西北地区黄河水系池塘小球藻增殖盐类配方筛选

文/张彦明 王建福 张吉祥 李向超 秦世伟 白富勇

小球藻属于绿藻门小球藻属的一种单细胞藻类，对不良环境的适应能力极强。小球藻对光的吸收和利用效率很高，其光合作用比其它植物高10倍以上，生长和繁殖速度都很快。小球藻的快速繁殖和生长特性使得其在水体净化中具有很高的利用价值。在养殖水体中，小球藻对溶解氧改善以及亚硝酸盐氮吸收均具有较好的效果。

利用小球藻在水体中形成优势种群，改善水体藻相条件，对提高养殖水生动物的健康水平，改善水体生态系统的健康程度均具有重要意义。藻类对水体中营养素的需求不同，不同地区的水体自身营养成分组成往往也有较大差别。通过找出不同水体类型适合的肥料施用比例，调控出水体优质藻相，可以改善养殖水体生态环境条件，预防水生动物疾病，实现健康养殖。

水生四号和BG-11均是生产上增殖淡水小球藻常用的培养液，其中水生四号多用于单细胞绿藻类（如栅列藻）的培养，BG-11常用于淡水蓝藻和绿藻类的培养。本试验以此两种常用的小球藻培养盐类配方为基础，选择黄河水和去离子水两种水源，经过组合共设计了水生四号+BG-11+黄河水（A组）、水生四号+黄河水（B组）、水生四号+去离子水（C组）、BG-11+去离子水（D组）以及BG-11+黄河水（E组）共五个培养液组。通过连续测定各组小球藻的生长情况，筛选了本地适合小球藻快速增殖的盐类配方。

一、材料与方法

（一）培养液配方

试验采用的水生四号和BG-11两种小球藻培养液配方见表1、表2。

表1 水生四号配方组成

表2 BG-11配方组成

（二）小球藻培养及密度测定方法

五个培养组中，每组先加入各自培养液225mL，接种量10%，将25mL小球藻种液（藻密度837.5万个/mL，基础培养液为水生四号）加入300mL的玻璃锥形瓶内。培养条件：光照强度4800Lux，温度25℃，光暗比12h:12h，每组4个平行样品，连续培养15d，每天9:00和19:00各摇动一次，以防止沉淀。试验过程中除取样测量以外，其余时间均使用保鲜膜密封瓶口。各试验组每隔24h取样一次，680nm测定吸光度，之后利用本实验室建立的吸光度和藻密度回归曲线y=0.0004x+0.0015（曲线相关系数R=0.9985，x为藻密度，单位万个/mL；y为吸光度）计算对应小球藻密度。利用SPSS19.0软件包进行单因素ANOVA方差分析，Duncan氏多重比较，测定结果以平均数±标准差表示，以＜0.05作为差异显著性判断标准。

二、结果与分析

（一）不同试验组小球藻生长情况

不同试验组培养液对小球藻生长的影响结果见图1和图2。在5个试验组中，水生四号+黄河水组（B组）小球藻的生长情况最好，培养1d后藻密度就显著高于其他4组（＜0.05），并且这种生长优势一直持续至试验结束。A组和C组培养的小球藻在前5d的培养中生长未表现出显著差异（＞0.05），但均显著高于D组（＜0.05）。在培养的前5d内，E组仅在第2d低于A组和C组，之后的4d差异变得不显著（＞0.05）。培养第6d除B组外，其他各组均差异不显著（＞0.05）。C组在培养的7d～13d内，藻密度均显著高于D组（＜0.05），且C组在培养的第10d之后，藻密度均显著高于E组（＜0.05）。

图1 不同试验组小球藻生长情况

图2 不同试验组小球藻生长趋势

（二）不同试验组培养液小球藻生长趋势

小球藻在不同配方培养液中的生长趋势见图2。由图可知，在试验的5个配方中，B组生长情况最好，培养第2d藻密度就已经达到1008.75万个/mL，第3d略有下降，之后的4d～15d基本维持稳定。D组藻密度整体趋于不断增长状态，但生长较为缓慢，在第15d达到峰值，藻密度为505.75万个/mL。A组、C组和E组均在第2d生长速度最快，A组和C组在培养的3d～15d内，有持续生长趋势，但生长速率明显逐渐减缓。E组在培养3d～5d时藻密度基本维持在471.25万个/mL～496.25万个/mL之间，第6d浓度下降，第7d浓度继续升高，第8d～15d生长趋势呈逐渐下降状态，藻密度逐渐降低，第15d降到416.25万个/mL。

