全 文 ：第 27卷　第 2期
2006年 6月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
Journa l o f Inne r M ongo lia Ag ricultural University
Vo.l 27　No. 2
Jun. 2006
温度对 3种产业化螺旋藻生长及
蛋白质含量影响的研究*
杨学文 , 　李博生* , 　王志忠 , 　王国富
(内蒙古农业大学农学院 呼和浩特　010019)
摘要:　本文研究了温度对内蒙古螺旋藻 、钝顶螺旋藻和极大螺旋藻的生长和蛋白质含量的影响。结果表明 , 在每
天光暗期各为 12h,光照强度为 180 μm o l m -2 s- 1条件下 , 3个藻种最适生长温度分别是:内蒙古螺旋藻为 20℃ ～
35℃, 钝顶螺旋藻为 20℃ ～ 30℃, 极大螺旋藻为 25℃ ～ 35℃;温度对这 3个藻种蛋白质含量有不同的效应:在不同温
度 24h处理下 , 内蒙古螺旋藻在高温下积累较多的蛋白质 , 钝顶螺旋藻则在低温下积累较多的蛋白质 ,极大螺旋藻在
最适温度下蛋白质含量最高;但较长时间的温度胁迫均使蛋白质含量降低 , 而内蒙古螺旋藻蛋白质含量降低幅度不
显著;长时间的恒温不利于螺旋藻蛋白质的积累。内蒙古螺旋藻具有更好的抗高温和低温的能力 , 而且在较长时间
的逆温胁迫下仍能保持较高的蛋白质含量 ,因此内蒙古螺旋藻具有更广阔的产业化生产前景。
关键词:　螺旋藻(节旋藻);　生长;　温度　蛋白质含量
中图分类号:　Q945. 3　　　文献标识码:　A　　　文章编号:1009 - 3575(2006)02 -0060 - 05
EFFECT OF TEMPERATUES ON GROWTH AND PROTEIN
CONTENT OF THREE SPEC IES OF SPIRULINA(ARTHROSPIRA)
YANG Xue -w en, 　LI Bo - sheng*, 　WANG Zhi- zhong, 　WANG G uo - fu
(College of Agronomy, InnerMongolia Agricultura lUniversity, Huhhot　010019, Ch ina)
Abstract:　The influence of temperature on grow th and prote in composition o f three spec ies of Spirulina, S. innermongoliansis, S.
p latensis and S. max ima used fo r food w as studied. Under 12 - hou r- light /12 - hour - da rk photope riod w ith pho to flux density 180
μmo l m - 2 s-1 , op tim a l g row th tem pe ra ture is verified fo r the three species:20 to 35℃ fo rS. innermongoliansis, 20 to 30 ℃ forS.
p latensis and 25 to 35℃ for S. max ima. It is also observed that fo r the three species tested, the effect of tem pe ra ture on pro te in con-
ten t is sign ificantly diffe ren.t A t the first 24 hou rs, S. innermongoliansis tends to accum ulatem ore prote in at h igher tem pe ra ture, while
S. platensis is just oppo site, and S. maxima accum ula te sm ore pro tein a t its optim al tem pe ra ture. But longe r tim e o f stre ss temperatu res
can cause significan tly dec rease o f p ro te in conten t, while the decrea se of pro tein con tent o fS. innerm ongoliansis is no t so sign ifican.t
Long - tim e constant temperatu re is no t good fo r the accumu la tion of pro tein in Spiru lina. S. innerm ongoliansis has be tter acc lima tion to
high and low tem pe ra tures, and can m a in ta in a re lative ly higher pro tein conten t at low and high tem pe ra tures than the o ther tw o spe-
cies. So S. innermongoliansis has ve ry large po tentia l to be produced in m ass cu lture.
