全 文 ：第 34 卷 第 5 期
2013 年 9 月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
Journal of Inner Mongolia Agricultural University
Vol． 34 No． 5
Sep． 2013
低温、强光处理后鄂尔多斯高原碱湖及
乍得湖钝顶螺旋藻的补偿生长
*
巩东辉1，2， 王志忠2， 张少英2*
(1． 内蒙古科技大学 生物技术研究所，包头 014010;2． 内蒙古农业大学 农学院，呼和浩特 010019)
摘要: 本文以鄂尔多斯高原碱湖钝顶螺旋藻(S1)及非洲乍得湖钝顶螺旋藻(S2)为实验材料，通过生理学方法研究
了低温、强光胁迫处理后 S1、S2 的补偿生长。结果表明:藻体叶绿素 a、可溶性糖、可溶性蛋白含量在低温、强光胁迫
条件下均呈现出不同程度的下降;低温、强光下处理的样品在室温、自然光下进行恢复生长，S1 各项生理指标的恢复
均快于 S2，且恢复时间与处理温度、时间呈负相关;对不同条件下处理的藻细胞镜检发现:低温、强光处理后的藻丝
体发生不同程度的断裂，颜色由深变浅，发生光漂白，光漂白程度均为 S2 ＞ S1。
关键词: 螺旋藻; 叶绿素 a; 可溶性糖; 可溶性蛋白; 胁迫
中图分类号: Q945． 11 文献标识码: A 文章编号:1009 － 3575(2013)05 － 0018 － 05
COMPENSATOＲY GＲOWTH OF SPIＲULINA PLATENSIS IN
ALKALI LAKE OF EＲDOS PLATEAU AND CHAD LAKE
AFTEＲ LOW TEMPEＲATUＲE AND HIGN LIGHT TＲEATMENT
GONG Dong － hui1，2， WANG Zhi － zhong2， ZHANG Shao － ying2
(1． Biotechnology Institute，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China;
2． College of Agronomy，Inner Mongolia Agricultural University，Huhot 010019，China)
Abstract: This research used the Spirulina platensis in the alkaline lake of Erdos Plateau (S1)and the Spirulina platensis in the lake
of Chad Africa (S2)as experimental material，studied the compensatory growth of S1，S2 after low temperature and high light treatment
by the physiological method． The results showed:The chlorophyll a，soluble sugar，soluble protein decreased under the stress of low
temperature and high light;The samples recovered in room temperature and natural light which treated with low temperature and high
light，the physical indexes of S1 were better than that of S2，the recovery time negatively correlated with the treating time and the trea-
ting temperature;To examine the cell treated with different condition by microscope showed:The algal filament was broken more or less
after treated with low temperature and high light，the color turned from deep to shallow caused by photobleaching，the level of photob-
leaching was S2 ＞ S1 ．
