全 文 ：中国油料作物学报
Chinese Journal of Oil Crop Sciences
2013，35(1) :058 － 063
doi:10． 7505 / j． issn． 1007 － 9084． 2013． 01． 010
激素 IAA和 ABA对小球藻
(Chlorella sp．)生长和油脂积累的影响
邓晓东2，吴小霞1，2 §，范新照2，费小雯3，任大明1*
(1．沈阳农业大学生物科学技术学院，辽宁 沈阳，110161;
2．中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海南 海口，571101;3．海南医学院基础医学部，海南 海口，571101)
摘要:从北部湾地区淡水水域分离得到一株高含油量小球藻藻株，将其培养在高碳培养基 TAP 上，研究不同
浓度 IAA和 ABA对其生物量和油脂积累的影响。结果表明:添加 10μmol /L IAA 对藻株的生长有明显的促进作
用，其最大生物量比对照组增加了 58． 24%，但其油脂含量却比对照组降低了 34． 71%;而当增加 IAA 浓度为
20μmol /L时，对藻株的生长表现出明显的抑制作用，其最大生物量比对照组减少了 53． 60%，但其油脂含量与对照
组相比显著增加，增加了 95． 46%。添加 2μmol /L ABA 对藻株生长的抑制作用极其明显，其生物量比对照组降低
了 57． 52%，但其油脂含量与对照组相比显著提高，提高了 121． 49%。同时添加 IAA(20μmol /L)和 ABA(2μmol /L)
的实验藻种的蛋白质和总糖的含量较对照组有所降低，此外也使叶绿素含量和光合效率降低。
关键词:小球藻;植物激素;细胞生长;油脂含量;光合效率
中图分类号:Q949． 21 + 7 文献标识码:A 文章编号:1007 － 9084(2013)01 － 0058 － 06
Effects of indole － 3 － acetic acid and abscisic acid on growth and lipid accumulation of Chlorella sp．
DENG Xiao － dong2，WU Xiao － xia1，2 §，FAN Xin － zhao2，FEI Xiao － wen3，REN Da － ming1*
(1． College of Biological Science and Technology，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110161，China;
2． Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology，CATAS，Haikou 571101，China;
3． Department of Basic Medicine，Hainan Medical College，Haikou，571101，China)
Abstract:A high oil microalgae strain collected from fresh waters of Beibu Bay area was indentified as Chlo-
rella sp． and cultured in high － carbon medium TAP． Effects of IAA and ABA on its biomass and oil accumulation
were studied． The results showed that 10μmol /L IAA promoted the growth of algae strains significantly． The max
biomass increased by 58． 24% compared to control while oil content decreased by 34． 71% ． In contrast，20μmol /L
IAA clearly inhibited the growth of algae strains and the decrease in max biomass was 53． 60% ． However，oil con-
tent increased by 95． 46% ． The inhibition of ABA on the growth of algae strains was evident． There was a 57． 52%
decrease in its biomass compared to control group and a 121． 49% increase in its oil content． The protein，total
