全 文 ：收稿日期:2010-09-02
基金项目:中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(中国水产科学研究院东海水产研究所 2008M03);中央级公益性科研院所基
本科研业务费专项重点项目(中国水产科学研究院东海水产研究所 2007Z03)
作者简介:陆建学(1971-),男,硕士 ,助理研究员,主要从事饵料生物学及水产动物苗种培育研究, E-mail:lu-jianxue@hotmail.com;
通讯作者:来琦芳 ,女 ,研究员 ,硕导 , E-mail:qifanglai@ 163.com。
doi∶10.3969/j.issn.2095 -1736.2011.04.043
碳酸盐碱度对钝顶螺旋藻生长的影响
陆建学 , 么宗利 , 夏连军 , 应成琦 , 周　凯 , 高露姣 , 来琦芳
(中国水产科学研究院东海水产研究所 农业部海洋与河口渔业重点开放实验室 ,上海 200090)
摘　要:研究了不同碳酸盐碱度浓度条件下 ,钝顶螺旋藻 OD
560
值 、藻液 pH值及碳酸盐碱度的变化。 结果显示:培
养 4d后 , 4mg/L和 8mg/L组生长缓慢且呈现下降趋势 , OD560值均低于对照组 , 具有极显著差异(P<0.01), 16mg/L
和 32mg/L组与对照组相比 , 无显著差异 , 而 64mg/L组具有显著差异(P<0.05)。第 6 ～ 12d, 4mg/L、 8mg/L组和
16mg/LOD560值均低于对照组 , 具有极显著差异(P<0.01), 32mg/L组无显著差异 , 而 64mg/L组在 6 ～ 8d, 具有显
著差异(P<0.05), 且在第 10 ～ 12d, 与其它实验组和对照组相比 , 表现出极显著差异性(P<0.01)。 NaHCO
3
与
Na2CO3组成的缓冲体系 ,其 pH值调节功能优于单一使用 NaHCO3的对照组。在充气状态下 , 实验期间各组的碱度
始终保持动态平衡。
关键词:钝顶螺旋藻;碳酸盐碱度;OD560值;pH值
中图分类号:Q949.22 文献标识码:A 文章编号:2095-1736(2011)04-0043-04
Efectsofthediferentcarbonatealkalinityconcentrations
ongrowthofSpirulinaplatensis
LUJian-xue, YAOZong-li, XIALian-jun, YINGCheng-qi, ZHOUKai, GaoLu-jiao, LAIQi-fang
(EastChinaSeaFisheriesResearchInstitute, ChineseAcademyofFisherySciences;
KeyandOpenLaboratoryofMarineandEstuarineFisheries, MinistryofAgriculture, Shanghai200090, China)
Abstract:Spirulinaplatensiswascultivated, incomparativestudies, usingdifferentconcentrationsofcarbonatealkalinity.Theinflu-
enceofcarbonconcentrationsofNaHCO3 +Na2CO3 onthegrowthofSpirulinaplatensiswasstudiedinthispaper.Theresultsshowed
thattherewereabsolutelysignificantdiferencesintheOD560 valuesbetweentreatmentgroupsof4mg/L, 8mg/L, 16mg/Landthecon-
trol(P<0.01).TheOD560 valuesinthesegroupswerelowerthanthatofthecontrolfromthesixthdaytothetwelfthday.Therewas
nosignificantdiferencebetweentreatmentgroupof32mg/Landthecontrol, whilesignificantdiferencewasobservedbetween64
mg/Landthecontrolatthesametime(P<0.05).Moreover, therewereabsolutelysignificantdifferencesintheOD560 valuesbetween
thetreatmentgroupof64mg/Landothertreatmentgroupsandthecontrol(P<0.01).TheOD
560
valuesin64mg/Lgroupwere
markedlyhigherthanthoseofothertreatmentgroupsandthecontrolfromthetenthdaytothetwelfthday.Itwaspointedoutthatwhen
compoundsofNaHCO
3
andNa
2
CO
3
wereaddedintothetreatmentgroup′smedium, thebuferfunctionsforpHvaluewerepreferableto
thatofthecontrolmedium(modifiedCFTRImedium)inwhichsingleNaHCO3 wasadded.Theresultsalsoindicatedthatthecarbon-
atealkalinityofHCO-3 +CO2-3 wasmaintainedbalancewhenCO2 waspumpedintothemedium.