三、讨论

（一）小球藻生长对营养盐类的需要

小球藻生长所需要的关键营养盐类主要有氮、磷、钾、钙、镁、铁等，不同的盐类在小球藻的培养过程中具有不同的代谢规律。一般培养前期对营养盐类的消耗量较大，容易造成部分营养盐类缺乏而影响小球藻生长和繁殖的速度，但小球藻培养液中的部分营养盐类变化规律是复杂的，并非简单的线性关系。产生这种现象的可能原因是小球藻本身的代谢和合成作用会因为培养环境盐分改变而发生变化。利用这种规律，通过改变小球藻培养过程中的盐类含量，可以培养出高脂肪含量、高蛋白含量等特殊的目标产品。

利用小球藻快速生长来降低水体中营养盐类的含量，可有效吸收有害物质，改善水体溶解氧条件。在藻类的生长过程中除了这些已知含量较高、影响较大的营养盐类之外，还有一些含量较低，但作用不可忽视的微量盐类，土壤恰好提供了这些微量盐类。本试验结果表明，利用含有土壤浸出液的水生四号培养液与黄河水培养的小球藻表现出了良好的生长状态，并且这种好的生长状态持续了整个试验测定期间。同样采用土壤浸出液的水生四号和去离子水组合培养液中，小球藻也表现出了优于其他组别的生长态势。在本试验中BG-11培养液组小球藻生长的情况与水生四号组相比表现不佳。

同时含有水生四号和BG-11培养液的A组，小球藻也并未表现出较好的生长态势。这可能是由于同时添加两种培养液，使得营养盐类含量过高导致对小球藻生长产生了抑制作用。由本试验结果推测，BG-11培养液作为西北地区黄河流域小球藻增殖的添加物不如水生四号，添加过量的营养盐类可能会抑制小球藻的生长和增殖。

（二）氮元素含量和碳氮比（C/N）对小球藻生长的影响

本试验所采用的培养液并非养殖池塘的实际水体，有机物含量较低，碳含量不足。当水体中的C/N值较小时，水体中的无机氮主要依靠藻类和自养细菌利用，总氮中氨态氮含量与作为水体中初级生产力重要组成部分的藻类密切相关，而硝酸盐氮在水体中由于周转迅速，因此和藻类等产量的关系不够显著。本试验中，如果仅计算基础培养液所含盐类，水生四号中盐类C/N浓度比为0.39，BG-11中盐类C/N浓度比为0.03。碳氮比对浮游植物和自养细菌的生长具有重要影响，一般认为较高的C/N更有利于自养微生物的生长。所以，具有更高C/N浓度比的水生四号使小球藻生长状况表现更好。

（三）各组合培养液小球藻长势比较

在本试验中，水生四号+黄河水组培养液组生长速度最快，在培养试验的15d内藻液浓度均维持在较高范围之内，均高于其他各组，吸光度可达0.4～0.5，藻密度在996.25万个/mL～1246.25万个/mL之间。BG-11+去离子水的培养液组生长速率较慢，但在试验时间内一直维持增长状态，可见此培养液类型适合用于对小球藻浓度要求不高的试验，如小球藻生长状态观察或者小球藻生长过程中不同生长阶段藻细胞观察类试验。其余各配方培养液组，小球藻在生长过程中只有前2d藻细胞密度增幅较大，之后均为缓慢增长。

值得注意的是，在试验期间BG-11+去离子水组和BG-11+黄河水组培养小球藻出现了少量沉淀，而水生四号添加组则未产生明显藻类沉淀。有研究表明柠檬酸对藻类具有一定的絮凝作用，推测BG-11培养液中的柠檬酸可能导致小球藻产生了絮凝。

（四）本地养殖水体水质特点

西北地区气候干燥，降雨较少，蒸发量一般高于降水量，使得这一地区的水体矿化度一般高于300mg/L，水体的碱度和硬度往往较高。具有一定碱度和硬度的水体往往对以藻类为主的初级生产力形成具有积极促进作用。黄河水系的干流和支流是西北地区养殖池塘的主要水源，水中各种离子的含量必然对藻类的生长具有重要的影响。根据藻类对营养盐类利用的木桶效应原理以及黄河上游水质测定的结果，N相对于P已经成为水体中主要的限制性营养元素。

组成无机氮源中的NH相对于NO

更容易被浮游植物等自养生物利用，经过高温浸提的土壤浸出物，可使土壤中的许多营养盐类和有机营养物质能够快速地释放到水中，为小球藻的生长提供了良好的营养条件。

四、小结

试验的两种增殖小球藻营养盐类配方都可以使西北地区黄河水系养殖池塘中接种的小球藻在较短时间内达到生长峰值，但添加水生四号不但可以更好地提高小球藻生长的峰值水平，还能够将小球藻浓度较为平稳地维持在较高水平，从而达到快速改善养殖水体环境，维持有益藻相的目的。所以，在西北地区黄河水系的养殖池塘利用小球藻快速增殖来改善养殖水体环境的过程中，水生四号较BG-11更能达到较好的调水效果。