全 文 ：210
螺旋藻规模生产优良藻株的选育
李正娟，常 蓉，石光波，徐青艳，赵肖荣，闫卉新，李博生*
( 北京林业大学生物科学与技术学院食品科学与工程系，林业食品加工
与安全北京市重点实验室( 北京林业大学) ，北京林业大学螺旋藻研究所，北京 100083)
收稿日期:2016－01－06
作者简介:李正娟( 1989－ ) ，女，硕士研究生，研究方向:功能性食品及天然产物，E－mail: lzj028040@ 163.com。
* 通讯作者:李博生( 1956－ ) ，男，教授，研究方向:功能性食品及天然产物，E－mail: Libs7321@ 126.com。
基金项目:林业公益性行业科研专项( 201304605) 。
摘 要:本研究选用钝顶螺旋藻为出发株，采用毛细吸管显微分离法分离单藻丝，并结合紫外－可见光谱扫描，选育出
了 2 个高产优质的螺旋藻藻株 sina032 和 sina029。sina032 和 sina029 的生物量较出发株分别提高了 44.8%和 39.4%，
其生物活性物质( 叶绿素、藻蓝蛋白、类胡萝卜素、β－胡萝卜素( 顺式) 和蛋白质) 含量和出发株基本相同，且藻丝形态
良好( 藻丝较长、螺旋数约为 20 个、螺距较大) 、上浮性较好。研究结果表明，通过单藻丝分离的方法，可选育出生物量
高、生物活性物质含量高的钝顶螺旋藻藻株，在工业化生产中有着重要的实际意义。
关键词:钝顶螺旋藻，毛细吸管显微分离法，单藻丝，生物量，生物活性物质
Selection and breeding of fine Spirulina
strains of large－scale production
LI Zheng－juan，CHANG Ｒong，SHI Guang－bo，XU Qing－yan，ZHAO Xiao－rong，YAN Hui－xin，LI Bo－sheng*
( Beijing Forestry University，Department of Food Science and Engineering，College of Biological Sciences and Technology，
Beijing Key Laboratory of Forest Food Processing and Safety，Institute of Spirulina，Beijing 100083，China)
Abstract: This study selected Spirulina platensis as original strain，and two strains sina032 and sina029 with high
yeild and quality were obtained by using the method of capillary suction micro separation to separate per algal
filament and combining with UV－Vis spectral scan.Compared with the original strain，biomass of the two strains
increased by 44.8% and 39.4% respectively.Content of their bioactivators( chlorophyll，phycocyanin，carotenoids，
cis－β－ carotene and protein) were oughly the same as that of the original strain.They had better filament form
( longer filament，about 20 spiral，bigger pitch) and higher flotation activity.These results showed that the method of
separation of per algal filament can be used to screen Spirulina strains with high biomass and high content of
bioactivators，which had important and practical significance in the industrial production of S.platensis.
