光照對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及光合色素含量影響的研究

王祎哲，姚奕炯，王梓懿，賈旭穎，高金偉，張文慧，邵 蓬，竇 勇，周文禮

(天津農(nóng)學(xué)院 水產(chǎn)學(xué)院，天津市水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384)

纖細(xì)裸藻(Euglenagracilis)，表質(zhì)軟，形狀易變，直徑20～100 μm，主要分布于淡水之中，是一種單細(xì)胞光合作用的裸藻[1]，可以在低pH、高重金屬等不良環(huán)境條件下生存，同時(shí)纖細(xì)裸藻具備植物和動(dòng)物的特性，既可以在光照條件下進(jìn)行光合自養(yǎng)，也可以在黑暗條件下通過補(bǔ)充碳源進(jìn)行異養(yǎng)來維持生存[2]。纖細(xì)裸藻含有維生素、礦物質(zhì)、不飽和脂肪酸、氨基酸等諸多營(yíng)養(yǎng)元素[3]，其中氨基酸種類達(dá)20種，包括亮氨酸、賴氨酸和色氨酸等9種人體所必需的氨基酸[4]，其無細(xì)胞壁，所含的微量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更易被人體消化和吸收[5]，此外纖細(xì)裸藻作為水生生態(tài)系統(tǒng)中常見的初級(jí)生產(chǎn)者，可以產(chǎn)生大量的有益代謝物[6]，其光合作用下特有的產(chǎn)物副淀粉(β-1,3-葡聚糖)，結(jié)構(gòu)類似于淀粉，具有抗感染[7]、抗病毒[8]、抗腫瘤[9]等多種醫(yī)學(xué)價(jià)值，因此被廣泛應(yīng)用于食品、動(dòng)物飼料、保健品和化妝品等領(lǐng)域[10-12]。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，纖細(xì)裸藻不僅可以作為水產(chǎn)動(dòng)物的餌料，還具有良好的水質(zhì)凈化效果，與其他藻類相比，在廢水中生長(zhǎng)的裸藻具有更快的生長(zhǎng)速率，同時(shí)帶走水體中大量的碳、氮和磷[13]，在缺氧和酸性條件下對(duì)水體中鎘也具有良好的去除效果[14]。

藻類的生長(zhǎng)狀況與環(huán)境因子有很大關(guān)聯(lián)，如溫度、鹽度、光照、pH均為影響藻類生長(zhǎng)的關(guān)鍵環(huán)境因子[15]，尤其在大規(guī)模培養(yǎng)過程中，無法保證藻體對(duì)光能的持續(xù)、高效利用，極易導(dǎo)致培養(yǎng)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。因此，優(yōu)化光照條件、提高光能利用率是纖細(xì)裸藻產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)亟待解決的主要問題之一[16]。而光照作為復(fù)雜的一類環(huán)境因子，對(duì)微藻生長(zhǎng)發(fā)育起主要影響的因素包括光照度、光照周期和光質(zhì)[17-21]。已有研究證明，不同光照條件影響北方婁氏藻(Lauderiaborealis)的生長(zhǎng)和光合色素含量，光照度2500～3500 lx時(shí)適宜北方婁氏藻生長(zhǎng)[17]；溫度25 ℃、光照度6000 lx時(shí)適宜針葉蕨藻(Caulerpasertularioides)的生長(zhǎng)[18]；光照周期為16L∶8D時(shí)，對(duì)雨生紅球藻(Haematococcuspluvialis)生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用[19]。藍(lán)光促進(jìn)滸苔(Ulvaprolifera)生長(zhǎng)的同時(shí)也有利于其光合作用的進(jìn)行，而綠光對(duì)其生長(zhǎng)和光合作用均產(chǎn)生了明顯的抑制作用[20]；藍(lán)光下蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)不僅生長(zhǎng)效果最佳，且促進(jìn)了葉綠素b的合成[21]。這些試驗(yàn)結(jié)果表明，光是影響藻類生長(zhǎng)的重要環(huán)境因子之一。但是目前關(guān)于不同光照條件對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及光合色素含量影響的研究報(bào)道較少。筆者以纖細(xì)裸藻為研究對(duì)象，探查光照度、光照周期和光質(zhì)對(duì)其生長(zhǎng)及光合色素含量的影響，以期獲得纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)、光合色素積累的最佳光照條件，為探索纖細(xì)裸藻的高密度培養(yǎng)方式提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 微藻及培養(yǎng)

