全 文 ：第 23 卷　第 3 期
2002 年 9 月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
Journal of I nner Mongolia Agricultural University
Vol.23　No.3
Jun.2002
文章编号:1009-3575(2002)03-0039-04
pH 值对鄂尔多斯沙区碱湖
钝顶螺旋藻 Spirulina platensis 生长的影响
高凌岩1　郭小虹1　田秀英1　乔辰2
(1.　内蒙古农业大学生态环境学院;2.　内蒙古农业大学农学院 , 呼和浩特　010019)
摘要:　本文用 HCl与 NaOH 调整 Zarrouk 培养液的 pH 值 ,使其 pH 值从 0.5 到 12.59 的系列;在此酸碱范围内
测定鄂尔多斯沙区碱湖钝顶螺旋藻的生长量。结果表明:该藻对培养液 pH 值适应的范围为 2.7 ～ 11.1。可生长
的 pH 值范围为 5.5 ～ 11.1。最适 pH 值为 9.3 左右。根据其实际生存湖水的 pH 值(pH 值 9.3 ～ 10.5)和 H.Eng-
berg 的生态类型的分法 , 作者认为该藻属于嗜碱耐酸植物。
关键词:　钝顶螺旋藻;　生长;　pH 值;　鄂尔多斯沙区碱湖
中图分类号:　Q179.1　　文献标识码:　A
GROWTH OF Spirulina platensis FROM ALKALINE LAKES
IN SANDY AREA OF ERDOS IN RESPONDENCE TO pH VALUES
GAO Ling-yan1 , 　GUO Xiao-hong1 , 　TIAN Xiu-ying1 , 　QIAO Chen2
(1.　College of Ecology and Environment , Inner M ongolia Ag ricultural University , Huhhot　010019;
2.　College of Agronomy , Inner M ongolia Agricultural Universi ty , Huhhot　010019)
Abstract:　The culture f luid of Zarrouk was adjusted by HCI and NaOH from pH 0.5 to 12.6 in the experi-
ment of the essay .The survival and grow th of the S priulina platensis was tested , which w as isolated f rom al-
kaline lake in Erdos sandy area , a soda crater lake in Inner M ongolia.The Results indicate that the species has a
w ide survival range fo r pH values(from2.7-11.1)and i t has a w ide range of g row th for pH (from5.5-11.
1), too.Acco rding to These pH values of natural environment (pH9.3-10.5)and H.Engberg s method of
classification system , the Spirulina belongs to basophilic-acido toterant plant.
Key words:　Spirul ia platensis(Arthrospira platensis);Grow th;pH values;Alkaline lake in Sandy Area of
Erdos
钝顶螺旋藻(Spriulina platensis)又名钝顶节旋藻(Arthrospira platensis)[ 1] ,属蓝藻门 、段殖藻目 、颤藻
科 、螺旋藻属的植物[ 2] 。目前 ,国内外产业化所需的钝顶螺旋藻来自非洲乍得湖(12°31′～ 15°30′N),这就从
本质上决定了其具有低纬度带植物的生态特征 ,因此在我国北方难以实现其商业价值。1995年在鄂尔多斯
收稿日期:　2002-01-25基金项目:　国家自然科学基金项目(39960062)　内蒙古自然科学基金项目(990303-4)　校内青年基金(K13603)作者简介:　高凌岩(1962—),女,讲师 ,从事生态学教学与干旱和半干旱区植物资源研究工作.
