全 文 ：现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2013, Vol.29, No.10
2401

稀土元素 La和 Ce 对小球藻生长的影响

陈爱美，施庆珊，欧阳友生，陈仪本
（广东省微生物研究所，省部共建华南应用微生物国家重点实验室，广东广州 510070）
摘要：本文以普通小球藻(Chlorella vulgaris)作为受试藻种，研究了硝酸镧和硝酸铈对其生长的影响，旨在探讨稀土化合物用于
小球藻培养的方法和效果。具体实验包括：在藻类培养基中添加不同浓度的稀土硝酸盐，定时取样测定培养物光密度，绘制生长曲线
并计算比生长速率(μ)，测定细胞密度最大时的干物质含量、叶绿素含量、类胡萝卜素含量以及可溶性糖含量。通过实验得出：10-3~10-6
mM的稀土元素在培养早期能够促进小球藻的细胞增殖，但随着培养时间延长促进作用减弱，比生长速率与对照组的差异逐渐缩小；
10-3 mM La可将叶绿素 a和 b的含量分别提高 24.46%和 28.51%，10-4mM的Ce可将其分别提高 50.76%和 38.92%；此外，10-3mM La
或 Ce可分别将胞内可溶性糖含量提高 13.83%和 34.88%。上述研究表明：在藻类培养基中添加一定浓度的 La或 Ce，可以加快小球
藻细 胞的早期增殖速度，缩短获得最大生物量的培养时间，同时还可提高叶绿素、类胡萝卜素以及可溶性糖的含量，但是两种稀土
元素的效应浓度范围略有差异。
关键词：普通小球藻；稀土；促生长作用
文章篇号：1673-9078(2013)10-2401-2404
Effect of Lanthanum and Cerium on Growth and Physiological Properties
of Chlorella vulgaris
CHEN Ai-mei, SHI Qing-shan, OUYANG You-sheng, CHEN Yi-ben
(Guangdong Institute of Microbiology,State Key Laboratory of Applied Microbiology, South China(The Ministry-Province
Joint Development), Guangzhou 510070, China)
Abstract: In order to study the biological effects of La and Ce on Chlorella vulgaris, growth curve was plotted, and the biomass, contents
of chlorophyll a and b, carotenoid and soluble sugar were tested. The results showed that La and Ce at 10-3~10-6 mM stimulated algae cell
proliferation at early stage, and their growth promoting effect weakened as time was increased. Compared with blank control, the contents of
chlorophyll a and b increased by 24.46% and 28.51%, respectively, when cultured with La at 10-3 mM while they were raised by 50.76% and
38.92%, respectively, with Ce at 10-4 mM. In addition, 10-3 mM La and Ce could increase the soluble sugar content by 13.38% or 34.88%,
respectively.. In conclusion, certain amounts of La or Ce could efficiently promote the algae cell growth at early stage, shorten the lag stage, and
increase the contents of chlorophyll and soluble sugar.
Key words: Chlorella vulgaris; rare earth; growth promoting effect

