光照對螺旋藻生長速率的影響＊

李永強，陳清香，師文慶*，熊正燁，李思東，李高榮，凌旭煒

(1.廣東海洋大學 a.理學院;b.海洋與氣象學院，廣東 湛江 524088;2.廣州市格棱生物科技開發(fā)有限公司吳川生物養(yǎng)殖基地，廣東 吳川 524000)

螺旋藻(Spirulina)是一種具有重要開發(fā)應用價值的自養(yǎng)原核生物。它具有光合效率高、生長繁殖快和對環(huán)境適應性強等特點，是少數(shù)能大規(guī)模培養(yǎng)的微藻之一［1］。國內(nèi)外研究表明，螺旋藻具有抗疲勞、抗輻射、抗病毒、抑腫瘤、增強免疫力等多種功能，這使螺旋藻及其活性成分在功能性食品的研究與開發(fā)方面有廣闊的應用前景［2-4］。

在螺旋藻的形態(tài)、繁殖習性、氮素營養(yǎng)、藻種保存、生產(chǎn)條件及分類等方面，已有許多研究報導［5-8］，而關于光照對螺旋藻生長影響的研究大多數(shù)集中在光照時間和光照強度，光照波長對螺旋藻生長影響方面少見報道。本文研究在LED燈照射下，光照波長對螺旋藻生長速率的影響，為螺旋藻養(yǎng)殖業(yè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 藻種 藻種為鈍頂螺旋藻，采自廣州市格棱生物科技開發(fā)有限公司吳川生物養(yǎng)殖基地。

1.1.2 培養(yǎng)液 采用Zarrouk培養(yǎng)液作為基本培養(yǎng)液，再加少量微量元素溶液A5和B6，三者的比例(v/v):1000∶1∶1。Zarrouk 培養(yǎng)液的組成(g/L)［9］:NaHCO3，16.80;NaNO3，2.50;NaCl，1.00;KH2PO4，0.41;K2SO4，1.00;MgSO4·7H2O，0.20;CaCl2·2H2O，0.04;FeSO4·7H2O，0.01;EDTA，0.08。微量元素溶液A5的組成 (g/L):H3BO3，2.86;MnCl2·4H2O，1.80;MoO3，0.01;ZnSO4·7H2O，0.22;CuSO4·5H2O，0.08。微量元素溶液 B6 的組成(mg/L):NH4VO3，22.90;NiSO3·7H2O，47.80;NaWO4，17.90;Ti2(SO4)3，40.00;Co(NO3)2 ·6H2O，4.40。

1.2 方法

1.2.1 實驗藻體原液的培養(yǎng) 將藻種和培養(yǎng)液按體積比1∶20置于大小為100 cm×50 cm×50 cm的玻璃培養(yǎng)缸中，在上方以兩根30 W的日光燈照射培養(yǎng)，光照周期 L∶D=12 h∶12 h，用12 W 的渦輪攪拌器攪拌，攪拌周期為10 min/h。將藻液培養(yǎng)至該實驗條件下的最大濃度，作為實驗的藻體原液。

1.2.2 螺旋藻的形態(tài)觀察 吸取藻體原液少許滴在載玻片上，置于顯微鏡下，放大100倍觀察螺旋藻的形態(tài)。

1.2.3 標準曲線制作 取100.00 mL的藻體原液，經(jīng)已知干重的濾紙過濾，對濾得的藻泥用蒸餾水沖洗數(shù)次，以洗去藻體表面吸附的鹽分，瀝干后放入烘箱80℃真空干燥至恒重，計算得到藻體原液的螺旋藻干物質(zhì)含量為1.240 g/L。

分別吸取 10.00 mL、25.00 mL、40.00 mL、55.00 mL、70.00 mL、85.00 mL、100.00 mL 藻體原液于相應編號的100 mL容量瓶中，加培養(yǎng)液至刻度線，搖勻。在560 nm波長下測定光密度(Optical Density，簡稱OD)，結果見表1。

表1 OD值與螺旋藻干物質(zhì)含量的關系Tab.1 The relationship of optical density and dry matter content of spirulina

1.2.4 螺旋藻生長曲線試驗 在1000 mL錐形瓶中加入500 mL用培養(yǎng)液稀釋了20倍的藻液，在培養(yǎng)箱中日光燈照射培養(yǎng)，光照強度6000 lx，光照周期 L∶D=12 h∶12 h，輕微攪拌培養(yǎng) 12 d。每天10∶00用分光光度計在560 nm處測定OD值。