Key words: Spirulina platensis; method of capillary suction micro separation; per algal filament; biomass;
bioactivator
中图分类号:TS201.1 文献标识码:A 文 章 编 号:1002－0306(2016)14－0210－05
doi:10． 13386 / j． issn1002 － 0306． 2016． 14． 034
螺旋藻(Spirulina)是一种属于蓝藻门、蓝藻纲、
颤藻目、颤藻科、螺旋藻属的原核藻类［1］。螺旋藻富
含蛋白质(约 70%)、碳水化合物、脂肪、色素(主要
是叶绿素、藻蓝蛋白和类胡萝卜素)、维生素、微量元
素以及其他对人体有特殊疗效的生物活性物质等，
并含有易于人体消化的八种必需氨基酸，因此具有
巨大的商业和经济价值［2－4］。螺旋藻已广泛应用于
食品、功能保健品、化妆品和饲料添加等行业。
国内外已知螺旋藻约有 39 种［5］，但用于人工培
养和大规模工业化生产的藻种只有钝顶螺旋藻和极
大螺旋藻［6］，它们原产地分布在非洲乍得湖和墨西哥
湖。我国学者“七五”期间就开始引进藻种，并进行
研究和驯化。为了提高螺旋藻的产量和质量，国内
外许多学者采用了许多物理或化学等手段诱变育
种，也选育出了许多新的藻种［7－8］。几十年来，这些
藻种在企业间不断传递使用，在其大规模工业化生
产中，易受环境条件的变化而出现藻种混杂退化、生
长慢、产量低、质量不稳定等问题，严重阻碍了螺旋
藻产业化的发展。因此，十分有必要对螺旋藻藻种
不断进行分离、纯化及选育，才能实现螺旋藻高产优
质的大规模生产。在这方面国内外已采用对单个藻
丝体进行分离和培养的方法进行了一些研究［9－10］。
在相同的培养条件下，不同的螺旋藻藻种不但生长
速度不同，其所含的营养物质也会有一定的差异［11］。
因此，本研究以国内螺旋藻养殖面积最大、最为集中
的产业化基地(年产量约占全国总产量的 40% 以
211
上)———内蒙古鄂尔多斯市鄂托克旗螺旋藻园区为
依托，对其生产藻种作为出发株，进行单藻丝分离选
育，通过各自生物量比较研究和紫外－可见光谱扫描
定性研究营养物质的差异，选育出高生物量、高营养
的螺旋藻藻株，用于螺旋藻产业化生产。
1 材料和方法
1.1 材料与仪器
钝顶螺旋藻 S2 内蒙古鄂托克旗螺旋藻产业
园;Zarrouk 培养基［12］ 所有化学试剂均为分析纯，
购于北京科百奥生物科技有限责任公司。
人工气候室 德国 Binder 宾得;HY－8A 数显调
速多用振荡器 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公
司;H/T16MM台式高速离心机 湖南赫西仪器装备
有限公司;SCIENTZ－12N 冷冻干燥机 宁波新芝生
物科技股份有限公司;JY92 －Ⅱ超声波细胞粉碎
机 宁波新芝生物科技股份有限公司;UV－2550 紫
外可见分光光度计 日本岛津公司。
1.2 实验方法
1.2.1 单藻丝分离、培养及逐步扩大培养 本实验
在人工气候室进行，采用 Zarrouk 培养基，基本培养
条件:温度 28～30 ℃，光照强度 4500 lux，光照周期
L∶ D = 12 h∶ 12 h，100 r /min 摇床培养。在此条件下
培养螺旋藻出发株 6 d。
取几滴藻液在显微镜下观察，统计每滴藻液中
的藻丝数目，根据藻丝数目添加适量培养液逐步稀
释藻液，尽量使藻丝分散于培养液中。取稀释藻液
在显微镜下用毛细吸管吸取单根健壮藻丝(藻丝粗
壮且较长、螺距较宽、螺旋数较多、颜色正常)，转入
已加入适量新鲜培养液的试管中进行螺旋藻单株培
养(温度 25 ℃，光照强度 1000 lux)。待藻液变绿后
(约培养 15 d)转入 150 mL三角瓶，加入 50 mL新鲜
培养液培养 30 d(温度 25 ℃，光照强度 2000 lux)。
将藻液转入 250 mL 三角瓶，加入 100 mL 新鲜培养
液培养 10 d，再加入 100 mL 新鲜培养液培养 10 d
(温度 28 ℃，光照强度 4000 lux)，重复操作三次，获
得大量藻丝群体以进行后续实验。在螺旋藻筛选和
培养过程中，每天在显微镜下观察并记录螺旋藻的
生长状态。
1.2.2 螺旋藻出发株与藻丝群体的生长比较 将实
验 1.2.1 藻丝群体和螺旋藻出发株 S2 接种到已加入
300 mL新鲜 Z 氏培养液的 500 mL 三角瓶中，接种
OD560 nm为 0.1，分别设置 3 个平行。培养条件为温度
30 ℃，光照强度 4500 lux，光照周期 L∶ D = 12 h∶ 12 h，
