全 文 ：作者简介:严美姣(1974-),湖北天门人 , 博士 ,从事水产养殖教学和科研工作。 　　收稿日期:2007-12-04
光照对小球藻 、斜生栅藻生长速率及叶绿素含量的影响
严美姣 1　王银东 2　胡贤江2
(1扬州大学动物科学与技术学院 ,江苏扬州　225009;2安徽省农业科学院水产研究所 ,安徽合肥　230051)
摘　要:在不同的光照周期 、光照强度和光谱下 ,测定小球藻 、斜生栅藻的生长速率及叶绿素的含量。 结果显示:在光
照强度为 3000lx,光照周期为 24L:0D、18L:6D、12L:12D、6L:18D、 0L:24D共 5个梯度组下 , 光照周期为 18L:6D时 ,两
种藻的生长速率最大 , 分别为 0.227个 /d、 0.201个 /d;当光照周期为 12L:12D时 , 在光照强度为 500、 1000、 3000、
5000、7000lx的 5个梯度组中 ,光照强度为 5000lx时 , 两种藻的生长速率最大 , 分别为 0.234个 /d、0.26个 /d;在红 、绿 、
蓝 、白光不同光谱的照射下 ,以白光下两种藻的生长速率最大 , 分别为 0.144个 /d、0.200个 /d, 而且在蓝光下培养的
藻叶绿素 a的含量较高。光照对两种藻的生长速率和叶绿素含量有明显的影响。
关键词:小球藻;斜生栅藻;光照周期;光照强度;光质;叶绿素;生长速率
中图分类号　Q939　　　文献标识码　B　　　文章编号　1007-7731(2007)23-27-03
ImpactofIluminationonChlorelavulgarisandScenedesmusObliquuszGrowthRateandChloro-
phylContents
YanMeijiao1 WangYindong2 HuXianjiang2　(1AnimalScienceandTechnologyCollegeofYangzhouUniversity, Yan-
gZhou, JiangSu, 225009;2FisheryInstituteofAnhuiAcademyofAgriculturalSciences, HeFei, AnHui, 230051 )
Abstract:GrowthrateandchlorophyllcontentinC.vulgarisandS.obliquusweredeterminedindifferentphotoperiods,
lightintensityandlightquality.Resultsshowedthatthemaximalgrowthratesinphotoperiodof18L:6Dwere0.227 ind/d
and0.201 ind/dforC.vulgaris, S.obliquusrespectively.Themaximalgrowthrateswerealsoobservedat5000 lxlightin-
tensity, whichwere0.234 ind/dand0.26ind/dforC.vulgarisandS.obliquus.Indiferentlightspectra, themaximal
growthratesoccurredinwhitelight, whichwere0.144 ind/dforC.vulgarisand0.200 ind/dforS.obliquusrespectively.
Therewashigherchlorophylacontentinbluelightthaninothertreatments.Illuminationhasobviousefectongrowthrates
andchlorophylcontentsoftwokindsofalgae.
Keywords:Chlorelavulgaris, Scenedesmusobliquus, Iluminationperiod, Iluminationintensity, Light, Chlorophyl,
Growthrate
　　光照是影响藻类生长繁殖的最重要生态因子之一 ,也
是其生长的主要能量来源 。在一定 pH、温度和营养条件
下 ,光照的强弱和时间的长短决定着单细胞藻类光合作用
的效率 ,对藻类的生长速率亦起着至关重要的作用 [ 1-3] 。
小球藻(Chlorelavulgaris)营养价值高兼具保健功能 ,
在一些国家和地区已有很大程度的开发和利用 ,先后开发
