全 文 ： 生 物 工 程 学 报 Chin J Biotech 2010, August 25; 26(8): 1074−1079
journals.im.ac.cn Chinese Journal of Biotechnology ISSN 1000-3061
cjb@im.ac.cn ©2010 CJB, All rights reserved.


Received: December 2, 2009; Accepted: April 13, 2010
Supported by: National Basic Research Program of China (973 Program) (No. 2009CB724702), Nanjing University of Technology Discipline Funds
(No. 39708010).
Corresponding author: Huan Li. E-mail: lihuan45678@163.com
国家重点基础研究发展计划 (973 计划) (No. 2009CB724702)，南京工业大学学科基金 (No. 39708010) 资助。

环境生物技术
pH值对沼液培养的普通小球藻生长及油含量积累的
影响
王翠，李环，王钦琪，韦萍
南京工业大学 生物与制药工程学院，南京 210009
摘 要: 以 50％的沼液为普通小球藻的全营养培养基，考察培养基的起始 pH 值对小球藻生长及油脂含量的影响，普
通小球藻对不同初始 pH 的沼液中氮、磷的去除情况。设定了 2 组实验，一组只调节初始接种培养液的 pH，分别为 6.0、
6.5、7.0、7.5、8.0、8.5；另一组将培养液 pH 分别固定在 6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，pH 用稀 HCl 和 NaOH 进行调
节。研究发现在 pH 6.5 和 pH 7.0 的偏酸环境有利于小球藻生长，而 pH 在 7.0~8.5 的偏碱性条件下有利于小球藻油脂的
积累，因此综合小球藻生长和油脂积累 2 个因素，得到最适合小球藻生长和油脂积累的 pH 为 7.0。培养结束后沼液中
氮磷的去除率分别达到了 95％和 97％，沼液中的总氮由原来的 134.91 mg/L 降至 4.86 mg/L，总磷由 10.19 mg/L 降到
0.32 mg/L。
关键词 : 普通小球藻，pH，沼液，油脂
Effect of pH on growth and lipid content of Chlorella vulgaris
cultured in biogas slurry
Cui Wang, Huan Li, Qinqi Wang, and Ping Wei
College of Biotechnology and Pharmaceutical Engneering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China
Abstract: Using 50% biogas slurry as basic medium, we investigated the effect of pH on the growth and lipid accumulation of
Chlorella vulgaris. Setting two-group experiments, one was only control the initial medium pH, the initial pH was set at 6.0, 6.5, 7.0,
7.5, 8.0, and 8.5, respectively. One was control the medium pH constant, set constant pH at 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, and 8.5,
respectively. Using HCl and NaOH regulated the pH. Results showed that algae Chlorella vulgaris grows better at pH 6.5 and 7.0,
accumulate the lipid at pH 7.0−8.5, so the optimal pH for the growth and the lipid accumulation of Chlorella vulgaris was 7.0. The
average removal rate of nitrate from biogas slurry was 95%, phosphate was 97%.
Keywords: Chlorella vulgaris, pH, biogas slurry, lipid
随着经济的不断发展，人类对能源的需求量越
来越大，而地球上化石能源储量有限，且对环境污
染严重，以储量丰富且环境友好的生物质能源代替
化石能源已成为解决能源危机的主要途径之一[1]。
DOI:10.13345/j.cjb.2010.08.001
王翠等: pH值对沼液培养的普通小球藻生长及油含量积累的影响 1075

