不同水質對杜氏鹽藻生長和生理的影響

李 婕，衣麗霞，趙 倩，徐仰倉

（天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津科技大學海洋與環境學院，天津 300457）

不同水質對杜氏鹽藻生長和生理的影響

李 婕，衣麗霞，趙 倩，徐仰倉

（天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津科技大學海洋與環境學院，天津 300457）

分析杜氏鹽藻（Dunaliella salina）在不同水質中的生長狀況，確定適合養殖杜氏鹽藻的水源.根據 GB 17378.4—2007的方法檢測天津中心漁港海水、天津北疆電廠冷卻水、稀釋10倍后的青海柴達木盆地察爾汗鹽湖原鹵水、老鹵水及成礦鹵水的水質后，將杜氏鹽藻接種于其中，分析水質對鹽藻各生理指標的影響.結果表明：除青海柴達木盆地察爾汗鹽湖老鹵水外，其余4種水樣均可以用來培養鹽藻.雖然不同水質對鹽藻生長及生理的影響不同，但綜合來看，利用稀釋 10倍后的成礦鹵水培養的杜氏鹽藻培養至第 15天時，硝酸還原酶活性為（4.41±0.18）μg/（mg·h），顯著高于用海水培養的杜氏鹽藻.培養至 21，d時，葉綠素質量濃度為（24.9±1.0）mg/L，藻細胞質量濃度為（409.5± 21.1）mg/L，與用海水培養的杜氏鹽藻間均無顯著性差異.凈光合速率為（128.6±3.0）μmol/（mg·h），呼吸速率為（28.2± 0.9）μmol/（mg·h）.證明在同樣的培養條件下，利用稀釋 10倍后的成礦鹵水培養的杜氏鹽藻與用海水培養的杜氏鹽藻積累同樣多的干物質.

杜氏鹽藻；水質；光合速率；生長

杜氏鹽藻（Dunaliella salina）是一種嗜鹽的綠色微藻，含有豐富的 β-胡蘿卜素、蛋白質、鹽藻多糖，在食品、醫藥保健以及化工和養殖業中具有獨特經濟價值，是開發功能食品的優質原料［1-2］.近年來，世界市場上對天然 β-胡蘿卜素的需求量不斷增大［3］.我國目前養殖杜氏鹽藻的區域主要在內蒙古的吉蘭泰、天津的塘沽、甘肅的張掖等地.為了擴大養殖區域，查明杜氏鹽藻能否在除海水外的其他水源中生長是必做的環節.本文采集了天津塘沽的海水、鍋爐冷卻用海水及青海察爾汗鹽湖的水樣，檢測了3個區域的5種水樣的水質，并研究了杜氏鹽藻在5種水質中的生長情況和生理情況，以期為擴大我國杜氏鹽藻的養殖區域提供基礎數據.

1　材料與方法

1.1水樣來源及杜氏鹽藻培養方法

本實驗所用水樣分別取自天津中心漁港海水（1號）、天津北疆電廠冷卻水（2號）、青海柴達木盆地察爾汗鹽湖原鹵水（3號）、提鉀后老鹵水（4號）及成礦鹵水（5號），由于 3種鹵水鹽度較高，用鹽度計測量時已超過最大量程 100，故在后期水質測定和鹽藻培養時將3種鹵水均稀釋10倍.

實驗用杜氏鹽藻（Dunaliella salina）購自中國科學院淡水藻種庫，以 Walne培養基培養［4］，培養液體積為 150，mL，接種量為 10%，，培養溫度為 30，℃，光照強度為3，550，lx，搖床轉速為130，r/min.

1.2水質指標的檢測

水質指標包括 pH、鹽度、汞、砷、鈣、鎂、氯、硫酸根、堿度、總氮、總磷，測定方法參照GB 17378.4—2007［5］的方法.

1.3鹽藻生長指標的檢測

1.3.1葉綠素、藻細胞的質量濃度的測定

用紫外分光光度計測定652，nm處藻液的吸光度，根據式（1）計算出藻液葉綠素質量濃度（mg/L）［6-7］.同時取適量藻液離心，去上清液，用生理鹽水反復洗滌 2～3次，烘干至質量恒定，測定藻細胞的質量濃度.

