培养基N含量对螺旋藻生长的影响

王心园，王铭华，孙东红，邹 宁*，李小慧，张 军

(1.华中农业大学信息学院，湖北武汉430070;2.烟台经济技术开发区自来水公司，山东烟台264006;3.鲁东大学生命科学学院，山东烟台264025)

螺旋藻属于蓝藻门蓝藻纲颤藻科节旋藻属，已存在35亿年，是地球上最早出现的光合生物之一。它生长于碱性水中，显微形态为螺旋丝状，生长速度快，螺旋藻蛋白质含量高达65% ～70%，其品质优良，易于消化，有较高的营养价值。由于螺旋藻生产可以不占农田，因此其开发利用日益受到国内外的高度关注［1-6］，被联合国食品会议认定为“明天最好的食品资源”［7］。对我国这样一个人口多耕地少、资源相对缺乏的国家，螺旋藻产业的发展和产品开发具有重要意义。

研究表明，螺旋藻不仅蛋白质含量高，而且氨基酸组成理想，能促进新陈代谢［8-10］。螺旋藻多糖具有抗肿瘤作用，除能直接抑制肿瘤细胞的生长外，还能全面提高免疫力，具有抗氧化作用，从而有助于肿瘤的治疗。螺旋藻细胞中丰富的藻蓝蛋白具有很高的抗辐射能力，日本福岛发生核电站泄漏，我国离日本较近，受到核污染的可能性较大，因而对螺旋藻的需求量大增。但目前国内外螺旋藻主要生产厂采用的生产方式是开放式跑道池培养［11］。此种培养方式具有养殖操作简单、养殖规模大等优势，但易污染，产品质量低，无法达到高密度培养，投资大也不利于推广普及。

室内培养螺旋藻的设备和方法技术可以用于家庭和办公室中培养生产，易于推广，数量方面具有极大的潜力。该技术不仅可以使更多的人吃到自己生产的新鲜螺旋藻，补充高价值营养，而且由于螺旋藻光合作用吸收二氧化碳，产生氧气，改善室内环境，特别是晚上，LED人工光源的提供，使螺旋藻在夜间也可以生长，释放氧气。

室内培养螺旋藻便于控制培养条件以获得更大的科学及经济效益，但对室内螺旋藻生产过程中最经济又高产量的营养盐浓度研究较少［12］。螺旋藻是一种光合自养型生物，生长繁殖过程中需要N、P、K等元素作为营养物质。目前工厂化开放池生产螺旋藻所使用的不同培养基配方都是在“Zarrouk”培养基的基础上改良的［13］。螺旋藻能够在含不同氮源(尿素、硝酸钠、氯化铵等)的培养基上生长。但利用不同的氮源，螺旋藻的生长速度有差别，所得到的生物量也不同。以尿素和硝酸钠作为氮源来培养螺旋藻，结果表明用尿素作为氮源的螺旋藻比用硝酸钠作氮源生长快，而且还可以降低生产成本。研究表明，尿素可以代替硝酸钠作为螺旋藻培养的氮源，但螺旋藻对有机氮的利用率没有无机氮高［14］。而且不同浓度的氮源不但对螺旋藻生物量的积累有影响，而且对螺旋藻胞外多糖的产生有影响。如果以螺旋藻多糖为培养目的，可以考虑在不影响生物量增长的前提下，适当降低培养基中氮素的含量，有利于多糖的积累［15］。为此，笔者研究氮素添加量和浓度对螺旋藻生产的影响。

1 材料与方法

1.1 材料 螺旋藻(Spirulina platensis)的藻种由鲁东大学大境藻类研究所提供。

1.2 仪器 紫外可见光分光光度计(U-2000，上海精密科学仪器有限公司);室用螺旋藻培养器(AA 940F天润);真空抽滤泵(FY-1H-N，济南冰雪制冷设备有限公司);光照度计(ZDS-10型，上海市嘉定学联仪表厂)。

1.3 螺旋藻培养 利用室内光生物反应器培养，培养基为Zarrouk改良培养基，接种量为1/10，培养温度为10～20℃，光照强度为10 000～20 000 lx，总体积50 L。

1.4 测定项目与方法 ①初始氮浓度及螺旋藻生物量测定。测定反应器中初始的N含量及藻液干重:取5 ml藻液用真空泵抽滤，将所得滤液稀释10倍后测其210 nm处的吸光值，并将此时的滤渣放入电热鼓风干燥器干燥12 h至恒重。②外加氮素。向培养箱中加入50 g硝酸钠和1.5 g磷酸二氢钾。③氮素及螺旋藻浓度测定。1～2 min后取5 ml藻液用真空泵抽滤，记时间为0，将所得滤液稀释10倍后测其OD210，并将此时的滤渣放入电热鼓风干燥器干燥12 h至恒重。每间隔一段时间重复试验。④抽滤后溶液的OD值测定。采用石英比色皿在U-2000型紫外可见分光光度计上测定，螺旋藻干重由电子天平称量(螺旋生长变化趋势情况采用称量干重来代表，N浓度用所测得的OD值与标准曲线对比查找得到)。

2 结果与分析

反应器中原始的吸光值OD210=2.715，初始5 ml藻液螺旋藻干重为0.003 4 g。

图1 螺旋藻生长和氮素含量随时间的变化

由图1可知，加入氮素营养后的前20 h，氮素被急剧消耗。20 h后，氮素消耗减慢，而螺旋藻细胞仍然快速生长，说明前20 h的氮素营养主要用于补偿细胞接种前的N素缺乏。当培养时间为50 h左右时细胞干重增长速率达到最大，故此时硝酸钠浓度为0.8 g/L，所得细胞密度为1.18 g/L，产量为21.8 g/(m2·d)。

3 讨论

在该试验培养条件中硝酸钠浓度0.8 g/L，其他盐浓度同Zarrouk改良培养基，接种量为1/10，培养温度为10～20℃，光照强度为10 000～20 000 lx，50 L，所得细胞密度为1.18 g/L，产量为21.8 g/(m2·d)。而目前大面积养殖采用的开放池得到细胞密度为0.5 g/L，产量10 g/(m2·d)，即该试验条件下培养螺旋藻比开放池培养具有更高的产量。

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