西北地區(qū)黃河水系池塘小球藻增殖鹽類(lèi)配方篩選

文/張彥明 王建福 張吉祥 李向超 秦世偉 白富勇

小球藻屬于綠藻門(mén)小球藻屬的一種單細(xì)胞藻類(lèi)，對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)能力極強(qiáng)。小球藻對(duì)光的吸收和利用效率很高，其光合作用比其它植物高10倍以上，生長(zhǎng)和繁殖速度都很快。小球藻的快速繁殖和生長(zhǎng)特性使得其在水體凈化中具有很高的利用價(jià)值。在養(yǎng)殖水體中，小球藻對(duì)溶解氧改善以及亞硝酸鹽氮吸收均具有較好的效果。

利用小球藻在水體中形成優(yōu)勢(shì)種群，改善水體藻相條件，對(duì)提高養(yǎng)殖水生動(dòng)物的健康水平，改善水體生態(tài)系統(tǒng)的健康程度均具有重要意義。藻類(lèi)對(duì)水體中營(yíng)養(yǎng)素的需求不同，不同地區(qū)的水體自身營(yíng)養(yǎng)成分組成往往也有較大差別。通過(guò)找出不同水體類(lèi)型適合的肥料施用比例，調(diào)控出水體優(yōu)質(zhì)藻相，可以改善養(yǎng)殖水體生態(tài)環(huán)境條件，預(yù)防水生動(dòng)物疾病，實(shí)現(xiàn)健康養(yǎng)殖。

水生四號(hào)和BG-11均是生產(chǎn)上增殖淡水小球藻常用的培養(yǎng)液，其中水生四號(hào)多用于單細(xì)胞綠藻類(lèi)（如柵列藻）的培養(yǎng)，BG-11常用于淡水藍(lán)藻和綠藻類(lèi)的培養(yǎng)。本試驗(yàn)以此兩種常用的小球藻培養(yǎng)鹽類(lèi)配方為基礎(chǔ)，選擇黃河水和去離子水兩種水源，經(jīng)過(guò)組合共設(shè)計(jì)了水生四號(hào)+BG-11+黃河水（A組）、水生四號(hào)+黃河水（B組）、水生四號(hào)+去離子水（C組）、BG-11+去離子水（D組）以及BG-11+黃河水（E組）共五個(gè)培養(yǎng)液組。通過(guò)連續(xù)測(cè)定各組小球藻的生長(zhǎng)情況，篩選了本地適合小球藻快速增殖的鹽類(lèi)配方。

一、材料與方法

（一）培養(yǎng)液配方

試驗(yàn)采用的水生四號(hào)和BG-11兩種小球藻培養(yǎng)液配方見(jiàn)表1、表2。

表1 水生四號(hào)配方組成

表2 BG-11配方組成

（二）小球藻培養(yǎng)及密度測(cè)定方法

五個(gè)培養(yǎng)組中，每組先加入各自培養(yǎng)液225mL，接種量10%，將25mL小球藻種液（藻密度837.5萬(wàn)個(gè)/mL，基礎(chǔ)培養(yǎng)液為水生四號(hào)）加入300mL的玻璃錐形瓶?jī)?nèi)。培養(yǎng)條件：光照強(qiáng)度4800Lux，溫度25℃，光暗比12h:12h，每組4個(gè)平行樣品，連續(xù)培養(yǎng)15d，每天9:00和19:00各搖動(dòng)一次，以防止沉淀。試驗(yàn)過(guò)程中除取樣測(cè)量以外，其余時(shí)間均使用保鮮膜密封瓶口。各試驗(yàn)組每隔24h取樣一次，680nm測(cè)定吸光度，之后利用本實(shí)驗(yàn)室建立的吸光度和藻密度回歸曲線(xiàn)y=0.0004x+0.0015（曲線(xiàn)相關(guān)系數(shù)R=0.9985，x為藻密度，單位萬(wàn)個(gè)/mL；y為吸光度）計(jì)算對(duì)應(yīng)小球藻密度。利用SPSS19.0軟件包進(jìn)行單因素ANOVA方差分析，Duncan氏多重比較，測(cè)定結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，以＜0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

二、結(jié)果與分析

（一）不同試驗(yàn)組小球藻生長(zhǎng)情況

不同試驗(yàn)組培養(yǎng)液對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。在5個(gè)試驗(yàn)組中，水生四號(hào)+黃河水組（B組）小球藻的生長(zhǎng)情況最好，培養(yǎng)1d后藻密度就顯著高于其他4組（＜0.05），并且這種生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)一直持續(xù)至試驗(yàn)結(jié)束。A組和C組培養(yǎng)的小球藻在前5d的培養(yǎng)中生長(zhǎng)未表現(xiàn)出顯著差異（＞0.05），但均顯著高于D組（＜0.05）。在培養(yǎng)的前5d內(nèi)，E組僅在第2d低于A組和C組，之后的4d差異變得不顯著（＞0.05）。培養(yǎng)第6d除B組外，其他各組均差異不顯著（＞0.05）。C組在培養(yǎng)的7d～13d內(nèi)，藻密度均顯著高于D組（＜0.05），且C組在培養(yǎng)的第10d之后，藻密度均顯著高于E組（＜0.05）。