Keywords:Spirulinaplatensis;carbonatealkalinityconcentration;growth;pHvalue
碱度是水体的综合性特征指标 ,代表能被强酸滴
定的物质的总和 ,碱度在一定限度内对水生生物的生
存 、生长起积极作用 ,但超过一定限度就会对生物产生
不良影响 [ 1] 。王慧等认为高碳酸盐碱度和高 pH值是
制约盐碱地水产养殖的主要因子之一 [ 2] 。对于藻类而
言 ,适宜的碱度可促进其快速增长 ,缩短生长周期 ,但
过高的碱度会影响藻类正常的生长 [ 3] 。不同的藻类对
于碱度的耐受范围不尽相同 [ 4] 。
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钝顶螺旋藻 (Spirulinaplatensis)适宜在富含碳酸
盐的碱性环境中生长 [ 5] 。具有光合效率高 、生长繁殖
快 、对环境适应性强等特点 [ 6] 。迄今 ,许多学者 ,已在
螺旋藻的生物学特性 、营养生理 、培养方法和理化因素
等方面进行了大量的研究 [ 7-9] 。对螺旋藻培养技术的
研究集中在培养基的改良 ,规模化培养的方式等方
面 [ 10-13] ,有关螺旋藻在不同碳酸盐碱度浓度条件下生
长的研究未见报道。
本实验利用不同碳酸盐碱度浓度对钝顶螺旋藻的
生长进行比较研究 ,旨为中国西北内陆盐碱水域合理
开发利用螺旋藻提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 实验材料
钝顶螺旋藻 (Spirulinaplatensis)购于中国科学院
水生生物研究所 ,培养并保种在改良 CFTRI培养基
中 [ 14] 。
1.2 培养液
实验设置碳酸盐碱度 4、8、16、32、64mg/L共 5个
浓度梯度 ,并设 1个对照 ,每个实验组和对照各设 3个
平行。对照采用改良 CFTRI配方 , 实验组以改良
CFTRI配方为基础 ,分别添加 NaHCO3和 Na2CO3 ,使碳
酸盐碱度达到实验组所设浓度要求 ,碱度浓度配制见
表 1。
改良 CFTRI配方 (g/L)为:NaHCO3 4.5, K2 HPO4
0.5, NaNO3 1.5, K2 SO4 1.0, Nacl1.0, MgSO4 0.2,
CaCl2 0.04, FeSO4 0.01。
表 1钝顶螺旋藻生长实验碱度浓度的配制
Table1Carbonatealkalinityconcentrationsforexperiment
ofgrowthofSpirulinaplatensis
NaHCO3 +
Na2CO3(g/L)
碱度 (mg/L)
4 8 16 32 64 CFTRI
NaHCO3 0.2985 0.5670 0.8955 1.1940 2.388 4.5
Na2CO3 0.0235 0.0470 0.0705 0.094 0.188 0
1.3 实验方法
取对数生长期的螺旋藻液 ,经 300目筛绢过滤收
集 ,用无菌水洗涤后 ,分别接种入盛有 1000L培养基的
烧瓶中 ,置于恒温光照培养箱中培养 ,温度 30℃ ±
0.5℃,以日光灯为光源 ,光照强度 6000lx,光暗比为
12h∶12h。培养期间利用气泵充气培养 ,并每天人工摇
动烧瓶 3次。试验天数为 12d,隔天定时取适量螺旋藻
培养液 ,进行 OD值、pH值和 HCO-3 +CO2-3 碱度的测
定。
1.4 生长速度测定
生长速度测定采用光密度法。用 721-B型分光光
度计测定藻液在 560mm波长下的光密度 ,以光密度值
代表螺旋藻的生长情况。
1.5 pH值的测定
使用 PS-2型 pH计测定。
1.6 碱度的测定
使用双指示剂测定法 ,测定培养液中 HCO-3 、CO2-3
碳酸盐碱度。
1.7　数据处理
实验测定数据用平均值 ±标准差 (Mean±SD)表
示 ,使用 SPSS16.0软件进行 ANOVA分析及 Duncan′s
多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同碳酸盐碱度与螺旋藻生长的关系
本实验以 OD560值反映藻类生长情况 ,研究了不同
碳酸盐碱度浓度对钝顶螺旋藻的影响。图 1结果显
示 ,培养前期 (2d),各组 OD560值在 0.165 ±0.009 ～
0.208±0.007之间 ,组间未表现出极显著差异。 4d
后 , 4mg/L和 8mg/L组生长缓慢且呈现下降趋势 ,
OD560值较低于对照组 ,具有极显著差异 (P<0.01),