成蛋白源饲料 、食品 、饮料 、医药制品 。近年来 ,我国也开
始重视对小球藻的开发利用 ,但在养殖业上的可利用价值
没有引起足够的重视 [ 4] ,斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)
是甲型中污带的指示种 ,又极易进行大量人工培养 ,是研
究水体污染的一种很好的实验材料 ,栅藻还可为污染土壤
的优先修复提供理论依据 [ 5] 。但是 ,对小球藻和斜生栅藻
生长的适宜光照条件国内没有系统的研究 ,缺乏相关的报
道 。本次研究旨在寻找这两种藻生长的最佳光照条件 ,从
而为大规模生产培育这两种藻类提供参考资料 。
1　材料与方法
1.1　藻种的培养　试验用的小球藻和栅藻均由扬州大学
水产教研室提供。取 3000ml锥形瓶加入一定量的水经过
煮沸消毒 ,然后取藻液若干 ,再加入水生 4号培养液 [ 6] ,藻
液与培养液的体积比为 1∶3。放进温度为 22-26℃的温
箱内培养 7 -8d,每天摇瓶数次。
1.2　试验方法
1.2.1　不同光照条件下藻的生长速率和叶绿素含量　设
置光照周期为 24L:0D、18L:6D、12L:12D、6L:18D、0L:24D
共 5个梯度组 ,每种藻在每一周期下设置 3个重复 ,将接
种后的藻置于光照培养箱内用白光进行培养 ,培养温度为
(25±1)℃,光照强度为 3000lx,每天早晚各摇瓶 1次 ,培
养 3d后取出 ,分别测定其生长速率和叶绿素含量。
1.2.2　不同光照强度下藻的生长速率和叶绿素含量　设
置光照强度为 500lx、1000lx、3000lx、5000lx、7000lx共 5个
梯度组 ,每种藻在每一光照强度下设置 3个重复 ,在室温
为 21-27℃、光照周期为 12L:12D的白光下进行培养 ,每
天早晚各摇瓶 1次 , 3d后取出 ,分别测定其生长速率和叶
绿素含量。
1.2.3　光谱成分对藻生长速率和叶绿素的影响　将两种
藻分别置于红光(650-760nm)、绿光(500-560nm)、蓝光
(430-470nm)和白光(390-760nm)下进行培养 ,每组设
置 3个重复 ,室温为 21-27℃,光照周期为 12L:12D,每天
27安徽农学通报 , AnhuiAgri.Sci.Bul.2007, 13(23)
DOI :10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2007.23.004
早晚各摇瓶 1次 ,培养 3d后取出 ,分别测定其生长速率和
叶绿素含量。
1.3　测定方法　
1.3.1　种群增长的测定　种群增长的测定是采用细胞视
野计数法 ,每次取样前先将锥形瓶中的藻液摇匀 ,取
0.1ml置于浮游植物计数板上 ,在显微镜下(100倍)计数 ,
藻类生长的变化一般通过生长速率的变化来反映 ,生长速
率 μ的计算公式为:
μ=1nNt-1nN0t 1n2
其中 Nt是第 t天的细胞数量;N0是初始的细胞数量;
t为培养时间。
1.3.2　叶绿素含量的测定　采用分光光度法测定叶绿素
含量。取一定量的藻液用抽滤机进行抽滤 ,抽干后将藻及
滤膜一起放进具塞的离心管中 ,加入体积分数为 95﹪的
丙酮溶液至 10mL,振荡后放在暗处过夜 ,在 3000r/min下
离心 15min,取上清液测定其在 645nm和 663nm处的吸光
值 。根据公式分别计算叶绿素 a和 b的浓度
根据 Arnon计算公式 [ 7]有:
Ca=12.7A663 -2.69A645(mg/L)
Cb=22.9A645 -4.68A663(mg/L)
其中 Ca是叶绿素 a的浓度 , Cb是叶绿素 b的浓度 ,
A663是液体在 663nm处的吸光值 , A645是在 645nm处的吸
光值。
图 1　不同光照周期下两种藻的生长速率
表 1　不同光照周期下两种藻的叶绿素含量
藻
类 光照周期
单位水体叶绿素含量(μg· L-1)
叶绿素 a 叶绿素 b 总量 a/b
24L∶0D 124.38±18.9ac 85.91±6.8a 210.29±23.4 1.45
小 18L∶6D 137.10±6.78a 81.24±13.9a 218.34±14.4 2.58
球 12L∶12D 144.13±14.3a 71.05±6.35b 215.18±46.5 2.03
藻 6L∶18D 102.18±16.1bc 73.42±4.43a 175.60±15.4 1.39