Journals.im.ac.cn
在各种形式的生物质能源中，富油品系的自养型微
藻由于可吸收大气中 CO2、油脂含量较高且营养需
求简单而备受关注[2-4]。但目前看来，微藻生物质能
存在藻源受限的问题，即微藻大规模培养技术尚处
在摸索阶段，如适应于各种藻类的光生物反应器需
研制开发或改进，大规模培养微藻时存在易染杂菌
杂藻、微藻光合作用效率低、培养基成本高等问题，
制约了微藻生物质能源产业的发展。发展微藻生物
质能源产业，当务之急是开发优良品系富油微藻及
降低微藻培养成本。
利用废弃生物质厌氧发酵产沼气是另一种清洁
型生物质能源的形式，发酵副产物沼液和沼渣通常
直接排放入水体或填埋。由于沼液中含有丰富的氮、
磷等物质，大量的沼液直接排放会引起河流的富营
养化，造成水体的污染，已被环保部门勒令停止，
故沼液的后处理问题已成为当前沼气生产厂家急需
解决的问题，甚至部分厂家为此而停产。
为解决沼气发酵的废液排放及微藻的培养基成
本问题，本文以富油小球藻为实验藻株，以国家生
化工程中心沼气发酵的废液为培养基筛选并驯化适
应于该沼液的富油小球藻，创见性地将沼气发酵和
微藻培养有机结合起来，结果经过几个星期的驯化
并筛选后，该小球藻可适应沼液的培养环境正常生
长并积累油脂，小球藻吸收利用后的沼液氮磷指标
也达到了直接排放的标准。本研究主要报道了沼液
pH 值对小球藻生长产油及沼液氮磷去除率的综合
影响，为小球藻的规模化培养及应用奠定了基础。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验藻种
本实验培养用的小球藻为普通小球藻 Chlorella
vulgaris，由暨南大学张成武教授提供。
1.1.2 沼液培养基
沼液来自南京工业大学国家生化工程中心沼气
罐沼气发酵后的废液，初始 pH值在 9.0~9.5之间。
沼液经过静置、沉淀后，纱布抽滤去除颗粒悬浮物，
以自来水稀释到 25％、50％、75％、100％浓度，
并以 HCl或 NaOH调制成 pH分别为 6.0、6.5、7.0、
7.5、8.0、8.5的沼液培养基，高压蒸汽灭菌后备用。
1.1.3 培养装置
实验中所采用的培养装置为自行设计的柱状光
合生物反应器，内管径为 3 cm，管长度为 55 cm，
厚度为 0.3 cm，装液量 300 mL。
1.2 实验方法
1.2.1 微藻的培养
将新鲜活化后的藻种接种到不同 pH 的沼液
培养基，使起始 OD680值为 1.0 左右。光照强度为
4 800 lux，光照：光暗周期为 18 h∶6 h，温度 25℃
左右，通入空气培养，每天定时测定 pH值变化，并
且用稀盐酸或氢氧化钠调节培养液的 pH，每天取样
测定 OD680值。
1.2.2 生物量的测定
浊度法：取小球藻藻液，测定其在 680 nm下的
光密度值 (OD680) 以此衡量小球藻相对生长量。
干重法：收集稳定期的藻液，10 000 r/min离心
后取沉淀，洗涤去除表面吸附杂质后 60℃烘至恒重，
称重。
1.2.3 培养液中氮磷含量的测定
总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光
度法，参照 GB11894-89[5]。总磷的测定采用钼酸铵
分光光度法，参照 GB11893-89[6]。
1.2.4 油脂的提取方法[7]
称取 0.1 g 干藻粉，加入含有 10％二甲基亚砜
的甲醇溶液在 40℃~70℃水浴提取 30 min，然后吸
去上清，下层的藻泥中加入乙醚和正己烷 (1∶1，
V/V) 提取 1 h。按照上述步骤反复提取直至藻粉完
全变白，合并各步上清，使得上清液中甲醇∶乙醚∶
正己烷∶水的体积比为 1∶1∶1∶1，放入分液漏斗
中静置分层，吸取上层，氮气吹干，剩余为油脂。
2 结果与讨论
2.1 沼液浓度的选取
高浓度沼液所含营养物质较多，但沼液本身具
有一定的浊度，浊度太高不利于光的透过，对小球
藻的光合作用率有负面影响，而浓度太低所含的营
养物质也有限，不利于微藻的生长，适合于微藻生
长的沼液浓度培养基由这两方面因素综合决定。
1076 ISSN1000-3061 CN11-1998/Q Chin J Biotech August 25, 2010 Vol.26 No.8