sugar content，chlorophyll content and photosynthetic efficiency of the algae were decreased compared to control
when IAA(20μmol /L)and ABA (2μmol /L)were added to the medium．
Key words:Chlorella sp．;Phytohormone;Cell growth;Lipid content;Photosynthetic efficiency
收稿日期:2012-10-11
基金项目:海南省工程技术研究中心专项(GCZX2011006，GCZX2012004) ;中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(CATAS －
ITBBZX0841)
作者简介:邓晓东(1969 －) ，男，博士，副研究员，研究方向:藻类生理生化及微藻生物能源的开发利用，E － mail:xiaodong9deng@ hotmail． com
§吴小霞(1987 －) ，共同第一作者，女，硕士研究生，研究方向:蛋白质学，E － mail:wuxiaoxiaran@ 163． com
* 通讯作者:任大明(1959 －) ，男，博士，教授，硕士研究生导师，研究方向:微生物农业应用和微生物产物制备，E － mail:rendaming@ 126． com
当今社会科技和经济飞速发展，人类文明迈向
了新的里程碑，人们的物质生活水平也得到了前所
未有的提高，但这些都是以消耗大量的传统石化能
源为基础的。据相关人士推测，煤炭还可以持续开
采 150 多年，天然气还可以持续利用 50 多年，但有
“工业的血液”之称的石油仅可持续供给 40 余
年［1］，同时石化能源产品燃烧后会排放大量废气，
对人类赖以生存的地球环境造成了极大的破坏，开
发可再生、环保的替代燃料已迫在眉睫。生物质能
作为一种新能源的开发利用，可以缓解我国能源供
应紧张的状况，对国家能源战略储备有一定的保障
作用。同时，生物质能燃烧过程比较完全，能够有效
减少污染物排放量，从而减少对环境的污染。
生物柴油是可再生性燃料，有望替代石化柴油，
但其原料成本较高，占总生产成本的 50% ～
85%［2］，因而需要寻找可持续大量供应并且廉价的
优质原料。微藻被认为是最有潜力替代石油的生物
资源之一，具有光合效率高、含油量丰富和生长周期
短等特点［3］。小球藻为绿藻门(Chlorophyta)小球藻
属(Chlorella)的一种单细胞绿藻，广泛分布于自然
界，目前已知的小球藻约有 15 种，加上变种数目达
上百种［4］。与其它单细胞藻株相比，小球藻具有油
脂含量高、生长快速、易培养等特点，有望成为生物
柴油的重要原料［5］。
植物激素在植物的生长发育过程中起着非常重
要的调节作用。藻类和植物有很多类似之处，已经
有一些植物激素在海洋藻类中被发现［6］。近年来，
植物激素应用于藻类的研究也开始引起大家关注。
Vance 报道了 IAA 对小球藻细胞分化的影响［7］。
Czerpak等研究了 IAA 对 Chlorella pyrenoidosa 蛋白
质和糖类代谢的影响［8］。曾晓春等发现 2，4 － D 和
6 － BA使钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)的生物产
量显著提高［9］;Czerpak 等又研究了 IAA 对 C． pyre-
noidosa中叶绿素、蛋白质和糖类含量的影响［10］。
本文选用本课题组分离、筛选的一株高含油量
淡水小球藻为实验材料，通过分析不同浓度 IAA 和
ABA对小球藻生物量和油脂积累的影响，拟找出
IAA和 ABA 促进小球藻生长同时促进油脂积累的
适合浓度，为大规模培养提供实验指导，缩短其生长
周期，为制备生物柴油提高大量、稳定的原料。
1 材料与方法
1． 1 材料
实验藻株是本课题组采自北部湾地区淡水水
域，通过平板划线法分离纯化获得，通过显微观察进
行形态学分析和克隆 18S rDNA 经比对聚类分析后
鉴定其为小球藻(Chlorella sp．)。
1． 2 方法
1． 2． 1 藻株的培养 藻株接种于 TAP 固体培养基
上进行继代培养，测定生理指标时则被接种到 50mL
的 TAP 液体培养基上。TAP 培养基配方:母液 I
(Tris Base 242g /L，Glacial Acetic Acid 100mL)、母液
Ⅱ(K2HPO4 11． 92g /L，KH2PO4 6． 05g /L)、母液 III
(NH4Cl 8g /L，MgSO4·7H2O 2g /L，CaCl2·2H2O
