酵废液配制螺旋藻培养基(BGM)培
养钝顶螺旋藻获得成功[5]。刘中仁等利用煮蚕废水
培养钝顶螺旋藻也得到较好结果[1]。上述研究是用
钝顶螺旋藻不同的品系或其它藻类为试验材料进行
的。Padhi等在印度污水池塘中发现一种螺旋藻(未
定种名)，对这个种作了初步生态学观察，没有进行
培养试验L6]。
2000年秋季，笔者在中国科学院武汉植物园水
沟中发现一种螺旋藻。这是首次在该地观察到螺旋
藻。由于相邻单位生活污水的排入，这条水沟实际上
也是污水沟。在这种环境条件下 ，螺旋藻能在水底成
片生长，形成较大的生物量。我们认识到这种螺旋
藻的生理生态特性与众不同，或许具有特殊的用途。
3年来，我们连续观察了螺旋藻在水沟中数量和分
布的变化，初步研究了适合的培养条件，筛选出培养
基，经过尝试多种方法，成功地分离培养了该种螺旋
藻。
1 材料和方法
1．1 藻种
所用螺旋藻品系( irulina sp．)采自中国科学
院武汉植物园内水沟。
1．2 培养基
使用多种培养基进行培养实验：①Zarrouk培
养基；②稀释 1O倍的Zarrouk培养基；③经过抽滤
灭菌的沟水；④经过抽滤灭菌的沟水+土壤浸提液；
⑤BG一11培养基；⑥改 良的 BG一11培养基：BG一11
+NH4H2O 1 mmol／L，VB1 0．2 mg／L，生物素(D—
Bioin)0．25 g／L。
1．3 培养条件
多种温 度光 照组合 进行 培 养实验：①8O～
100 mo卜m-|2·s一，(21±1)℃；② 15～ 2O mo1．
m ·s一，(21±1)℃；③8O～100 mo卜m一。·s一，
(10±1)℃ ；( 15--20 mo卜m ·s_。，(10±1)℃。
1．4 单藻培养
经过以下 3个步骤，获得单种培养的螺旋藻。①
初步分离：藻和原生动物分离。具体方法是：在一个
5O mL烧杯中放入 2O mL藻液，将一块干净的载玻
片靠烧杯壁倾斜立放。螺旋藻顺着载玻片向上蠕动，
3～4 h后，载玻片液面以上的部分布满螺旋藻。取
出载玻片，用过滤灭菌的沟水洗涤，将载玻片下部的
螺旋藻擦洗干净后倒置于干净的 50 mL烧杯中，加
入过滤灭菌的沟水，使附着螺旋藻的部分浸在水中。
3～4 h后，螺旋藻又布满载玻片液面以上的部分。
重复以上过程，载玻片上的螺旋藻中混杂的微藻和
原生动物越来越少。②平板涂布：改 良的 BG一11培
养基加 1．5 琼脂制成平板。取经过初步分离的螺
旋藻，均匀涂布于平板上培养。1周后，在倒置显微
镜下观察，选取没有杂藻和原生动物的区域，用接
种环小心地从平板上刮下螺旋藻，放入液体培养基
中，准备挑取单藻。⑧单藻分离：在显微镜下用毛细
管挑取单个藻体，放入改 良的 BG一11培养基中，在
弱光下培养。经过 2-．3周 ，可以观察到试管壁上附
着了一层螺旋藻。
1．5 藻体形态观察和照相
用配有 自动拍照系统的Olympus BH一2显微镜
观察藻体形态和照相。
1．6 水样 N、P含量分析
用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总
氮；用纳氏试剂比色法测定 NH+一N；钼酸铵分光光
度法测定总P。
1．7 电导率的测定
用 oRIoN123O多功能水质测定仪测定。
1．8 CODer的测定
用重铬酸钾法(容量法)测定。
2 结果和分析
2．1 标本采集地的生态环境和螺旋藻数量分布的
变化
武汉植物园水沟位于园区中部，宽约 5 m，长约
500 m，水深 0．5～1．5 m，由南向北贯穿植物园。其
水源主要有两种：①周围地区的降雨；②相邻单位排
入的生活污水。降雨时，水流较大，不降雨时，水流逐
渐减小，水量的大小主要 由生活污水排入的多少决
定。这条水沟多年没有清理，底部沉积了厚厚的黑色
污泥。水中种植了荷花、睡莲等水生植物，自然生长
的浮萍覆盖了大部分水面，局部河段凤眼莲旺盛生