Journals.im.ac.cn
将不同浓度沼液培养基的初始 pH调至 7.0，接
种驯化培养基中保存的藻种，初始生物量 OD680 皆
为 1.2，装液量皆为 300 mL，以日光灯为光源 16∶8
光暗培养，每天取样测定 680 nm下的吸光值，考察
小球藻在不同浓度的沼液培养基中的生长情况，结
果见图 1。

图 1 沼液浓度对小球藻生长的影响
Fig. 1 Effect of different biogas slurry concentrations on the
growth of Chlorella vulgaris.

可以看出，小球藻在不同浓度沼液中表现出的
生长规律不尽相同。在 25％沼液浓度培养基中小球
藻快速进入对数生长期，在 50％以上的沼液培养基
中需较长的延滞期才可以适应生长。小球藻在不同
浓度沼液中表现出的生长差异与沼液本身的浊度及
其所含的营养物质有关。25％浓度沼液的浊度较低，
光的透过率好，故最先进入对数生长期，但是 25％
沼液浓度中营养成分含量较少，所以小球藻很快进
入稳定期。75％和 100％浓度的沼液浊度较高，光的
透过率较低，小球藻的光合作用较弱，对小球藻的
生长不利。综合考虑生物量、生长速率及生长周期，
选定 50％浓度沼液为小球藻生长的全营养培养基。
2.2 不同 pH 值条件对小球藻生长的影响
培养基的 pH 值会影响光合作用中 CO2的可用
性，在呼吸作用中影响微藻对有机碳源的利用效
率，同时由于 pH值直接影响细胞膜的渗透性，会影
响微藻细胞对培养液中离子的吸收和利用，以及代
谢产物的再利用性和毒性，故 pH 值是影响藻类生
长代谢的重要因子之一 [8-11]。小球藻喜欢弱碱性
(pH 7.2~8.2)，但是弱酸性 (pH 5.8~6.8) 的水中也能
生活和繁殖[9]。以 pH 计测得 50％沼液培养基的 pH
在 9.0 左右。用 10％的盐酸将培养基的 pH 分别调
为 6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，在培养过程中设
置两组实验，一组 pH只调一次为初始 pH组，另一
组在培养过程中通过用稀盐酸或稀碱调节 pH，使
pH值相对稳定在 6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，称
为固定 pH组。考察 50％浓度沼液培养基的 pH值对
小球藻生长的影响 (图 2)。

图 2 不同 pH 条件对小球藻生长的影响
Fig. 2 Effect of different pH values on growth of Chlorella
vulgaris.

图 2中空心图标为不同初始 pH组小球藻的生长
曲线。培养过程中测定生物量的同时测定了培养基
pH 值的变化，发现初始 pH 为 6.0 的培养液在第 4
天 pH降到 4.8，这解释了 pH 6.0的藻细胞生长较差
的原因。经过 6 d 的适应性驯化后少量藻细胞存活
下来并开始生长，到第 10天时 pH回升为 5.5，并最
终稳定在 5.5。初始 pH 6.5培养液的 pH稳定在 6.0
左右，其他不同初始 pH 的培养液最终 pH 降到 7.0
左右并保持稳定。
可见在小球藻的生长过程中，培养液的 pH变化
较大，只要初始 pH对藻不产生很大毒害，使其不能
生长，小球藻会在生长过程中因为自身生理代谢活
动会降低生活环境的 pH，改变后的 pH 有可能已偏
离该藻的最佳生长范围，所以只调初始 pH不能正确
王翠等: pH值对沼液培养的普通小球藻生长及油含量积累的影响 1077