1.2.5 不同波長光照對螺旋藻生長的影響試驗

(1)在編號為 A、B、C、D 的四個 1000 mL錐形瓶，分別加入500 mL稀釋了20倍的藻液，置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光照強度6000 lx，光照周期L∶D=12 h∶12 h，輕微攪拌培養(yǎng) 12 d。

(2)每天在 18∶00-20∶00 時 A、B、C、D 四個樣品采用不同波長 LED燈光照，對A作紅色(650-675 nm)照射處理，對B作綠色(520-545 nm)照射處理，對C作藍色(450-475 nm)照射處理，對D不作任何處理。

(3)每天10∶00用分光光度計在560 nm處測定OD值，比較四個錐形瓶中螺旋藻的生長情況。

2 結果與討論

2.1 螺旋藻的形態(tài)

圖1是螺旋藻的顯微鏡圖。由圖可見，螺旋藻呈藍綠色，為絲狀體藻絲螺旋狀，藻絲長500-650 μm，藻絲直徑約29 μm，頂端鈍圓或略尖細，末端細胞寬圓形。

圖1 螺旋藻的顯微鏡圖(放大100倍)Fig.1 The microscope figure of spirulina( ×100)

螺旋藻螺旋結構的形態(tài)受光照強度及養(yǎng)殖溫度的調(diào)控。較強光照和較高溫度均能引起螺旋藻的螺旋結構變緊，螺間距減小;強度較小的光照和較低的溫度則使螺旋藻的螺旋結構變松，螺間距增大［10］。本實驗主要是在實驗室內(nèi)進行，光照強度較小，溫度為25℃(螺旋藻生長的最適溫度為25-35℃)，因此螺旋藻的螺旋結構均較疏松，螺間距較大。

2.2 光密度(OD)與螺旋藻干物質(zhì)含量(C)的關系

按表1數(shù)據(jù)，以螺旋藻的干物質(zhì)含量C為橫坐標，OD值為縱坐標，得圖2標準曲線，回歸方程為OD=1.280C+0.1831，相關系數(shù) R2=0.9973。

圖2 標準曲線Fig.2 Standard curve

從圖2的標準曲線可以看出，螺旋藻液的干物質(zhì)含量與其OD值在C=0.1-1.3 g/L時呈良好的線性關系，故可用OD值作為衡量螺旋藻生物量的標準，通過藻液的OD值直觀地反映出螺旋藻的生長情況。

2.3 螺旋藻生長曲線

圖3是用日光燈照射培養(yǎng)螺旋藻的生長曲線，隨著養(yǎng)殖時間增加，螺旋藻干物質(zhì)含量呈上升趨勢;在2 d～5 d生長速率較慢，為緩慢增長期;在5 d～11 d生長速率較快，呈對數(shù)增長，為快速增長期;在11 d達到了生長的最大濃度，干物質(zhì)含量為0.742 g/L，是初始含量的7倍。

圖3 螺旋藻生長曲線Fig.3 Spirulina growth curve

2.4 光照波長對螺旋藻生長的影響

表2 光照波長對螺旋藻生長的影響Tab.2 Effect of light wavelength on the growth of spirulina

由表2數(shù)據(jù)畫圖得圖4，對照樣采用日光燈照射。從表和圖可以看出，采用紅綠藍光處理過的螺旋藻生長量明顯高于對照樣。經(jīng)過13 d養(yǎng)殖，螺旋藻干物質(zhì)含量到達最大，紅光處理的為1.232 g/L，綠色處理的為1.195 g/L，藍色處理的為0.956 g/L，對照樣的為0.742 g/L。紅光處理過的螺旋藻干物質(zhì)含量最大，比對照樣增加了66.04%。

圖4 不同光照處理螺旋藻的生長曲線Fig.4 Growth curves of different light treatment of spirulina platensis

從波長考慮，紅光(650-675 nm)波長最大，綠光(522-532 nm)第二，藍光(465-475 nm)第三，較長波長的光有利于螺旋藻的生長，在紅光下生長的螺旋藻光合效率最高，干物質(zhì)積累最多，這與魚腥藻的研究結果一致［11］。

3 結論

(1)螺旋藻呈藍綠色，為絲狀體，藻絲螺旋狀，螺旋直徑為 29 μm，長度為 500-650 μm。

(2)螺旋藻的光密度標準曲線是:OD=1.280C+0.1831。

(3)螺旋藻生長速度較快，在經(jīng)過一個12 d的生長周期后，濃度達到最初濃度的7倍。

(4)經(jīng)紅綠藍光處理的螺旋藻生長量明顯高于對照樣，紅光最好，生長量比對照樣增加了66.04%。

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