光照对4种单胞藻生长速率

第 21 卷第 1 期 2006 年 3 月大连水产学院学报 J OURNAL OF DALI A N FI SHER I E S UN I V ERSI TYVol 21No 1M ar 2006文章编号:1000-9957(2006 01-0024-07光照对 4种单胞藻生长速率、叶绿素含量及细胞周期的影响刘 青 , 张晓芳 , 李太武 , 苏秀榕1122(1 大连水产学院生命科学与技术学院, 辽宁大连 116023; 2 宁波大学生命科学 学院, 浙江宁波 315211摘要:在不同光照周期、光照强度和光谱下,测定了小球藻 Ch l orell a sp 、湛江 等鞭金藻 I sochry siszhanjiangensis 、青岛大扁藻 P lat ym onas hel go l andica 和绿色杜氏藻 D unaliella vir i dis 的生长速率及叶绿素含量。结果表明:当光照强度为 3000l x 时, 在 光照周期为24L 0D、18L 6D、12L 12D、6L 18D和0L 24D的5个梯度组中，光 照周期为18L 6D时，的5个梯度组中，光照强度为50001 x时，4 种藻的生长速率均最大 , 分别为 0 227 、 0 150 、0 175 、 0 360 个 /d; 当光照周期为 12L 12D 时 , 在光照强度为 10000 、 5000 、 3000、1000、500l x4 种藻的生长速率均最大 , 分别为 0 225 、 0 188 、 0 174 、0 261 个 /d; 在红、绿、蓝、白光不同光谱的照射下 , 以白炽灯下 4 种藻的生长 速率最大,分别为0 185、0 165、0 257、0 322个/d ,且在蓝光培养下小球藻、等鞭 金藻和扁藻叶绿素a的含量较高。测定了在4种光源培养下扁藻的细胞周期，结果 以在红光下培养的扁藻 G 1 期占的比例最低, 白光下次之, 而在绿、蓝光下培养的扁 藻 G 1 期所占比例比在红、白光下高出 3 8%5 9%。因此, 培养上述 4种藻类的适 宜光源为白光或红光。关键词:单胞藻;光照;生长速率；叶绿素;细胞周期中图分类号:Q 948 885 3文献 标识码:A光对植物生长的影响, 国内外学者进行过大量的研究, 而光照周期、光照强度、 光谱成分等因子对单胞藻生长的影响, 近年也有大量报道112。但由于藻的种类不同和试验条件的不同, 其结果也存在一定的差异。本试验中, 作者选取生产上常用的小球藻、湛江等鞭金藻、 青岛大扁藻和绿色杜氏藻为研究对象, 探讨了光照周期、光照强度和光质对 4种藻 的生长速率、叶绿素含量的影响, 并首次报道了光质对扁藻细胞周期的影响。旨在寻找培养单胞藻的最佳光照条件, 以 指导生产实践。1 材料与方法1 1 藻种及培养试验用小球藻 Ch lorella sp 、湛江等鞭金藻 Isochrysis zhanjiangensis （简称等鞭 金藻 、青岛大扁藻 P laty m onas hel g oland ica （简称扁藻 和绿色杜氏藻 Dunaliella viri d is （简称杜氏藻 均由辽宁省海洋水产研究所提供。试验用海水需经沉淀、过滤后煮沸,锥形瓶也经煮沸消毒。用 250mL 锥形瓶取 藻种（约200mL,在与培养条件相同的环境下放置两昼夜使其稳定，取上层藻液接种, 然后在设定的各种试验条件下进行培养, 培养期间每天摇瓶数次。营养盐按 Conw ay配方配制，与海水的体积比为1 1000。1 2试验方法1 2 1 不同光照周期下藻的生长速率和叶绿素含量设光照周期为 24L 0D、18L 6D、12L 12D、收稿日期:2005-01-15（-, 女, E-m lli i ng d lf6L 18D和0L 24D共5个梯度组，每种藻在每一光照周期下设置3个重复。将 接种后的锥形瓶置于光照培养箱（HPG-400型内培养，培养温度为（25 1 ,光照强度为 30001X ,培养6d后取出，分别测定其生长速率和叶绿素含量。1 2 2 不同光照强度下藻的生长速率和叶绿素含量设光照强度为 10000、 5000、3000、1000、500l X 共 5个梯度组， 每种藻在每一光照强度下设置 3 个重 复。