小球藻（Chlorella sp.）是一类普生性单细胞绿藻，
种类繁多，生态类型多样，在淡水、海水中均有分布，
我 国 常 见 的 种 类 有蛋 白 核 小球 藻 (Chlorella
pyrenoidosa)、椭圆小球藻(Chlorella ellipsoidea)和普通
小球藻(Chlorella vulgaris)。小球藻具有旺盛的光合作
用，在自养生长的同时能够有效同化 CO2，积累丰富
收稿日期：2013-06-28
基金项目：广东省自然科学基金重点项目(10251007002000000)，广东省科
技计划项目(2010B010800042)，广东省科学院青年科学研究基金
(qnjj201008)，佛山市院市合作项目(2012HY100115)
作者简介：陈爱美(1982-)，女，助理研究员，研究方向为稀土生物效应及
机制
通讯作者：施庆珊(1966-)，男，研究员
的多糖、脂类、蛋白质等物质，在人工培养基中也能
良好生长，具有很高的应用价值，并且作为营养功效
食品近年来已得到普遍认可[1~2]。
我国自 70年代起，广泛开展了稀土的农业应用及
植物生理效应研究，国内外大量研究资料表明在适宜
的条件下，稀土对植物的许多生理功能都有积极的影
响，近年来，针对藻类的一些实验和研究也显示出类
似的生物效应。目前，已有学者先后研究了不少稀土
元素对一些藻类生长的效应浓度范围，例如水华鱼腥
藻 (Anabaena flosaquae)[3] 、 铜 绿 微 囊 藻
(Microcystisaeruginosa)[4]、小球藻（Chlorella sp.）[5~9]、
螺旋藻（Spirulinasp.)[10]、隐甲藻(Crypthecodiniumcohnii)
[11]、牟氏角毛藻(Chaetocerosmuelleri)、球等鞭金藻
DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2013.10.009
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(Isochrysisgalbana)、满江红鱼腥藻(Anabaenaazollae)、
雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)等；结果表明，稀
土元素的添加对藻类生长以及某些胞内活性物质(如
DHA、虾青素等)的合成均有促进作用，但是高浓度
作用下，藻细胞的生长则被抑制甚至杀死，并且不同
稀土化合物与不同藻种之间对应的效应浓度范围不
同，甚至差异很大。
本文通过研究硝酸镧和硝酸铈对普通小球藻(C.
vulgaris)的细胞增殖、比生长速率、干物质含量、叶
绿素含量、类胡萝卜素含量，以及可溶性糖含量的影
响，确定了这两种稀土元素对普通小球藻(C. vulgaris)
生长及生理特性影响的效应浓度范围，为进一步了解
稀土元素对藻类的生物效应以及应用于微藻培养的方
法、效果和前景积累实验数据。
1 材料与方法
1.1 材料
藻种：普通小球藻(Chlorella vulgaris)FACHB-26
购自中国科学院淡水藻种库(Freshwater Algae Culture
Collection of the Institute of Hydrobiology ，
FACHB-collection)。
藻类培养基及配制：本实验采用 OECD/
OCDE-201和GB/T 21805-2008中的OECD藻类培养
基，所需试剂均为分析纯，将配制好的 4种储备液经
0.2 μm滤膜过滤或高压灭菌(121 ℃，15 min)，4 ℃避
光冷藏保存，使用时按比例用灭菌去离子水稀释得到
OECD藻类培养基。
稀土硝酸盐储备液及配制：La(NO3)3•6H2O 和
Ce(NO3)3·6H2O，均为 99.9% metals basis，购自阿拉丁，
将其配制成 100 mM浓度的储备液，高压灭菌(121 ℃，
15 min)，备用；本研究在藻类培养基中添加的终浓度
依次为 10-2、10-3、10-4、10-5、10-6 mM，对照组为灭
菌去离子水。
1.2 方法
1.2.1 藻种的培养和收集
在 300 mL锥形瓶中加入 100 mL的OECD藻类
培养基，接入一定量处于对数生长期的藻细胞，使其
初始浓度为 106 cells/mL，用四层灭菌纱布封口，置于
光照培养箱中静置培养，培养条件为温度 24±1 ℃，
光照 4440~8880 lux，光暗比 12:12 h，每日定时摇动 3
次并随机调整位置以减少误差。藻细胞的收集参考钱
芸等[12]的方法，采用 0.45 μm滤膜，经抽滤收集藻细
胞，用于测定干物质、叶绿素、类胡萝卜素和可溶性
糖含量。
1.2.2 藻细胞增殖情况的测定及参数计算
(1)绘制藻细胞生长曲线：每日定时取样，采用分
光光度计测定培养物在 650 nm处的吸光度(A650)，以
培养时间为X轴，A650为Y轴，绘制对照组和各浓度
处理组的藻细胞生长曲线。
(2)计算比生长率(μ)：采用公式：
ij
ij
ji tt
XX