試驗(yàn)用纖細(xì)裸藻來源于天津市水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。基礎(chǔ)培養(yǎng)基為蒸餾水配制的經(jīng)120 ℃條件下滅菌20 min的AF-6培養(yǎng)基。取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期生長(zhǎng)良好的纖細(xì)裸藻按照V(藻液)∶V(培養(yǎng)基)=1∶1的比例在超凈工作臺(tái)內(nèi)接種，在恒定培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行靜置培養(yǎng)，設(shè)定培養(yǎng)箱溫度為25 ℃，光照度為3000 lx，光照周期為12L∶12D，每日定時(shí)搖動(dòng)至少3次,防止藻液貼壁或沉淀。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 光照度對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及色素含量影響

將150 mL密度為5×105個(gè)/mL的纖細(xì)裸藻藻液接種于150 mL的AF-6培養(yǎng)基中于500 mL錐形瓶中備用，利用培養(yǎng)箱設(shè)定不同光照度：0、1500、3000、4500 lx和6000 lx，光照周期為12L∶12D，光質(zhì)為白光。于光照培養(yǎng)箱(AL-36美國(guó)珀?duì)柾呶?中靜置培養(yǎng)，試驗(yàn)周期為10 d，每組設(shè)3個(gè)平行。試驗(yàn)期間每2 d定時(shí)取樣10 mL，分別測(cè)定纖細(xì)裸藻細(xì)胞密度以及光合色素含量。

1.2.2 光照周期對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及色素含量影響

將150 mL密度為5×105個(gè)/mL的纖細(xì)裸藻藻液接種于150 mL的AF-6培養(yǎng)基中于500 mL錐形瓶中備用，利用培養(yǎng)箱設(shè)定不同光照周期：16L∶8D、14L∶10D、12L∶12D、10L∶14D和8L∶16D，光照度為3000 lx，光質(zhì)為白光。于光照培養(yǎng)箱(AL-36美國(guó)珀?duì)柾呶?中靜置培養(yǎng)，試驗(yàn)周期與測(cè)量指標(biāo)同1.2.1。

1.2.3 光質(zhì)對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及色素含量影響

將150 mL密度為5×105個(gè)/mL的纖細(xì)裸藻藻液接種于150 mL的AF-6培養(yǎng)基中于500 mL錐形瓶中備用，以5種顏色LED燈帶作為光源，固定于培養(yǎng)箱內(nèi)側(cè)，設(shè)置不同光質(zhì)：綠光(495～530 nm)、藍(lán)光(450～480 nm)、紅光(615～650 nm)、白光(450～465 nm)和黃光(580～595 nm)，光照度為3000 lx，光照周期為12L∶12D。于光照培養(yǎng)箱(AL-36美國(guó)珀?duì)柾呶?中靜置培養(yǎng)，試驗(yàn)周期與測(cè)量指標(biāo)同1.2.1。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 生物量測(cè)定

藻細(xì)胞密度測(cè)定通過血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)獲得。

藻細(xì)胞增長(zhǎng)速率(R)按下式計(jì)算：

R/個(gè)·d-1=(lnn2-lnn1)/(t2-t1)

式中，t1為起始培養(yǎng)時(shí)間(d)，t2為結(jié)束培養(yǎng)時(shí)間(d)，n1為特定培養(yǎng)時(shí)間t1的細(xì)胞密度(個(gè)/mL)，n2為特定培養(yǎng)時(shí)間t2的細(xì)胞密度(個(gè)/mL)。

1.3.2 色素含量測(cè)定

參考乙醇法[22]對(duì)藻類進(jìn)行葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素質(zhì)量濃度測(cè)定。

取樣品5 mL經(jīng)5000 r/min離心10 min去掉上清液，加入5 mL 95%乙醇溶液后于4 ℃冷藏24 h后，經(jīng)5000 r/min離心10 min，取上清液，測(cè)定各波長(zhǎng)下吸光度。