Journals.im.ac.cn
反映小球藻适宜生长的 pH 范围，有必要固定 pH，
使藻在生长过程中一直处于设定的 pH 条件下。观
察固定 pH对藻细胞的影响，结果如图 2中实心图标
所示。
固定 pH组在 pH 6.0和 pH 6.5的弱酸性条件下
小球藻最快进入对数生长期，pH 6.0 的藻细胞第 5
天到达稳定期，此后至培养结束一直处于稳定期的
状态。这说明在 pH 6.0的条件下小球藻能够存活，
但是此 pH不利于小球藻的进一步分裂代谢。pH 8.0
和 pH 8.5 的碱性条件下藻细胞没有增殖便大量死
亡，少量存活的细胞经过很长的一段期在第 7 天时
开始增殖进入对数生长期。pH 7.5的弱碱性环境小
球藻经过较短延滞期后在第 4 天开始进入对数生长
期。整体说来，pH 6.5~7.0 的微酸性或酸性环境较
适宜小球藻的生长代谢。
比较只调初始 pH组和固定 pH组，可以发现两
种 pH条件下藻的生长规律并不相同，固定 pH条件
下藻的生长优于只调初始 pH条件。
2.3 不同 pH 条件对普通小球藻生物量和油脂含
量的影响
不同 pH对小球藻生物量的影响见表 1，结果表
明 pH为 6.0时小球藻生物量最低，一直调节 pH使
其稳定在 6.0左右的培养组的生物量要高于初始 pH
为 6.0的培养组，前者生物量为 1.3116 g/L，后者为
0.8312 g/L。从表 1 中可以看到除 pH 为 6.5 和 7.0
外，其他 pH条件下，在培养过程中固定 pH组的生
物量均高于只调初始 pH 组。小球藻的生物量在 pH
为 6.5时最高，达到 2.6935 g/L。

表 1 不同 pH 条件对小球藻生物量和油脂含量的影响比较
Table 1 Comparison with different pH values for the
biomass and lipid content of Chlorella vulgaris
Different
pH values
Biomass (g/L) Lipid content (%)
Different
original pH
group
Different
constant pH
group
Different
original pH
group
Different
constant pH
group
6.0 0.831 1.312 17.3 41.2
6.5 2.694 2.626 33.2 39.6
7.0 2.518 2.508 37.0 47.7
7.5 2.174 2.307 39.3 47.6
8.0 1.982 2.172 39.9 49.5
8.5 1.901 2.064 38.8 49.6
从表 1可以看到，培养过程中固定 pH组的油脂
含量均高于只调节初始 pH组，并且偏碱性的环境有
利于油脂的积累。固定 pH 组油脂含量最高的是 pH
8.0和 pH 8.5均达到了 49％，pH为 7.0和 7.5培养
的小球藻油脂含量均达到了 47％，pH 为 6.0 和 6.5
培养的小球藻油脂含量也在 40％左右。而只调节初
始 pH组最高油脂含量在 pH 8.0为 39.9％。这说明
固定的 pH 对小球藻油脂含量的积累有益，综合 pH
对小球藻生物量的影响来看，小球藻最适生长和油
脂积累的 pH为 7.0。
2.4 小球藻对沼液培养基中氮磷的去除
小球藻喜欢氮磷化合物比较丰富的水，Fritch
等学者认为绿球藻目 (Chlorococales) 的许多类群，
包括小球藻等属的种类都具有明显的营腐生生活的
倾向，因此，小球藻在富含有机质的污水中均能大
量生长[8-9]。沼液中含有丰富的有机质、腐殖酸、氮、
磷、钾等营养成分及氨基酸、维生素、酶、微量元
素等生命活性物质。其中富营养化元素氮磷含量丰
富，如果直接排放会造成水体二次污染[10-12]。小球
藻藻生长过程中可吸收利用沼液中的营养物质，从
而达到降低沼液中氮磷等主要污染指标而达到处
理废水的目的。经过测定 50％沼液培养基中总磷
的初始含量为 10.19 mg/L，总氮的初始含量为
134.91 mg/L。
实验沼液培养基中的磷含量较低，培养 2 h 后
培养液中磷的利用率达到了 70％~80％，培养到 72 h
时，培养液中磷含量已经降到 0.642 mg/L，小球藻
对磷的利用率已经达到了 95％，培养结束后沼液中
磷含量降低至 0.32 mg/L，小球藻对磷的利用率达到
97％。
不同初始 pH 条件下小球藻对沼液培养基中氮
的吸收利用情况见图 3，培养 1 d后培养液中氮的利
用率达到 56.4％~71.2％，培养结束后除初始 pH 为
6.0 的培养液中氮含量降为 19.12 mg/L 小球藻对氮
的利用率为 86％以外，其他培养液中小球藻对氮的
利用率均达到 95％左右，培养液中的含氮量降为
4.86 mg/L。这说明小球藻可以很好地去除沼液中的
氮和磷，使沼液的最终排放达到了污水排放标准水
1078 ISSN1000-3061 CN11-1998/Q Chin J Biotech August 25, 2010 Vol.26 No.8