100 r /min摇床培养 15 d。镜检各藻株的藻丝形态。
1.2.3 生物量的测定 将实验 1.2.2 培养的藻液用已
恒重的 300 目滤布过滤，用蒸馏水冲洗掉藻体上附
着的盐分后冷冻干燥，称量并减掉滤布重量后，即得
到各个藻株的生物量(干重 / g)［13］。比较各个藻株生
长量之间的差异，筛选出 3 株生物量较高和 3 株生长
量较低的藻株。
1.2.4 紫外－可见光光谱分析 分别准确称取实验
1.2.3 筛选出的藻株和出发株的干粉 0.04 g，放入
10 mL试管中，加入 5 mL 70%乙醇，用超声波细胞破
碎仪破碎(600 W，10 min)，超声结束后，将其离心
(6000 r /min，15 min)，然后取 2 mL 上清液，定容至
10 mL。用紫外－可见分光光度计在波长 200～800 nm
处进行扫描，绘制各藻株的吸收曲线。
1.3 数理统计方法
本实验的数据采用 Excel 2013 进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 螺旋藻单藻丝的分离和培养
本研究采用毛细吸管显微分离法分离出 50 根
生长状态良好的单藻丝(颜色呈绿色、螺旋数多于 6、
螺距较大、藻丝粗壮)，置于试管中培养。培养 15 d
后，有 42 支试管中的藻液颜色变绿。在第 15 d 分别
多次取 50 支试管中的藻液，在显微镜下观察发现:
a.在藻液颜色呈绿色的试管中有 4 支试管中并没有
螺旋藻藻丝，几乎全是杂藻(多为小球藻)。b.在藻
液颜色呈绿色的试管中有 3 支试管中多数为螺旋
藻，含少量小球藻。c.在藻液颜色呈绿色的试管中其
余 35 支试管中全是螺旋藻。d.在未有颜色变绿的 8
支试管中未观察到螺旋藻。
将藻液转入三角瓶后，继续培养，最终有 33 根
藻丝长成藻丝群体。从第 16 d开始每天定时在显微
镜下观察各三角瓶中螺旋藻的生长状态(藻丝颜色、
螺距、螺旋数等)并详细记录。经过长达一个多月的
连续观察，分离培养的大部分藻丝体生长状态良好
且藻丝形态不易随培养条件的改变而发生变化，在
培养过程中比较稳定。
2.2 选育藻株生物量和形态特征的比较研究
螺旋藻单藻丝个体差异大，将其培育成群体，测
其生物量差异显著，将所分离的藻株命名为 sinaX，
由表 1 可知，在相同培养条件、相同培养时间，从出
发株 S2 分离出的 33 个单藻丝，其生物量按大小排序
排在前三名分别是 sina029 (0.1667 g)、sina032
(0.1732 g)、sina017(0.1659 g)，其生物量分别比出发
株 S2(0.1196 g)提高了 39.4%、44.8%、38.7%。而生物
量按大小排序排在后三名分别是 sina005(0.1303 g)、
sina006(0.1225 g)、sina011(0.1145 g)，与出发株 S2
相比，sina005 和 sina006 的生物量分别提高了 8.9%、
2.4%，而 sina011 生物量则下降了 4.3%。其中，生物
量最高的藻株是 sina032 相比于生物量最低的藻株
sina011 提高了约 53.7%，这表明，在相同的培养条件
下，不同藻株藻丝个体差异大、生物量差异显著。
螺旋藻藻丝形态和其生物量之间有一定的相关
系。从表 1 和图 1 中可以看出，螺旋藻颜色深绿、藻
丝越长、螺旋数越多、螺距越大、上浮性越好，其生物
量就越高。其中，sina005、sina006、sina011 藻株在培
养过程中藻丝形态不太稳定，尤其 sina005 藻株藻丝
形态发生变异，部分藻丝呈直线型(图 1)。sina017、
sina029、sina032 藻株的螺旋数多于 15、藻丝长，且藻
丝形态较稳定、上浮性好。这使得螺旋藻易于采收，
是螺旋藻大规模工业化养殖中重要的性状。藻丝上
浮性可以调节其在水体中的位置，是其趋于适宜的
环境，有利于螺旋藻的生长，且浮性好的藻丝易于采
收［14］。根据上述研究结果发现各藻株藻丝之间个体
212
表 1 螺旋藻各藻株生物量和形态特征的比较
Table 1 Comparison of biomass and morphological characteristics of Spirulina strains
藻株标号 生物量(g) 螺旋数(个) 上浮性 颜色 藻株标号 生物量(g) 螺旋数(个) 上浮性 颜色
sina001 0.1484 11～12 + 绿色 sina018 0.1454 10～12 + + 绿色
sina002 0.1370 9～11 + 绿色 sina019 0.1456 10～12 + + 深绿色
