雞糞、牛糞浸出液培養(yǎng)螺旋藻效果的比較研究

■ 周賢君 潘文敏

（貴州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院水產(chǎn)科學(xué)系,貴州貴陽(yáng) 550025）

螺旋藻（Spirulina spp.）屬藍(lán)藻門（Cyanophta），藍(lán)藻綱（Cyanophyceae），藻殖段目（Hormogonales），顫藻科(Oscillatoriaceae)，螺旋藻屬(Spirulina)[1]。藻體為不分枝的絲狀體，沒有膠鞘包被，細(xì)胞圓柱形，呈疏松或緊密的有規(guī)則的螺旋狀彎曲。螺旋藻因有較高含量的蛋白質(zhì)及豐富的氨基酸、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分而深受人們的喜愛。我國(guó)于20世紀(jì)70年代開始了對(duì)螺旋藻的研究，主要研究了螺旋藻的培養(yǎng)條件、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健價(jià)值。當(dāng)前螺旋藻已經(jīng)廣泛應(yīng)用于保健品、飼料、化妝品及廢水處理等領(lǐng)域，并且都取得了較好的效果[1]。但是，我國(guó)目前的螺旋藻培養(yǎng)技術(shù)基本都是采用培養(yǎng)液進(jìn)行培養(yǎng)，這使得其培養(yǎng)成本較高，售價(jià)高昂，普通的消費(fèi)者難以承受，導(dǎo)致螺旋藻及其加工產(chǎn)品成了少數(shù)人的奢侈品而被冷落，銷路不暢，不利于螺旋藻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，如何降低螺旋藻的培養(yǎng)成本成為了許多人關(guān)注的焦點(diǎn)。

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，畜禽糞便的量越來(lái)越多。然而，大多數(shù)畜禽糞便卻沒有得到充分的利用，有的直接堆放在路邊，或直接排放于河流中，不僅會(huì)污染環(huán)境和水資源，而且還可能導(dǎo)致各類疾病的發(fā)生。如果畜禽糞便能用于培養(yǎng)螺旋藻，既可顯著降低螺旋藻的生產(chǎn)成本，又能凈化環(huán)境，變廢為寶，所獲得的螺旋藻也可作為飼料及化工原料，能有效地解決目前我國(guó)蛋白原料緊張的局面，這種既有環(huán)境效益又有經(jīng)濟(jì)效益的“雙贏”方式，符合可持續(xù)發(fā)展與循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原則，具有廣闊發(fā)展前景。本研究旨在探索畜禽糞便能否用于螺旋藻的培養(yǎng)以及培養(yǎng)效果，以便尋求一條切實(shí)可行的可持續(xù)發(fā)展的路子。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 藻種來(lái)源

試驗(yàn)所用螺旋藻為鈍頂螺旋藻（Spirulina platensis），藻種來(lái)源于星星活餌藻種公司（http://shop34824737.taobao.com）。取處于指數(shù)生長(zhǎng)期的螺旋藻用于試驗(yàn)接種。

1.1.2 培養(yǎng)液的來(lái)源與制備

培養(yǎng)所用的雞糞和牛糞均來(lái)自貴州大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)的養(yǎng)雞場(chǎng)和奶牛場(chǎng)。試驗(yàn)前先讓雞糞、牛糞自然發(fā)酵兩周，然后各取2 kg分別放入兩個(gè)盆中，加入6 L的蒸餾水?dāng)噭颍o置。一周后過濾，取濾液進(jìn)行加熱煮沸0.5 h，以殺死其中的微生物，冷卻備用，即制得雞糞、牛糞浸出液。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 螺旋藻培養(yǎng)方法

試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，采用智能光照恒溫培養(yǎng)箱進(jìn)行培養(yǎng)。本次試驗(yàn)的培養(yǎng)容器為三角瓶。試驗(yàn)開始時(shí)，在每個(gè)三角瓶中加入150 ml培養(yǎng)液（雞糞或者牛糞浸出液），每種溶液各4瓶。然后向每個(gè)瓶中加入處于指數(shù)生長(zhǎng)期的螺旋藻藻種5 ml，蓋上紗布，并用橡皮筋扎緊，放在智能光照恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。

1.2.2 螺旋藻培養(yǎng)條件

培養(yǎng)溫度為恒溫28℃，光照為6級(jí)（8 500 Lx～15 000 Lx），從每天8:00至20:00進(jìn)行有光培養(yǎng)，20:00至第2 d早上8:00無(wú)光培養(yǎng)（即12 h光照、12 h黑暗）。培養(yǎng)過程中每天搖動(dòng)三角瓶3次，搖動(dòng)時(shí)間分別是8:00、12:00、20:00。