1g /L)和 Trace母液 (11． 4g H3BO3;5． 06g MnCl2·
4H2O;22g ZnSO4 · 7H2O;4． 99g FeSO4 · 7H2O;
1． 61g CoCl2 · 6H2O;1． 57g CuSO4 · 5H2O;1． 1 g
(NH4)6Mo7O24·4H2O;50g Na2EDTA)。配制时取
母液Ⅰ、母液Ⅱ和母液Ⅲ 各 10mL，加 1mL Trace 母
液，用 ddH2O定溶至 1L。为研究不同浓度 IAA 和
ABA对实验藻株生长和油脂积累的影响，在 TAP培
养基中分别添加激素 IAA和 ABA，每种激素最终浓
度设置 6 个梯度:1． 0、2． 0、5． 0、10． 0、15． 0 和20． 0
μmol /L，连续培养 10d，隔 1d 取样 1 次进行生物量
测定。微藻使用恒温摇床以 200r /min，24℃，全日光
照进行培养，光照强度为 120μmol /(m2·s)。
1． 2． 2 生物量的测定 将实验藻株培养 10d 后，
3 000r /min 离心 5min 收集细胞，用 TAP 培养基进
行稀释，用酶标仪(BIO － TEKElx800)测定 490nm
波长处各稀释样品的吸光值;同时取各稀释样品测
定其干重，并制作标准曲线(y = 0． 884x － 0． 001 3，
R2 = 0． 992 9)。
1． 2． 3 油脂的测定 实验藻株的油脂含量检测，采
用尼罗红荧光染色法进行高通量快速检测［11］。
1． 2． 4 实验藻株总蛋白和总糖含量的测定 总蛋
白含量的测定:采用超声波破碎藻细胞后(冰浴) ，
用 0． lmol /L NaOH 处理样品，以 Lowry 法测定实验
藻株总蛋白含量［12］。总糖含量的测定:采用 3，5 －
二硝基水杨酸比色法［13］。
1． 2． 5 叶绿素及光合效率的测定 叶绿素含量测
定:参照潘欣等［14］的方法，测定 663nm 和 646nm 波
长吸光值，按 Lichtenthaler公式计算叶绿素含量［15］。
光合效率测定:通过 Oxygraph 型液相氧电极(Han-
satech Instruments Ltd．，UK) ，测定样品含氧量和氧
气变化率。测定前向样品通入一定量氮气，使样品
饱和氧含量降到 50%。黑暗条件下 5min 记录耗氧
效率以测定呼吸作用。通过调节光源形成不同光照
强度，样品在每个光照强度下光照 3min，记录放氧
效率，测定光合作用。光合效率为光饱和时相应的
放氧效率加上耗氧效率［16］。
2 结果与分析
2． 1 不同浓度的 IAA 和 ABA 对实验藻株的生长
和油脂积累的影响
培养 10d后，实验藻株在添加 10μmol /L IAA的
TAP培养基中生物量最大，为(0． 76 ± 0． 04)g /L，显
95邓晓东等:激素 IAA和 ABA对小球藻(Chlorella sp．)生长和油脂积累的影响
著高于不加任何激素 TAP 培养基中的最大生物量
(0． 48 ± 0． 03)g /L(p ＜ 0． 01) ，而当添加 20μmol /L
IAA到 TAP 培养基中时，小球藻的生物量大幅下
降，其最大生物量为(0． 22 ± 0． 01)g /L，显著低于不
加任何激素 TAP 培养基中的最大生物量(0． 48 ±
0． 03)g /L(p ＜ 0． 01) (图 1A － 1)。添加 ABA
(2μmol /L)的 TAP 培养基中小球藻的最大生物量
为(0． 20 ± 0． 02)g /L，显著低于对照的最大生物量
(0． 48 ± 0． 03)g /L(p ＜ 0． 01) (图 1B － 1)。
由图 1A －2、图 1B － 2 还可看出，实验藻株在添
加 2μmol /L ABA 的 TAP 培养基中油脂含量最大
(0． 51 ± 0． 03)g /g，其次是添加 IAA(20μmol /L)的
TAP培养基(0． 45 ± 0． 02)g /g，均显著高于不加任
何激素 TAP培养基中的油脂含量(0． 23 ± 0． 01)g /g
(p ＜ 0． 01)。
注:A －1 为藻株在添加不同浓度 IAA的 TAP培养基中的生长曲线;A －2 为藻株在添加不同浓度 IAA的 TAP
培养基中的油脂含量;B － 1 为藻株在添加不同浓度 ABA的 TAP培养基中的生长曲线;B － 2 为藻株在添加
不同浓度 ABA的 TAP培养基中的油脂含量;＊＊表示差异极显著(p ＜ 0． 01) ，运用软件 spss17． 0 进行显著性分析
Note:A －1 was the biomass of Chlorella sp． cultured in high － carbon medium TAP with different concentrations of IAA ;