Key words: Spirulina; chlorophyll a; soluble sugar; soluble protein; stress
补偿生长是生物体对环境变化的一种适应性反
应，主要指生物体遭受到不良环境胁迫后其生长及
生理机能受到制约，但当不良环境胁迫解除后，生物
体的生长能力会得到不同程度的恢复，表现出相对
未受不良环境胁迫生物体超常生长的现象［1］。从现
有的研究来看，主要集中于对反刍动物［2］、水生动
物［3，4］及高等植物［5］的补偿生长研究，而以海洋和淡
水藻类植物为研究对象的研究相对较少。作为水生
态系统最主要的初级生产者，微藻在自然界物质和
能量流动中扮演着非常重要的角色;同时，很多具有
重要经济价值的微藻已广泛应用于食品、医药保健、
水产养殖等各种领域，具有广阔的开发和利用前景。
以下实验以鄂尔多斯钝顶螺旋藻(S1)和非洲 Chad
湖钝顶螺旋藻(S2)作为实验材料，在低温(10℃、
20℃)、强光(1800 μmol /m2s)下分别处理不同时间，
处理后的样品置于室温、自然光照条件下进行恢复
* 收稿日期: 2013 － 01 － 20
基金项目: 内蒙古自然科学基金项目(2011MS0519，2011MS0306)
作者简介: 巩东辉(1976 －) ，男，博士研究生，副教授，主要从事藻类生理、生化及分子生物学研究
* 通讯作者: E － mail:syzhang36@ yahoo． com． cn
培养，测定其在恢复生长时期的生物量、叶绿素 a 含
量、胞内多糖和可溶性蛋白含量等指标，探讨经低温
与强光胁迫后鄂尔多斯钝顶螺旋藻的补偿生长现
象，为螺旋藻养殖在初春和深秋在低温和强光抑制
后的恢复生长提供实验依据。
1 材料与方法
1． 1 实验材料
S1内蒙古鄂尔多斯高原碱湖钝顶螺旋藻
S2非洲 Chad湖钝顶螺旋藻
1． 2 实验方法
1． 2． 1 螺旋藻的培养 采用 Zarrouk 培养液［6］，在
自然光照条件下通空气培养至对数生长期。
1． 2． 2 样品处理 取对数生长期的螺旋藻，稀释
(OD560 = 0． 2) ，量取 150 mL于三角瓶中，强光(1800
μmol /m2s)于 10 ℃、20 ℃条件下分别处理 30 min、
180 min，处理后的藻液稀释至 OD560 = 0. 1，分装入透
明塑料瓶，每瓶 250 mL，置于室温、自然光照条件下
进行恢复培养，每 2 d 测定一次，每个样品设置 3 ～ 5
个重复;未经低温、强光处理的藻液(OD560 = 0. 1)在
同样的光温条件下培养作为对照。
1． 2． 3 生物量测定 每隔 24 h 测定一次藻液浓度
(OD560) ，重复三次取平均值，绘制生长曲线。
1． 2． 4 叶绿素 a 含量的测定 取 4 mL的藻液离心
(14000 r /min，6 min) ，弃上清，离心沉淀加入 95%乙
醇 4mL，至于 4℃冰箱中 24h 后离心(5000 r /min，10
min) ，722 分光光度计测上清液吸光度 OD663 和
OD645，根据公式求叶绿素 a的浓度(mg /L)
［7］。叶绿
素 a 浓度(mg /L) :Ca = 12. 7A 663 － 2. 69A 645
1． 2． 5 胞内可溶性糖测定(蒽酮法)［8］ 取 4mL 藻
液离心(8000 r /min，10min) ，弃上清，加入磷酸缓冲
液 4 mL，置于 － 20 ℃冰箱中冷冻 30 min，取出置于
38 ℃水浴中让其完全融化，超声波破碎 10min，重复
3 次后离心(8000 r /min，10 min) ，取 1 mL 上清液加
4 mL蒽酮试剂，沸水煮 10 min，自然冷却 60 min 后
测 OD625，根据葡萄糖标准曲线计算可溶性糖浓度。
可溶性糖的含量 = C × V /W
C:查标准曲线所得每管蛋白质浓度，μg /g
V:提取液总体积，mL
W:样品质量，g
1． 2． 6 可溶性蛋白含量测定(考马斯亮蓝法)［8］
取 4 mL藻液离心(8000 r /min，10 min) ，弃上清，加
入磷酸缓冲液 4 mL，置于 － 20 ℃冰箱中冷冻 30
min，取出置于 38 ℃水浴中完全融化，超声波破碎 10
min，重复 3 次后离心(8000 r /min，10 min) ，取 1mL
上清液加 4 mL 考马斯亮蓝溶液，分光光度计测
OD595，根据蛋白值标准曲线计算蛋白质浓度。
样品蛋白含量(μg /g)= C × V /W
C:查标准曲线所得每管蛋白质浓度(μg /g)
V:提取液总体积(mL)