式中：ρ為葉綠素質量濃度，mg/L；A652為652，nm處藻液的吸光度；34.5為吸收系數.

1.3.2硝酸還原酶活性的測定

根據陳薇的離體法［8］得到含有硝酸還原酶的粗酶液，并測定粗酶液中的NO-2質量濃度，再采用雙縮脲試劑法測定粗酶液中的蛋白質質量濃度.根據式（2）計算得出鹽藻硝酸還原酶活性，單位為μg/（mg·h）［6］.

式中：ρ0和ρ空白分別為粗酶液硝酸還原酶的質量濃度、空白管硝酸還原酶的質量濃度，μg/mL；Vt和 Vs分別為反應液總體積、測定時取樣體積，mL；ρ蛋白為粗酶液中蛋白質質量濃度，mg/mL；t為反應時間，h.

1.3.3光合作用指標的測定

使用液相氧電極 Oxylab測定，使用前先進行飽和氧、零氧的標定.利用恒溫循環水浴系統，保持小室內溫度為30，℃，轉子轉速為50，r/min，設置光照強度分別為 0、1.11、2.78、5.56、8.33、11.11、13.89、16.67、19.44、22.22，lx，每個梯度保持 3，min，取藻液放入氧電極小室中開始檢測，結束后根據公式（3）計算得出藻液的光合速率（P），單位為μmol/（mg·h）.

式中：v為小室內氧氣濃度變化速率，min-1；K為30，℃水中的溶氧量 235，μmol/L；60為換算系數，min/h；ρ為葉綠素質量濃度，mg/L.

再利用 Matlab軟件擬合光合作用相關參數，擬合公式為式（4）［9-10］.

式中：Pm和 Rd分別為鹽藻理論上能達到的凈光合速率最大值、光照強度為零時的呼吸速率，μmol/（mg·h）；α 為初始斜率；I為光照強度，lx.

1.4數據處理

采用 SPSS 19.0 進行差異顯著性分析，*表示與天津中心漁港海水（1號）相比具有顯著差異（P＜0.05）.

2　結果與分析

2.1水質檢測

水質檢測結果見表 1.5種水樣均屬堿性，根據GB 3097—1997［11］，5種水樣在重金屬汞、砷質量濃度方面均符合一類海水水質標準.除1號外，其余4種水樣鹽度均高于世界海水平均鹽度 35［12］.以 1號海水作為參照，研究發現2號冷卻水的鈣離子質量濃度高于1號水樣，3種鹵水的鈣離子質量濃度低于1號水樣，分別為1號水樣的152%、4.6%、5.1%、4.2%，但鎂離子濃度較高，分別為1號水樣的143%、659%、680%、668%.同時水體總硬度（水中鈣、鎂離子的總質量濃度）也較高，分別是 1號水樣的 158%、423%、437%、429%.氯離子質量濃度分別是 1號水樣的145%、155%、202%、158%.硫酸根離子質量濃度分別是 1號水樣的 103%、53.7%、6.8%、56.8%.碳酸根離子質量濃度分別是 1號水樣的 431%、1，327%、 1，973%、1，279%，碳酸氫根離子質量濃度分別是 1號水樣的 88.6%、54.1%、59.2%、56.2%.3種鹵水的總氮、總磷質量濃度相對較高，其中 3號水樣的總氮、總磷質量濃度分別是1號水樣的132.7%，和142.1%，，4號水樣的總氮、總磷質量濃度分別是 1號水樣的169.7%，和163.2%，5號水樣的總氮、總磷質量濃度分別是1號水樣的141.8%，和131.6%.

表1　水質檢測結果Tab.1 Testing results of water quality

2.2不同水質對鹽藻葉綠素、藻細胞質量濃度的影響

不同水質對鹽藻葉綠素和藻細胞質量濃度的影響如圖 1所示.培養至第 21天時，不論從葉綠素質量濃度的角度還是從藻細胞質量濃度的角度分析，4號水樣顯著低于 1號（P＜0.05），其余各組與 1號間均無顯著性差異.

