全 文 ：研究报告　REPORTS
Marine Sciences/ Vol.33 , No.2/ 2009
3种植物激素对螺旋藻生长和代谢产物含量的影响
陈　颖 ,赵　培 ,王雪青 ,庞广昌
(天津市食品生物技术重点实验室 ,天津商业大学 生物技术与食品科学学院 ,天津 300134)
摘要:用单因素分析法研究 6-苄基氨基嘌呤(6-BA)、萘乙酸(NAA)和赤霉素(GA)3 种植物激素对螺旋藻生
长和代谢产物含量的影响。结果显示 ,添加 NAA(0.4 mg/ L)和GA(1.0 mg/ L)分别使钝顶螺旋藻(S piruli-
na p latensis)和极大螺旋藻(S pirulina max imum)生物量达到最大值 , 与对照相比提高了 49.1%和 65.2%,
比生长速率增加了 66.7%和 28.6%。同样 , 激素可以显著地影响螺旋藻的代谢产物含量。对于钝顶螺旋
藻 , GA(0.1 mg/ L)使胞外总糖含量增加 5 倍;GA(0.3 mg/ L)使胞内总糖含量提高 5 倍;6-BA(0.2 mg/ L)使
胞内蛋白含量提高 27.8%;NAA(0.2 mg/ L)使 SOD酶比活力提高 3.47 倍。对于极大螺旋藻 , GA(0.3 mg/ L)
使胞外总糖含量增加 1.32倍 , 使胞内总糖含量提高 2 倍;NAA(1.6 mg/ L)使胞内蛋白含量提高 66.7%, 6-BA
(1.6 mg/ L)使 SOD 酶比活力提高 3.47 倍。因此植物激素对螺旋藻生长和代谢产物合成有明显的促进作
用 , 该结果为高密度规模化生产奠定基础。
关键词:螺旋藻;植物激素;总糖;蛋白;SOD
中图分类号:Q949.2　　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1000-3096(2009)02-0011-06
　　植物生长激素对高等植物的生长发育具有明显
的促进作用 ,因而在农业生产上有较多的应用[ 1] 。
近年研究发现植物激素对藻类的生长和代谢产物的
合成也具有显著的刺激作用 。曾晓春等[ 2] 发现 2 , 4-
二氯苯氧基乙酸(2 ,4-D)和 6-苄基氨基嘌呤(6-BA)
使钝顶螺旋藻的生物产量具有明显的提高趋势。吲
哚乙酸可以促进单细胞和多细胞藻的生长和分裂 ,
赤霉素(GA)可增加大型海藻的生长速率 ,细胞激动
素可以促进藻类的生长 ,加速细胞分裂 ,增加蛋白质
和叶绿素的含量 , 并可调节藻类的形态建成和再
生[ 3] 。而系统地研究植物激素对钝顶螺旋藻和极大
螺旋藻生物学的影响少见报道 。本文通过研究植物
激素对螺旋藻生物量 、生长速率 、总糖 、蛋白 、SOD产
量的影响 ,确定提高螺旋藻生物量和代谢产物含量
的最佳激素种类及作用浓度 ,为螺旋藻的规模化培
养提供理论依据 。
1　材料和方法
1.1　材料
1.1.1　藻种培养
螺旋藻由中国科学院典型培养物保藏委员会淡
水藻种库提供 ,分为钝顶螺旋藻(S pirul ina platen-
sis)(#834)和极大螺旋藻(S pirulina max imum)
(#438)两类 。实验前接种到 1 000 mL 三角烧瓶中
进行活化纯培养 ,接种密度约为 104 个/mL。以 AB
培养基培养 。光强设定为 3 000 lx , pH 为 10.0 ,温
度为 30℃±1℃,光暗周期为 14 h∶10 h ,不充气培
养 ,每天摇动 3次 ,取指数生长期的藻液进行实验。
1.1.2　试剂
6-苄基氨基嘌呤(6-BA)、萘乙酸(NAA)和赤霉
素(GA),由上海莱鑫仪器有限公司提供。
1.1.3　试验仪器
LD5-10型低速离心机(北京医用离心机厂);
LDZX-40BQ 立式自动压力蒸汽灭菌器(天津奥特赛
恩斯仪器有限公司);JY型电子天平(上海精密科学
仪器有限公司);净化工作台(上海博迅实业有限公
司医疗设备厂);7230G 型分光光度计(上海精密科
学仪器有限公司);玻璃仪器气流烘干器(郑州长城
科工贸有限公司)。
收稿日期:2008-01-20;修回日期:2008-06-04
基金项目:天津市科技攻关计划重点项目(06YFBZNC04200);天津自
然科学基金重点项目(08JCZDJC16600)
作者简介:陈颖(1985-),女 ,硕士研究生 , 主要从事制药分离的研究 ,
E-mail:chenyingtg@hotmai l.com;王雪青 , 通信作者 , 博士 , 教授 ,
E-mail:w xqing@t jcu.edu.cn
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1.2　激素试验