1.2.3 藻細(xì)胞的計(jì)數(shù)方法

藻細(xì)胞的計(jì)數(shù)采用顯微鏡直接計(jì)數(shù)法，每天計(jì)數(shù)1次。

1.2.4 總氮、總磷的測(cè)定

試驗(yàn)開始及結(jié)束時(shí)測(cè)定培養(yǎng)液的總氮、總磷含量，測(cè)定方法為國(guó)標(biāo)法（GB11893—89）[2]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Microsoft Office Excel 2007進(jìn)行運(yùn)算和分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 培養(yǎng)液的總氮、總磷含量

培養(yǎng)螺旋藻之前，雞糞、牛糞培養(yǎng)液中的總氮含量分別為31.3和89.4 mg/l，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，雞糞、牛糞培養(yǎng)液中的總氮含量分別為27.9和74.7 mg/l，分別下降了10.9%和16.4%。

培養(yǎng)螺旋藻之前，雞糞、牛糞培養(yǎng)液中的總磷含量分別為4.6和2.6 mg/l。試驗(yàn)結(jié)束后，分別為3.7和1.9 mg/l，分別下降了19.6%和26.9%。

2.2 螺旋藻在雞糞、牛糞培養(yǎng)液中的生長(zhǎng)(見圖1)

在雞糞培養(yǎng)液中，接種后第1～9 d 4個(gè)處理組的平均藻密度分別為 0.9×104、0.8×104、1.6×104、2.2×104、3.9×104、5.7×104、11.3×104、11.9×104、8.1×104個(gè)/ml。由圖1可以看出，螺旋藻在雞糞培養(yǎng)液中的生長(zhǎng)呈現(xiàn)先減后增再減的趨勢(shì)。接種后有2 d的延緩期，到第3 d開始進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期，到第8 d數(shù)量達(dá)到最大，此后細(xì)胞數(shù)量快速減少，進(jìn)入死亡期。

圖1 螺旋藻在雞糞、牛糞培養(yǎng)液中的生長(zhǎng)

在牛糞培養(yǎng)液中培養(yǎng)螺旋藻，在接種后的第1～9 d 4個(gè)處理組的平均藻密度分別為0.72×104、1.6×104、2.4×104、3.4×104、4.3×104、6.5×104、7.2×104、7.8×104、8.1×104個(gè)/ml。由圖1可見，在牛糞培養(yǎng)液中接種螺旋藻后，延緩期較短，接種后的第2 d即比第1 d藻細(xì)胞數(shù)量有所增加，此后一直到第9 d，都處于細(xì)胞數(shù)量增長(zhǎng)期，其中第5～6 d增長(zhǎng)較快，第9 d的增長(zhǎng)速度很小，數(shù)量達(dá)到最大，開始出現(xiàn)死亡細(xì)胞。

2.3 螺旋藻在雞糞、牛糞培養(yǎng)液中的生長(zhǎng)比較

從圖1可以看出，螺旋藻在雞糞培養(yǎng)液中接種后的延緩期比在牛糞中長(zhǎng)，但是生長(zhǎng)快，達(dá)到的最高密度（11.9×104個(gè)/ml）大于牛糞培養(yǎng)液中的最高密度（8.1×104個(gè)/ml）。接種后的第9 d，雞糞培養(yǎng)液中的細(xì)胞數(shù)量快速減少，而牛糞培養(yǎng)液中的細(xì)胞數(shù)量還在繼續(xù)增加，但增長(zhǎng)速度大大減緩。

3 討論

3.1 雞糞對(duì)螺旋藻生長(zhǎng)的影響

從圖1可以看出，螺旋藻在雞糞培養(yǎng)液中總的生長(zhǎng)趨勢(shì)為先增后減，在增長(zhǎng)階段呈指數(shù)增長(zhǎng)，而后出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，數(shù)量減少。其生長(zhǎng)的速率則是先減后增再減的趨勢(shì)，符合藻類在一次性培養(yǎng)中的生長(zhǎng)特性。在數(shù)量增長(zhǎng)至最高時(shí)期，細(xì)胞數(shù)量增長(zhǎng)了近11倍（開始時(shí)密度為1.0×104個(gè)/ml，最高密度時(shí)為11.9×104個(gè)/ml），說(shuō)明螺旋藻在雞糞浸出液中能夠很好地生長(zhǎng)和增殖。馮建新等（2003）[3]在研究土壤與雞糞浸出液對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響中發(fā)現(xiàn)雞糞浸出液能夠促進(jìn)小球藻的生長(zhǎng)，而且可以單獨(dú)培養(yǎng)小球藻。韓志泉等（2002）[4]利用雞糞和小球藻混合液的配比對(duì)多刺裸腹藻的繁殖數(shù)量進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)添加雞糞之后能夠增加多刺裸腹藻的繁殖數(shù)量。這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果一致，說(shuō)明雞糞可以用來(lái)培養(yǎng)微藻。