 lnln
注：从 i 时间到 j 时间的比生长率，单位为每天(d-1)；Xi
为 i时间的 A650；Xj为 j时间的 A650。
1.2.3 干物质含量测定
将收集到的藻细胞经过 105 ℃烘干至恒重，称量
并计算干物质，计算公式为：
藻细胞单位体积干物质(mg/L) =[抽滤后滤膜重量
(mg)-抽滤前滤膜重量(mg)] / 培养物体积(L)
1.2.4 细胞色素含量测定
采用热乙醇法。步骤如下，将收集有藻细胞的滤
膜剪碎后放入 20 mL离心管中，加入 10 mL 90%乙醇
溶液，震荡混合均匀，用黑布包裹并置于 4 ℃冰箱中
萃取 24 h；于 75 ℃水浴箱中提取 15 min，4000 r/min
离心 15 min，取上清液用分光光度计同时测定 470
nm、649 nm、665 nm以及 750 nm处的吸光度。细胞
色素浓度(mg/L)计算公式为：
Ca=13.95×A665-6.88×A649
Cb=24.96×A649-7.32×A665
Cx·c=(1000×A470–2.05×Ca- 114.8×Cb)/245
注：Ca和Cb分别为叶绿素 a和 b的浓度，Cx·c为类胡萝卜
素的浓度；细胞色素含量(mg/L) = [细胞色素浓度(mg/L)×提取
液体积(mL)]/培养物体积(mL)。
1.2.5 可溶性糖含量测定
采用蒽酮比色法。步骤如下，将收集有藻细胞的
滤膜剪碎后放入玻璃试管中，加入 5 mL去离子水，
用塑料薄膜封口，于沸水中提取 30 min(提取 2次)，
将提取液过滤入 15 mL带刻度的玻璃管中，漂洗试管
及藻细胞残渣，定容至 15 mL。取 2 mL样品提取液
于 20 mL的比色管中，加入 0.5 mL乙酸乙酯和 5 mL
浓硫酸，沸水浴 1 min，自然冷却至室温后测定 A630。
根据标准曲线方程求出糖的量（μg）。
样品中可溶性糖含量(μg/mL)=[标准曲线求得糖
的量(μg)/2(mL)× 15(mL)]/培养液体积（mL）。
1.3 数据分析
实验所得数据采用 Origin7.5 计算标准偏差并进
行差异显著性分析，当 P<0.05时认为差异显著。
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2 结果与讨论
2.1 La和 Ce对普通小球藻细胞增殖的影响

图1 稀土硝酸盐对普通小球藻生长的影响
Fig.1 Influence of rare earth nitrate on Chlorella vulgaris
growth
注：a：La，b：Ce。

图2 稀土硝酸盐添加后普通小球藻的比生长速率(μ)
Fig.2 Specific growth rate of Chlorella vulgaris with rare earth
nitrate treatment
注：a：La，b：Ce。
在藻类培养基中添加不同浓度的硝酸镧或硝酸
铈，定时取样测定培养物的吸光度(A650)，代表培养物
中的藻细胞密度。图 1表示添加不同浓度的稀土硝酸
盐后，普通小球藻细胞的生长曲线，藻细胞初始接种
量为 106 cells/mL，且延迟期生长缓慢，吸光度较低，
因此从实验第 3 d开始以 24 h为间隔取样测定。由生
长曲线可见，添加 10-2 mM La或 Ce，藻细胞生长明
显受到抑制（P<0.01），随着培养时间延长，其细胞数
量虽然持续增长，但是在整个培养周期一直低于对照
组和其他浓度处理组。当稀土硝酸盐添加浓度小于
10-2 mM时，藻细胞密度在第 3 d时已明显高于对照
组，其中 La添加组中 10-5 mM最高，而 Ce添加组中
则是 10-6 mM最高，但是随着培养时间延长，处理组
与对照组之间的差距逐渐缩小。图 2表示各实验组的
比生长速率（μ），除了 10-2 mM组，10-3~10-6 mM处
理组与对照组的差异主要体现在培养早期，而随着培
养时间延长，这种“优势”逐渐减弱，在第 7天时与
对照组相比基本一致。
2.2 La和Ce对普通小球藻细胞干物质含量的
影响
在本研究培养条件下，通过生长曲线测定发现藻
细胞增殖在第 7 d时达到最大密度，之后藻细胞培养
液的光密度逐渐降低，藻细胞进入衰亡期，为了测定
稀土对藻细胞最大生物量的影响，本实验于第 7 d时
收集培养物，测定各实验组的干物质含量(图 3)。由图
可见，与对照相比，处理组的藻细胞干物质含量并未
明显提高，甚至 10-3 mM处理后较对照组低。结合生
长曲线(图 1)和比生长速率(图 2)，推测 La和 Ce的添
加可在培养初期促进藻细胞增殖，但是随着培养时间
延长比生长速率(μ)降低，因此对最大生物量的影响不
大。

图3 稀土硝酸盐添加后第7 d藻细胞干物质含量测定
Fig.3 Dry matter content of Chlorella vulgaris with rare earth
nitrate treatment at 7th day
2.3 La和Ce对普通小球藻叶绿素和类胡萝卜
素含量的影响