W:样品质量(g)
2 结果与分析
2． 1 低温、强光处理后鄂尔多斯钝顶螺旋藻生长的
恢复
鄂尔多斯钝顶螺旋藻(S1)和非洲 Chad 湖钝顶
螺旋藻(S2)在强光、低温处理 30 min 后恢复生长情
况见图 1。由图可见:处理后的样品在恢复生长的初
期处于相对停滞的阶段，藻液浓度变化较小，之后生
长逐渐恢复，但开始恢复生长的时间有所差异，10℃
(图 1a)处理的 S1、S2 分别在第 15 d、18 d 开始恢复
生长;20 ℃处理(图 1b) ，其恢复生长的时间点分别
为第 8 d和第 10 d;第 45 d时 S1、S2 的藻液浓度 OD
值分别为 0. 70 和 0. 64。
螺旋藻细胞在光照1800μmol /m2s处理时间为3 h，
藻细胞恢复生长随时间的变化见图 2。S1、S2 恢复生长
曲线趋势与图 1相似，但处于停滞期的时间有所延长。
藻细胞处理 3 h后，镜检发现藻体全部断裂，形成长短
不一的藻殖段，藻体下沉且漂白严重;在恢复生长初期
藻液浓度下降明显，吸光度甚至接近于零;处理温度为
10 ℃(图 2a)，S1 在第 24d生长开始恢复，S2 在第 26 d;
处理温度为 20 ℃(图 2b)，S1、S2 开始恢复生长的时间
分别为第 16d和 18d;第 45d时两个样品的终浓度分别
为对照的 58. 1%和 73. 2%。
2． 2 低温、强光处理后鄂尔多斯钝顶螺旋藻叶绿素
a含量的恢复
藻丝体在强光、低温处理 30 min 后恢复生长时
藻体叶绿素含量随时间的变化见图 3。由于强光与
低温耦合产生强烈的光抑制作用，致使 S1、S2 的叶绿
素 a含量在恢复初期仍然呈下降趋势，第 10d 时较
初始值下降了近 23%;之后叶绿素 a 含量开始逐渐
上升，呈指数增长，至第 20d 增长速度逐渐放缓;
10℃处理，在停滞期后 S2 叶绿素 a 含量的增速要高
于 S1，20 ℃处理条件下二者的增长趋势差异不明显
(p ＞ 0. 05) ;第 45d 时二者的叶绿素含量趋于一致，
但叶绿素 a含量要显著高于对照组(p ＜ 0. 01)。可
以看出低温、强光处理在恢复生长的后期会促进藻
体叶绿素 a的合成。
藻细胞处理 3h后，镜检发现藻体断裂、漂白;在
恢复生长初期藻体叶绿素 a 浓度较初始值呈持续下
降的趋势，第 20d 时两个样品的叶绿素 a 浓度仅为
初始值的 10%左右;10 ℃处理(图 4a) ，S1 在第 23
d、S2 在第 27d 藻体叶绿素浓度迅速上升，至第 34d
叶绿素含量逐渐趋于平稳;20 ℃(图 4b)处理样品的
91第 5 期 巩东辉等: 低温、强光处理后鄂尔多斯高原碱湖及乍得湖钝顶螺旋藻的补偿生长
藻体叶绿素 a浓度随时间的变化曲线与图 4a 相似，
但藻体叶绿素 a 浓度开始恢复的时间早，在对数生
长期时藻体叶绿素 a浓度也较高。
图 1 螺旋藻恢复生长曲线(图 a、图 b分别为 10℃、20℃处理 30min)
Fig． 1 The Compensatory growth curves of Spirulina
(Cultures were exposed to 1800μmol /m2 s for 30min incubated at 10℃，20℃)
图 2 螺旋藻恢复生长曲线(10℃、20℃温度下处理 180min)
Fig． 2 The Compensatory growth curves of Spirulina
(Cultures were exposed to 1800μmol /m2 s for 180min incubated at 10℃、20℃)
图 3 叶绿素 a含量随时间的变化(10℃、20℃温度下处理 30min)
Fig． 3 The change of chl a content of Spirulina by time
(Cultures were exposed to 1800μmol /m2 s for 30min incubated at 10℃，20℃)
02 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2013 年
2． 3 低温、强光处理后鄂尔多斯钝顶螺旋藻可溶性
蛋白的恢复
鄂尔多斯钝顶螺旋藻(S1)和非洲 Chad 湖钝顶
螺旋藻(S2)藻细胞在光照 1800μmol /m
2s 处理时间
为 30min、180min，藻细胞恢复生长时细胞可溶性蛋
白随时间的变化见图 5a、图 5b。实验结果表明:螺
旋藻细胞在低温、强光处理 30min 后蛋白质含量随