0L∶24D 104.77±11.8bc 40.54±2.13c 145.31±12.8 2.58
斜 24L∶0D 291.8±22.14a 221.7±36.45a 513.65±54.73 1.32
生 18L∶6D 318.91±9.84a 246.77±8.48a 565.68±47.5 1.29
栅 12L∶12D 397.78±5.89b 131.18±8.14c 528.96±16.38 3.03
藻 6L∶18D 88.81±9.21c 77.04±6.91b 165.85±16.06 1.15
0L∶24D 116.84±4.73c 44.82±5.11b 161.66±19.26 2.61
　　注:相同字母表示差异不显著 ,不同字母表示差异显著。 (p<0.05)下同
2　结果与分析
2.1　不同光照周期下两种藻的生长速率和叶绿素含量　
在不同光照周期下 ,两种藻的生长速率和叶绿素含量分别
见图 1和表 1。
由图 1可知 ,在光照周期为 18L∶6D下 ,两种藻的生长
速率是最快的 ,分别为 0.227个 /d、0.201个 /d,而在 0L:
24D梯度下生长最慢 。分别只有 0.008个 /d、0.02个 /d。
小球藻初始的细胞数为 114 ×104个 /ml,斜生栅藻为 159
×104个 /ml。由表 1可知 ,在 18L∶:6D光照周期下 ,两种
藻单位水体的叶绿素含量最高 , 分别为 218.34μg/L、
565.68μg/L,而在 0L∶24D梯度下的叶绿素最低。
2.2　不同光照强度下两种藻的生长速率和叶绿素含量　
在不同光照强度下 ,两种藻的生长速率和叶绿素含量分别
见图 2和表 2。
图 2　不同光照强度下两种藻的生长速率
表 2　不同光照强度下两种藻的叶绿素含量
藻
类
光照强度(lx)
单位水体叶绿素含量(μg· L-1 )
叶绿素 a 叶绿素 b 总量 a/b
500 137.10±10.14b 81.24±8.62b 218.34±14.01 1.68
小 1000 233.45±14.89c 199.37±9.01a 432.82±13.93 1.17
球 3000 496.60±80.08a 178.25±21.58a 674.85±58.57 2.79
藻 5000 553.35±79.88a 388.93±20.41c 942.28±67.87 1.42
7000 337.18±17.91d 178.91±9.68a 516.09±18.56 1.88
斜 500 32.98±15.49b 31.75±14.66a 64.73±30.73 1.04
生 1000 91.40±11.93c 54.16±4.90bc 145.56±11.75 1.69
栅 3000 157.13±14.75a 72.73±4.46cd 229.86±15.91 2.16
藻 5000 192.71±18.71d 84.87±6.86d 277.58±22.26 2.27
7000 148.34±14.52d 49.92±15.18ab 198.26±23.90 2.97
　　由图 2和表 2可知 ,在光照周期为 12L∶12D,光照强
度为 5000lx时候 ,两种藻的生长速率和叶绿素含量为最
高 , 分别为 0.234 个 /d、 0.260 个 /d和 942.28μg/L、
277.58μg/L。而在 500lx梯度下两种藻的生长速率和叶
绿素含量为最低 .小球藻初始的细胞数为 114 ×104个 /
ml,斜生栅藻为 159×104个 /ml。
2.3　光谱成分对藻类生长速率和叶绿素含量的影响　在
不同光谱成分下 ,两种藻的生长速率和叶绿素含量分别见
图 3和表 3。
图 3　不同光谱成分下两种藻的生长速率
　　由图 3和表 3可知 ,两种藻在白光下的生长速率
最大 ,分别为 0.144个 /d、0.2个 /d,在绿光和蓝光下生长
则较缓慢。小球藻初始的细胞数为 114 ×104 个 /ml,斜生
栅藻为 159×104个 /ml;在蓝光下时两种藻的叶绿素含量
28 安徽农学通报 , AnhuiAgri.Sci.Bul.2007, 13(23)
最高 ,分别为 740.37μg· L-1 、239.32μg· L-1 ,在绿光下
叶绿素较低。
表 3　不同光谱成分下两种藻的叶绿素含量
藻
类 光谱成分
单位水体叶绿素含量(μg· L-1)
叶绿素 a 叶绿素 b 总量 a/b