在室温为2127、光照周期为12L 12D下，培养6d后取出，分别测定其生长速 率和叶绿素含量。1 2 3 光谱成分对藻生长速率、叶绿素含量及细胞周期的影响 将 4种藻分别置 于红光（650760n m、绿光（500560nm、蓝光（430470nm 和白炽灯（390760n m 下进行培养， 每组设 3 个重复。在室温为 2127 、光照周期为 12L 12D 下， 培养 6d 后取出，分别测定其生长速率和叶绿素含量。同时，用EPI CPO-XL型流式细胞仪检 测扁藻的细胞周期，变异系数CV为2 0%,样品5613浓度为1010个/mL。所测结果以直方图表示，细胞周期图谱由电脑自动生成 并打印。 1 3 测定方法1 3 1 种群增长的测定种群增长的测定是采用细胞视野计数法。每次取样前先 将锥形瓶中的藻液摇匀， 取 0 1mL 藻液置于浮游植物计数框上， 在 O ly m pus 显微 镜下（600倍，计数4050个视野。藻类生长的变化一般通过细胞密度和生长速率的变化来反映，生长速率的计算 公式为:1 n N t -l n N 0ln2， t其中:N t是第t天的细胞数量;N 0为初始细胞数量;t为培养时间。1 3 2叶绿素含量的测定采用分光光度法测定叶绿素的含量。取一定量的藻液 用真空泵抽滤，抽干后将藻及滤膜一起放入具塞离心管中，加入体积分数为95%的 丙酮溶液至10m L ,振荡提取叶绿素,放置暗处过夜，在3000r /min下离心15m in , 取上清液测定其吸光值。2结果2 1 不同光照周期下 4种藻的生长速率和叶绿素含量由图1可见,在光照周期为18L 6D 下,小球藻、等鞭金藻、扁藻和杜氏藻（以下 排序同的生长均最快，生长速率分别为0 227、0 150、0 175、0 360个/d,而在0L 24D光照周期下的生长最慢。由表 1 可见, 4 种藻在 18L 6D 光照周期下, 其单位水体的叶绿素含量最高, 分别 为411 77、912 61、501 94、1452 54 g /L，而在0L 24D下的叶绿素含量最低。2 2 不同光照强度下 4 种藻的生长速率和叶绿素含量图1 不同光照周期下 4种藻的生长速率由图2、表2可见， 在光照周期为12L 12D， 光照强度为 5000l x 时， 4 种藻 F i g 1 Th e gro w th rate of four un ice ll u lar al ga species und er的生长速率和叶绿素含量均最高（分别为differen t photoperiods0 225、0 188、0 174、0 261 个/d 和 343 21、282 64、341 13、802 77 g /L,而在 5001 x强度照射下,4种藻的生长速率和叶绿素含量均最低。在光照强度为1000100001 x时，小球藻的生长速率差异不大。3种绿藻单位水体叶绿素a /b的值: 小球藻为 2 252 81, 扁藻为 2 032 43, 杜氏藻为 2 382 71;等鞭金藻单位水体叶绿 素 a /c 的值为 2 332 60。表 1 不同光照周期下单胞藻的叶绿素含量T ab 1 Th e ch 1orophy11 con ten t i n un ice11 u 1ar a1gae und er d ifferen t photoper i ods藻类光照周期 24L 0D 18L 6D 12L 12D 6L 18D 0L 24D 24L 0D 18L 6D 12L 12D 6L18D 0L 24D 24L 0D 18L 6D 12L 12D 6L 18D 0L 24D 24L 0D 18L 6D 12L 12D 6L18D 0L 24D单位水体叶绿素含量/( g L -1叶绿素 a 217 01297 15219 78168 24108 80377 35733 70682 26345 06327 86165 52346 74236 30181 46120 44870 011008 28971 44874 93686 01叶绿素 b(c 92 10114 62101 8084 1854 0461 11178 91178 0057 3854 4076 60155 20107 4366 