A －2 was the oil content of Chlorella sp． cultured in high － carbon medium TAP with different concentrations of IAA;
B － 1 was the biomass of Chlorella sp． cultured in high － carbon medium TAP with different concentrations of ABA;
B － 2 was the oil content of Chlorella sp． cultured in high － carbon medium TAP with different concentrations of ABA．
Software spss17． 0 was used for significant analysis，＊＊ indicated extremely significant difference (p ＜ 0． 01)
图 1 实验藻株在添加 IAA和 ABA的 TAP培养基中的生长曲线及油脂含量
Fig． 1 Biomass and oil content of Chlorella sp． cultured in high － carbon
medium TAP with different concentrations of IAA and ABA
2． 3 实验藻株在添加不同浓度的 IAA 和 ABA 中
油脂、总蛋白和总糖的含量
选取培养至第 8d的实验藻株为对象，测定其油
脂、总蛋白和总糖含量(表 1、图 2)。结果表明，与
对照相比，实验藻株在添加 ABA(2μmol /L)和 IAA
(20μmol /L)的 TAP 培养基中大量积累油脂时，总
糖和总蛋白的含量却在降低，其中添加 ABA
(2μmol /L)时总糖的含量比对照组降低了 8． 06%，
总蛋白的含量比对照组降低了3． 20%。从图 2 中可
以明显的看出实验藻株在添加 20μmol /L IAA (图
2B)和 2μmol /L ABA(图 2C)TAP 培养基中培养至
第 8d的油脂含量均明显高于对照组(图 2A)。图 2
中暗场下的橙黄色小点为尼罗红染色后油滴荧光显
微观察结果。
2． 4 实验藻株在添加不同浓度的 IAA 和 ABA 中
叶绿素含量和光合效率
从表 2 可见，实验藻株在添加 ABA(2μmol /L)
和 IAA(20μmol /L)的 TAP培养基中，微藻的叶绿素
含量显著降低，同时，微藻的光合效率也受到了影
响，均低于对照组。
06 中国油料作物学报 2013，35(1)
表 1 实验藻株在添加不同浓度的 IAA和
ABA中油脂、总蛋白和总糖的含量
Table 1 Oil content，total protein and total sugar
content of Chlorella sp． in TAP medium with
different concentrations of IAA and ABA
激素
Phytohormone
中性脂
Neutral lipids
总蛋白
Total protein
总糖
Total sugar
CK 4． 96% a 10． 35% a 78． 91% a
IAA(10μmol /L) 3． 18% a 12． 46% a 78． 13% a
IAA(20μmol /L) 15． 38% b 7． 67% b 71． 72% b
ABA(2μmol /L) 16． 98% b 7． 15% b 70． 85% b
注:同一列数据后不同小写字母表示差异显著(P ＜ 0． 05) ，下同
Note:Different lowercase letters in the same column
indicated the significant difference at P ＜ 0． 05
3 讨论
IAA作为植物生长促进剂，其作用机理是活化
质膜上的 ATP 酶，促进细胞壁酸化，增大细胞渗透
吸收能力，造成液泡和细胞体积增大，同时促进蛋白
质和 RNA的合成，为细胞的持续生长提供原料。
IAA能刺激和促进多种单细胞藻类的生长已被
证实［17］。石虹梅等研究表明 IAA 促进大型海藻孔
石药的生长和分裂［18］。庄岩等研究表明 IAA 在质
量浓度低于 0． 05mg /L 时，对海带细胞增殖无明显
作用;当质量浓度为 0． 05mg /L时，对细胞增殖效果
注:A:对照;B:添加 IAA(20μmol /L) ;C:添加 ABA(2μmol /L)。左图为小球藻在
显微明场下的图片;右图为在显微暗场下的图片。使用 Nikon80i，放大倍数 40 × 10