在基础培养基 AB 中加入不同种类和浓度的激
素 ,如表 1所示 。
表 1　激素单因子实验设计
Tab.1　Phytohormone single factor test
促进剂种类 质量浓度(mg/ L)
6-BA 0.2 0.4 0.8 1.6
NAA 0.2 0.4 0.8 1.6
GA 0.1 0.3 0.5 1.0
2　结果
2.1　3种植物激素对螺旋藻生物量的影响
以添加 0.4 mg/L 的 NAA 为例(图 1),螺旋藻
空白样品在生长 3 ～ 7 d时处于对数期 ,激素的添加
使对数期增加至 9 d ,而且每天的生物量均大于空白
样。加入植物激素确实在一定程度上加速藻体细胞
增殖分裂 ,并明显延长其对数期。在第 9天后 ,激素
浓度明显减少。过低或过高的激素浓度会抑制植物
生长 ,适宜的激素浓度会明显使藻液产气量增加 ,可
在实验中观察到藻液中气泡含量增加 ,代谢旺盛。
图 1　激素样品与空白样品对照
Fig.1　Compara tion between added phytoho rmone and
the contro l g roup
2.1.1　对钝顶螺旋藻生物量的影响
以最终获得的产物量相比 ,在各激素及其浓度
中 ,添加 0.4 mg/L 的 NAA 使生物量达到最佳值。
对钝顶螺旋藻来说 ,分别加入 0.4 mg/L 的 6-BA 、
0.4 mg/L的 NAA 及 0.5 mg/ L 的 GA 比加入其他
浓度的激素效果好 ,分别使其生物量增加了 25.4%、
49.1%、15.2%(图 2)。
将3种最适浓度激素进行对比发现 ,加入 NAA 后
能明显延长对数期 ,加入 GA能明显提高藻体生物量。
图 2　激素对钝顶螺旋藻生物量的影响
F ig.2　Effect o f phy toho rmones on biomasses of S pir-
ulina platensis
2.1.2　对极大螺旋藻生物量的影响
将最终获得的产物量相比 ,GA 的效果明显好于
6-BA 和 NAA 。和钝顶螺旋藻相同 ,植物激素加速
极大螺旋藻藻体细胞增殖分裂 ,延长了对数期 。分
别加入 0.2 mg/L 的 6-BA 、1.6 mg/L 的 NAA 及
1.0 mg/L的 GA 比加入其他浓度的激素效果好 。它
们分别使其生物量增加 44.9%、56.5%、65.2%将三
种最适浓度激素进行对比发现 ,加入 GA 后能明显
延长对数期 , 并且能明显提高藻体干重生物量 。
NAA 次之 , 6-BA 最差。螺旋藻对 GA 更敏感 。微
量就能影响螺旋藻的生长繁殖。
图 3　激素对极大螺旋藻生物量的影响
Fig.3 　Effect o f phytoho rmones on biomass of Sp irulina
ma ximum
2.2　3种植物激素对钝顶螺旋藻比生长速率
的影响
2.2.1　对钝顶螺旋藻比生长速率的影响
比生长率是衡量生物量增加快慢的参数。由图
4可以看出 ,当激素浓度较低时 ,添加 NAA 的藻株
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生长速率明显高于添加 6-BA 和 GA 的藻株。当激
素水平在高浓度时 , 三者相近 。添加 6-BA 时 ,
1.6 mg/L 6-BA 是最大生长速率的浓度;添加 NAA
时 ,0.4 mg/L NAA 是最大生长速率的浓度;添加
GA 时 , 1.0 mg/LGA 是最大生长速率的浓度 。整体
上看 ,各激素水平中 , NAA (0.4 mg/L)是生长速率
最大的 ,也即是相同时间内生产生物量最大的 ,它使
比生长率提高了 66.7%。不同的激素及其浓度对螺
旋藻的生长状况影响不同 ,有其最适的激素水平。
图 4　植物激素对钝顶螺旋藻比生长速率的影响
Fig.4　Effect of phy toho rmones on the specific g row th ra te
of S pirulina p latensis
2.2.2　对极大螺旋藻比生长速率的影响
由图 5 可以看出 , 当激素浓度较低时 , 添加
NAA的螺旋藻的比生长速率明显低于添加 6-BA 和
GA 的。当激素水平在高浓度时 ,三者相近 。添加
6-BA时 , 0.2 mg/L 是最大生长速率的浓度 ,其生长
速度高于其他任何浓度水平;添加 NAA 时 ,
1.6 mg/L是最大生长速率的浓度 ;添加GA时 ,
图 5　植物激素对极大螺旋藻比生长速率的影响