4743 99377 03144 26385 49348 58254 50总量309 11411 77321 58252 42162 84438 46912 61860 26402 44382 26242 12501 94343 73247 93164 981247 041452 541356 931223 51940 51a /b(c 2 362 592 162 012 016 174 103 836 016 032 162 232 202 732 742 312 272 522 512 70单位细胞叶绿素含量/(10-6 g i nd -1 叶绿素 a 10 8314 3111 4626 5824 398 6210 7015 169 8610 40叶绿素b (c4 605 525 3113 3012 122 472 623 962 642 72总量15 4319 8316 7739 8836 5111 0913 3219 1212 5013 12a /b(c 2 352 592 162 012 013 494 083 833 743 82小球藻 Ch l orell a等鞭金藻 Isoc hry sis zhanji angensis扁藻 P l a t ymona s h el g oland ica杜氏藻 Duna liella viri d is表2不同光照强度下单胞藻的叶绿素含量Tab 2 The ch l orophyll con tent i n un icell u l ar algae under d ifferent light i n tensities藻类光照强度 /lx500100030005000100005001000300050001000050010003000500010000500100030 00500010000单位水体叶绿素含量/( g L -1 叶绿素 a 66 5972 32161 88243 15110 41108 62127 98177 47201 55115 25100 54121 12181 56234 12112 33122 23286 75442 46586 39147 56叶绿素 b(c 27 8632 1457 61100 0643 8141 7650 5671 2281 0949 5344 6852 0289 49107 0146 2351 36118 98165 81216 3857 87总量 94 45104 46219 49343 21154 22150 38178 54248 68282 64164 78145 22173 14271 05341 13158 56173 59405 73608 27802 77205 43a /b(c 2 392 252 812 432 522 602 532 492 482 332 252 332 032 192 432 382 412 672 712 55单位细胞叶绿素含量/(10-6 g i nd -1 叶绿素 a 9 579 6814 9817 1210 5310 417 506 606 447 66叶绿素 b (c4 004 305 337 054 184 482 982 642 602 94总量 13 5713 9820 3124 1714 7114 9010 469 249 0410 60a /b(c 2 392 252 812 432 522 332 532 502 482 61小球藻 Ch l orell a等鞭金藻 Isoc hry sis zhanji angensis扁藻 P l a t ymona s h el g oland ica杜氏藻 Duna liella viri d is2 3 光谱成分对试验藻生长速率、叶绿素含量及细胞周期的影响2 3 1 不同光谱成分下 4 种藻的生长速率、叶绿素含量 由图 3 可见 , 4 种藻在白 炽灯下的生长速率均最大（0 185、0 165、0 257、0 322个/d，在绿光和蓝光下的生长 较为缓慢, 有的出现负生长。由表3可见，在蓝光下培养的小球藻、等鞭金藻和扁藻的叶绿素a含量较高，分 别为385 85、148 24、232 50 g /L;3种绿藻单位水体叶绿素a /b的值和等鞭金藻叶 绿素a /c的值均为最高。