Key words:　Spiru lina (Arthrospira);　 g row th;　 tempe ra ture;　pro tein content
引言
螺旋藻是多细胞 、丝状 、不分枝 、无异型胞 、缠绕
成螺旋状的 1类蓝藻 ,富含蛋白质(约 65%)和非常
平衡的维生素 、矿物质 [ 1, 2] ,还含有不饱和脂肪酸 、
多糖和一些酚类化合物 ,以及藻蓝蛋白 ,具有抗氧化
的作用 [ 3] 。螺旋藻已在医药保健 、食品 、饲料添加 、
水产养殖 、精细化工等方面得到广泛的应用。
* 收稿日期:　2006 - 04 - 17作者简介:　杨学文(1981 -),男 ,硕士研究生 ,从事植物生理学方面的研究.通讯作者:　李博生 Te l:0471 - 4301242;E -ma il:LBS7778@ yeah. net
螺旋藻生长在碱性湖泊里 ,作为人类的食物已
有悠久的历史。虽然螺旋藻属至少有 30多个种 ,现
在用于商业生产只有钝顶螺旋藻 (Spiru lina platensis
(N ords.t )G omont)和极大螺旋藻 (S. max ima Kuetz-
ing)两个种 ,它们天然分布于非洲的 Chad湖和墨西
哥 Texcoco湖 。在 20世纪 70年代 ,这两个种引入了
中国。自 1990年以来 ,广东 、云南 、湖北 、海南 、山
东 、江西 、江苏等省相继建厂生产 ,但所用藻种均来
自于国外。内蒙古螺旋藻是李博生等于 1995年在
内蒙古毛乌素沙地盐碱湖发现 , 经过多年研究发
现 [ 4] ,内蒙古螺旋藻在许多方面均优于进口的两个
螺旋藻藻种 ,现在在内蒙古螺旋藻鄂尔多斯高原养
殖面积已近 10×6 m2 ,年产干藻粉 500 t左右 ,内蒙
古螺旋藻即将成为世界上第三个产业化藻种。
影响螺旋藻生长和物质组成的因素主要有几个
方面 ,如温度 、光照 、pH值和碳酸盐类 [ 5, 6] 。然而 ,
在中国北方(温带地区 )温度是螺旋藻规模养殖的限
制因素 。 Tomaselli [ 7]等(1993)研究了钝顶螺旋藻和
极大螺旋藻 ,表明它们的生长最适温度为 35℃,而
O liveira
[ 8]等 (1999)报道 , 螺旋藻生长最适温度 ,钝
顶螺旋藻为 25℃ ～ 30℃, 极大螺旋藻为 30℃ ～
35℃。至今未见内蒙古螺旋藻与钝顶螺旋藻 、极大
螺旋藻的生长最适温度 、耐低温特性和耐高温特性
方面进行系统的比较研究的报道 。本项研究将内蒙
古螺旋藻和钝顶螺旋藻 、极大螺旋藻在耐低温 、耐高
温特性和它们生长最适温度区间进行系统比较研
究 ,同时研究高 、低温对螺旋藻蛋白质积累的影响 ,
为螺旋藻规模化养殖提供理论依据。
1　材料与方法
1.1　藻种和培养条件
供试藻种和产地见表 1。
表 1　实验材料
Tab. 1 M ateria ls U sed in Th is S tudy
藻种
Species
简称
Abbrev iation
产地(来源)
P roduc tion place (Source)
内蒙古螺旋藻
Spiru lina (A. )
innerm ongoliansis
S1
内蒙古鄂尔多斯高原巴彦淖尔碱湖
Baiyano rA lka line Lake on E rdo s P la teau, InnerM ongo lia, Ch ina
钝顶螺旋藻 S.
(A. ) pla tensis S2
非洲乍得(Chad)湖(南京大学曾昭琪先生赠送) Lake Chad, A frica.
(Dona ted by P ro.f Z eng Zhaoqi in Nanjing University)
极大螺旋藻 S.