时间变化呈先降低后增加的趋势，但是变化幅度存
在差异，镜检发现个别藻丝体断裂。10 ℃处理(图
6a) ，S1 在第 13d时可溶性蛋白含量开始增加，S2 在
16d开始恢复;20 ℃处理(图 6b) ，S1、S2 可溶性蛋白
含量开始增加的时间分别为第 8d 和第 10d;藻细胞
处理时间为 3h，镜检发现藻丝体断裂严重，很难找出
完整的藻丝体，且藻丝体出现严重的漂白现象，几乎
完全透明，两个样品可溶性蛋白恢复增长的时间也
较处理时间为 30min时的显著推后。
图 4 叶绿素 a含量随时间的变化(10℃、20℃处理 180min)
Fig． 4 The change of chl a content of Spirulina by time
(Cultures were exposed to 1800μmol /m2 s for 180min incubated at 10℃，20℃)
图 5 可溶性蛋白含量随时间的变化(10℃、20℃处理 30min)
Fig． 5 The change of soluble protein content of Spirulina by time
(Cultures were exposed to 1800μmol /m2 s for 30min incubated at 10℃，20℃)
3 讨论与小结
3． 1 讨论
低温、强光胁迫对螺旋藻的多种生理指标都有
抑制作用，但是随处理时间的不同，其抑制效果存在
差异，强光、低温处理 30 min对螺旋藻生长的影响远
远小于处理时间为 3 h，处理 3 h 时会导致藻丝体严
重的断裂、漂白，显著抑制了螺旋藻的生长。低温、
强光会导致螺旋藻生物量、叶绿素 a 含量等各项生
长指标的下降，抑制各活性物质的积累。这种结果
产生的原因可能是:低温抑制了螺旋藻体内各种酶
活性［9］，酶活的降低会抑制蛋白质的合成，导致蛋白
质的正常合成不能进行，加之低温与强光的耦合会
引起某些蛋白质的解体，色素及光合机构的破
坏［10］，细胞膜透性增加［11，12］，最终对藻细胞的正常
生长代谢产生抑制［13］。而长时间低温、强光处理则
会对螺旋藻藻体产生破坏作用，这一点可以从处理
后螺旋藻的藻体形态上看到，镜检发现处理 30min
的藻体形态变化较小，处理 1h 的藻体螺距变小，个
别藻体被破坏，处理 2h 时藻体螺距明显变小，而且
大部分藻体被破坏漂白，而处理 3 h的藻体基本没有
12第 5 期 巩东辉等: 低温、强光处理后鄂尔多斯高原碱湖及乍得湖钝顶螺旋藻的补偿生长
完整的藻丝体存在，只发现裂解的藻殖段，并且藻体
基本上全部漂白。低温、强光抑制了光系统Ⅰ、光系
统Ⅱ的活性，使叶绿素遭到破坏分解，从而抑制了螺
旋藻的光合作用，降低了螺旋藻的生物量。
图 6 可溶性蛋白含量随时间的变化(10℃、20℃处理 180min)
Fig． 6 The change of soluble protein content of Spirulina by time
(Cultures were exposed to 1800μmol /m2 s for 30min incubated at 10℃、20℃)
3． 2 小结
从实验结果可以看出，螺旋藻对外界环境变化
具有一定的适应能力，一旦不良环境胁迫被解除，螺
旋藻会表现出一定的补偿生长效应，与陈晓远
(2001)在土壤干湿变化对冬小麦生长和产量影响的
实验结果相似［14］。在不同的温度、强光处理下，S1
的生长恢复较快，恢复生长至 45d 时，处理时间为
30min时，不论处理温度为 10 ℃还是 20 ℃，两个样
品在藻液浓度、可溶性糖、叶绿素 a 含量、可溶性蛋
白质等各项生理指标都接近或高于对照组;随处理
时间的延长，各项生理指标在对数生长期的值都有
所下降，当处理时间为 3 h 时，仅叶绿素 a 含量显著
高于对照(p ＜ 0. 01) ，可溶性蛋白接近对照组，其它
生理指标均显著低于对照(p ＜ 0. 01)。说明低温下
强光辐射的时间越长，其对螺旋藻造成的伤害越严
重，需要恢复的时间也越久。因此提醒我们在初春
和深秋的螺旋藻养殖中，温度较低且光照较强时，应
注意适当的遮光以减缓光抑制，不然一但藻体受到
伤害，由于恢复生长需要一定的时间，将会对螺旋藻
的生产产生非常不利的影响。
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22 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报 2013 年