Journals.im.ac.cn
平[13]。实验结果表明不同初始 pH 对培养液中磷的
吸收影响不大，这与沼液培养基中磷的含量低有一
定关系。对氮的影响只有初始 pH为 6.0的培养液氮
的利用率为 86％，其他都达到 95％左右，这也与不
同初始 pH条件下小球藻的生长情况有关。

图 3 pH 对普通小球藻氮源吸收的影响
Fig. 3 Effect of pH on the nitrate absorption of Chlorella
vulgaris.
3 结论
本实验研究了不同浓度沼液培养小球藻和不同
pH 值条件下利用沼液培养的小球藻生长状况和油
脂含量的积累情况，以及在不同 pH条件下小球藻对
沼液中氮磷的去除作用。研究结果表明，50％浓度
的沼液最适合小球藻生长，此外小球藻在生长过程
中会引起培养液中的 pH变化，使培养液的 pH偏酸。
为了进一步了解 pH对小球藻生物量和油脂的影响，
进行了不同固定 pH培养液培养小球藻实验，结果表
明：小球藻最适宜生物量积累的 pH 为 6.5~7.0，油
脂含量方面，固定 pH组小球藻的油脂含量明显高于
只调初始培养液 pH组培养的小球藻，固定 pH组小
球藻油脂均在 40％以上，最高达 49％，pH 7.0时小
球藻油脂含量达 47％。因此得出最适小球藻生长和
油脂积累的 pH为 7.0。
不同初始 pH 条件下培养的小球藻对沼液中氮
磷均有很好的去除作用，培养结束后培养液中总磷
由 10.19 mg/L降到 0.32 mg/L，小球藻对磷的利用率
达到 97％，培养液中总氮由初始含量 134.91 mg/L
降至 4.86 mg/L，小球藻对氮的利用率达到 95％。经
过小球藻的利用后沼液中的富营养化元素氮和磷含
量大大降低，使得沼液的排放达到了污水综合排放
标准[13]，防治了环境污染。
因此，利用沼液培养小球藻不但降低了微藻生
物柴油的生产成本，还净化了沼液大大去除了沼液
中的富营养化元素氮和磷。但是沼液中的营养成分
毕竟有限，沼液培养的小球藻生物量较低，若要提
高生物量还要对沼液成分进行优化，这些将在接下
来的试验中进行研究。
REFERENCES
[1] Miao XL, Wu QY. Exploitation of biomass renewable
energy sources of microalgae. Renewable Energy, 2003,
21(3): 13−17.
缪晓玲 , 吴庆余 . 微藻生物质可再生能源的开发利用 .
可再生能源, 2003, 21(3): 13−17.
[2] Chisti Y. Biodiese from microalgae. Biotechnol Adv, 2007,
25(3): 294−306.
[3] Mulbry W, Kondrad S, Buyer J. Treatment of dairy and
swine manure effluents using freshwater algae: fatty acid
content and composition of algal biomass at different
manure loading rates. J Appl Phycol, 2008, 20(6):
1079−1085.
[4] Doucha J, Straka F, Lívansky K. Utilization of flue gas for
cultivation of microalgae (Chlorella sp.) in an outdoor
open thin-layer photobioreactor. J Appl Phycol, 2005,
17(5): 403−412.
[5] GB/T11894-89, Measurement of total nitrogen in water by
basic potassium persulphate digestion ultraviolet
spectrophotometry.
GB/T11894-89 水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外
分光光度法.
[6] GB/T11893-89, Measurement of total phosphorus in water
by ammonium molybdate spectrophotometry.
GB/T11893-89 水质总磷的测定钼酸铵分光光度法.
[7] Bigono C, Khozin-Goldberg I, Boussiba S, et al. Lipid and
fatty composition of the green oleaginous alga
Parietochloris incise, the richest plant source of
arachidonic acid. Phytochemistry, 2002, 60(5): 497−503.
[8] Jiang F, Chen Y. Microalgae Biotechnology. Beijing:
China Light Industry Press, 1999: 66−68.
姜峰, 陈悦. 微藻生物技术. 北京: 中国轻工业出版社,
1999: 66−68.
[9] Hua RC. Culture and Utilize Unicellularalgae. Beijing:
王翠等: pH值对沼液培养的普通小球藻生长及油含量积累的影响 1079