(A. ) maxima S3
墨西哥 Texcoco湖(南京大学曾昭琪先生赠送) Lake Texcoco in
Mex ico. (Donated by P ro .f Zeng Zhaoqi in N an jing Unive rsity)
　　3种螺旋藻用 Zarrouk培养液[ 14]在室温 (藻液温
度 20℃ ～ 25℃)散射光下培养备用。
1.2　螺旋藻生长速率的测定
将对数生长期的螺旋藻过滤 ,接种到新鲜培养
液 ,将 100m l供试液倒入相应的三角瓶 ,并在 560nm
波长的条件下 ,将光密度值 OD560值调至 0. 165 ～ 0.
175间 ,然后将其放入智能光照培养箱 (ZPG - 280 ,
哈尔滨东拓科技发展有限公司生产 )进行培养 ,不同
温度处理均指培养液温度 ,在 15℃ ～ 40℃范围内每
3℃ ～ 5℃设一梯度 ,在每天光暗期各为 12h ,光照强
度 [ 9]为 180μmo l m - 2 s- 1条件下培养 5d,用 722S
型分光光度计测定 OD560值计算 5d平均生长速率。
每个处理重复 3次。
1.3　蛋白质含量的测定
过滤的螺旋藻藻丝用蒸馏水冲洗 3次 ,在 80℃
下干燥大约 2h ,然后升至 110℃烘至恒重。干藻粉
的蛋白质含量测定采用凯氏定氮法 [ 12] ,每个样品 3
次重复 。
2　结果与分析
2.1　3种螺旋藻生长最适温度的比较
从图 1可看出 ,温度对螺旋藻生长的影响为单
峰曲线 ,温度过高或过低均会导致螺旋藻生长速率
急剧降低。每个螺旋藻藻种均有各自的生长最适温
度和生长最适温度区间 ,内蒙古螺旋藻在 30℃其生
长最快 ,即最适温度为 30℃,当温度从 30℃降至
20℃或升至 35℃时 ,其生长速率分别降低 16. 4%和
3. 0%,从 20℃降至 15℃或从 35℃升高到 38℃,其生
长速率分别降低 70. 4%和 42. 4%,可见内蒙古螺旋
藻生长最适区间为 20℃ ～ 35℃;同理 ,钝顶螺旋藻生
长最适温度为 25℃,最适温度区间为 20℃ ～ 30℃;
极大螺旋藻生长最适温度为 35℃左右 ,最适温度区
61第 2期　　　　　　　　　杨学文等:　温度对 3种产业化螺旋藻生长及蛋白质含量影响的研究
间为 25℃ ～ 35℃。若处于较长时间的 36℃ ～ 37℃
左右的恒温下 , S2平均生长速率为零;当温度升至
38℃, S2出现负增长 , S1和 S3生长速率仍保持最大
生长速率的 54. 6%和 51. 2%,可见 , S1和 S3具有较
强的抗高温能力 ,在抗低温方面 3个藻种也有明显
差异。
图 1　温度对 3种螺旋藻生长速率的影响
F ig. 1 Influence of tem pe ra tures to G row th ra tes
of th ree Spirulina species
2.2　低温对 3种螺旋藻生长的影响
从图 2可以看出 ,低温对螺旋藻生长的影响与
其作用时间密切相关 。上述 3个藻种在 15℃条件
下 ,经过 2d处理之后 ,它们的生长速率发生了显著
的变化 ,在第 4d,以 S1的生长速率为最高 , S3和 S2
的生长速率分别比 S1低 25. 0%和 77. 0 %;这 3个
藻种在 20℃、4d内(图 2 - B),它们的生长速率非常
接近 ,最大相差只有 10. 7%,这是由于 20℃已接近
它们生长的最适温度范围 。植物生长速率是衡量其
生长状态的综合指标 ,所以它们抗低温能力高低次
序应该是 S1>S3>S2。