sina003 0.1593 13～15 + 绿色 sina020 0.1413 9～11 + + 深绿色
sina004 0.1588 12～14 + 绿色 sina021 0.1486 11～12 + + 绿色
sina005 0.1303 9～10 － 浅绿色 sina022 0.1371 10～11 + 深绿色
sina006 0.1225 8～10 + 浅绿色 sina023 0.1467 11～12 + + 深绿色
sina007 0.1467 10～12 + 绿色 sina024 0.1456 10～11 + + 深绿色
sina008 0.1553 12～14 + 绿色 sina025 0.1543 12～13 + 绿色
sina009 0.1416 10～12 － 浅绿色 sina026 0.1573 12～14 + + 深绿色
sina010 0.1313 9～10 + 深绿色 sina027 0.1418 10～12 + 深绿色
sina011 0.1145 6～9 + 浅绿色 sina028 0.1451 10～12 + + 深绿色
sina012 0.1429 10～11 + 浅绿色 sina029 0.1667 15～18 + + 深绿色
sina013 0.1493 11～13 + + 深绿色 sina030 0.1345 9～11 + 浅绿色
sina014 0.1530 12～13 + + 深绿色 sina031 0.1580 12～14 + + 浅绿色
sina015 0.1343 9～11 + + 绿色 sina032 0.1732 20～25 + + 深绿色
sina016 0.1574 12～13 + + 绿色 sina033 0.1593 13～14 + + 浅绿色
sina017 0.1659 15～16 + + 深绿色 S2 0.1196 10～15 + 绿色
注:+ +表示藻液静置 12 h后藻丝几乎全部上浮在液面;+表示藻液静置 12 h后藻丝大部分上浮在液面;－表示藻液静置 12 h
后藻丝大部分沉降。
差异大、生物量差异显著，表明通过单藻丝分离法选
育螺旋藻藻种在生产上是可行的。
图 1 sina005、sina011、sina029
和 sina032 的形态比较(100 ×)
Fig.1 Comparison of morphological characteristics of sina005，
sina011，sina029 and sina032(100 ×)
2.3 选育藻株间所含营养物质定性研究
根据文献报道，螺旋藻主要生物活性物质的可
见和紫外光谱特征吸收波长范围列于表 2，该吸收波
长范围与图 2 和图 3 比较，推断出各藻株主要活性物
质存在和差异。如图 2 和图 3 所示，选育出的 6 个藻
株和出发株的吸收曲线主要有 6 个吸收峰，分别位
于红光区的 666 nm 和 616～628 nm 处、蓝紫光区的
475～477 nm和 436～444 nm 处、近紫外光区的 336～
339 nm和 260～264 nm 处。各个藻株的主要生物活
性物质的种类相同，分别是叶绿素、藻蓝蛋白(PC)、
类胡萝卜素、β－胡萝卜素(顺式)和蛋白质(表 2)，但
各藻株的主要生物活性物质的吸收峰值差异较大。
表 2 螺旋藻主要生物活性物质的
可见和紫外光谱特征吸收波长
Table 2 Visible and ultraviolet spectrum characteristic
absorption wavelength of main bioactivators of Spirulina
吸收波长(nm) 相应的生物活性物质 参考文献
640～660 叶绿素 ［15］
620 藻蓝蛋白 ［16－17］
470 类胡萝卜素 ［18］
430～450 叶绿素 ［15］
330～350 β－胡萝卜素(顺式) ［19－20］
280 蛋白质 ［21］
图 2 是生物量较高的 3 个藻株(sina017、
sina029、sina032)与出发株 S2 的吸收光谱。如 2.2 所
述，sina029、sina032 和 sina017 的生物量分别比出发
株 S2 提高了 39.4%、44.8%、38.7%。而由图 2 可知，
sina029、sina032 和出发株 S2 的主要生物活性物质的
吸收峰值基本相同，而 sina017 与 S2 相比，其叶绿
素、藻蓝蛋白(PC)、类胡萝卜素、β－胡萝卜素(顺式)
和蛋白质的吸收峰值依次降低了 12.9%、9.3%、