圖1 不同試驗(yàn)組小球藻生長(zhǎng)情況

圖2 不同試驗(yàn)組小球藻生長(zhǎng)趨勢(shì)

（二）不同試驗(yàn)組培養(yǎng)液小球藻生長(zhǎng)趨勢(shì)

小球藻在不同配方培養(yǎng)液中的生長(zhǎng)趨勢(shì)見(jiàn)圖2。由圖可知，在試驗(yàn)的5個(gè)配方中，B組生長(zhǎng)情況最好，培養(yǎng)第2d藻密度就已經(jīng)達(dá)到1008.75萬(wàn)個(gè)/mL，第3d略有下降，之后的4d～15d基本維持穩(wěn)定。D組藻密度整體趨于不斷增長(zhǎng)狀態(tài)，但生長(zhǎng)較為緩慢，在第15d達(dá)到峰值，藻密度為505.75萬(wàn)個(gè)/mL。A組、C組和E組均在第2d生長(zhǎng)速度最快，A組和C組在培養(yǎng)的3d～15d內(nèi)，有持續(xù)生長(zhǎng)趨勢(shì)，但生長(zhǎng)速率明顯逐漸減緩。E組在培養(yǎng)3d～5d時(shí)藻密度基本維持在471.25萬(wàn)個(gè)/mL～496.25萬(wàn)個(gè)/mL之間，第6d濃度下降，第7d濃度繼續(xù)升高，第8d～15d生長(zhǎng)趨勢(shì)呈逐漸下降狀態(tài)，藻密度逐漸降低，第15d降到416.25萬(wàn)個(gè)/mL。

三、討論

（一）小球藻生長(zhǎng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的需要

小球藻生長(zhǎng)所需要的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)主要有氮、磷、鉀、鈣、鎂、鐵等，不同的鹽類(lèi)在小球藻的培養(yǎng)過(guò)程中具有不同的代謝規(guī)律。一般培養(yǎng)前期對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的消耗量較大，容易造成部分營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)缺乏而影響小球藻生長(zhǎng)和繁殖的速度，但小球藻培養(yǎng)液中的部分營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)變化規(guī)律是復(fù)雜的，并非簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能原因是小球藻本身的代謝和合成作用會(huì)因?yàn)榕囵B(yǎng)環(huán)境鹽分改變而發(fā)生變化。利用這種規(guī)律，通過(guò)改變小球藻培養(yǎng)過(guò)程中的鹽類(lèi)含量，可以培養(yǎng)出高脂肪含量、高蛋白含量等特殊的目標(biāo)產(chǎn)品。

利用小球藻快速生長(zhǎng)來(lái)降低水體中營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的含量，可有效吸收有害物質(zhì)，改善水體溶解氧條件。在藻類(lèi)的生長(zhǎng)過(guò)程中除了這些已知含量較高、影響較大的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)之外，還有一些含量較低，但作用不可忽視的微量鹽類(lèi)，土壤恰好提供了這些微量鹽類(lèi)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，利用含有土壤浸出液的水生四號(hào)培養(yǎng)液與黃河水培養(yǎng)的小球藻表現(xiàn)出了良好的生長(zhǎng)狀態(tài)，并且這種好的生長(zhǎng)狀態(tài)持續(xù)了整個(gè)試驗(yàn)測(cè)定期間。同樣采用土壤浸出液的水生四號(hào)和去離子水組合培養(yǎng)液中，小球藻也表現(xiàn)出了優(yōu)于其他組別的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在本試驗(yàn)中BG-11培養(yǎng)液組小球藻生長(zhǎng)的情況與水生四號(hào)組相比表現(xiàn)不佳。

同時(shí)含有水生四號(hào)和BG-11培養(yǎng)液的A組，小球藻也并未表現(xiàn)出較好的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。這可能是由于同時(shí)添加兩種培養(yǎng)液，使得營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)含量過(guò)高導(dǎo)致對(duì)小球藻生長(zhǎng)產(chǎn)生了抑制作用。由本試驗(yàn)結(jié)果推測(cè)，BG-11培養(yǎng)液作為西北地區(qū)黃河流域小球藻增殖的添加物不如水生四號(hào)，添加過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)可能會(huì)抑制小球藻的生長(zhǎng)和增殖。