Fig.5　Effect of phy toho rmones on the specific g row th ra te
of S pirulina max imum
1.0 mg/L 是最大生长速率的浓度 。整体上看 ,各激
素水平的生长速率差别不大 ,激素的添加明显提高
螺旋藻的生长速率 ,并且有其最适的激素浓度 。
2.3　3种植物激素对螺旋藻胞内外活性物质
的影响
藻类 ,特别是单细胞或群居的藻类 ,在他们所在
的环境中排泄出大量的各种有机物和无机物以及低
分子物质 ,包括糖 、有机酸和肽类[ 4] 。这些过量的细
胞内合成物 ,通过细胞壁排泄到环境中 。藻类培养
时间的长短由排泄到细胞外的蛋白量来决定。随着
藻的生长 ,胞外蛋白的含量逐渐增加 。影响藻类生
长繁殖的又一重要因素是磷元素。在激素和磷的协
同作用下会增加光合作用 ,同时磷也是进入卡尔文
循环的化合物[ 5 , 6] ,糖的产生促进光合作用 ,进而刺
激了藻类的生长繁殖[ 7] 。
2.3.1　对钝顶螺旋藻胞内外总糖含量的影响
对于钝顶螺旋藻 ,以每克藻体干物质为基准 ,衡
量胞外总糖的产量 , 激素的添加明显使产量提高 。
由图 6 看出 ,对于 6-BA ,低浓度和高浓度均有较高
产量;NAA 随浓度增加 ,产量随之增加;对于 GA ,中
间浓度较差 ,但仍明显高于不加激素的产量 。效果
最好的是GA(0.1 mg/L ,和不加激素相比产量增加
5倍),6-BA(0.2 mg/L),NAA(1.6 mg/ L)。从整体
上看 ,GA 效果最好 ,6-BA 次之 ,NAA 最差 。
图 6　激素对钝顶螺旋藻细胞胞外总糖含量的影响
Fig.6　Effect of phy tohormones on ex trace llular to ta l sugar
o f S pirulina p latensis
由图 7可知 ,对于胞内总糖 ,加入 6-BA ,低浓度
和高浓度均有较高产量;NAA 随浓度增加 ,产量随
之增加;对于 GA ,中间浓度较差 ,就其产量而言明显
高于不加激素的 。此情况和产胞外总糖的激素水平
参数一致 ,说明对于相同藻种 ,任一激素水平的添加
对胞内和胞外总糖的影响是一致的 。效果最好的是
GA(0.3 mg/L),6-BA(1.6 mg/ L),NAA(1.6 mg/L)。
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图 7　激素对钝顶螺旋藻细胞胞内总糖含量的影响
Fig.7 　Effect of phy toho rmones on int race llular to tal sugar
o f S pirulina p latensis
2.3.2　对极大螺旋藻胞内外总糖含量的影响
对于极大螺旋藻 ,以每克藻体干物质为基准 ,衡
量胞外总糖的产量 ,加入的 6-BA 随浓度增加 ,产量
随之增加;由图 8 可以看出 ,对于 GA ,中间浓度较
差 ,低浓度和高浓度较好。效果最好的是 GA
(0.3 mg/ L),6-BA(1.6 mg/L), NAA(1.6 mg/L)。
从整体上看 ,GA 效果最好 ,和不加激素相比产量增
加 1.32 倍。6-BA 次之 , NAA 最差 。对于不同的藻
种 ,促使其产糖的激素水平不同;单纯生物量的多
少 ,不能衡量多糖产量的多少 。
图 8　激素对极大螺旋藻细胞胞外总糖含量的影响
Fig.8　Effec t of phy toho rmones on ex tracellular to tal sugar
of S pirulina max imum
衡量胞内总糖的产量 ,发现激素的添加明显使
产量提高 ,由图 9 可以看出 , 对于 6-BA ,随浓度增
加 ,产量随之增加;对于 GA ,中间浓度较差 ,低浓度
和高浓度较好。此情况和产胞外总糖的激素水平参
数一致 ,说明对于相同藻种 ,任一激素水平的添加对
胞内和胞外总糖的影响是一致的。效果最好的是GA
(0.3 mg/L), 6-BA(1.6 mg/ L), NAA(1.6 mg/L)。
从整体上看 ,6-BA 的效果明显优于 NAA ,和不加激
素相比产量增加 2.4倍。
图 9　激素对极大螺旋藻细胞胞内总糖含量的影响
Fig.9　Effect o f phy tohormone s on intracellula r total sugar
of S pirulina max imum
2.3.3　对钝顶螺旋藻胞内蛋白的影响
对于钝顶螺旋藻 ,以每克藻体干物质为基准 ,由
图 10可以看出 ,对于 6-BA ,低浓度和高浓度均有较
