鸡粪、牛粪浸出液培养螺旋藻效果的比较研究

■ 周贤君 潘文敏

（贵州大学动物科学学院水产科学系,贵州贵阳 550025）

螺旋藻（Spirulina spp.）属蓝藻门（Cyanophta），蓝藻纲（Cyanophyceae），藻殖段目（Hormogonales），颤藻科(Oscillatoriaceae)，螺旋藻属(Spirulina)[1]。藻体为不分枝的丝状体，没有胶鞘包被，细胞圆柱形，呈疏松或紧密的有规则的螺旋状弯曲。螺旋藻因有较高含量的蛋白质及丰富的氨基酸、维生素、矿物质等营养成分而深受人们的喜爱。我国于20世纪70年代开始了对螺旋藻的研究，主要研究了螺旋藻的培养条件、营养价值和保健价值。当前螺旋藻已经广泛应用于保健品、饲料、化妆品及废水处理等领域，并且都取得了较好的效果[1]。但是，我国目前的螺旋藻培养技术基本都是采用培养液进行培养，这使得其培养成本较高，售价高昂，普通的消费者难以承受，导致螺旋藻及其加工产品成了少数人的奢侈品而被冷落，销路不畅，不利于螺旋藻产业的发展。因此，如何降低螺旋藻的培养成本成为了许多人关注的焦点。

随着畜禽养殖业的不断发展，畜禽粪便的量越来越多。然而，大多数畜禽粪便却没有得到充分的利用，有的直接堆放在路边，或直接排放于河流中，不仅会污染环境和水资源，而且还可能导致各类疾病的发生。如果畜禽粪便能用于培养螺旋藻，既可显著降低螺旋藻的生产成本，又能净化环境，变废为宝，所获得的螺旋藻也可作为饲料及化工原料，能有效地解决目前我国蛋白原料紧张的局面，这种既有环境效益又有经济效益的“双赢”方式，符合可持续发展与循环经济的原则，具有广阔发展前景。本研究旨在探索畜禽粪便能否用于螺旋藻的培养以及培养效果，以便寻求一条切实可行的可持续发展的路子。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 藻种来源

试验所用螺旋藻为钝顶螺旋藻（Spirulina platensis），藻种来源于星星活饵藻种公司（http://shop34824737.taobao.com）。取处于指数生长期的螺旋藻用于试验接种。

1.1.2 培养液的来源与制备

培养所用的鸡粪和牛粪均来自贵州大学试验农场的养鸡场和奶牛场。试验前先让鸡粪、牛粪自然发酵两周，然后各取2 kg分别放入两个盆中，加入6 L的蒸馏水搅匀，静置。一周后过滤，取滤液进行加热煮沸0.5 h，以杀死其中的微生物，冷却备用，即制得鸡粪、牛粪浸出液。

1.2 试验方法

1.2.1 螺旋藻培养方法

试验在室内进行，采用智能光照恒温培养箱进行培养。本次试验的培养容器为三角瓶。试验开始时，在每个三角瓶中加入150 ml培养液（鸡粪或者牛粪浸出液），每种溶液各4瓶。然后向每个瓶中加入处于指数生长期的螺旋藻藻种5 ml，盖上纱布，并用橡皮筋扎紧，放在智能光照恒温培养箱中进行培养。

1.2.2 螺旋藻培养条件

培养温度为恒温28℃，光照为6级（8 500 Lx～15 000 Lx），从每天8:00至20:00进行有光培养，20:00至第2 d早上8:00无光培养（即12 h光照、12 h黑暗）。培养过程中每天摇动三角瓶3次，摇动时间分别是8:00、12:00、20:00。

1.2.3 藻细胞的计数方法

藻细胞的计数采用显微镜直接计数法，每天计数1次。

1.2.4 总氮、总磷的测定

试验开始及结束时测定培养液的总氮、总磷含量，测定方法为国标法（GB11893—89）[2]。

1.3 数据处理

所有试验数据均采用Microsoft Office Excel 2007进行运算和分析。

2 试验结果

2.1 培养液的总氮、总磷含量

培养螺旋藻之前，鸡粪、牛粪培养液中的总氮含量分别为31.3和89.4 mg/l，试验结束时，鸡粪、牛粪培养液中的总氮含量分别为27.9和74.7 mg/l，分别下降了10.9%和16.4%。

培养螺旋藻之前，鸡粪、牛粪培养液中的总磷含量分别为4.6和2.6 mg/l。试验结束后，分别为3.7和1.9 mg/l，分别下降了19.6%和26.9%。

2.2 螺旋藻在鸡粪、牛粪培养液中的生长(见图1)

在鸡粪培养液中，接种后第1～9 d 4个处理组的平均藻密度分别为 0.9×104、0.8×104、1.6×104、2.2×104、3.9×104、5.7×104、11.3×104、11.9×104、8.1×104个/ml。由图1可以看出，螺旋藻在鸡粪培养液中的生长呈现先减后增再减的趋势。接种后有2 d的延缓期，到第3 d开始进入指数生长期，到第8 d数量达到最大，此后细胞数量快速减少，进入死亡期。