单位水体叶绿素a /b的值:小球藻为2 7520 55,扁藻为2 3519 47,杜氏藻为2 4720 31,等鞭金藻（叶绿素a /c为3 4513 05。单位细胞叶绿 素a /b的值:小球藻为2 747 37,等鞭金藻（叶绿素a /c为4 4413 03。O3().-p * P=)、3RI5AW&沖art lichlD 64 I毎 192 25S 320 SBJ 49K 5L2iDNA相刑舍IttMMA kvd0 64 I2S 192 256 320 3胡-1-IS 512DNAJ|0J*I?NA kvd关。图4 不同光谱成分下扁藻的细胞周期图谱F ig 14 Ce ll cycle of Platy monas helgoland ica under d ifferent spectra3A6的研究结果表明, 盐生杜氏藻在光强 5600l x 下, 生长和生殖的最适光期为 20h , 随着光期的缩短（18、12、6、4h,杜氏藻的日产量递减。本试验条件下未做光期为 20h的试验，作者推测绿色杜氏藻的最适光期为1824h。单位水体叶绿素含量的变化反映了藻类密度或现存量的变化。藻类生长速率高 时, 现存量一般也高, 两者的变化趋势相近。本试验的结果也表明, 在不同的光照周 期下, 4 种藻的叶绿素量与其生长第 1期 刘青, 等: 光照对 4种单胞藻生长速率、 叶绿素含量及细胞周期的影响 29 312 光照强度对试验藻生长速率和叶绿素含量的影响 在光因子中,有关光照强度 对藻类影响的研究最多。在饱和光照强度内,随着光强的增加, 藻类 的光合速率加 快;超过饱和强度，藻类的光合速率反而减弱直至停止。据,。谊入报道，绿色杜氏 藻和盐生杜氏藻最高收获量的照度均为6 000 lx,光强为6 00012 000 lx时，随着 光强的增加，藻类的收获量下降。陈明耀等结果相近。 15 4指出，湛江等鞭金 藻25e时的最适照度为7 000 lx。这些结果与本试验由于对光照强度的色素适应， 不同光强下单位细胞叶绿素含量和叶绿素a / b的变化趋势则未必与叶绿素量的变 化一致，如等鞭金藻单位细胞叶绿素含量在500 lx时最高，而在5 000 lx时反而最 低。 5一般藻类在强光下，叶绿素和藻胆蛋白的含量会呈下降趋势。据陆开形等 报道，雨生红球藻H aem atococcus pluvialis从低光强到高光强，随着时间的变化，单 位细胞叶绿素a的含量逐渐减少，直至稳态。曾文炉也曾报道，耐强光的盐泽螺旋 藻品系3F,在强光下其叶绿素和藻胆蛋白的含量呈下降趋势，胡萝卜素和B -胡萝 卜素含量也有所降低; 钝顶螺旋藻在强光下的光合行为也与此类似。 本试验结果表 明：在光照强度增加时，小球藻单位细胞叶绿素a的变化呈现低-高-低的趋势；等 鞭金藻单位细胞叶绿素a的变化趋势是从高到低，这与一般研究者得出的结论基本 相同。 藻类细胞分裂速率达到最高值时的照度远较光合作用最高值时的照度低，这 是因为细胞含氮产物 16 的形成在较低的照度下即可完成，而糖类的生物合成则 继续随光照的增高而增强 ，因此，作者从生长率测得的最适照度要比根据光合强度 测得的低。 313光质对试验藻生长速率和叶绿素含量及细胞周期的影响光合作用 中能被植物色素所吸收和利用的光，仅仅为波长390 760 nm可见光的绝大部分 16 6。 藻的种类不同，对有色光的吸收也不同。 7本试验结果表明， 4种藻类 在白炽灯下的生长要明显快于在绿光和蓝光下的生长。Z %曾报AD道,最适合 杜氏藻生长和光合作用的是白色光，盐生杜氏藻在红光下光合活性较白光下降低了 30 ， %在绿光和蓝光下生长受到抑制，光合强度降到补偿点以下。张爱琴等 8的 研究结果表明, 在红光下 培养的螺旋藻, 其叶绿素和藻胆蛋白的含量都比较高。由 于这两种色素对可见光的吸收都主要集中在 红光区, 而红光是植物进行光合作用的 最有效光能, 所以藻体细胞能积累较多的光合产物和干物质, 而在蓝、绿光环境下藻 体细胞生长缓慢。这些结果与本试验结果基本一致。 藻类叶绿素合成明显受蓝光 促进, 在红光下合 成较少。据王伟 报道, 中华盒形藻 B iddulp h ia 10 sinensis 在红 光下其叶绿素 a 的含量较低, 在蓝光下叶绿素 a 的含量较高。