高产量;NAA 的中间浓度较差;对于 GA ,中间浓度
较好。衡量胞内蛋白的产量 ,效果最好的是 6-BA
(0.2 mg/L), NAA(1.6 mg/ L), GA(0.5 mg/ L)。
添加 6-BA(0.2 mg/L)和不加激素相比产量增加
27.8%。不同的藻种 ,促使其产蛋白的激素水平不
同;单纯生物量的多少 ,不能衡量蛋白产量的多少。
图 10　激素对钝顶螺旋藻细胞胞内蛋白含量的影响
Fig.10　Effect o f phy tohormone s on intracellular pr otein of
S pirulina platensis
2.3.4　对极大螺旋藻胞内蛋白的影响
对于极大螺旋藻 ,以每克藻体干重为基准 ,由图
11可以看出 ,对于 6-BA ,随浓度增加 ,产量随之减少 ,
有其最适的激素浓度 ,激素量过大会抑制螺旋藻的产
蛋白能力;对于 GA ,浓度影响无太大差别 ,0.5 mg/L
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最差。衡量胞内蛋白的产量 ,效果最好的是 NAA
(1.6 mg/ L), GA(0.3 mg/L),6-BA(0.2 mg/L)。从
整体上看 ,GA 效果最好 ,NAA次之 ,6-BA 最差。
图 11　激素对极大螺旋藻细胞胞内蛋白含量的影响
Fig.11 　 Effect of phytoho rmones on intracellular pro tein of
Spirulina ma ximum
2.3.5　对钝顶螺旋藻SOD酶活力的影响
由图 12 可知 ,对于钝顶螺旋藻 ,当 6-BA 浓度为
0.2 mg/ L时产 SOD酶最多 ,过高浓度会抑制 SOD的
产量 ,当 NAA浓度为 0.2 mg/L 时产 SOD酶最多 ,当
GA浓度为 0.5 mg/L 时产 SOD酶最多 ,过低过高的
浓度都不适于 SOD的产出。不同的藻种 ,促使其产
SOD的激素水平不同;单纯生物量的多少 ,不能衡量
SOD产量的多少 。
图 12　激素对钝顶螺旋藻 SOD酶比活力的影响
Fig.12　Effect of phytoho rmones on the level of SOD of S piru-
lina platensis
2.3.6　对极大螺旋藻SOD酶活力的影响
由图 13 可以看出 ,对于极大螺旋藻 ,当 6-BA浓
度为1.6 mg/L 时产SOD酶最多 ,NAA的中间浓度最
好 ,当 NAA 浓度为 0.8 mg/L 时产 SOD酶最多 ,当
GA浓度为 0.5 mg/L 时产SOD酶最多。
图 13　激素对极大螺旋藻 SOD酶比活力的影响
Fig.13　Effect of phy tohormones on the level of SOD of S piru-
lina max imum
3　讨论
从实验结果可以得到:激素的添加明显优化了螺
旋藻的生长态势(图1 ～ 4),同时也极大地提高螺旋藻
的代谢产物含量(图 5 ～ 10)。在实验中 ,螺旋藻生长
对 GA最敏感。添加 GA(0.5 mg/L),钝顶螺旋藻生
物量增加15.2%;添加GA(1.0 mg/L),极大螺旋藻生
物量增加 65.2%。
GA 是一种高效能的植物生长刺激素 ,促进细胞
分裂和增长 ,促进 RNA 和蛋白质合成 ,使细胞壁酸化
或消除细胞壁中 Ca而使细胞寿命延长。GA 对藻类
生长的促进作用也已有很多报道[ 8 ～ 11] 。熊凡[ 10] 进行
了 GA对加速小球藻繁殖的作用实验 ,证明其作用十
分明显。张坤城[ 12] 研究指出 ,质量浓度为 0.1mg/L
的 GA可以诱导孔石莼(Ulvalactuca)管状结构的加
长 ,质量浓度为 0.1 mg/L 的 GA能使小球藻(Chlo-
rel la sp.)的产量增加20% ,质量浓度为 34 mg/ L时 ,
可使裸甲藻产量增加 40%。质量浓度为 0.4 mg/L
时 ,可使昆布的生长增加 3倍;张芬来[ 13] 报道了 GA
对于扁藻生长的最适质量浓度为 0.1 mg/ L ,GA 对 2
种底栖硅藻的最佳质量浓度均为0.5 mg/L ,低于或高
于最佳质量浓度 ,2种底栖硅藻的生长速率均有所下
降 ,此实验结果与作者得到的结论类似。
植物激素促进螺旋藻生长的原因可能是它们作
用于细胞时与细胞受体结合 ,从而促进质子分泌到细
胞壁 ,致使细胞松弛 ,延伸快 ,还能促进 RNA和蛋白
质的生物合成 ,为原生质和光合膜的合成提供原料;也
可能是激素本身作为藻类生长的营养因子 ,但准确机