16mg/L和 32mg/L组与对照组相比 ,无显著差异 ,而
64mg/L组的 OD560值高于对照组 ,具有显著差异 (P<
0.05)。第 6 ～ 8d, 4mg/L、8mg/L组和 16mg/LOD560值
均低于对照组 ,具有极显著差异(P<0.01), 32mg/L组
与对照组无显著差异 ,而 64mg/L组 OD560值依然高于
对照组 ,生长优势尤其明显 ,具有较显著的差异性(P
<0.05),且在第 10 ～ 12d, 64mg/L组保持良好的生长
优势 , OD560值不仅高于其它实验组 ,且高于 CFTRI组 ,
具有极显著差异性 (P<0.01)。由此可知 ,钝顶螺旋
藻在各碱度浓度中均能正常生长 ,但在不同碱度中 ,生
长显示出明显差异。 4mg/L、8mg/L组和 16mg/L组由
于碳源不足 ,出现营养缺乏 ,指数生长期维持时间较
短 ,从而降低了螺旋藻的生物量浓度。根据图 1螺旋
藻生长曲线分析推测 ,螺旋藻可在比 64mg/L更高的碱
度中生长 ,这对于合理开发应用天然盐碱水资源 ,具有
一定的经济价值和生态意义。
由表 2可知 , 4、8、16mg/L组在第 2 ～ 4d生长较
快 ,然后随培养时间的延长 ,在第 6 ～ 12d,生长缓慢且
呈现停滞现象。 32mg/L、64mg/L组和对照组在培养期
间以均速进行 ,保持良好生长状态 ,尤以 64mg/L组表
现最佳优势 ,与其余组和对照组形成鲜明的对比。由
此可见 ,较低的 NaHCO3和 Na2CO3添加量难以保证钝
顶螺旋藻良好生长 ,碱度值的高低决定了螺旋藻的生
长。以上结果显然说明了螺旋藻的适应较高碱度条件
生长。何连金提出 ,螺旋藻对碱度要求较高 ,培养螺旋
藻就必须添加碳源 ,否则不利于螺旋藻的生长。因此
在碳源充足 、碱度较高的水中 ,钝顶螺旋藻的生长速率
较高 [ 14] 。这在本文的实验中也得到了进一步证实。
尽管 CFTRI组中 NaHCO3添加量高于碱度 32mg/L
和 64mg/L组中的 NaHCO3添加量 ,但培养液并未表现
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出配方优势。实验结果表明 , CFTRI组与 32mg/L组的
OD560值比较接近 ,两者之间无显著差异 ,与 64mg/L组
相比 ,后者具有显著差异 ,笔者认为这与 32mg/L组和
64mg/L组中混合添加了 Na2 CO3有关。 NaHCO3与
Na2CO3组成了混合碳源 ,与单碳源 NaHCO3相比具有
营养优势。目前螺旋藻的培养基较多使用 CFTRI配
方 ,螺旋藻在这种培养基中 ,以 NaHCO3和 CO2为碳源 ,
营自养生长 , NaHCO3不足会使产量明显下降。本实验
结果可见 ,在螺旋藻培养基中 ,混合添加 NaHCO3和
Na2CO3更优化培养基的营养效果 ,可弥补 NaHCO3不
足 ,促进螺旋藻快速增长。
图 1不同碳酸盐碱度与螺旋藻生长的关系
Fig1ThegrowthofSpirulinaplatensisunderdiferent
carbonatealkalinityconcentrations
表 2不同组在实验期间钝顶螺旋藻 OD值的变化
Table2ThevariationofODvalueduring12dunderdiferentalkalinityconcentrations
组别
(mg/L)
培养时间(d)
0 2 4 6 8 10 12
4 0.141±0.002 0.174±0.018ab 0.204±0.007A 0.163±0.018Aa 0.167±0.005A 0.175 0.010Aa 0.175 0.037A
8 0.141 0.002 0.192 0.009ab 0.212 0.013A 0.252 0.056ABb 0.243 0.075ABa 0.258 0.059ABb 0.257 0.048Ba
16 0.141 0.002 0.165 0.009a 0.335 0.058Ba 0.306 0.033BCb 0.335 0.056BCb 0.341 0.050Ba 0.320 0.014Bb
32 0.141 0.002 0.208 0.007b 0.349 0.033Ba 0.391 0.053CDa 0.437 0.041CDa 0.480 0.046C 0.478 0.031C
64 0.141 0.002 0.197 0.045ab 0.420 0.039Bb 0.491 0.039Db 0.544 0.051Db 0.611 0.025D 0.629 0.026D