图1 螺旋藻在鸡粪、牛粪培养液中的生长

在牛粪培养液中培养螺旋藻，在接种后的第1～9 d 4个处理组的平均藻密度分别为0.72×104、1.6×104、2.4×104、3.4×104、4.3×104、6.5×104、7.2×104、7.8×104、8.1×104个/ml。由图1可见，在牛粪培养液中接种螺旋藻后，延缓期较短，接种后的第2 d即比第1 d藻细胞数量有所增加，此后一直到第9 d，都处于细胞数量增长期，其中第5～6 d增长较快，第9 d的增长速度很小，数量达到最大，开始出现死亡细胞。

2.3 螺旋藻在鸡粪、牛粪培养液中的生长比较

从图1可以看出，螺旋藻在鸡粪培养液中接种后的延缓期比在牛粪中长，但是生长快，达到的最高密度（11.9×104个/ml）大于牛粪培养液中的最高密度（8.1×104个/ml）。接种后的第9 d，鸡粪培养液中的细胞数量快速减少，而牛粪培养液中的细胞数量还在继续增加，但增长速度大大减缓。

3 讨论

3.1 鸡粪对螺旋藻生长的影响

从图1可以看出，螺旋藻在鸡粪培养液中总的生长趋势为先增后减，在增长阶段呈指数增长，而后出现负增长，数量减少。其生长的速率则是先减后增再减的趋势，符合藻类在一次性培养中的生长特性。在数量增长至最高时期，细胞数量增长了近11倍（开始时密度为1.0×104个/ml，最高密度时为11.9×104个/ml），说明螺旋藻在鸡粪浸出液中能够很好地生长和增殖。冯建新等（2003）[3]在研究土壤与鸡粪浸出液对小球藻生长的影响中发现鸡粪浸出液能够促进小球藻的生长，而且可以单独培养小球藻。韩志泉等（2002）[4]利用鸡粪和小球藻混合液的配比对多刺裸腹藻的繁殖数量进行了研究，发现添加鸡粪之后能够增加多刺裸腹藻的繁殖数量。这与本试验的研究结果一致，说明鸡粪可以用来培养微藻。

本试验中，在鸡粪培养液中接种螺旋藻后，刚开始时出现了延缓期，细胞数量减少，可能是由于藻类生长繁殖需要一定数量的由其自身产生而溶解在培养液中的某些物质，或新培养液中某些物质含量比老培养液中的高（接种的藻体没有发生老化），或者是螺旋藻体由旧的环境转到新的环境中，环境条件变化太大，藻体还不太适应新的环境。之后细胞开始快速增殖，表明螺旋藻在适应新环境或得到足够的必需物质后，藻体迅速生长，数量快速增加。在螺旋藻数量生长达到顶峰之后，螺旋藻的数量急剧下降，其原因可能是由于营养耗尽，培养液的酸碱度发生改变，或快速生长之后，细胞密度增大，藻细胞相互遮盖使光照减少，或藻体新陈代谢过程中为缓解生物量的急剧增加与营养物质供给不足的矛盾，产生出对自己生长不利的物质，抑制其增长，从而导致藻体的数量减少[1]。

3.2 牛粪对螺旋藻生长的影响

目前有关牛粪浸出液培养藻类的相关研究还未见报道。本研究发现，螺旋藻接种在牛粪浸出液中，有1 d的延缓期，接着数量开始增长，到第9 d数量达最大值8.1×104个/ml，为接种数量（1×104个/ml）的8倍，说明螺旋藻在牛粪浸出液中能够生长和增殖。螺旋藻在牛粪浸出液中的延缓期较短，说明牛粪浸出液比较适合螺旋藻的生长，营养充足。在整个培养期，螺旋藻持续增长。到培养后期增长较慢，可能由于营养耗尽，或对数期后细胞密度增大，藻细胞相互遮盖使光照减少，或藻体新陈代谢过程中为缓解生物量的急剧增加与营养物质供给不足的矛盾，产生出对自己生长不利的物质，抑制其增长[1]。

3.3 鸡粪、牛粪浸出液培养螺旋藻效果比较分析

螺旋藻在鸡粪浸出液中培养时，延缓期较牛粪中长，但藻细胞达到的最大值比在牛粪中高，对比所测得的试验前后的总氮、总磷含量，可能与总氮、总磷的含量差异有关。从总氮、总磷的含量来看，总磷是一个很关键的营养元素，培养过程中鸡粪、牛粪中总磷的浓度分别下降了19.6%和26.9%。鸡粪中的延缓期较长，可能同其总磷含量较高（4.6 mg/l）有关。因为在微藻的培养过程中，培养液的营养物浓度越高，其延缓期就会越长[1]。而最后鸡粪中藻细胞达到的最大值高于牛粪中的最大值，有可能是培养后期，牛粪中的总磷含量（1.9 mg/l）不足，营养物质缺乏造成的。在今后的研究中或者实际生产中，将鸡粪、牛粪浸出液混合使用培养螺旋藻效果可能会更好。