本站小編為你精心準備了蛋白核小球藻生長分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《水生態學雜志》2014年第四期

1材料與方法

1．1藻種培養小球藻藻種購于中國科學院水生生物研究所(湖北武漢)，實驗前擴大培養1周。取培養后高濃度的藻液于離心機中，以3000r/min離心5min，除去上清液。用濃度為15mg/L的Na2CO3溶液清洗后再次離心，重復3次，用超純水稀釋后用于接種(黃瑩瑩，2008)?？紤]到需要較長的培養周期才能更直觀地了解不同梯度小球藻的生長情況，故實驗采用BG-11培養基(Bhatnagar，2010)。

1．2實驗裝置培養小球藻的容器為外徑4．0cm、內徑3．7cm，長度70cm的玻璃長管，置于實驗室內人工培養架上。通過實驗室精密空調控制溫度，小球藻生長適溫為20～30℃(楊桂娟，2009)，因此溫度設置為20℃。采用多排密集日光燈管控制光照強度，參照Kohji(2003)的方法，光照強度均通過調節日光燈管控制為1000lx。實驗裝置如圖1所示。

1．3實驗設計在玻璃長管中加入等量處理后的藻液，分別使用BG－11培養液稀釋至200mL。設置曝氣比率為0%、2%、10%、20%、30%、50%、70%共計7個梯度組(Xin，2010)，0%為不曝氣狀態，2%為藻液中小球藻不沉降的臨界曝氣比率。每個梯度組均設置1個相同培養條件的平行樣。實驗結束后，將所有藻液置于離心管，3000r/min離心30min，倒去上清液，敞口置于80℃烘箱，約烘30h至恒重(黃美玲，2010)。

1．4指標測定實驗時間為2013年8月30日至9月8日。8月30日為實驗第1天，9月8日為實驗第10天，隔天定時(9∶00)取樣。測定各組梯度的溫度，采用防水中心數字溫度計記錄;光照強度采用JC07-testo540光照度測量儀正對玻璃管底部測定。光密度法是測定藻類生物量的方法之一，其操作簡單、需要樣品量少、能夠準確而又快速地測出微藻生物量;呂旭陽(1986)在波長680nm時測得藻液吸光度值與小球藻細胞濃度有極顯著的線性關系，能夠很好地反應小球藻的生長情況;因此使用分光光度計測定波長680nm光密度值(OD680)(Griffiths，2011)。采用國際上廣泛應用的Arono法測定葉綠素(Chl．a)濃度(蘇正淑，1989);考慮紫外可見分光光度計的測量范圍和實驗誤差等因素，取樣10mL，稀釋10倍后測定OD680、Chl．a、溶解性總氮(DTN)、溶解性總磷(DTP)等指標，DTN與DTP根據《水和廢水監測分析方法》在實驗結束時測定(國家環境保護總局，2002)，以了解營養鹽的消耗情況;另外，考慮0%梯度不曝氣，小球藻由于自身重力作用沉降，在取樣前對該梯度通少量空氣將溶液混勻。由于取樣和蒸發將導致各梯度水樣損失，因此采樣結束后用去離子超純水補充至200mL。稱取9份0．1g處理后的藻粉，分別溶于15、20、25、30、40、50、100、250、500mL蒸餾水中，并測定其光密度值。比增長率(μ)計算公式為:μ=(lnxt－lnx0)/t式中:μ為比增長率;xt為第t天光密度值;x0為初始光密度值;t為初始至第t天的時間。根據所測得的光密度值，計算每個梯度小球藻每天的比增長率。采用真空高壓力鼓風機，通過調節進氣閥門使玻璃管中保持固定體積的曝氣量，而曝氣體積所占藻液體積的百分比即為曝氣比率(AR):AR=△V/V式中:V為藻液初始體積;△V為曝氣后藻液所增加體積。

2結果與分析

2．1生物量

2．1．1光密度值由圖2可知，不同曝氣比率條件下光密度值差異較大。各梯度的初始OD680值均為1．27。實驗期間，除0%對照外，各梯度OD680變化趨勢相近，隨著培養時間的增加，OD680均呈增長趨勢;其中，在第2－8天，20%曝氣比率小球藻生長優勢擴大，OD680明顯高于其他梯度，依次為20%＞30%＞10%＞50%＞70%＞2%＞0%。0%梯度由于水體未攪動，藻類沉降附著在玻璃管壁上，水體中缺少CO2等氣體，同時光合作用產生的O2不易排出，過高的溶氧不利于藻類生長(朱亮，2007)，小球藻死亡速率大于生長速率，生物量降低，至實驗結束時OD680降低至0．84;而2%梯度的設置是為了與不曝氣形成對比(2%表示剛好保證藻液中小球藻不沉降于管底，而其所曝入的空氣量又微小到可以忽略不計)，從圖2可以看到，前者小球藻的生長情遠好于后者，說明水體擾動對小球藻生長的影響遠大于補入空氣。