ρa(bǔ)=13.95D665-6.88D649

ρb=24.96D649-7.32D665

ρc=(1000D470-2.05ρa(bǔ)-114.8ρb)/245

式中，ρa(bǔ)、ρb分別為葉綠素a和b的質(zhì)量濃度(mg/L)，ρc為類胡蘿卜素的總質(zhì)量濃度(mg/L)；D665、D649和D470分別為葉綠體色素提取液在波長(zhǎng)665 nm、649 nm和470 nm下的吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

所有結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，使用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析和Duncan多重比較分析，并用Origin 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 光照度對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及色素含量影響

光照度對(duì)纖細(xì)裸藻細(xì)胞密度和增長(zhǎng)速率的影響見圖1、表1，光照度對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)有顯著影響(P<0.05)。

表1 光照度對(duì)纖細(xì)裸藻的增長(zhǎng)速率影響Tab.1 Effect of light illuminance on growth rate of alga E.gracilis

圖1 光照度對(duì)纖細(xì)裸藻細(xì)胞密度的影響Fig.1 Effect of light illuminance on cell density of alga E.gracilis不同小寫字母表示同一時(shí)間各處理組間差異性顯著(P<0.05)，下同.Means with different letters are significant differences between treatment groups at the same time (P<0.05),et sequentia.

試驗(yàn)期間，隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，各組細(xì)胞密度均呈上升趨勢(shì)。其中3000 lx組藻細(xì)胞生長(zhǎng)情況最好，始終呈持續(xù)穩(wěn)定的生長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其在試驗(yàn)中后期(4～10 d)其細(xì)胞密度均高于其他處理組，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，細(xì)胞密度達(dá)到最高，為5.18×105個(gè)/mL，增長(zhǎng)速率達(dá)到0.162個(gè)/d。其次為4500、1500 lx組，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)兩處理組細(xì)胞密度分別為4.84×105個(gè)/mL和4.58×105個(gè)/mL，增長(zhǎng)速率達(dá)到了0.156個(gè)/d和0.154個(gè)/d。而高光照度6000 lx組為3.81×105個(gè)/mL，增長(zhǎng)速率為0.133個(gè)/d，顯著低于以上各組(P<0.05)。試驗(yàn)期間，0 lx組的細(xì)胞密度始終顯著低于其他組(P<0.05)，至試驗(yàn)結(jié)束，細(xì)胞密度僅達(dá)到初始值的1.5倍。

光照度對(duì)纖細(xì)裸藻光合色素質(zhì)量濃度的影響見圖2，光照度對(duì)纖細(xì)裸藻葉綠素a、b和類胡蘿卜素質(zhì)量濃度均有顯著影響(P<0.05)。

圖2 光照度對(duì)纖細(xì)裸藻光合色素質(zhì)量濃度的影響Fig.2 Effect of light illuminance on photosynthetic pigment contents in alga E.gracilisa.葉綠素a；b.葉綠素b；c.類胡蘿卜素.a.chlorophyll a；b.chlorophyll b；c.carotenoid.

試驗(yàn)期間，0 lx組各色素質(zhì)量濃度始終顯著低于其他組(P<0.05)；3000 lx組葉綠素a質(zhì)量濃度始終高于其他組。光照組(1500～6000 lx)葉綠素a質(zhì)量濃度呈明顯升高趨勢(shì)，至第10天，各組葉綠素a質(zhì)量濃度均有所下降，但3000 lx組下降幅度較小，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)其葉綠素a質(zhì)量濃度顯著高于其他組(P<0.05)。試驗(yàn)期間，除4500 lx組葉綠素b在第10天略有降低外，其余各組葉綠素b質(zhì)量濃度均隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而升高。第10天，3000 lx組葉綠素b質(zhì)量濃度最高，顯著高于4500、6000 lx組(P<0.05)。試驗(yàn)期間，除0 lx黑暗組以外，其他光照組類胡蘿卜素質(zhì)量濃度均在第8天達(dá)到最高值，隨后略有下降，第8天1500 lx組類胡蘿卜素質(zhì)量濃度最高，但與其他組無顯著差異，而在第10天則是3000 lx組類胡蘿卜素質(zhì)量濃度最高，顯著高于其他組(P<0.05)。

2.2 光照周期對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及色素質(zhì)量濃度影響

光照周期對(duì)纖細(xì)裸藻細(xì)胞密度和增長(zhǎng)速率的影響見圖3、表2，光照周期對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)有顯著影響(P<0.05)。