长。每年从深秋到早春，沟中的水生高等植物死亡，
黄 丝 藻 (Tribonema sp．)、衣 藻 (Chlamydomo，2n5
spp．)、绿球藻(Chlorococcum)、硅藻 (Diotom)等微
藻为优势种大量繁殖，在水表面形成藻膜，有时覆盖
整个水面。
2000年 11月，首次在水沟的最下端发现螺旋
藻。螺旋藻在水底呈片生长，藻片呈蓝绿色，长宽从
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第 4期 耿亚红等：一种生活在污水中的螺旋蒲新品系的分离和培养
2～3 cm到十几厘米．往往附着在水底的枯枝败叶
表面 几年的观察表明，冬天最冷时，水底仍可看到
成片生长的螺旋藻，颜色蓝绿，但数量较少；春季．
随着水温 升高 ，螺旋藻数量增加 ，遇到连续几个晴
天，藻片会浮到水表面；在夏季晴朗天气，大量的藻
片上浮
几年来，螺旋藻在水沟中的的数量明显增加。分
布范匿也快速扩大，2000~2001年，螺旋藻只分布
在水沟最下端很小的范围内，2002年．分布范围扩
大，约占水淘长度的 1／3；2003年春天，水沟中段出
现大量的螺旋藻，到 2003年 8月．螺旋藻的分布范
围已经超过水沟 2／3
2．2 沟水水质情况
淘水呈弱酸性和中性．温度随季节变化很大。
2003年不同季节取样测定了水中 N、P浓度及一些
物理、化学指标，结果见表 1。
表 1 淘水水质和温度变化
TaMe 1 Changes of water quatity and temperature in sewage
水样的电导率与武汉东湖水接近．表明水中盐
度低。根据 N、P浓度，化学耗氧量，特别是铵态氦
的浓度，沟水水质已达到重度富营养化。
2．3 螺旋藻形态和运动特征
螺旋藻由单列细胞构成，卷曲呈螺旋状 藻体的
形态特征见图 1和表 2。
单种培养与野生藻株形态特征基本一致，但是
也存在一些差别 ，最明显 的是野生藻 株的螺距 比单
种培养的藻株大 ，另外 ，螺旋数也比单种培养的藻株
多 单种培养后 ，由于螺距减小和螺旋数减少，藻体
变短。根据作者多年从事螺旋藻藻种选育和培养工
作的经验 ．螺旋藻的形态特征具有多变性，最容易改
变的就是螺旋数，其次是螺距。在形态易出现变化这
一 点上，新分离培养的螺旋藻与其它螺旋藻相似。
用显微镜观察到，螺旋藻运动非常活跃，主要有
两种运动形式 ：①摆动。在适宜的环境条件下，几乎
所有的藻体都在摆动，分布在藻团周围的藻体摆动
得尤为快速，而且摆动幅度大；② 转动。在适宜的环
图 1 分离的螺旋藻形态(xl 70)
Fig 1 Morpho[ogy。f Spirulina sp (x 170)
表 2 螺旋藻形态特征
Table 2 M0rphol。g cal features of strain Spirulina sP．
形态特征 野生型 单种培养
Morphological character Wide type Unialgae culture
。flrIch。 m l~ ” ∞ m
W
藻
i
丝
dt
宽h。f¨ ch。me 4 5～ 5．0 m 4．5～ 5．O m
W
螺
i
旋
dl
宽h。f he Lix 10- 11．25 m 10- 11．1-}蚰
nfh x 2 cM 2 17~ 19 m
螺旋数
． 38- 90 23～ l。。 Number 0f he】Lx ⋯
顶端细胞 钝嘲 钝圆
Apical cel【 Rounded Rounded
细胞横隔 明显 明显
Cross wal【 Obvious Obvious
细胞间收岛i 无 无
f、nnt⋯ rPd Nn Nn
境条件下 ．一部分藻体围绕螺旋的轴快速旋转 ，就象
一 根沿轴芯旋转的“弹簧 。除了以上两种微观 的运
动方式外，在宏观上．螺旋藻表现出一种向四周扩散
的运动，可以想象，这种运动是微观的摆动和转动的