白光 146.85±22.11a 81.87±7.35a 228.72±19.49 1.79
小 红光 449.46±32.51bc 229.71±62.20b 679.17±86.49 1.96
球 绿光 131.78±13.15a 57.89±8.61a 189.67±4.54 2.27
藻 蓝光 372.91±77.95c 367.46±82.49c 740.37±160.38 1.01
斜 白光 79.17±9.23a 34.10±2.94a 113.27±10.06 2.32
生 红光 91.01±4.14a 47.10±8.20b 138.11±8.81 1.93
栅 绿光 63.92±19.48b 30.53±6.62a 94.15±18.54 2.09
藻 蓝光 205.19±11.70c 34.13±7.30a 239.32±18.95 6.01
3 　讨论
3.1　光照周期对藻类生长速率和叶绿素含量的影响　光
照时间与藻类的生长有密切关系 ,在一定的光照时间下 ,
光照时间与生长率成正比。但是 ,藻对光照的需求 ,有一
个适光范围 ,超过这个范围 ,即饱和光期 ,生长率不再增加
有时甚至下降 。据谭辉玲 [ 8]等报道:钝顶螺旋藻在培养期
内 ,随着光照时间的增加 ,生长加快 ,干物质积累增加 ,叶
绿素和蛋白质含量都较高;而当每天的光照时间继续增加
时 ,螺旋藻细胞生长受到抑制 ,干重下降 。藻类因种类的
不同 ,对光照时间的需求也不同 ,如骨条藻日照 9h的光合
速率大于 15h的 ,以 24h全光照下最低 [ 9] 。
光照时间对藻类生长的影响与光强度和温度都有一
定的关系。田宫博 [ 10]对小球藻的生长研究结果表明 , 在
低光照或较高温度下 , 日照 6h、 12h、 18h, 得出生长速
率与光照时间成正比 , 而在较强的光照下 , 光照时间增
加而生长速率并没有增加;在藻密度很大时 , 饱和光期
会延长 。在本次试验中可以发现 , 适当的光照对两种的
生长是必须的 , 在 18L:6D的梯度中生长都达到最大 ,
但是光照一但超过了一定的限度 , 生长明显受到了抑制 ,
速率减慢。
3.2　光照强度对藻类生长速率和叶绿素含量的影响　
藻类对光照强度有一个饱和范围即饱和光照强度。在该
强度内 ,随着光强的增加 ,藻类的生长速率加快;超过该强
度 , 藻 类 的 光 合 速 率 反 而 减 弱 或 停 止。 据
ЮРИНАЕΒ.О[ 11]报道 ,绿色杜氏藻和盐生杜氏藻最高收
获量的照度为 6000lx,在光强为 6000lx-12000lx下 ,随着
光强的增加 ,藻类的收获量下降。陈明耀 [ 12]等指出 ,湛江
等鞭金藻 25℃时的最适照度为 7000lx。本次试验中 ,也证
实了光强对藻的生长速率的影响 ,并非光强越大藻的生长
就越好 ,而是有一个限度 ,超过这个限度 ,藻类的生长受到
了抑制 。一般藻类在强光下 ,叶绿素的含量会呈下降趋
势 。根据陆开形 [ 13]等报道 ,雨生红球藻从低光强到高光
强 ,随着时间的变化 ,单位细胞叶绿素 a的含量逐渐减少 ,
直到稳态。曾文炉 [ 14]等也曾报道 ,耐强光的盐泽螺旋藻 ,
在强光下其叶绿素的含量呈下降趋势 ,胡萝卜素含量也有
所下降 。本次试验中 ,随着光强的增加 ,两种藻的叶绿素
含量呈低 -高 -低的趋势 ,符合藻类对光强有一个饱和范
围的结论。
3.3　光谱成分对藻生长速率和叶绿素含量的影响　光合
作用中能被植物色素所吸收和利用的光 ,是波长 390 -
760nm可见光的绝大部分 [ 15] 。藻的种类不同 ,对有色光
的吸收也不同。本次试验中 ,两种藻在白光下的生长速率
最快 ,可见白光对藻的细胞生长有明显的促进作用 ,而红
光和蓝光对藻的光合作用有促进作用 ,能积累更多的光合
产物和干物质 ,所以其叶绿素含量较高。 МАСЮКНП[ 16]
曾报道 ,最适合杜氏藻生长和光合作用的是白色光 ,盐生
杜氏藻在红光下光合活性较白光下降了 30﹪ ,在绿光和
蓝光下受到抑制。据王伟 [ 17]报道 ,中华盒形藻在红光下
其叶绿素 a的含量较低 ,在蓝光下叶绿素 a的含量较高 。
另外根据李韶山 [ 18]指出 ,用蓝光处理离体的大麦叶片 ,其
叶绿素含量较稳定 ,而用红光处理后 ,其叶绿素含量有所
下降。在本次试验中 ,蓝光和红光下的两种藻的叶绿素含
量较其他光质下的要高 。Howel[ 19]等报道 ,螺旋藻在红光