图4 稀土硝酸盐添加后第7 d藻细胞色素含量测定
Fig.4 Cytochrome content of Chlorella vulgaris with rare earth
nitrate treatment at 7th day
注：a：La，b：Ce。
不同实验组培养第 7 d 时藻细胞内叶绿素(Ca和
Cb)和类胡萝卜素(Cx·t)含量见图 4。10-2 mM La或 Ce
处理后，叶绿素和类胡萝卜素含量均明显低于对照组，
这与生长曲线测定结果一致，进一步说明这一添加浓
度对于普通小球藻的生长起到了明显的抑制作用。由
图可见，当处理浓度小于 10-2 mM时，一定浓度范围
的 La 或 Ce 可提高叶绿素(Ca 和 Cb)的含量；其中
10-3~10-5 mM的 La可将 Ca含量提高 7.76~24.46%，Cb
含量提高 5.93~28.51%，且二者的最大含量均由 10-3
mM 处理组测得，10-6 mM 处理后两种叶绿素含量则
略低于对照组；Ce 具有促进作用的浓度范围较大，
10-3~10-6 mM可将 Ca含量提高 19.56~50.76%，Cb含量
提高 31.35~38.92%，最大含量均由 10-4 mM处理组测
得。而对于类胡萝卜素，只有 10-3 mM Ce处理组略高
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于对照组，其余处理组均与对照组差异不大。叶绿素
含量通常作为藻类光合作用能力的指标之一，本实验
表明一定浓度范围内的 La和 Ce均可提高其含量，结
合生长曲线也可看出在这一浓度范围内，藻细胞的增
殖较对照组快，因此推测 La和 Ce通过增加藻细胞内
叶绿素含量促进其光合作用，从而加速藻细胞生长繁
殖。
2.4 La和Ce对普通小球藻细胞可溶性糖含量
的影响

图5 稀土硝酸盐添加后第7 d藻细胞可溶性糖含量测定
Fig.5 Soluble sugar content of Chlorella vulgaris with rare earth
nitrate treatment at 7th day
不同实验组培养第 7 d时藻细胞内可溶性糖含量
见图 5。10-3 mM 浓度处理后可溶性糖含量较对照组
高，其中 La可提高 13.83%，Ce可提高 34.88%，而
其他浓度并未明显促进可溶性糖含量的增加，甚至
10-5 mM的 La处理后明显低于对照组。上述实验表明
由于一定浓度范围的La或Ce能够增加藻细胞叶绿素
含量(图 3)，促进光合作用和细胞内生物大分子合成，
糖作为胞内一种重要的生物大分子，其合成和积累也
在一定程度上得到了提高。
3 结论
胡勤海等[7~9]曾以椭圆小球藻(C.ellipsoidea)和蛋
白核小球藻(C.pyrenoidosa)作为受试藻种，研究了 La、
Ce、Pr、Nd、Sm和Y等多种稀土元素以及混合稀土
对其生长和生理特性的影响，结果表明低浓度(2 mg/L)
在短期内(1~3 d)对细胞的生长和 Ca 含量的增长都有
轻微的刺激作用，但随着处理浓度的提高和时间延长
则表现出明显的抑制作用。本文以普通小球藻
(C.vulgaris)作为受试藻种，通过实验发现，在藻类培
养基中添加 10-3~10-6 mM浓度范围的La或Ce均可在
一定程度上促进藻细胞增殖，但这种促进作用在培养
早期比较明显，随着培养时间延长，处理组的比生长
速率(μ)降低，与对照组趋于相同，这一现象与之前的
报道类似，即稀土对藻类细胞增殖的促进作用与培养
时间有关；干物质含量测定结果则表明处理组与对照
组的最大生物量无明显差异；叶绿素含量在处理组和
对照组之间则存在比较明显的差异，其中 10-3~10-5
mM La或 10-3~10-6 mM Ce处理组叶绿素含量均比对
照组高，效应浓度范围与之前的报道略有不同，可能
与藻种、培养基以及培养条件等因素有关；同样，对
于可溶性糖，10-3 mM的 La或 Ce均可明显提高其含
量。上述研究结果表明，在藻类培养基中添加一定量
的稀土元素，可提高藻细胞叶绿素含量，促进糖类的
合成，从而加速细胞的生长繁殖，但随着培养时间延
长，处理组的比生长速率逐渐减慢，与对照组的差异
减小，使得最终的最大生物量在处理组和对照组之间
差异不大。通过研究推测，一定浓度范围内的稀土元
素能够缩短小球藻培养的延迟期，加快进入对数生长
期，并促进其生长代谢并提高胞内某些生物大分子的
合成和积累，更早获得最大生物量，从而在一定程度
上缩短了整个培养周期。
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