2．1．2葉綠素a濃度及其與光密度的關系從圖3可以看到，各梯度葉綠素a濃度變化在4．52～89．91mg/L。實驗初期的葉綠素a濃度均較低;從第3天起，葉綠素a濃度逐漸增大(0%梯度除外)，20%梯度的葉綠素a濃度高于其他梯度，30%梯度與其最為接近;至第9天，20%梯度下葉綠素a濃度最高，達到89．91mg/L;第10天各梯度(除10%與50%)葉綠素a濃度均略微下降，10%與50%梯度下葉綠素a濃度增大趨勢減弱，說明至第9天，小球藻的生長已趨于穩定;其中，2%梯度下葉綠素a濃度增長幅度小于其他梯度，0%梯度下小球藻停止生長，葉綠素a濃度幾乎沒有變化。結合圖2可知，葉綠素a濃度與OD680變化趨勢一致，通過回歸分析可知二者的線性關系顯著(圖4);葉綠素a濃度隨著OD680的增加而明顯升高。

2．1．3細胞干重與光密度值的關系如圖5所示，小球藻干重(x)與OD680值(y)也存在顯著的線性關系:y=2．6337x+0．2815(R2=0．9922)

2．2比增長率從圖6可以看出，無曝氣(0%)條件下的小藻比增長率始終最低，幾乎均為負值，表明小球藻在沒有曝氣的情況下，會生長緩慢甚至逐漸死亡;而其對照梯度2%則呈現出極低且穩定的比增長率，這是由于該梯度中所溶入空氣只能產生輕微的擾動，而沒有補充足夠的空氣促進O2在藻液中的傳遞與擴散。實驗前6d為小球藻對數生長期，在此階段，20%曝氣比率的小球藻比增長率一直保持最高，而10%、30%、50%和70%曝氣比率的小球藻比增長率變化趨勢差別不大;從第7天開始，20%曝氣比率的小球藻較其他梯度率先進入穩定期，以至于第7～9天其比增長率不再處于最高水平，可見各梯度小球藻的比增長率呈逐日下降;這是因為隨著其濃度增高，藻液濁度逐漸變大，光的透過率隨之變低，導致小球藻光合作用減弱;除了0%、2%和70%梯度的小球藻出現了負增長，其他梯度最小比增長率均大于0;由此判斷在足夠優化的培養條件下，小球藻的生長會一直保持在穩定期。

2．3營養鹽圖7是第10天各梯度溶解性總磷(DTP)和溶解性總氮(DTN)的含量。實驗所用BG-11培養基中，P含量為7．13mg/L，N含量為247mg/L;DTP最低值為0．41mg/L，DTN最低值為138．58mg/L，均沒有消耗完全。結合本文2．1．2中葉綠素a含量數據可知，至第8天各梯度小球藻的生長已趨于穩定，可以推斷實驗最后小球藻生長緩慢甚至死亡的限制因素不是營養鹽的缺失，而是因為受不同曝氣的影響其本身已達到生長穩定期。

2．4pH值藻液中的pH值會影響小球藻的光合作用及其對磷和無機碳的有效利用，同時還會影響其代謝產物的再利用性和毒性，pH值是影響藻類生長代謝的重要因子之一(王翠，2010)。圖8為不同曝氣比率pH值的變化。各梯度pH在8．51～11．55。10%、20%、30%、50%、70%梯度下pH變化較為一致，而0%、2%梯度下pH高于各梯度。實驗中曝氣所通入的CO2不僅參與藻細胞的生理代謝活動，而且改變培養液的pH，影響細胞內酶的活性(Tsuzuki，1990)。0%、2%梯度曝氣較弱，CO2含量較少，實驗期間，培養液pH較高，超過了適合藻類生長的范圍，因此0%、2%梯度下小球藻生長情況較差。