圖3 光照周期對(duì)纖細(xì)裸藻細(xì)胞密度的影響Fig.3 Effect of photoperiod on cell density of alga E.gracilis

表2 光照周期對(duì)纖細(xì)裸藻增長(zhǎng)速率的影響Tab.2 Effect of photoperiod on growth rate of alga E.gracilis

試驗(yàn)期間，纖細(xì)裸藻細(xì)胞密度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，各組前2 d并無顯著性差異(P>0.05)，第4天起至培養(yǎng)結(jié)束，長(zhǎng)光照周期組(12L～16L)細(xì)胞密度均高于短光照周期組(8L～10L)，并產(chǎn)生顯著差異(P<0.05)。其中，14L∶10D組細(xì)胞密度始終高于其他組，至第10天，細(xì)胞密度達(dá)到最高，為4.57×105個(gè)/mL，增長(zhǎng)速率達(dá)到0.113個(gè)/d，其次為12L∶12D和16L∶8D組，細(xì)胞密度分別為4.29×105個(gè)/mL和4.26×105個(gè)/mL，而8L∶16D組藻細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)細(xì)胞密度僅為起始密度的2.03倍，顯著低于其他組(P<0.05)。

光照周期對(duì)纖細(xì)裸藻光合色素質(zhì)量濃度的影響見圖4，光照周期對(duì)纖細(xì)裸藻葉綠素a、b和類胡蘿卜素質(zhì)量濃度均有顯著影響(P<0.05)。

圖4 光照周期對(duì)纖細(xì)裸藻光合色素質(zhì)量濃度的影響Fig.4 Effect of photoperiod on photosynthetic pigment contents of alga E.gracilisa.葉綠素a；b.葉綠素b；c.類胡蘿卜素.a.chlorophyll a；b.chlorophyll b；c.carotenoid.

試驗(yàn)期間，纖細(xì)裸藻的葉綠素a整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，第10天，14L∶10D組葉綠素a質(zhì)量濃度達(dá)到最高，其次為12L∶12D、16L∶8D組，8L∶16D組整體增長(zhǎng)緩慢，并在8 d后出現(xiàn)下降，葉綠素a的積累受到抑制；其余組葉綠素a質(zhì)量濃度始終保持上升趨勢(shì)。試驗(yàn)第4天時(shí)，14L∶10D、16L∶8D組顯著高于其他組(P<0.05)，直至第10天，14L∶10D組的葉綠素b質(zhì)量濃度達(dá)到最高，8L∶16D組的葉綠素b質(zhì)量濃度增長(zhǎng)緩慢，顯著低于其他處理組(P<0.05)。試驗(yàn)期間，14L∶10D組類胡蘿卜素質(zhì)量濃度保持持續(xù)增長(zhǎng)，并在第10天時(shí)達(dá)到最大，其次為16L∶8D組，二者與其他處理組產(chǎn)生顯著差異(P<0.05)，8L∶16D組類胡蘿卜素質(zhì)量濃度始終處于緩慢增長(zhǎng)，顯著低于其他處理組(P<0.05)。

2.3 光質(zhì)對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及色素質(zhì)量濃度影響

光質(zhì)對(duì)纖細(xì)裸藻細(xì)胞密度影響見圖5、表3，光質(zhì)對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)有顯著影響(P<0.05)。

表3 光質(zhì)對(duì)纖細(xì)裸藻的增長(zhǎng)速率影響Tab.3 Effect of light wavelength on growth rate of alga E.gracilis

試驗(yàn)前2 d，各試驗(yàn)組無顯著差異(P>0.05)；第4天起，白光組與藍(lán)光組細(xì)胞密度顯著高于其他處理組(P<0.05)，第10天時(shí)，藍(lán)光組細(xì)胞密度達(dá)到最高，為3.26×105個(gè)/mL，增長(zhǎng)速率為0.079個(gè)/d，其次為白光組，細(xì)胞密度達(dá)到3.17×105個(gè)/mL，增長(zhǎng)速率為0.077個(gè)/d，二者顯著高于其他組(P<0.05)，各組細(xì)胞密度大小依次為藍(lán)光>白光>紅光>綠光>黃光，黃光組顯著低于其他組，不適宜纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)。

光質(zhì)對(duì)纖細(xì)裸藻光合色素質(zhì)量濃度的影響見圖6，光質(zhì)對(duì)纖細(xì)裸藻對(duì)纖細(xì)裸藻葉綠素a、b和類胡蘿卜素質(zhì)量濃度均有顯著影響(P<0.05)。

圖6 光質(zhì)對(duì)纖細(xì)裸藻光合色素質(zhì)量濃度的影響Fig.6 Effect of light wavelength on photosynthetic pigment contents of alga E.gracilisa.葉綠素a；b.葉綠素b；c.類胡蘿卜素.a.chlorophyll a；b.chlorophyll b；c.carotenoid.