理还有待于进一步的研究[ 14] 。
植物激素明显地促进了生物活性物质的产生。
在生产胞内 、外总糖时 , GA 均从整体水平上高于 6-
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BA和 NAA ,钝顶螺旋藻产胞内总糖 、极大螺旋藻产
胞外总糖的最佳激素水平均是 GA(0.3 mg/L),6-BA
(1.6 mg/ L),NAA(1.6 mg/L)。
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Effect on biomass and the content of active components of Spi-
rulina sp.by three phytohormones
CHEN Ying , ZHAO Pei , WANG Xue-qing , PANGGuang-chang
(Tianjin Key Labo rato ry For Food Bio techno logy , Tianjin Commercial University , Schoo l o f Bio technolog y
and Food Technolo gy , Tianjin 300134 , China)
Received:Jan., 14 , 2008
Key words:Sp irulina;Phy toho rmone;To ta l suger;P rotein;SOD
Abstract:The ef fects of three phytohormones , 6-Benzy l aminopurine (6-BA), N aphthalene acetic acid
(NAA)and Gibbe rellic acid(GA), on the biomass and content of act ive components of S pirul ina sp.have
been researched through a sing le facto r test.It w as show n that:added NAA(0.4 mg/L)to S pirul ina plat-
ensis and GA (1.0 mg/ L)to S.ma ximum respectively made the biomass maximize 49.1%,65.2% and the
specific g row th rate maximize 66.7%, 28.6%.The regulated reaction of ho rmone made the S pirul ina sp.
reach the largest throughput.Due to the metabo lization of S.platensis , 0.1 mg/L GA can increase the con-
tent of it s extracellular total sugar by 5 times , int racellular total suger augmented 5 times on GA (0.3 mg/L).
Int racellular pro tein increased 27.8% on 6-BA(0.2 mg/L).NAA(0.2 mg/ L)could increase the level o f
SOD o f S.platensis by 3.47 times.To S.ma ximum , to tal in-ex t racellular suger augmented 1.32 t imes and
2 times on GA(0.3 mg/L).NAA(1.6 mg/L)and 6-BA(1.6 mg/ L)could respectively increase the intra-
cellula r pro tein and SOD by 66.7% and 3.47 times.It w as concluded that phytohormones can promote the
grow th o f S pirulina sp.This result can establish the rationale for large-scale high-densi ty production.
(本文编辑:张培新)
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