不同形態(tài)無機(jī)氮對蛋白核小球藻生長及碳酸酐酶胞外酶活性的影響

李海濤 趙 鋮

(貴州師范大學(xué)喀斯特研究院，貴陽 550001)

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不同形態(tài)無機(jī)氮對蛋白核小球藻生長及碳酸酐酶胞外酶活性的影響

李海濤 趙 鋮

(貴州師范大學(xué)喀斯特研究院，貴陽 550001)

為研究不同形態(tài)無機(jī)氮對湖泊富營養(yǎng)化的影響，本研究采用實驗室內(nèi)純培養(yǎng)微藻來模擬不同濃度銨態(tài)氮、硝態(tài)氮對蛋白核小球藻生長及其對碳酸酐酶胞外酶活性的影響。研究發(fā)現(xiàn)：提高無機(jī)氮濃度有利于蛋白核小球藻的生長，且銨態(tài)氮更利于蛋白核小球藻的生長。碳酸酐酶胞外酶在補償?shù)鞍缀诵∏蛟宓臒o機(jī)氮營養(yǎng)不足方面具有重要作用。

無機(jī)氮；微藻；碳酸酐酶

氮是組成蛋白質(zhì)的基本元素，是生命活動所必須的元素，而且是合成生物體的大量元素之一，同時也是限制初級生產(chǎn)力的重要營養(yǎng)元素之一。在生物圈的物質(zhì)流動與能量轉(zhuǎn)化過程中，氮素都起著非常關(guān)鍵的作用。

過量氮、磷的排放是引起水體富營養(yǎng)化的元兇，近年來，以無磷洗滌劑等為代表的控磷措施已經(jīng)得到有效推廣，但是，由于農(nóng)用化肥的大量施用，特別是含氮化肥的過量使用，造成農(nóng)業(yè)面源污染強度加大，帶來大量氮素進(jìn)入水體，并對水體生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了一系列影響，如：長江、烏江、滇池等的水體富營養(yǎng)化問題，給人類生產(chǎn)、生活等帶來了系列問題[1-3]。貴陽的“兩湖一庫”也存在不同程度的富營養(yǎng)化問題，并經(jīng)歷了從污染到治理，再到最后保護(hù)的艱難歷程[4]。因此，系統(tǒng)的了解氮在河流、湖泊等自然水體微藻中的轉(zhuǎn)化規(guī)律，在科學(xué)治理水體富營養(yǎng)化方面具有重要意義。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料及培養(yǎng)條件

藻種選用的是喀斯特湖泊水體中常見的微藻—蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)，購自中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種庫。在實驗室的人工溫室中進(jìn)行控制條件培養(yǎng)。

微藻培養(yǎng)條件如下，光照強度：150μmol·m-2·s-1；光暗周期：12h/12h；白天溫度：25.0±1.0℃，夜間溫度：22.0±1.0℃。通過添加少量NaOH或HCl調(diào)節(jié)初始pH值都在8.00±0.05，為使藻種保持旺盛的生長狀態(tài)，不斷進(jìn)行繼代培養(yǎng)。實驗處理平行培養(yǎng)4瓶，且在實驗處理過程中，不斷隨機(jī)調(diào)換位置，以消除培養(yǎng)室微環(huán)境差異對微藻生長的影響。

1.2 常規(guī)指標(biāo)及測定方法

葉綠素含量的測定采用紫外分光光度法[9]。

1.3 碳酸酐酶活力測定

碳酸酐酶活力的測定參照Wilbur和Anderson的電化學(xué)法[10]，采用改進(jìn)的銻微電極開路電路法[11]。具體操作如下：離心收集適量的蛋白核小球藻樣品，用巴比妥鈉緩沖液(pH=8.3，20.0mmol·L-1)懸浮微藻細(xì)胞并定容終體積。然后，使用電化學(xué)工作站，在0℃條件下，采用開路電位法監(jiān)測該反應(yīng)體系pH值的變化，同時采集電位變化過程曲線，最后用Origin軟件將勻速變化的一段數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合。在測定樣品的同時，保持實驗條件穩(wěn)定的條件下，交叉進(jìn)行空白實驗(以巴比妥鈉緩沖液代替樣品)。分別計算pH下降一個單位所需要的時間(T)。