試驗(yàn)前4 d，各處理組間葉綠素a質(zhì)量濃度無顯著差異(P>0.05)，第6天時(shí)，藍(lán)光組葉綠素a質(zhì)量濃度顯著高于其他組(P<0.05)，至試驗(yàn)結(jié)束，藍(lán)光組與白光組葉綠素a質(zhì)量濃度顯著高于其他組(P<0.05)。試驗(yàn)期間，各處理組葉綠素b質(zhì)量濃度前4 d無顯著差異(P>0.05)，第10天，藍(lán)光組葉綠素b質(zhì)量濃度達(dá)到最大，顯著高于其他組(P<0.05)。試驗(yàn)第4天起，藍(lán)光組與白光組類胡蘿卜素質(zhì)量濃度呈現(xiàn)良好的增長(zhǎng)趨勢(shì)，至試驗(yàn)結(jié)束，藍(lán)光組類胡蘿卜素質(zhì)量濃度顯著高于其他組(P<0.05)。

3 討 論

3.1 光照度對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及色素含量的影響

光照是藻類生長(zhǎng)發(fā)育的基本能量來源，直接影響藻類的生長(zhǎng)、發(fā)育、代謝等生命活動(dòng)[23]，同時(shí)也作為直接作用因子影響藻類的色素形成以及光合效率[24-25]。藻類細(xì)胞體內(nèi)所含的色素種類可依據(jù)在光合作用過程中的作用分為捕光色素和光保護(hù)色素，其中以葉綠素a、葉綠素b為代表的捕光色素可將吸收的光能有效地傳遞到相關(guān)的反應(yīng)中心轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，而類胡蘿卜素作為光保護(hù)色素將剩余能量吸收，避免膜體受傷，從而達(dá)到光保護(hù)作用[26-27]。因此，可通過光照條件下光合作用產(chǎn)生的光合色素含量的多少來判斷藻類的生理狀態(tài)[28]。

眾多研究表明，藻類的生長(zhǎng)速率隨著光照度的增強(qiáng)而增加(從0至某一最適光照度)，而當(dāng)光照度超過藻類適宜范圍時(shí)，藻細(xì)胞生長(zhǎng)速率減弱甚至被抑制[29-30]。研究發(fā)現(xiàn)，凱氏小球藻(C.kessleri)在9600 lx光照度下細(xì)胞密度高于其他光照度組[0、1200、2400、4800、1600 lx]，而光照度增至16 000 lx時(shí)，則出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，說明凱氏小球藻在低光強(qiáng)下處于光限制階段，生物量隨著光照度的增加而增加，再進(jìn)一步增加光照度超過“光飽和點(diǎn)”時(shí)則出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象[31]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，光照度為0 lx時(shí)，細(xì)胞密度及生長(zhǎng)速率均顯著低于其他處理組，此時(shí)藻細(xì)胞的光合效率降低，進(jìn)而影響了微藻的生物量，隨著光照度的增加，至試驗(yàn)結(jié)束，3000 lx組細(xì)胞密度達(dá)到最高，其次為4500 lx組，可見，適當(dāng)高光處理可以增加藻細(xì)胞對(duì)光的耐受能力[32]，而當(dāng)光照度超過“光飽和點(diǎn)”達(dá)到6000 lx時(shí)，纖細(xì)裸藻的生長(zhǎng)反而受到抑制，可見，光照度適宜時(shí)，細(xì)胞利用光能合成有機(jī)物供養(yǎng)自己，一旦超過“光飽和點(diǎn)”，藻細(xì)胞對(duì)此表現(xiàn)出一定的生理抗性，相關(guān)光合色素結(jié)構(gòu)受到刺激被破壞，抑制作用增強(qiáng)，從而影響藻類的生長(zhǎng)[33-34]。