（二）氮元素含量和碳氮比（C/N）對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響

本試驗(yàn)所采用的培養(yǎng)液并非養(yǎng)殖池塘的實(shí)際水體，有機(jī)物含量較低，碳含量不足。當(dāng)水體中的C/N值較小時(shí)，水體中的無(wú)機(jī)氮主要依靠藻類(lèi)和自養(yǎng)細(xì)菌利用，總氮中氨態(tài)氮含量與作為水體中初級(jí)生產(chǎn)力重要組成部分的藻類(lèi)密切相關(guān)，而硝酸鹽氮在水體中由于周轉(zhuǎn)迅速，因此和藻類(lèi)等產(chǎn)量的關(guān)系不夠顯著。本試驗(yàn)中，如果僅計(jì)算基礎(chǔ)培養(yǎng)液所含鹽類(lèi)，水生四號(hào)中鹽類(lèi)C/N濃度比為0.39，BG-11中鹽類(lèi)C/N濃度比為0.03。碳氮比對(duì)浮游植物和自養(yǎng)細(xì)菌的生長(zhǎng)具有重要影響，一般認(rèn)為較高的C/N更有利于自養(yǎng)微生物的生長(zhǎng)。所以，具有更高C/N濃度比的水生四號(hào)使小球藻生長(zhǎng)狀況表現(xiàn)更好。

（三）各組合培養(yǎng)液小球藻長(zhǎng)勢(shì)比較

在本試驗(yàn)中，水生四號(hào)+黃河水組培養(yǎng)液組生長(zhǎng)速度最快，在培養(yǎng)試驗(yàn)的15d內(nèi)藻液濃度均維持在較高范圍之內(nèi)，均高于其他各組，吸光度可達(dá)0.4～0.5，藻密度在996.25萬(wàn)個(gè)/mL～1246.25萬(wàn)個(gè)/mL之間。BG-11+去離子水的培養(yǎng)液組生長(zhǎng)速率較慢，但在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)一直維持增長(zhǎng)狀態(tài)，可見(jiàn)此培養(yǎng)液類(lèi)型適合用于對(duì)小球藻濃度要求不高的試驗(yàn)，如小球藻生長(zhǎng)狀態(tài)觀(guān)察或者小球藻生長(zhǎng)過(guò)程中不同生長(zhǎng)階段藻細(xì)胞觀(guān)察類(lèi)試驗(yàn)。其余各配方培養(yǎng)液組，小球藻在生長(zhǎng)過(guò)程中只有前2d藻細(xì)胞密度增幅較大，之后均為緩慢增長(zhǎng)。

值得注意的是，在試驗(yàn)期間BG-11+去離子水組和BG-11+黃河水組培養(yǎng)小球藻出現(xiàn)了少量沉淀，而水生四號(hào)添加組則未產(chǎn)生明顯藻類(lèi)沉淀。有研究表明檸檬酸對(duì)藻類(lèi)具有一定的絮凝作用，推測(cè)BG-11培養(yǎng)液中的檸檬酸可能導(dǎo)致小球藻產(chǎn)生了絮凝。

（四）本地養(yǎng)殖水體水質(zhì)特點(diǎn)

西北地區(qū)氣候干燥，降雨較少，蒸發(fā)量一般高于降水量，使得這一地區(qū)的水體礦化度一般高于300mg/L，水體的堿度和硬度往往較高。具有一定堿度和硬度的水體往往對(duì)以藻類(lèi)為主的初級(jí)生產(chǎn)力形成具有積極促進(jìn)作用。黃河水系的干流和支流是西北地區(qū)養(yǎng)殖池塘的主要水源，水中各種離子的含量必然對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)具有重要的影響。根據(jù)藻類(lèi)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)利用的木桶效應(yīng)原理以及黃河上游水質(zhì)測(cè)定的結(jié)果，N相對(duì)于P已經(jīng)成為水體中主要的限制性營(yíng)養(yǎng)元素。

組成無(wú)機(jī)氮源中的NH相對(duì)于NO

更容易被浮游植物等自養(yǎng)生物利用，經(jīng)過(guò)高溫浸提的土壤浸出物，可使土壤中的許多營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能夠快速地釋放到水中，為小球藻的生長(zhǎng)提供了良好的營(yíng)養(yǎng)條件。

四、小結(jié)

試驗(yàn)的兩種增殖小球藻營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)配方都可以使西北地區(qū)黃河水系養(yǎng)殖池塘中接種的小球藻在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到生長(zhǎng)峰值，但添加水生四號(hào)不但可以更好地提高小球藻生長(zhǎng)的峰值水平，還能夠?qū)⑿∏蛟鍧舛容^為平穩(wěn)地維持在較高水平，從而達(dá)到快速改善養(yǎng)殖水體環(huán)境，維持有益藻相的目的。所以，在西北地區(qū)黃河水系的養(yǎng)殖池塘利用小球藻快速增殖來(lái)改善養(yǎng)殖水體環(huán)境的過(guò)程中，水生四號(hào)較BG-11更能達(dá)到較好的調(diào)水效果。