同样, 李韶山 也指出, 用蓝光处理离体的大麦叶片,其叶绿素含量较稳定, 而用红光处理后, 其叶绿素和蛋 白质含量均有所 下降。本试验结果表明, 在蓝光培养下的小球藻、等鞭金藻和扁藻, 叶绿素a含量均较高,3种绿藻单位水体叶绿素a / b的值和等鞭金藻单位水体叶绿 素a / c的值均为最高值。这与王伟和李韶山报道的结果相近。H ow e 11等11 9 曾报道, 螺旋藻在红光下培养时, 其叶绿素含量最高, 而在蓝光和绿光下培养, 其 叶绿素a的含量最低。这与本试验的结果相反,这可能是因为螺旋藻属于蓝藻门种 类,蓝藻的藻胆素对可见光的吸收主要在红光区,因而光合效率较高,产生的光合产 物多;而在蓝、绿光,特别是绿光下,蓝藻中的叶绿素几乎不吸收绿光,所以光合活 性降低，藻类生长减慢。M ig uel等12通过试验，对红光促进螺旋藻生长的机理， 提出了不同的解释,他发现在红光环境下,螺旋藻细胞中的藻蓝素含量下降,而 B - 胡萝卜素上升，后者可以吸收300500 nm的光波，因而避免了叶绿素a的氧化;而 在弱光照条件下,B-胡萝卜素则主要发挥其作为辅助色素的功效，专职于捕获光能 并将其有效地传递给叶绿素 a。 本试验选取 4种光源培养扁藻，测出的细胞周期值 都存在一定差异。在红光下培养的扁藻 G1 期 占的比例最短 ( 7519 ， 而在绿光、蓝 光下培养的扁藻G1期所占比例要比在红光、白光下的高出% 318519，在绿光下 培养的扁藻S期占的比例最短(110。M期由于时间极短，在此没有检% % %30 大 连 水 产 学 院 学 报 第 21 卷 测出。这表明在红光、白光培养下的扁藻细 胞进入分裂期的比例较多，从细胞周期的测定结果看，培养上述类型的单胞藻以白 光或红光较为适宜。 参考文献: 1 2 3 4 夏丽，陈贻 .盐藻的低温光抑制 J. 海洋科学， 1989， 254 56- 59. :谭辉玲，薛建刚.特定红外辐射对钝顶螺旋藻生长的影 响J.微生物学通报，1993 20( 4 : 200- 203.，住牛.Af% % 3 A 3右 % 2、/八 、一OA 右lb p A A 0，A steromona s g raci le A rtar D una liella salina Teod J.代 Z AZK、丿 O/XKI A D A i A A A% A 省 2 A , A A ,1966 (6 : 36- 42 A( % A f ,., S为任和f i A 1 % N I % 屈屈土 A 3 A I I i A A A 13 i % A A/V/K K、A p i A 2 A ID una liella s lina J . 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There w as h ig her ch lorophy ll content in blue , lig ht than in other treatm ents A lso cell cycle o f P latym onas sp. w as stud ied in four lig ht qua lities R esults . , . in dica ted that proport io n of stage G1 ofP la tym onas sp w as th e least in red lig h, fo llowed by w hite ligh.t T he . t proportion o f stage G1 w ere 3 8 5 9 h ig her in g reen and blue lig ht than in red and w hite ligh. It is sug . % . % t gested that na tu re and red lig ht be the opti al culture lig ht qua lity m . K ey w ord s a lg a ligh; grow th rate chlorophyl; ce ll cyc le : ; t ; l