研究表明，光照度的不同會(huì)影響藻類色素的組成[35]，北方婁氏藻[36]葉綠素a含量在低光照度下最高，光照度過高時(shí)，會(huì)引起光抑制現(xiàn)象，藻體內(nèi)的色素體會(huì)被光解并褪色成黃白色，嚴(yán)重影響藻類生長(zhǎng)及色素合成。對(duì)銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)[37]的研究發(fā)現(xiàn)，光照度達(dá)到3200 lx時(shí)，其葉綠素?zé)晒鈪?shù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而當(dāng)光照度升至25 600 lx時(shí)，其各熒光參數(shù)不再穩(wěn)定，變化較大，表明此時(shí)銅綠微囊藻光合系統(tǒng)受到了影響[37]。本試驗(yàn)中，纖細(xì)裸藻色素含量在低、中光照度時(shí)(0、1500、3000 lx)隨光照度的增加而增加，在高光照度時(shí)(4500、6000 lx)隨光照度的增加而減少。3000 lx組葉綠素a含量在第8天達(dá)到峰值，達(dá)到光合作用的飽和光照度，之后隨著光照度的繼續(xù)増強(qiáng)，光合作用受到光抑制，葉綠素a含量減少。推測(cè)可能是由于纖細(xì)裸藻在較低光照度條件下依舊能合成細(xì)胞色素，但合成效率較低，含量較少，隨光照度增加，細(xì)胞合成色素的能力增強(qiáng)，含量增多，對(duì)藻類生長(zhǎng)起到促進(jìn)作用；而當(dāng)光照度過高時(shí)，細(xì)胞色素受光氧化破壞，色素含量降低進(jìn)而影響藻類生長(zhǎng)[38]。

3.2 光照周期對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及色素含量的影響

藻類的生長(zhǎng)不僅與光照度有關(guān)，與光照周期也密切相關(guān)，光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段，只有確保藻細(xì)胞生長(zhǎng)在適宜的光暗交替條件下才能使光合作用順利進(jìn)行，藻細(xì)胞得以良好生長(zhǎng)[39]。研究表明，銅綠微囊藻[40]在光照周期為9L∶15D時(shí)的比增長(zhǎng)率和最大細(xì)胞數(shù)均達(dá)到最大，當(dāng)光照周期為12L∶12D，光照度為5000 lx時(shí)小球藻(Chlorellasp.)、湛江等鞭金藻(GY-H2Isochrysiszhangjiangensis)、青島大扁藻(Platymonashelgolandicatsingtaoensis)和綠色杜氏藻(Dunaliellaviridis)的生長(zhǎng)速率均達(dá)到最大[39]，可見，并非一味延長(zhǎng)光照時(shí)間更有利于藻類的生長(zhǎng)，不同藻類對(duì)光照周期有不同的需求，光反應(yīng)與暗反應(yīng)時(shí)間達(dá)到良好的匹配，才能利于光合產(chǎn)物的合成[41]，進(jìn)而影響藻類的細(xì)胞密度。本試驗(yàn)結(jié)果表明，纖細(xì)裸藻在光照周期為8L∶16D時(shí)細(xì)胞密度顯著低于其他組，可見光照時(shí)間過短，光合作用受到抑制，藻細(xì)胞停止制造有機(jī)物，對(duì)細(xì)胞密度產(chǎn)生影響。光照周期為14L∶10D時(shí)細(xì)胞密度顯著高于其他處理組，且生長(zhǎng)速率達(dá)到最大，可見延長(zhǎng)光照2 h，采用光照周期為14L∶10D時(shí)更適合纖細(xì)裸藻的生物量積累。

研究表明，小球藻和斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)在18L∶6D光照周期下，兩種藻在單位水體內(nèi)的葉綠素含量達(dá)到最高，而在0L∶24D條件下的葉綠素最低[42]。葉綠體中含有光合中間產(chǎn)物，其含量若超過一定水平，葉綠素合成受阻，從而引起葉綠素含量顯著降低。所以適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)光照時(shí)間有利于葉綠素的合成，但對(duì)于葉綠素合成而言，存在一個(gè)最佳的光照時(shí)間，超過一定范圍，光照時(shí)間增長(zhǎng)反而抑制葉綠素的合成。由本試驗(yàn)得出結(jié)論，細(xì)胞色素含量在光照時(shí)間為14 h時(shí)達(dá)到最高，而在16 h時(shí)反而降低，此時(shí)光的透過率降低，光合作用減弱，培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足以滿足藻細(xì)胞新陳代謝的需要，進(jìn)而停止生長(zhǎng)，葉綠素的合成減少，含量下降。說明纖細(xì)裸藻對(duì)色素合成最適的光照周期為14L∶10D，光照時(shí)間過長(zhǎng)，葉綠素合成受阻，導(dǎo)致葉綠素含量降低。