胞外碳酸酐酶活力的計算公式：WAU=T0/T-1，T0代表空白所需要的時間，T代表樣品所需要的時間，碳酸酐酶活力單位(以葉綠素a計)為WAU/mg Chl-a。

2 結(jié)果與討論

2.1 無機(jī)氮對蛋白核小球藻生長的影響

無機(jī)氮濃度變化對蛋白核小球藻生長的影響明顯，如圖1所示，缺氮處理能夠抑制蛋白核小球藻的生長，隨著實驗處理所添加的無機(jī)氮濃度的升高，蛋白核小球藻的生長整體呈不斷增長的趨勢。

從銨態(tài)氮和硝態(tài)氮對蛋白核小球藻生長的影響來看，銨態(tài)氮更利于蛋白核小球藻的生長，這跟銨態(tài)氮更利于植物吸收利用有關(guān)。

圖1 不同無機(jī)氮處理下的蛋白核小球藻葉綠素含量變化

2.2 無機(jī)氮對蛋白核小球藻碳酸酐酶胞外酶活性的影響

碳酸酐酶胞外酶催化植物光合作用固定無機(jī)碳的速度[5]，從而間接加快蛋白核小球藻對無機(jī)氮的利用速率。由圖2可以看出，低濃度無機(jī)氮水體環(huán)境有利于刺激蛋白核小球藻碳酸酐酶胞外酶活性的升高，植物通過調(diào)高碳酸酐酶胞外酶活性來彌補營養(yǎng)不足的逆境。在添加高濃度無機(jī)氮的條件下，蛋白核小球藻的碳酸酐酶胞外酶活性明顯下降，而蛋白核小球藻的葉綠素含量并沒有發(fā)生明顯變化，由此可以認(rèn)為，在無機(jī)氮營養(yǎng)充足的條件下，蛋白核小球藻不需要調(diào)高碳酸酐酶胞外酶活性也能維持自身生長的需要。總之，碳酸酐酶胞外酶在彌補蛋白核小球藻的無機(jī)氮營養(yǎng)不足方面具有重要作用。

圖2 不同無機(jī)氮處理下的蛋白核小球藻胞外碳酸酐酶活性變化

結(jié)合不同無機(jī)氮處理下的蛋白核小球藻葉綠素含量和碳酸酐酶胞外酶活性的變化趨勢，我們不難發(fā)現(xiàn)銨態(tài)氮更利于激發(fā)碳酸酐酶胞外酶活性(見圖2)，由此可以更好的解釋銨態(tài)氮處理下的蛋白核小球藻葉綠素含量更高的現(xiàn)象(見圖1)。

3 結(jié)論

蛋白核小球藻的生長隨無機(jī)氮濃度的升高整體呈不斷增長的趨勢，具體到不同形態(tài)的無機(jī)氮來說，銨態(tài)氮更利于蛋白核小球藻的生長。碳酸酐酶胞外酶在補償?shù)鞍缀诵∏蛟宓臒o機(jī)氮營養(yǎng)不足方面具有重要作用，且銨態(tài)氮更利于激發(fā)碳酸酐酶胞外酶活性的升高。

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Effect of different forms of inorganic nitrogen on algae growth and extracellular carbonic anhydrase inChlorellapyrenoidosa

Li Haitao, Zhao Cheng

(School of Karst Science, Guizhou Normal University, Guiyang 550001)

In order to study the effect of different forms of inorganic nitrogen on lake eutrophication, in this study,Chlorellapyrenoidosawas cultured in a greenhouse by adding different concentrations of ammonium nitrogen or nitrate nitrogen in the medium. The growth rate and the extracellular carbonic anhydrase activity were collected under different concentrations or forms of inorganic nitrogen. From this study, we conclude that the growth of the inorganic nitrogen is conducive toChlorellapyrenoidosa, and ammonium nitrogen is more active than that of nitrate nitrogen. The extracellular carbonic anhydrase plays an important role in compensating inorganic nitrogen deficiency forChlorellapyrenoidosa.

inorganic nitrogen; microalgae; carbonic anhydrase

貴州省科學(xué)技術(shù)基金(黔科合J字[2014]2131號)

2017-04-05; 2017-05-10 修回

李海濤(1982-)，男，博士，研究方向：環(huán)境地球化學(xué)。E-mail: lisea02@126.com

P593，X524

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