培养下 ,其叶绿素含量最高;而在蓝光和绿光下培养下 ,其
叶绿素 a的含量最低 。这与本试验的结果不同 ,可能是螺
旋藻属于蓝藻门 ,蓝藻的藻胆素对光的吸收主要在红光
区 ,所以光合效率高 ,而对其他的光几乎不吸收 ,因而效率
低。本次试验中的两种藻对红光和蓝光吸收利用的效率
较绿光高。
参考文献
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29安徽农学通报 , AnhuiAgri.Sci.Bul.2007, 13(23)
(2)污泥堆肥虽然在远离城市的郊区且有闲置土地
的条件下是一种选择 ,但堆肥处理后的污泥产品中病原体
仍有可能存活 ,且产品的高含水率(30%-40%)可使病原
体复活 ,故堆肥法不足以保证安全性。
(3)污泥的热干化不仅占地面积小 ,而且其尾气经严
格除尘除臭后才排放 ,厂房内的气体也进行除臭处理 ,满
足严格的环保标准 。其高温灭菌作用使产品可完全抑制
微生物的活性 ,有较高的安全性。同时 ,又具有灵活性 、广
泛性。污泥焚烧或者干馏制油都需先热干化处理 。
(4)污泥焚烧法由于高成本和产生的污染 ,抑制其在
类似于我国这样的发展中国家的发展 。
但是 ,对于以下情况 ,使用焚烧法处置污泥可能是经
济有效的:大城市因远离填埋场造成运输费用高的场合;
由于污泥的性质不能农用或污泥量大于农用需求量时;现
有的填埋体积不足的。
5.2　处理方案的确定　合肥市污水排放量为 60×105t/
d,工业废水和生活污水的比例约为 1∶1。工业废水经各
自污水处理后直接外排 ,或排入下水道与生活污水混合后
再进入城市污水厂进行处理 。主要的污泥发生源为城市
污水厂及各个工业源的污水站 [ 10] 。污泥的若干种处置方
式各有其优缺点 ,采用何种处理方案最主要的依据为污泥
的物理化学性质 、污泥处理量 、当地可利用资源情况等。
目前国内外污泥处理普遍采用的可靠技术为焚烧 、堆肥 、
填埋三种方法 。以下对于合肥市采用哪种污泥处理方案
作出详细比较:
(1)随着合肥市城市化进程的加快 , 土地资源日益
减少 , 从合肥当地实际情况来看 , 兴建专门填埋场填埋
污泥的选址较难。污泥专门填埋场投资成本较大 , 填埋
运行费用增高 。同时专门填埋污泥的填埋场对防渗及填
埋作业要求较高 , 如果运行不慎 , 污泥渗沥液将会对土
壤及地下水造成二次污染 。因此 , 不建议采纳填埋方式
处理污泥。
(2)利用污泥进行堆肥的方法在我国研究还不够深
入 ,由于不能有效去除污泥中的重金属和有害物质 ,重金
属离子易在土壤和植物体内积累 ,使土地受到不同程度的
污染。同时 ,在合肥地区 ,肥料销路也是一个较难解决的
问题。从目前市场情况来看 ,堆肥具有一定市场风险 ,投
资难以回收 。因此 ,采用堆肥方式处理污泥具有较大风
险 。
(3)污泥的焚烧处理虽然工程造价较高 , 但却是污
泥无害化 、资源化 、减量化最彻底的方法。焚烧法与其
它方法相比具有突出的优点:焚烧可以使剩余污泥的体
积减少到最小 , 因而最终需要处置的物质很少 , 达到减
量化的要求;且作为辅助燃料燃烧的热量可以用作发电
或供热 , 达到资源化的目的;污泥经过焚烧后 , 彻底消
灭其中的恶臭 , 达到无害化的要求 。污泥焚烧处理速度
快 , 不需要长期储存 , 减少了污泥储存的占地。因此污
泥焚烧是相对比较安全的一种处置方式。它从根本上解
决污泥对环境造成的污染 , 是污泥处置达到 “三化 ” 要
求的最根本途径 。
综上所述 ,经过焚烧 、堆肥 、及填埋三种方案的比选 ,
本项目拟采用焚烧法处理污泥。
6　结语
城市污泥如果处理不当进入环境 ,不仅会造成资源和
能源的浪费 ,而且会对周围环境造成一定的危害。因此一
种有效的污泥处理处置方法 ,应当兼顾到环境生态效益 、
社会效益和经济效益。
随着焚烧工艺的引进使用 ,它所存在的若干基本问题
也日渐暴露出来。其高昂的造价和烟气处理问题已经成
为制约污泥焚烧工艺的主要因素。所以 ,开发热效率高 ,
并能把环境污染控制在最小限度的焚烧工艺成为当务之
急。
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(责编:曹阿翔 , 王静静)
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(责编:吴延华)
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