3討論

3．1小球藻最適曝氣比率的確定適量的曝氣不僅加速了水體復氧過程，使溶解氧水平得到提高，而且CO2的補充改變了水體中O2和CO2的含量組成(孫從軍，2001);同時曝氣也對水體進行了擾動，改善了藻液的混合狀況，增加藻胞與周圍介質交換營養和代謝產物的速率，使藻不斷得到新的營養物質供應，從而增加生產力和光合作用效率(Grobbelaar，1994);并能降低藻體間的相互遮蔭現象(李志勇，1998)。在一定的范圍內，增大曝氣比率能加速藻細胞的生長，但過大的曝氣比率會使得藻液過度摻混，液體之間產生較大的流體剪切力，對藻細胞造成損傷(Merchuk，1991)，同時使藻液過于分散，過度接收光照，超過其光飽和點，導致光合速率不再增加，甚至減弱和停止(歐陽崢嶸，2010)，不利于細胞生長。因此，不同曝氣比率對小球藻生長機制的影響不同，必定存在最適宜的曝氣比率。根據2．1．3中細胞干重與OD680的線性關系式，可求出各梯度每天的細胞干重，從而得出日生產量。統計各梯度最大OD680、比增長率μ和日生產量(詳見表1);可見不同梯度下小球藻ODmax、μmax、Cmax差異明顯。各梯度(0%除外)下的OD680隨時間變化逐漸增大，10%、20%、30%和50%梯度均在第10天達到最大值，0%梯度的ODmax出現最早。各梯度ODmax大小順序依次為20%＞30%＞10%＞50%＞70%＞2%＞0%。在本實驗曝氣比率范圍內，20%梯度下的小球藻OD680最大，與初始值差異達到9．580，生物量最大;30%梯度次之，為9．045。因此，若以ODmax為評價指標，20%和30%的曝氣比率最適合小球藻生長，尤以20%的曝氣比率為佳。實驗期間，0%梯度下的μmax最小，結合圖6，其第1、5、7、8天均呈負增長，整體死亡速率大于生長速率。各梯度μmax大小順序依次為20%＞50%＞10%＞30%＞70%＞2%＞0%;其中，20%和50%梯度下的μmax較大，20%的μmax高于其他梯度，為0．649;因此，若以μmax為最終評價指標，20%的曝氣比率下小球藻生長速率最快。0%和10%梯度下的日生產量在第2天達到最大，20%～70%共4個梯度日產量均在第3天達到最大，而2%梯度至第4天才出現Cmax，且其值最小。各梯度的Cmax大小順序依次為20%＞30%＞10%＞50%＞70%＞2%＞0%。若以Cmax為評價指標，20%的曝氣比率下小球藻日產量最大。綜合考慮不同評價指標，20%的曝氣比率較其他梯度更適合小球藻生長。

3．2曝氣比率與小球藻生長適配曲線優化分析為了探究曝氣比率與小球藻生長的適配曲線，將曝氣比率與ODmax、μmax、Cmax進行擬合(圖9)。曝氣比率與ODmax、Cmax和μmax均為3次拋物線擬合曲線，方差較高，擬合所得的曲線關系式均能較好地反映不同光照強度與小球藻生長之間的數學關系。曝氣比率在0%～50%時，ODmax先增長、后降低，峰值出現在20%～30%區間;50%＜x＜70%時的擬合曲線顯示，ODmax降低到一定值后再次上升，但實驗數據顯示ODmax無回升現象，而繼續呈降低趨勢，因此其關系式有待進一步驗證。曝氣比率(x)在0～50%的關系式為ODmax=170．63x3－231．83x2+84．341x+1．8439(0＜x＜50%;R2=0．9850)曝氣比率與Cmax的擬合曲線同ODmax的擬合曲線變化規律相似，峰值出現在20%附近，曝氣比率(x)與Cmax的關系式為:Cmax=15．844x3－19．803x2+6．8594x+0．0521(0＜x＜50%;R2=0．9285)曝氣比率與μmax的擬合曲線也為3次方程。圖9顯示，μmax呈先增長、后降低的趨勢，峰值出現在20%～30%區間，與實驗數據相符;曝氣比率(x)與μmax的關系式為:μmax=8．1202x3－11．428x2+4．4963x+0．1173(20%＜x＜30%;R2=0．8581)4結論(1)不同曝氣比率下，小球藻生長差異較大。適宜的曝氣量能促進小球藻的生長，曝氣比率為0%～70%時，小球藻OD680、葉綠素a濃度隨著曝氣強度的增加呈先增大、后減小的變化規律，且其濃度峰值均出現在20%～30%。不曝氣(0%)不適合小球藻生長，OD680、葉綠素a濃度在培養時間內逐漸降低;(2)曝氣比率不僅影響小球藻OD680和葉綠素a濃度變化，而且改變培養液的pH。曝氣比率較小時，培養液的pH較高;(3)曝氣比率適宜的小球藻比增長率最小值均≥0，說明在培養條件足夠優化時，小球藻的生長會一直處于穩定期;(4)不同評價指標的最適曝氣比率各異，綜合考慮認為小球藻最適曝氣比率為20%;(5)曝氣比率與μmax符合3次拋物線擬合曲線，且能較好地反應曝氣量與小球藻的數學關系;而其與ODmax和Cmax也符合3次拋物線擬合曲線，但只在有限區間內反映曝氣量與小球藻生長的關系，對于區間之外的數學關系仍需進一步驗證。

作者：萬曉安劉德富楊正建方麗娟崔玉潔朱小明胡雪單位：三峽大學水利與環境學院湖北工業大學資源與環境科學學院武漢大學水利水電學院