培養(yǎng)基N含量對螺旋藻生長的影響

王心園，王銘華，孫東紅，鄒 寧*，李小慧，張 軍

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，湖北武漢430070;2.煙臺經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)自來水公司，山東煙臺264006;3.魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東煙臺264025)

螺旋藻屬于藍藻門藍藻綱顫藻科節(jié)旋藻屬，已存在35億年，是地球上最早出現(xiàn)的光合生物之一。它生長于堿性水中，顯微形態(tài)為螺旋絲狀，生長速度快，螺旋藻蛋白質(zhì)含量高達65% ～70%，其品質(zhì)優(yōu)良，易于消化，有較高的營養(yǎng)價值。由于螺旋藻生產(chǎn)可以不占農(nóng)田，因此其開發(fā)利用日益受到國內(nèi)外的高度關(guān)注［1-6］，被聯(lián)合國食品會議認定為“明天最好的食品資源”［7］。對我國這樣一個人口多耕地少、資源相對缺乏的國家，螺旋藻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品開發(fā)具有重要意義。

研究表明，螺旋藻不僅蛋白質(zhì)含量高，而且氨基酸組成理想，能促進新陳代謝［8-10］。螺旋藻多糖具有抗腫瘤作用，除能直接抑制腫瘤細胞的生長外，還能全面提高免疫力，具有抗氧化作用，從而有助于腫瘤的治療。螺旋藻細胞中豐富的藻藍蛋白具有很高的抗輻射能力，日本福島發(fā)生核電站泄漏，我國離日本較近，受到核污染的可能性較大，因而對螺旋藻的需求量大增。但目前國內(nèi)外螺旋藻主要生產(chǎn)廠采用的生產(chǎn)方式是開放式跑道池培養(yǎng)［11］。此種培養(yǎng)方式具有養(yǎng)殖操作簡單、養(yǎng)殖規(guī)模大等優(yōu)勢，但易污染，產(chǎn)品質(zhì)量低，無法達到高密度培養(yǎng)，投資大也不利于推廣普及。

室內(nèi)培養(yǎng)螺旋藻的設(shè)備和方法技術(shù)可以用于家庭和辦公室中培養(yǎng)生產(chǎn)，易于推廣，數(shù)量方面具有極大的潛力。該技術(shù)不僅可以使更多的人吃到自己生產(chǎn)的新鮮螺旋藻，補充高價值營養(yǎng)，而且由于螺旋藻光合作用吸收二氧化碳，產(chǎn)生氧氣，改善室內(nèi)環(huán)境，特別是晚上，LED人工光源的提供，使螺旋藻在夜間也可以生長，釋放氧氣。

室內(nèi)培養(yǎng)螺旋藻便于控制培養(yǎng)條件以獲得更大的科學(xué)及經(jīng)濟效益，但對室內(nèi)螺旋藻生產(chǎn)過程中最經(jīng)濟又高產(chǎn)量的營養(yǎng)鹽濃度研究較少［12］。螺旋藻是一種光合自養(yǎng)型生物，生長繁殖過程中需要N、P、K等元素作為營養(yǎng)物質(zhì)。目前工廠化開放池生產(chǎn)螺旋藻所使用的不同培養(yǎng)基配方都是在“Zarrouk”培養(yǎng)基的基礎(chǔ)上改良的［13］。螺旋藻能夠在含不同氮源(尿素、硝酸鈉、氯化銨等)的培養(yǎng)基上生長。但利用不同的氮源，螺旋藻的生長速度有差別，所得到的生物量也不同。以尿素和硝酸鈉作為氮源來培養(yǎng)螺旋藻，結(jié)果表明用尿素作為氮源的螺旋藻比用硝酸鈉作氮源生長快，而且還可以降低生產(chǎn)成本。研究表明，尿素可以代替硝酸鈉作為螺旋藻培養(yǎng)的氮源，但螺旋藻對有機氮的利用率沒有無機氮高［14］。而且不同濃度的氮源不但對螺旋藻生物量的積累有影響，而且對螺旋藻胞外多糖的產(chǎn)生有影響。如果以螺旋藻多糖為培養(yǎng)目的，可以考慮在不影響生物量增長的前提下，適當(dāng)降低培養(yǎng)基中氮素的含量，有利于多糖的積累［15］。為此，筆者研究氮素添加量和濃度對螺旋藻生產(chǎn)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料 螺旋藻(Spirulina platensis)的藻種由魯東大學(xué)大境藻類研究所提供。

1.2 儀器 紫外可見光分光光度計(U-2000，上海精密科學(xué)儀器有限公司);室用螺旋藻培養(yǎng)器(AA 940F天潤);真空抽濾泵(FY-1H-N，濟南冰雪制冷設(shè)備有限公司);光照度計(ZDS-10型，上海市嘉定學(xué)聯(lián)儀表廠)。

1.3 螺旋藻培養(yǎng) 利用室內(nèi)光生物反應(yīng)器培養(yǎng)，培養(yǎng)基為Zarrouk改良培養(yǎng)基，接種量為1/10，培養(yǎng)溫度為10～20℃，光照強度為10 000～20 000 lx，總體積50 L。

1.4 測定項目與方法 ①初始氮濃度及螺旋藻生物量測定。測定反應(yīng)器中初始的N含量及藻液干重:取5 ml藻液用真空泵抽濾，將所得濾液稀釋10倍后測其210 nm處的吸光值，并將此時的濾渣放入電熱鼓風(fēng)干燥器干燥12 h至恒重。②外加氮素。向培養(yǎng)箱中加入50 g硝酸鈉和1.5 g磷酸二氫鉀。③氮素及螺旋藻濃度測定。1～2 min后取5 ml藻液用真空泵抽濾，記時間為0，將所得濾液稀釋10倍后測其OD210，并將此時的濾渣放入電熱鼓風(fēng)干燥器干燥12 h至恒重。每間隔一段時間重復(fù)試驗。④抽濾后溶液的OD值測定。采用石英比色皿在U-2000型紫外可見分光光度計上測定，螺旋藻干重由電子天平稱量(螺旋生長變化趨勢情況采用稱量干重來代表，N濃度用所測得的OD值與標(biāo)準(zhǔn)曲線對比查找得到)。

2 結(jié)果與分析

反應(yīng)器中原始的吸光值OD210=2.715，初始5 ml藻液螺旋藻干重為0.003 4 g。

圖1 螺旋藻生長和氮素含量隨時間的變化

由圖1可知，加入氮素營養(yǎng)后的前20 h，氮素被急劇消耗。20 h后，氮素消耗減慢，而螺旋藻細胞仍然快速生長，說明前20 h的氮素營養(yǎng)主要用于補償細胞接種前的N素缺乏。當(dāng)培養(yǎng)時間為50 h左右時細胞干重增長速率達到最大，故此時硝酸鈉濃度為0.8 g/L，所得細胞密度為1.18 g/L，產(chǎn)量為21.8 g/(m2·d)。

3 討論

在該試驗培養(yǎng)條件中硝酸鈉濃度0.8 g/L，其他鹽濃度同Zarrouk改良培養(yǎng)基，接種量為1/10，培養(yǎng)溫度為10～20℃，光照強度為10 000～20 000 lx，50 L，所得細胞密度為1.18 g/L，產(chǎn)量為21.8 g/(m2·d)。而目前大面積養(yǎng)殖采用的開放池得到細胞密度為0.5 g/L，產(chǎn)量10 g/(m2·d)，即該試驗條件下培養(yǎng)螺旋藻比開放池培養(yǎng)具有更高的產(chǎn)量。

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