图 2　15℃和 20℃下 3个藻种生长曲线(A:15℃;B:20℃)
F ig. 2 G row th curves o f S1, S2 and S3 a t 15 and 20℃
2.3　高温对 3种螺旋藻生长的影响
从图 3可看出 ,高温对螺旋藻生长的影响与其
作用时间关系更加密切 。当螺旋藻处于 35℃时 (图
3 -A), S1和 S3在 5d内生长速率基本相同;在前
3d, S2的生长速率比 S1、S3平均分别高出 13. 9%和
15. 4%;但 3d之后 , S2的生长速率则显著下降 ,在第
5d时 , S2的生长速率分别是 S1、S3的 5. 9%5. 9%和
4. 3%。温度从 35℃升至 38℃(图 3 - B), S1生长速
率始终处于最高 ,在第 1d, S3比 S1下降了 4. 8%, S2
比 S1下降了 4. 2%;到了第 4d, S1和 S2生长速率接
近 ,但 S2却出现负增长。温度升高至 40℃(图 3 -
C),从第 1d之后 , S1的生长速率始终高于 S3,平均
高出 18. 6%。在 40℃条件下 , S2在 24h内却出现结
块 、退色 、无生长 ,趋于死亡 。可见 ,它们的抗热能力
高低的次序是 S1>S3>S2。
图 3　3个藻种在高温下的生长曲线(A:35℃;B:38℃;C:40℃)
F ig. 3 G row th curves o f S1, S2 and S3 a t 35, 38 and 40℃
2.4　温度对 3个藻种全蛋白质含量的影响
螺旋藻的蛋白质含量是评价其产品质量的最重
要的参数之一 ,而且其随着培养温度的变化而有明
显差异 。对供试藻种而言 , 30℃均在 3个藻种的生
长最适温度区间内 , 15℃为低温胁迫 , 40℃为高温胁
迫 (对于钝顶螺旋藻 S2,高温为 38℃,下同 )。从图 4
62 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报　　　　 　　　　　　　　2006年
可以看出 ,在这 3个温度下处理 24h,内蒙古螺旋藻
的蛋白质含量随着温度升高而增加 , 30℃比 15℃高
7. 05%, 40℃比 30℃高 13. 2%;钝顶螺旋藻与其恰
恰相反 , 15℃时最高 , 38℃最低 , 30℃时居中 , 38℃时
蛋白质含量是 15℃时的 80. 2%;而极大螺旋藻在生
长最适温度时蛋白质含量最高 ,它在低温和高温 24h
处理下蛋白质含量均下降 ,在低温时下降得更多 ,下
降了 18. 0%。值得关注的是内蒙古螺旋藻经高温
(40℃)24h处理 、钝顶螺旋藻经低温 (15℃)24h处
理 ,蛋白质含量均显著增加 。
当处理时间延长到 96h时 ,在 30℃下 ,钝顶螺旋
藻蛋白质含量与 24h处理差异不显著 ,但内蒙古螺
旋藻和极大螺旋藻的蛋白质含量则显著降低 ,分别
比 24h处理低 13. 6%和 16. 9%。这表明 ,长时间的
恒温不利于蛋白质的积累 。
在 96h的低温和高温处理下 ,与最适温度相比 ,
钝顶螺旋藻蛋白质含量均显著降低;极大螺旋藻蛋
白质含量也显著降低 ,低温处理比高温处理下降幅
度更大;而内蒙古螺旋藻在 96h的高温和低温下仍
能保持相对较高的蛋白质含量 ,与最适温度下的相
比差异不显著。
这些结果表明 ,温度对螺旋藻蛋白质积累的影
响很大 ,这种作用与温度作用时间关系密切。长时
间的恒温 ,即使不是胁迫温度 ,也不利于蛋白质的积
累;长时间高 、低温胁迫均会使螺旋藻蛋白质含量下
降 ,下降幅度因种而异。内蒙古螺旋藻在高低温胁