高原毛乌素沙地巴彦淖尔及其邻近碱湖(39°01′～ 39°23′N)首次发现了钝顶螺旋藻[ 3] ,从此内蒙古农业大学
螺旋藻课题组对其开始了基础和应用的系统研究 。由于螺旋藻具有独特的营养价值[ 4] ,围绕它的各种研究
不断有所报道。然而对它在不同 pH 值环境反应的研究很少 ,往往比较粗放 ,只知它在高碱(pH 8.8)环境下
能够正常生长[ 5] 。本文以内蒙古沙区碱湖特有的钝顶螺旋藻为材料 ,对其 pH 值适应性进行研究 ,为其产业
化生产提供相关数据 。
1　材料与方法
1.1　实验材料
钝顶螺旋藻采自鄂尔多斯沙区巴彦淖尔碱湖 ,经分离 、纯化后 ,用 Zarrouk 培养液在室温自然光照条件
下培养的单种种群。
1.2　方法
1.2.1　系列 pH 值培养液的配制　使用HCl和 NaOH 调整Zarrouk培养液的 pH 值 ,使培养液的起始pH 值
分别为 0.5 、1.5 、2.5 、3.5 、4.5 、5.5 、6.0 、6.4 、7.5 、8.8 、9.3 、10.7 、11.1 、11.3 、11.5和 12.6。(用 pHs-2C型
酸计准确测定)。
1.2.2　在 250ml锥形瓶中放入 150m lOD560值为 0.06的藻液 ,置于光照恒温恒湿培养箱(LRH -150-S
型)。在 69μmol/m2s连续光照 、24℃条件下培养 7d。
1.2.3　生长量的测定　采用比色法[ 6] 。用 721型分光光度计测定 OD560值 ,每天测定 1次 ,每个样品重复 3
次。绘出生长曲线。
2　结果与分析
2.1　生长的 pH 值范围和最适 pH 值
在 pH5.5 ～ 11.1 范围之内 ,钝顶螺旋藻能够正
常生长 ,而且在不同的 pH值条件下该藻的生长量不
同。起始 pH 值在 5.9 ～ 9.3的范围内 ,越是偏碱性
时在 168h之后的生物量越高。在起始 pH9.3时 ,其
生长最快 ,生物量也最高(见图 1)。pH 值在 10.7和
11.1时 ,随着 pH 值的升高 ,其生长速度和生长量均
降低 ,在这两种 pH 值条件下 ,由于接种浓度较高:到
168h之后其表现生物量也较高。但其种群扩大的百
分数并不高。(见表 1)。由表 1和图 1可以看出 pH 培养天数(d)
图 1　螺旋藻在酸性下的存活曲线
图 2　螺旋藻在 pH5.5 ～ 10 生长曲线 图 3　螺旋藻在强碱下生长曲线
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9.3 ～ 10时 ,该藻的生长量与种群增加的百分数最高 。因此 ,此时的 pH 值为最适 pH值 。
表 1　钝顶螺旋藻生长增加的百分数(7d)
pH 变化范围 5.5 ～ 7.2 6.0 ～ 9.5 6.4 ～ 10.0 7.5 ～ 10.0 8.8 ～ 10.0 9.3～ 10.0 10.7～ 11.1 11.1 ～ 11.1
增加% 58 116 483 516 666 716 118 91
　注:pH 值变化范围的第 1位数值为起始培养时的 pH 值;第 2 位为培养结束时的 pH 值
表 2　钝顶螺旋藻生长增加的百分数(1d)
pH 变化范围 5.5 ～ 6.5 6.0 ～ 8.0 6.4 ～ 9.0 7.5～ 9.3 8.8～ 9.7 9.3～ 10.0 10.8 11.1
增加% 0 50 50 166 133 126 32 15
　注:同表 1
　　在起始pH 值 7.5时 ,该藻第1d的生长量明显高于前面分析的pH9.3的 ,见表 2。而以后生长量逐日下
降 ,到第 4d(96h)后其生长量明显低于起始 pH 为 8.8 和 9.3时的;第 5d(120h)后 ,该藻的生长停止(见图
1)。该藻从第 1d到第 3d 培养液 pH 的相应变化是 7.5 ～ 9.3 ～ 10.0。也就是说第 2dpH 值已达到最适 pH
值。此时影响该藻生长量的已不是 pH 值 ,很可能是碳源。因为作者注意到;当用 HCI 调整 Z 氏培养液 pH
值到 7.5的过程中 ,有气泡溢出。2氏培养液中存在着大量的 NaHCO3 ,后者与HCl发生下列反应:
NaHCO3　+　HCI　　　　NaCI　+　H2O　+　CO2←
当向培养液中加酸时 CO2释放出来 ,上述反应从右向左进行 ,释放的气泡是CO2 。换言之 ,在起始pH7.