CFTRI对照 0.141±0.002 0.196±0.012ab 0.356±0.036Ba 0.418±0.032Da 0.443±0.024CDa 0.502±0.034C 0.518±0.013C
注:表中同一列大写字母不同 ,表示差异极显著(P<0.01);小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。
图 2培养期间藻液pH值的变化
Fig2 ThevariationofpHvalueinthetreamentgroups
andthecontrolduring12d
2.2 培养期间藻液 pH值的变化
在螺旋藻培养过程中 ,培养液的 pH值是一项重
要的培养参数 ,控制 pH值是实现螺旋藻优势生长的
关键因素 [ 15] 。从图 2可见 ,各实验组藻液 pH值从培
养开始即迅速上升 ,在第 6d时 , pH值最高到达 10.55,
随后下降并稳定在 8.5 ～ 9.8。 CFTRI组 pH值上升亦
较快 ,但 pH值呈现直线趋势 , 在第 10d, pH值达到
9.99之后继续上升 ,在第 12d,保持在 10.23以上。究
其原因 ,是由于 CFTRI组单一使用 NaHCO3 ,而其它实
验组混合使用 NaHCO3与 Na2CO3 。这或许可以说明
NaHCO3与 Na2CO3组成的缓冲体系 ,使藻液 pH值调节
在稳定的范围内 ,这种调节作用显然优于单一使用
NaHCO3的 CFTRI组。
图 3 12d培养期间藻液碳酸盐碱度的变化
Fig3ThevariationofHCO-3 +CO2-3 inthetreamentgroups
andthecontrolduring12d
2.3 培养期间藻液碳酸盐碱度的变化
随着藻类的生长 , NaHCO3和 Na2CO3作为主要碳
源被利用而逐渐消耗 ,相应碱度会逐渐降低 ,但从图 3
结果来看 ,实验期间 ,碱度却几乎稳定在原有的范围值
内。推测原因可能是实验采取了充气方式 ,这使水中
CO2-3 含量一直保持在较高水平 ,而且充气直接导致 CO2
成为培养液中的补充碳源。由于培养液的高 pH值性 ,其
培养液中存在 CO2、HCO-3 和 CO23 3种主要的碳源形式相
互转变的化学反应的动态平衡 [ 16] 。如下式:
CO2 +H2O→※H++HCO-3 (1)
HCO-3 →※ H+ +CO2-3 (2)
通入 CO2后 ,被培养液吸收的 CO2转变成 HCO-3和
CO2-3 ,达到一种新的动态平衡 [ 17] 。本实验碳酸盐碱度
主要以 HCO-3 +CO2-3 表示 ,测定结果所表现的碱度保
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持稳定的结果 ,显然是培养液中达到了这种新的动态
平衡。
2.4 螺旋藻对合理开发利用内陆盐碱水的价值和意
义
以螺旋藻为代表的微藻产业是一个新型的高科技
产业。盐碱水域的自然地理和水质营养条件十分适于
螺旋藻的生长和繁殖 ,容易开展规模化生产 [ 18] 。在内
陆盐碱水域进行螺旋藻养殖 ,不会因为调节 pH值 、增
加碳源而造成水污染和土壤盐碱化 [ 19] 。因此 ,利用荒
废的盐碱水域进行螺旋藻生产 ,不啻为开发西北内陆
资源的好途径之一。
3　结论
根据上述实验研究可知 ,在培养基中 ,混合添加
NaHCO3和 Na2CO3具有较好的生长优势 ,但低浓度的
NaHCO3和 Na2CO3难以使钝顶螺旋藻保持良好生长。
本实验中 , 64mg/L组具有最好的生长优势 ,最高的生
物量浓度和最长的指数生长期。 NaHCO3与 Na2CO3组
成的缓冲体系还可以保持整个培养液体系的 pH值稳
定 ,有利于螺旋藻的良好生长。培养液中通入 CO2可
使培养液的碳酸盐碱度 ,达到一种新的动态平衡。
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(上接 34页)
美洲黑石斑鱼生态适应范围广 ,食物种类多 ,适合
于海上网箱养殖系统 ,并且美洲黑石斑鱼的肉质细嫩 ,
味道鲜美 ,经济价值高 ,养殖推广前景看好 [ 9] 。因此 ,
有必要进一步从细胞学 、组织化学和生物化学角度对
其消化系统进行研究 ,以便积累更多消化生物学资料 ,
为养殖提供参考。
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2011年 8月
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