氮、磷是藻類葉綠素進行光合作用所必須的營養物質，高玉榮等［13］發現葉綠素質量濃度會隨著氮磷比的上升而上升.另外，鎂是葉綠素的重要組成部分［14］，鎂離子質量濃度增大，有助于植物葉綠素的合成.5號水樣的氮磷比最高，鎂離子質量濃度也最高（除 4號外），故葉綠素質量濃度也相對最高.同時適當的氮、磷濃度可促進杜氏鹽藻的生長，質量濃度足夠時，會合成一系列含氮、含磷的生命物質，促進細胞的生長與代謝過程［15］.4號水樣為察爾汗鹽湖原鹵水提鉀后的老鹵水，雖然其稀釋 10倍后氮磷質量濃度最高，但生長量最低.有研究表明老鹵水含硼量較高約為 100，mg/L［16］，而當培養液中硼質量濃度大于8，mg/L時不利于鹽藻細胞的增長［17］.同時 4號水樣的鹽度為 59±1.2，約為 60，韋芳三等［18］發現，當鹽度超過 60時會抑制鹽藻的生物量.由此可推斷杜氏鹽藻在 4號水樣中生物量不高的可能原因是較高的鹽度和硼含量.

圖1　　不同水質對鹽藻葉綠素、藻細胞質量濃度的影響Fig.1　Chlorophyll content and dry weight of Dunaliella salina cultured with different water

2.3不同水質對鹽藻硝酸還原酶活性的影響

培養至第15天時，1—5號各組鹽藻硝酸還原酶活性結果如圖2所示.除2號外，其余各組均與1號間有顯著性差異（P＜0.05）.硝酸還原酶是一種底物誘導酶，3NO-是硝酸還原酶的誘導劑，硝酸還原酶可將浮游植物所吸收的氧化態氮化合物轉化為還原態的氮，進一步合成氨基酸和蛋白質［19］.因為 3號、5號鹵水中硝酸鹽氮含量高，當鹽藻利用水中的氮進行生物量積累時，硝酸還原酶活性也相應的提高.所以，當鹽藻培養至第 15天時，3號、5號的硝酸還原酶活性相對較高，故其在生長后期可以更好地吸收水中的氮化合物，為后期生物量的積累提供保證.

圖2　不同水質對鹽藻硝酸還原酶活性的影響Fig.2 Nitrate reductase activity of Dunaliella salina cultured with different water

2.4不同水質對鹽藻光合作用參數的影響

由于4號水樣鹽藻藻細胞密度較低，通過氧電極的方法無法檢測出其凈光合速率，故在本部分中只討論不同水質對其余 4種水樣鹽藻光合作用的影響.在不同水質條件下培養至第 15天時，1、2、3、5號水樣鹽藻的凈光合速率結果如圖 3（a）所示，2號、3號、5號顯著高于1號（P＜0.05）.因為植物進行光合作用需要 CO2作為原料，CO2溶于水后會以和的形式存在［20］，而4種水樣的的總含量分別為（137.8±3.0）、（139.9±1.8）、（140.7± 1.1）、（141.0±2.0）mg/L，說明稀釋 10倍后的鹵水中仍含有相對較高的，可為光合作用提供較充足的原料.1、2、3、5號水樣鹽藻的呼吸速率結果如圖 3（b）所示，2號、3號、5號顯著高于 1號（P＜0.05）.其中 3號水樣鹽藻的呼吸速率最高，為（35.7±0.5）μmol/（mg·h），說明杜氏鹽藻在 3號水中的生命活動旺盛.鹽藻的總光合速率結果如圖 4所示，說明在同樣的培養條件下，5號水樣鹽藻的呼吸速率雖然不是最低的，但就整體來看，凈光合作用的積累量與呼吸作用的消耗量之和為4組中最高的，所以利用 5號水樣培養杜氏鹽藻可以提高其對光的利用率，進而提高細胞的光合速率，最終增加藻細胞干物質的積累.