Note:A:CK;B:Add IAA (20μmol / L) ;C:Add ABA (2μmol / L)． Left Fig． is the microscopic bright field image of
Chlorella sp． Right Fig． is under the microscope dark field image of Chlorella sp． Nikon 80i，magnification 40 × 10
图 2 实验藻株在添加 IAA(20μmol /L)和 ABA(2μmol /L)TAP培养基中培养至第 8d油脂的荧光分析
Fig． 2 Fluorescence analysis of Chlorella sp． in TAP medium with
concentration of IAA(20μmol /L)and ABA(2μmol /L)cultured after 8 days
16邓晓东等:激素 IAA和 ABA对小球藻(Chlorella sp．)生长和油脂积累的影响
表 2 实验藻株在添加不同浓度的 IAA和 ABA中叶绿素含量和光合效率
Table 2 Chlorophyll content and photosynthetic efficiency of Chlorella sp．
in TAP medium with different concentrations of IAA and ABA
激素
Phytohormone
叶绿素 a
Chlorophyll a /(μg /mL)
叶绿素 b
Chlorophyll b /(μg /mL)
光合效率
Photosynthetic efficiency
(molO2·mgchla － 1·h －1)/(μmolphoton·m －2·s － 1)
CK 16． 31 ± 0． 42 a 5． 23 ± 0． 581 a 2． 96 ± 0． 08 a
IAA(10μmol /L) 18． 42 ± 0． 51 a 5． 96 ± 0． 47 a 3． 14 ± 0． 10 a
IAA(20μmol /L) 9． 43 ± 0． 31 b 2． 86 ± 0． 38 b 2． 15 ± 0． 06 b
ABA(2μmol /L) 8． 86 ± 0． 45 b 2． 12 ± 0． 42 b 2． 10 ± 0． 05 b
最佳;质量浓度高于 1． 0mg /L，细胞增殖受到抑
制［19］。本实验证实低浓度的 IAA 对小球藻藻株的
生长起到明显的促进作用，10μmol /L 时效果最佳，
但是进一步增加 IAA 的浓度到 20μmol /L 时，生物
量与对照组相比显著下降。
Dharmasiri 等发现藻类存在 TIRI 生长素受
体［20］，当外源的 IAA 与细胞发生作用，可能先与其
受体结合，促进细胞内蛋白质和 RNA 的大量合成，
为细胞分裂提供充足的物质基础，从而促进藻细胞
的生长［21］。
高浓度 IAA抑制藻的生长，这种现象在高等植
物中同样存在［22］。本研究表明，IAA 对藻的叶绿素
合成无明显促进作用，过高浓度的 IAA 抑制了藻细
胞内叶绿素的合成，可能是抑制小球藻生长的重要
原因。所以，选择适当的 IAA 浓度才能最大地促进
微藻生长。
目前没有关于植物激素对脂肪酸合成途径中所
起具体作用的相关文献报道。我们设想高浓度 IAA
抑制微藻的生长，叶绿素含量降低影响光合作用效
率，细胞内物质的生物合成受到限制，导致生物量显
著下降，同时蛋白质和总糖量下降，碳源流向油脂的
合成途径，促进油脂的大量合成。其确切的机理还
需要深入研究。
ABA分属于植物生长调节剂内的植物生长延
缓剂，普遍存在于高等植物中，调节植物生长发育。
ABA对藻类生长具有一定的影响［23］，Tietz 认为，在
藻类中，ABA 的生物学效应与高等植物相似，表现
出对某些生理过程的抑制作用［24］，如 Evans 研究表
明，ABA抑制昆布的形态建成和生长［25］。实验藻株
对 ABA浓度比较敏感，2μmol /L ABA已对其生长起
到明显的抑制作用。从测得的细胞组分和光合效率
数据可知:光合效率显著下降，光合作用固定的能量
和合成的产物不能满足其生长需求，导致生物量大
量下降，同时蛋白质和总糖量下降，这可能是因为
ABA(2μmol /L)对微藻来说是一种环境胁迫，它刺
激微藻启动了抗逆生理反应，即通过过量积累油脂
来渡过不利环境。确切的机理有待进一步的研究。
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(责任编辑:王丽芳)
36邓晓东等:激素 IAA和 ABA对小球藻(Chlorella sp．)生长和油脂积累的影响