5时 ,培养液中的碳源足已满足该藻在 24h之内的快速生长的量 ,继而由于碳源的量不足造成在 120h后生
长停止。综上所述 ,只要碳源能够满足钝顶螺旋藻的生长需要 ,其生长量在 pH 值偏中性时可以达到较高
值。因此该藻同绝大多数植物一样 ,在生理上是偏好中性的 。
2.2　耐碱性和耐碱性极限
当pH 为 11.1时 ,7d后该藻生长仍有 91%的增加量(表 1 ,图 3),说明其耐碱性很强。当 pH 值升为
11.3时 ,1d后该藻变黄 ,其细胞开始分解:2d后出现黄色絮状沉淀:3d后这些絮状物开始分解。当 pH 值为
11.5和 12.6时上述现象加剧 ,而且碱性越大其细胞和其残体分解的也越彻底。
2.3　耐酸性和耐酸性极限
当该藻培养液的 pH 值为 0.5时 ,1d后 OD值下降了 18%;pH 值升为 1。在这以后 pH 没有再上升 ,OD
值也没有明显下降 ,该藻一直保持着生活状态 。6d后该藻开始失绿 ,细胞质外泄 ,然后外泄物也开始逐渐分
解。当 pH值为 1.5 ～ 2.7:2.5 ～ 3.7和 4.5 ～ 5.6时 ,该藻在 1d后的生物量都有所下降(见图 1)。这是由于
pH值由 9.3突然下降到强酸范围的缘故[ 9] 。这之后其生物量基本保持不变。在 7d内都能保持着生活状
态。在起始 pH 1.5 ～ 4.5的范围内 ,pH 值越高其生活状态保持的也越好。
3　讨论与结论
3.1　该钝顶螺旋藻生长的 pH值范围为 5.5 ～ 1.1。当碳源和其它营养物质能够满足该藻生长需要时 ,在偏
中性(pH值 7.5 ,1d后)的培养液中其生长量最高 。从理论上讲该藻的生理最适 pH 值 7.5左右。螺旋藻在
光合作用过程中使用的 CO2是以 HCO3-形式还是以 CO2 的形式运进细胞的尚不清楚[ 7] 。然而向培养液供
给CO2则一定能使螺旋藻增产[ 8] 。碳源的多少与 pH 值的高低有着直接的关系 。在一定 pH 范围内越偏碱
性 ,培养液围内越偏碱性 ,培养液中溶解的CO2也就越高 。但是向培养液中大量增加 CO2 时 ,培养液中 pH
值则会下降[ 7] 。当螺旋藻生长过程中大量使用了培养液中的碳源时 ,其 pH 值无疑会升高[ 9] 。换言之 ,螺旋
藻在 Z 氏培养液(pH 8.8 ～ 9.3)时 ,其可利用的碳源量最高。当 pH 值过小时其可利用的碳源将受到限制;
当 pH值≥10.0时 ,螺旋藻的生长受到强碱的毒害而生长不好。从实验结果看 ,用 HCl调整过的起始 pH 值
为 7.5 ～ 9.3的 Z 氏培养液 ,pH 值越高 ,培养液中的碳源也越多 ,那么该藻 168h后的生物量就越高。所以 ,
pH9.3为该藻的生态最适 pH 值 。该藻和绝大多数植物一样 ,显示出生态分布的最适 pH 与生理最适 pH 条
41第 3 期　　　　　高凌岩等:　pH 值对鄂尔多斯沙区碱湖钝顶螺旋藻 S pirulina platensis生长的影响
件的不一致[ 10] 。根据埃林贝克(H .Enenberg)的生态类型的分类原则和其实际分布的苏达(Soda)型碱湖的
pH值的情况(原碱湖 pH 值 9.3 ～ 10.5):该钝顶螺旋藻属于嗜碱 —耐酸植物 basophilic-acido tolerant[ 11] 。
3.2　　该藻在 69μmol/m2s连续光 、24±0.5℃和碱性条件下 ,能够生存与生长的 pH 为 11.1。根据中国科
学院南京研究所(1978年)[ 10]对生境酸碱度的分类原则 ,该藻具有忍耐强碱的特性 。pH 值为 11.1时为该
藻的耐碱的极限 。因为在碱性条件下 ,Z 氏培养液中存在大量的碳源 ,没有 CO2 溢出 。所以 ,只要能忍耐碱
就能生长 ,则 pH11.1也是其生长的 pH 值极限。
3.3　　该藻在 69μmol/m2s连续光 、24±0.5℃和酸性条件下 ,能够生存的 pH 值为 2.7;能够生长的 pH 值
为 5.5。根据中国科学院南京研究所对生境酸碱度的分类原则 ,该藻具有忍耐强酸性的特性 。
3.4　　只要 CO2或 HCO3-能够满足该藻生长的需要 ,即使 pH 值为偏中性时其生长量与 pH9.3左右时在
短期内是一样的 。这一发现可为以 CO2 为碳源的工业化生产螺旋藻和降低其的生产成本提供了理论依据。
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