圖3　　不同水質對鹽藻凈光合速率和呼吸速率的影響Fig.3　Net photosynthetic rate and respiration rate of Dunaliella salina cultured with different water

圖4　鹽藻藻細胞質量濃度與光合速率之間的關系Fig.4　The relationship between dry weight and photosynthetic rate of Dunaliella salina

2.5影響杜氏鹽藻生長的因素

根據文章上述實驗結果得知，在相同的培養條件下，利用不同的水源對杜氏鹽藻進行培養，會對鹽藻的生長有一定的影響.其中總氮、總磷及 Mg2+的質量濃度高，會對鹽藻葉綠素的積累及生長產生積極的影響.但水源中含硼量和鹽度過高，則會抑制鹽藻的生長.質量濃度高，會為鹽藻的光合作用提供充足的原料，提高其對光的利用率，促進鹽藻干物質的積累.

3　結 論

利用5種不同水源對杜氏鹽藻進行培養，除青海柴達木盆地察爾汗鹽湖老鹵水外，其余4種水樣均可以用來培養鹽藻.雖然不同水質對鹽藻生長及生理的影響不同，但綜合來看，利用稀釋 10倍后的成礦鹵水培養的杜氏鹽藻培養至第 15天時，硝酸還原酶活性為（4.41±0.18）μg/（mg·h），顯著高于用海水培養的杜氏鹽藻.培養至 21，d時，葉綠素質量濃度為（24.9±1.0）mg/L，藻細胞質量濃度為（409.5±21.1）mg/L，與用海水培養的杜氏鹽藻間均無顯著性差異.凈光合速率為（128.6±3.0）μmol/（mg·h），呼吸速率為（28.2±0.9）μmol/（mg·h）.證明在同樣的培養條件下，利用稀釋 10倍后的成礦鹵水培養的杜氏鹽藻與用海水培養的杜氏鹽藻積累同樣多的干物質.

察爾汗鹽湖地處青海省格爾木市，鹽湖中含有豐富礦物質，同時青海省幅員遼闊、光照充足，若能利用鹽湖水在青海省進行鹽藻的培養，進而對其進行開發利用，是一種推動當地經濟發展的新途徑.

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責任編輯：郎婧

Effects of Different Water on the Growth and Physiology of Dunaliella salina

LI Jie，YI Lixia，ZHAO Qian，XU Yangcang
（Tianjin Key Laboratory of Marine Resources and Chemistry，College of Marine and Environmental Sciences，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China）

By analysing the growth parameters of Dunaliella salina in different water sources，we found out which kind of water was suitable for culturing Dunaliella salina.The basic components of five different kinds of water were determined according to GB 17378.4-2007.They are the seawater from Tianjin Central Fishing Port，the cooling water from Tianjin Beijiang Power Plant and three kinds of brine from Chaerhan Salt Lake of Qinghai Chaidamu Basin which were diluted 10-folds.Those different water was used to culture Dunaliella salina，then we analysised their influence on the physical parameters of Dunaliella salina.Except the extracted potassium brine，all the other four kinds of water can be used to culture Dunaliella salina.Although the effects of different water on the growth and physiology of Dunaliella salina were different，after 15 days’ culture with the processed brine which had been diluted 10-folds，the nitrate reductase activity was（4.41± 0.18）μg/（mg·h），which was significantly higher than that of the Dunaliella salina which was cultured by seawater.After 21 days，the chlorophyll was（24.9±1.0）mg/L；the dry weight of the Dunaliella salina was（409.5±21.1）mg/L，which was not significantly higher than that of the Dunaliella salina cultured by seawater.The net photosynthetic rate was（128.6± 3.0）μmol/（mg·h），and the respiration rate was（28.2±0.9）μmol/（mg·h）.This shows that under identical conditions，Dunaliella salina cultured by processed brine which was diluted 10-folds can accumulate the same amount of dry matter as Dunaliella salina cultured by seawater.

Dunaliella salina；water quality；photosynthetic rate；growth

Q949.21+2

A

1672-6510（2016）04-0030-05

10.13364/j.issn.1672-6510.20150145

2015-10-09；

2016-01-05

天津市大學生創新創業訓練計劃資助項目（201510057096）；天津市科技興海資助項目（KJXH2012-14）

李 婕（1990—），女，甘肅蘭州人，碩士研究生；通信作者：徐仰倉，教授，xuyc@tust.edu.cn.