本試驗(yàn)中，在雞糞培養(yǎng)液中接種螺旋藻后，剛開始時(shí)出現(xiàn)了延緩期，細(xì)胞數(shù)量減少，可能是由于藻類生長(zhǎng)繁殖需要一定數(shù)量的由其自身產(chǎn)生而溶解在培養(yǎng)液中的某些物質(zhì)，或新培養(yǎng)液中某些物質(zhì)含量比老培養(yǎng)液中的高（接種的藻體沒有發(fā)生老化），或者是螺旋藻體由舊的環(huán)境轉(zhuǎn)到新的環(huán)境中，環(huán)境條件變化太大，藻體還不太適應(yīng)新的環(huán)境。之后細(xì)胞開始快速增殖，表明螺旋藻在適應(yīng)新環(huán)境或得到足夠的必需物質(zhì)后，藻體迅速生長(zhǎng)，數(shù)量快速增加。在螺旋藻數(shù)量生長(zhǎng)達(dá)到頂峰之后，螺旋藻的數(shù)量急劇下降，其原因可能是由于營(yíng)養(yǎng)耗盡，培養(yǎng)液的酸堿度發(fā)生改變，或快速生長(zhǎng)之后，細(xì)胞密度增大，藻細(xì)胞相互遮蓋使光照減少，或藻體新陳代謝過程中為緩解生物量的急劇增加與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給不足的矛盾，產(chǎn)生出對(duì)自己生長(zhǎng)不利的物質(zhì)，抑制其增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致藻體的數(shù)量減少[1]。

3.2 牛糞對(duì)螺旋藻生長(zhǎng)的影響

目前有關(guān)牛糞浸出液培養(yǎng)藻類的相關(guān)研究還未見報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)，螺旋藻接種在牛糞浸出液中，有1 d的延緩期，接著數(shù)量開始增長(zhǎng)，到第9 d數(shù)量達(dá)最大值8.1×104個(gè)/ml，為接種數(shù)量（1×104個(gè)/ml）的8倍，說(shuō)明螺旋藻在牛糞浸出液中能夠生長(zhǎng)和增殖。螺旋藻在牛糞浸出液中的延緩期較短，說(shuō)明牛糞浸出液比較適合螺旋藻的生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)充足。在整個(gè)培養(yǎng)期，螺旋藻持續(xù)增長(zhǎng)。到培養(yǎng)后期增長(zhǎng)較慢，可能由于營(yíng)養(yǎng)耗盡，或?qū)?shù)期后細(xì)胞密度增大，藻細(xì)胞相互遮蓋使光照減少，或藻體新陳代謝過程中為緩解生物量的急劇增加與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給不足的矛盾，產(chǎn)生出對(duì)自己生長(zhǎng)不利的物質(zhì)，抑制其增長(zhǎng)[1]。

3.3 雞糞、牛糞浸出液培養(yǎng)螺旋藻效果比較分析

螺旋藻在雞糞浸出液中培養(yǎng)時(shí)，延緩期較牛糞中長(zhǎng)，但藻細(xì)胞達(dá)到的最大值比在牛糞中高，對(duì)比所測(cè)得的試驗(yàn)前后的總氮、總磷含量，可能與總氮、總磷的含量差異有關(guān)。從總氮、總磷的含量來(lái)看，總磷是一個(gè)很關(guān)鍵的營(yíng)養(yǎng)元素，培養(yǎng)過程中雞糞、牛糞中總磷的濃度分別下降了19.6%和26.9%。雞糞中的延緩期較長(zhǎng)，可能同其總磷含量較高（4.6 mg/l）有關(guān)。因?yàn)樵谖⒃宓呐囵B(yǎng)過程中，培養(yǎng)液的營(yíng)養(yǎng)物濃度越高，其延緩期就會(huì)越長(zhǎng)[1]。而最后雞糞中藻細(xì)胞達(dá)到的最大值高于牛糞中的最大值，有可能是培養(yǎng)后期，牛糞中的總磷含量（1.9 mg/l）不足，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏造成的。在今后的研究中或者實(shí)際生產(chǎn)中，將雞糞、牛糞浸出液混合使用培養(yǎng)螺旋藻效果可能會(huì)更好。