20.2%、7.9%和 10.1%。这表明生物量高的藻株不一
定生物活性物质含量高。结合表 1 所示的 sina017、
sina029、sina032 的藻丝形态特征可以看出，螺旋藻藻
丝的螺旋数、颜色、藻丝上浮性与其各主要生物活性
物质的含量基本呈正相关。因此，可以通过藻丝形
213
态特征初步比较各藻株的生物量和主要生物活性物
质含量。
图 3 是生长量较低的 3 个藻株 (sina005、
sina006、sina011)与出发株 S2 的吸收光谱。如 2.2 所
述，与出发株 S2 相比，sina005 和 sina006 的生物量分
别提高了 8.9%、2.4%，而 sina011 生物量则下降了
4.3%。由图 3 可知，sina006 和 sina011 生物活性物质
的吸收峰值均显著低于 S2，而 sina5 的生物活性物质
的吸收峰值含量远远高于 S2，其蛋白质、藻蓝蛋白
(PC)、β－胡萝卜素(顺式)和类胡萝卜素的吸收峰值
分别提高了 43.6%、26.7%、23.7%和 12.6%，而叶绿
素的吸收峰值稍低于 S2。这表明生物量低的藻株不
一定生物活性物质含量低。因此，在螺旋藻藻种选
育中，生物量低的藻株也值得关注，可以从中筛选出
高生物活性物质含量的藻株，用于提取生物活性物
质，这与张学成等的报道一致［22］。同时也表明，在螺
旋藻藻种选育中，不仅要考虑其生物量，还要考虑生
物活性物质含量，这样才可以选育出高产优质的优
良藻种。
从图 2 和图 3 还可以看出，生物量较高的藻株
(sina029、sina032、sina017)的光合色素含量远远高于
生物量较低的藻株(sina006、sina011)，结合表 1 中所
示藻株的生物量，这表明螺旋藻光合色素含量和生
物量之间的关系呈正相关。因此，适当增加光合色
素相应吸收波长的光的强度，可以促进螺旋藻的光
合作用，提高其产量。
图 2 sina017、sina029、sina032 与出发株 S2 的吸收光谱
Fig.2 Absorption spectra of sina017，
sina029，sina032 and original strain S2
图 3 sina005、sina006、sina011 与出发株 S2 的吸收光谱
Fig.3 Absorption spectra of sina005，
sina006，sina011 and original strain S2
3 结论
在螺旋藻的实际生产中，选育高产优质螺旋藻
品种和品系是重要的基础。选育的生产藻种需具有
高生物量、高营养、易采收等特性。
本研究对鄂托克旗螺旋藻产业园的生产藻种钝
顶螺旋藻 S2 进行分离纯化，综合考虑各藻株的生物
量和生物活性物质的含量，选育出了产量高、生物活
性物质含量高、形态良好且稳定、易采收的优良藻株
sina029 和 sina032，其生物量较 S2 分别提高了
39.4%、44.8%，生物活性物质含量和 S2 基本相同，可
直接用于螺旋藻大规模养殖。
在螺旋藻大规模生产中，通过单藻丝分离可以
选育出高生物量、高营养的优良藻种，该方法操作简
便、易行，便于工作人员掌握，且对纯化的藻丝体具
有很强的针对性，这对于螺旋藻的生产实践具有重
大意义。
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( 下转第 218 页)
218
图 6 料水比、水解时间及其交互作用
对水解度影响的响应面图
Fig.6 Ｒesponse surface plot for effects of
liquid－solid ration enzymolysis time
and their mutual interaction on the degree of hydrolysis
预测值相比，相对误差较小。相对于林波等［13］通过
正交实验确定最佳工艺，本文选用的响应面法在各
因素对水解度影响程度及显著性的分析上都具有优
势［14］。因此，基于响应面法所得的优化工艺参数准
确可靠，具有实用价值。
3 结论
4个水解指标(水解度、短肽得率、氨基酸态氮、多
肽生成量)之间均显著相关，其中短肽得率和水解度
相关性最强。通过响应面优化实验得出最佳水解工艺
条件为:料水比为 3∶ 25(W/V)、水解温度为 55 ℃、水
解时间为 315 min、加酶量为 3.48%(E /S)、pH7.5，水
解度为 20.38%。
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