结果
只有在适宜的条件下，螺旋藻才运动，当环境发
生不利的变化+运动就变得不那么活跃．甚至停止运
动。运动与否，是这种螺旋藻生长状态好坏的重要指
币 o
2．4 适合的培养基和培养条件
采集到的螺旋藻经过洗涤接科I到各种不同的培
养基 ．在不 同的温度 和光照条 什下 培养 的结果 见
表 3
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表 3 在几种培养基和不同光温条件下的生长情况
Table 3 Growth in several media and under different temperature and ilumination
在 Zarrouk培养基和稀释的 Zarrouk培养基中
很快死亡 ，表明这种螺旋藻对盐度和 pH非常敏感，
高盐高碱不利于其生长繁殖，与一般螺旋藻的特性
相反；在经过抽滤灭菌的水沟水中开始生长良好，但
后来藻颜色变黄，杂藻和原生动物大量繁殖起来，螺
旋藻越来越少，最后消失。表明经过抽滤灭菌的沟水
中缺乏螺旋藻生长繁殖需要的某些物质，或者说抽
滤灭菌后的沟水中的营养物质不能满足螺旋藻大量
生长繁殖的需要；螺旋藻在抽滤灭菌沟水+土壤浸
提液中的表现与抽滤灭菌沟水基本一样，由此可以
推断，添加矿物质和多种有机物，包括腐质酸类物质
也不能满足螺旋藻的生长需要；螺旋藻在 BG—l1培
养基中不能长期存活，而在改良的 BG—l1培养基中
生长良好，可能是其中的铵态氮(NH 一N)和维生素
(VB 和生物素)对螺旋藻的生长起到促进作用。在
相同的培养基中，处于弱光和低温条件下，螺旋藻能
够存活更长时间。在改 良的 BG—l1培养基中，虽然
在各种条件下螺旋藻都能生长，但是在强光下，螺旋
藻颜色发黄，生长非常缓慢，在弱光下，颜色蓝绿，生
长快速。表明这种螺旋藻适合于弱光，这和它的底栖
习性相符合。
经过以上研究，初步掌握了螺旋藻适合的培养
条件，筛选出较为适合的培养基配方——改 良的
BG～l1，其为单藻分离培养提供了条件。
3 讨论
螺旋藻生活的水沟，氮 、磷浓度较高，但盐度
低，水质呈弱酸性到中性，螺旋藻在这种环境中能大
量生长繁殖，生理生态特性是比较特殊的。它还能在
5~6~C的水中自然越冬，保持颜色蓝绿，培养实验表
明，这种螺旋藻适应弱光照，与已工厂化生产的螺旋
藻喜高温高光的特性不同，目前国内外还未见类似
的报道。现在还不清楚螺旋藻附着在水底枯枝败叶
表面是否与其生活方式有关，比如是否有腐生营养
方式。比较改良的BG—l1培养基和抽滤灭菌沟水中
的 NH+一N浓度，前者为 14 mg／L，后者为 1．56～
1．74 mg／L，差异很大，这可能是螺旋藻在改 良的
BG一1l培养基中生长良好，而在沟水和沟水+土壤
浸提液中不能长期存活的原因。从螺旋藻在各种培
养基中的生长情况来看，铵态氮(NH 一N)和维生素
有利于其生长，铵态氮是否为这种螺旋藻生长繁殖
所必需，还有待于进一步实验证明。NH 浓度高是
水体受污染的重要指标之一，可见笔者分离培养的
螺旋藻适应在污水中生长。
将螺旋藻的用途扩展到环保领域，国内外已经
尝试的工作有两个方面：①将某种基因转入螺旋藻
中，使螺旋藻获得富积或分解特定物质的能力，用于
工业废水的处理L7 ；②用工业和生活废水培养螺旋
藻，废物利用的同时降低螺旋藻的生产成本-引。由于
受螺旋藻遗传特性的限制，基因工程螺旋藻还没有
取得突破；筛选适合在污水中生长的藻种，是一条值
得探索的途径。我们分离培养成功的螺旋藻有可能
成为这样的一个藻种。
将这一藻种用于水质净化方面，还需要深入了
解这个藻种的特性，做大量的研究工作。目前这种螺
旋藻的定种、生理生态学、生物化学、水质与藻体的
相互作用等研究工作正在进行之中。
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