迫期间比其它两个藻种仍能保持相对较高的蛋白质
含量。
图 4　温度对 3个藻种蛋白质含量的影响
F ig. 4 Effec t of tem pe ra tures on p ro te in
conten ts o f the three Spriulina
3　讨论
温度是决定螺旋藻生长发育的关键因素之一 ,
对钝顶螺旋藻和极大螺旋藻已有一些研究 。 Von-
shak
[ 10] (1997)报道螺旋藻生长最适温度在 35℃ ～
37℃;而 O liveira[ 8]等 (1999)报道钝顶螺旋藻生长最
适温度为 25℃ ～ 30℃,极大螺旋藻为 30℃ ～ 35℃;
Tomaselli
[ 11]等 (1993)报道钝顶螺旋藻和极大螺旋
藻的一些品系生长最适温度为 35℃,也观察到钝顶
螺旋藻的品系在 42℃时仍能生长 ,但温度继续升高
它们将被致死。本文研究结果是钝顶螺旋藻和极大
螺旋藻的生长最适区间温度分别为 20℃ ～ 30℃和
25℃ ～ 35℃,而内蒙古螺旋藻为 20℃ ～ 35℃,钝顶螺
旋藻和极大螺旋藻的最适生长温度范围更大一些 ,
内蒙古螺旋藻的最适生长温度范围更大 。前人的研
究没有明确指出测定时光强范围以及温度是培养箱
内气温还是培养液的温度 。本研究中发现 ,培养箱
显示的温度 (培养箱内气温 )与藻液温度并不一致 ,
在低温下培养箱显示温度小于藻液温度 ,且温度越
低差异越大 ,如藻液温度为 15℃时培养箱显示温度
大约在 13. 5℃左右;在 25℃ ～ 28℃左右二者很接
近;在高温时箱显示温度大于藻液温度 ,且温度越高
差异越大 ,如藻液温度为 40℃时培养箱显示温度大
约在 42. 8℃左右。另外 ,箱显示温度与藻液温度的
差异 ,还与箱内藻液体积 、所用的容器以及光照强度
等因素有关 。除此以外本研究还发现 ,在光强较低
的条件下 ,藻种的最适温度向高温偏移 (数据未列
出 )。所以我们认为 ,上述这些因素的差异可能是导
致这些结果之间存在差异原因之一。
内蒙古螺旋藻生长最适温度范围较宽 ,对高温 、
低温胁迫均具有较强的抗性。该藻种尤其适合在季
节性温差 、日温差较大的温带地区养殖 ,也可在热
带 、亚热带地区培养 ,比钝顶螺旋藻和极大螺旋藻具
有更长的年养殖期 ,在企业不增加任何设备的情况
下 ,可较大幅度地提高螺旋藻的年产量 。而且在养
殖温度相对较高或较低时 ,内蒙古螺旋藻仍能保持
较高的蛋白质含量 , 使产品质量不会大幅度下降。
鄂尔多斯高原螺旋藻生产基地 ,现在利用塑料大棚
规模养殖螺旋藻 ,钝顶螺旋藻年养殖期 5个月左右 ,
从 4月中旬到 6月中旬 ,棚内培养液温度约在 20℃
～ 30℃之间 , 6月中旬到 9月初 ,该温度约在 25℃ ～
40℃,螺旋藻产量和质量受到极大影响 。应用内蒙
古螺旋藻后情况就发生了变化 ,早春养殖可从 3月
中旬开始 ,晚秋到 10月底或 11月中旬结束 。这样
使年养殖期增加 2个月左右 ,同时在相对高温 、低温
63第 2期　　　　　　　　　杨学文等:　温度对 3种产业化螺旋藻生长及蛋白质含量影响的研究
期 ,使螺旋藻产量和质量下降幅度均减小 ,从两方面
提高螺旋藻企业的经济效益和设备利用效率 。该研
究结果还表明 ,在螺旋藻养殖过程中 ,如处于高温和
低温阶段 ,为了确保产品质量和产量 ,最好采取降温
和加温措施 。
参　考　文　献:
[ 1] 　Richmond, A. Spirulina. M icroa lg al B iotechno logy 〔M〕.