Journals.im.ac.cn
Agricultural Publishing House, 1986: 23−32.
华汝成. 单细胞藻类的培养与利用. 北京: 农业出版社,
1986: 23−32.
[10] Li LX, Zhou CJ. Technology of biogas slurry separate
multipurpose utilization. Eco Agri, 2007, 24(1): 45−46.
黎良新 , 周丛钜 . 沼液分层综合利用技术 . 生态农业 ,
2007, 24(1): 45−46.
[11] Zhang GZ, Yao AL, Gu YX, et al. A preliminary study on
using algae to eliminate nitrogea and phosphorus from
anaerobically digested slurry. China Biogas, 1997, 15(4):
11−15.
张国治, 姚爱莉, 顾蕴璇, 等. 藻类对沼液中氮、磷去除
作用的初步研究. 中国沼气, 1997, 15(4): 11−15.
[12] Guo Q, Chai XL, Cheng HJ, et al. Comprehensive
utilizing of biogas liquid residue. Renew Resour Res,
2005, 75(6): 37−41.
郭强 , 柴晓利 , 程海静 , 等 . 沼液的综合利用 . 再生资
源研究, 2005, 75(6): 37−41.
[13] GB/T8978-1996, Standard for discharge of wastewater.
GB/T8978-1996 污水综合排放标准.


GFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGFGF
科学出版社科学出版中心生命科学分社新书推介
新疆塔里木河流域生态水文问题研究

陈亚宁 等著
978-7-03-027849-4 ￥180.00 2010年 7月
内容简介
本书内容是近 10 年来作者课题组对塔里木河流域生态水文问题研究的总结。全书从山
区气候水文过程、平原区绿洲农业水文过程以及荒漠区生态水文过程入手，系统介绍了干旱
区内陆河流的特点，分析了塔里木河流域水文水资源构成、变化特点、可持续性问题，以及
在未来全球气候变化下的水资源趋势，探讨了干旱区内陆河流域水资源约束下的绿洲发展规
模与绿洲农田水文过程，描述了荒漠区地下水与植被系统，揭示了荒漠河岸林植被对环境胁
迫的响应与适应策略，提出了流域生态系统可持续对策与建议。
本书的读者对象为高等院校的师生以及从事干旱区水资源学、生态学、地理学、环境学
及管理学研究的科技与管理人员。


欢迎各界人士邮购科学出版社各类图书 (免邮费)
邮购地址：北京东黄城根北街 16号 科学出版社 科学出版中心 生命科学分社 邮编：100717
联系人：周文宇 (010-64031535)
网上订购：www.dangdang.com www.joy.com www.amazon.cn www.beifabook.com
更多精彩图书请登陆网站 http://www.lifescience.com.cn，欢迎致电索要书目