3.3 光質(zhì)對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及色素含量的影響

微藻的生長(zhǎng)對(duì)光質(zhì)的吸收具有選擇性，光質(zhì)通過影響藻體內(nèi)光敏色素的感知性進(jìn)而影響藻類的生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用和生理代謝[43]。研究表明，藍(lán)光對(duì)于展枝馬尾藻(Sargassumpatens)等大型藻類有顯著促進(jìn)生長(zhǎng)的作用[44]。壇紫菜(Pyropiahaitanensis)在藍(lán)光處理下自由絲狀體的生長(zhǎng)速率最快，而紅光處理下生長(zhǎng)速率最慢[45]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，纖細(xì)裸藻在藍(lán)光及白光下細(xì)胞密度顯著高于其他組，其中藍(lán)光效果更為顯著，此種藍(lán)光效應(yīng)可以解釋為顏色適應(yīng)，它可以通過影響蛋白質(zhì)的合成和酶的活性來幫助細(xì)胞在不同條件下生長(zhǎng)，然后使細(xì)胞發(fā)生復(fù)雜的生理變化，分析原因可能與葉綠素在PSⅡ中的作用有關(guān)，該作用導(dǎo)致藍(lán)光條件下葉綠素含量增加，從而保護(hù)葉綠素不被藍(lán)光吸收和過濾而發(fā)生光氧化現(xiàn)象[46]?？梢姡w細(xì)裸藻對(duì)不同光波長(zhǎng)的反應(yīng)存在差異，藍(lán)光可以作為纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)的高效光質(zhì)。

不同波長(zhǎng)的光源不僅會(huì)直接影響藻類生長(zhǎng)，也會(huì)影響其光合色素含量進(jìn)而影響藻類光合作用效率[47]。對(duì)中華盒形藻(Biddulpphiasinensis)研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)光顯著促進(jìn)葉綠素a的合成和積累[48]。藍(lán)光對(duì)江蘺(Gracilaria)、壇紫菜和角叉菜(Chondrusocellatus)等大型海藻中葉綠素a合成有明顯的促進(jìn)作用[49-51]，且對(duì)壇紫菜的類胡蘿卜素合成也具有顯著促進(jìn)作用[52]。本試驗(yàn)結(jié)果與以上結(jié)果相似，藍(lán)光條件下纖細(xì)裸藻葉綠素a和類胡蘿卜素含量明顯高于其他處理組，可見藍(lán)光更有利于葉綠素a及類胡蘿卜素的積累，提高了藻體的光合反應(yīng)速率。而黃光與紅光下葉綠素合成最少，這與Howell等[34]研究結(jié)果——螺旋藻在紅光下培養(yǎng)時(shí)，其葉綠素含量最高，而在藍(lán)光和綠光下培養(yǎng)，其葉綠素a的含量最低這一結(jié)果相反。產(chǎn)生這種差異可能是由于藻類光合色素系統(tǒng)可以吸收可見光內(nèi)波段的光譜成分不同導(dǎo)致，螺旋藻屬藍(lán)藻門，藍(lán)藻的藻膽素對(duì)可見光的吸收主要在紅光區(qū)，因而光合效率較高，產(chǎn)生的光合產(chǎn)物多。

綜上所述，光照對(duì)纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及光合色素含量影響較大，光照度為3000 lx時(shí)利于纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及光合色素積累，光照周期為14L∶10D時(shí)利于纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及光合色素積累，藍(lán)光利于纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)以及光合色素積累。下一階段研究還有待于在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上采取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)尋求一種適宜纖細(xì)裸藻生長(zhǎng)及色素積累的復(fù)合光照條件，以期為纖細(xì)裸藻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)及研究基礎(chǔ)。