Cam bridge University P re ss, New York. 1988.
[ 2] 　Richm ond, A. , E. L ich tenberg, B. S tah l＆ A. Von-
shak. Quan tita tive assessm en t of the ma jor lim ita tions on
productiv ity o f Spirulina p la tensis in open racew ay s〔 J〕.
J. App.l Phyco .l 1990. 2:195 - 206.
[ 3] 　Takashi H ira ta, M ikiya Tanaka, M asaki Oo ike, Teppe i
T sunom ura and M o rihiko Sakaguch.i Antiox idant ac tivi-
ties o f phycocyanobilin prepared from Sp iru lina platensis
〔J〕. Jou rna l o f App lied Phyco logy, 2000. 12:435 -
439.
[ 4] 　李博生. 螺旋藻新种的发现与其生理及分子生物学特
性的研究 〔D〕. 北京林业大学博士学位论文 , 2003.
[ 5] 　Vonshak, A. , Boussiba, S. , Abe liov ich, A. and R ich-
m ond, A. P roduction o f Spirulina b iom ass:m a in tenance
o fM onoalgal Cu ltu re Ou tdoors 〔 J〕. Bio techno logy and
Bioengenee ring 1983. 25, 341 - 349.
[ 6] 　M arek, R. W. , Bazin, M. J. ＆H ohn, P. Com pu te r con-
trol o f carbon - nitrogen ra tio in Sp iru lina p latensis 〔 J〕.
B io techno logy and B ioenginee ring, 1987, 29, 520 -528.
[ 7] 　Tom ase lli, L. , G iovanne tti, L. and Torzillo, G. Physio l-
ogy o f stre ss re sponse in Spirulina spp〔A〕. In:Spirulina
A lgae o f L ife 〔A〕, F. Doum enge, H. Durand - Chaste l
and A. Tou lemont(eds), 1993, pp. 65 - 75.
[ 8] 　O liveira, M. A. C. L. DE, Monte iro, M. P. C. , Robbs,
P. G. and Leite, S. G. F. G row th and chem ica l com posi-
tion o f Sp irulinam ax im a and Sp irulina p la tensis b iom ass a t
differen t tem pe ra ture s 〔 J〕. Aquacu lture In te rnational,
1999(7):261 - 275.
[ 9] 　巩东辉. 螺旋藻光合速率对主要环境因子响应规律研
究〔D〕. 内蒙古农业大学硕士学位论文 , 2003.
[ 10] 　 VONSHAK A. Outdoo r m ass produc tion o f Spirulina
〔A〕:The Basic Concep.t In:AV IGAD VONSHAK.
Sp iru lina platensis(Ar thro spira):Physiology, Ce ll Bi-
o logy and B io technology 〔M 〕. T ay lor＆F ranc is L td,
London, 1997:79 - 99.
[ 11] 　Tom ase lli, L. , G iovanne tti, L. , Sacch i, A. and Bocci,
F. E ffec ts o f tem pe ra ture on grow th and b iochem ica l
com position in Sp irulina pla tensis strain M 2 〔A〕. In:
A lga l B io tecnology 〔M〕, T. Stadler, J. M e llion, M. C.
Verdus, Y. K aram anos, H. M o rvan and D. Christiaen
(eds), 1988:303 - 314. Elsev ier App lied Science,
London.
[ 12] 　张志良 , 瞿伟菁. 植物生理学实验指导 〔M〕. 第三
版. 北京:高等教育出版社 , 2003, 154 -157 .
[ 13] 　ZARROUK. Con tributiona Ié tude dune cyanophycé e. In-
fluence de diverses facteures phy siques et ch im iques sur
la cro issance e t la photosynthè se de Spirulina m axim a
Se tch. e t Gardne r Geitle r〔D〕. Ph. D. The sis, Unive rsity
of Pa ris, F rance, 1966.
64 内 蒙 古 农 业 大 学 学 报　　　　 　　　　　　　　2006年