舟形藻悬浮培养条件优化及营养成分分析

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微藻的生长受很多因素的影响,本文以舟形藻(Navicula lenzi)为实验材料,采用静置培养,每天摇瓶3次的方式对舟形藻进行培养。采取单因素实验的方法,比较了不同培养基、温度、氮素、硅素、磷素、铁素浓度、盐度、光照强度下藻细胞的生长动力学曲线、比生长速率和生物量的差异;采收不同培养条件下稳定期的舟形藻,测定藻细胞中蛋白质、可溶性多糖、色素、粗脂的含量;并设计正交实验,对藻细胞的培养条件进行优化。培养基浓度对藻细胞生物量、可溶性多糖、色素、粗脂含量影响极显著(p<0.01),高浓度的培养基有利于藻细胞的生长及多糖的积累,6倍的f/2培养基中的藻细胞密度、比生长速率、生物量及多糖含量最高,藻细胞中的蛋白质、类胡萝卜素、粗脂含量与培养基浓度呈负相关,f/2培养基中含量最高,叶绿素亦在低浓度培养基中含量最高。以NaNO3为氮源,低光照强度下,氮素浓度对藻细胞的比生长速率的影响显著(p<0.05)。低光照强度下藻细胞的密度和比生长速率与氮素浓度成正比,1500mg/L实验组的藻细胞密度、比生长速率最高。高光照强度下,培养基中一定浓度的硝酸钠可以促进藻细胞的生长,氮浓度过高(2000mg/L)或过低(100mg/L)均不利于藻细胞的生长,1500mg/L实验组中藻细胞密度和比生长速率最大,但比生长速率与500mg/L实验组的差异不显著,且低于低光照强度下1500mg/L实验组。NaNO3为1500mg/L条件下藻细胞生物量、多糖含量最高,500mg/L实验组中藻细胞蛋白质、色素含量最高,低硝酸钠浓度(100mg/L)下藻细胞粗脂含量最高。以KH2PO4为磷源,磷素浓度对藻细胞的生长影响显著(p<0.05),相对高浓度的磷素促进藻细胞的生长,80mg/L实验组中藻细胞密度最高,40mg/L实验组中藻细胞比生长速率最高。营养成分含量随磷素浓度的增加呈现低高低的变化趋势,均在40mg/L时达到最大值。以硅酸钠为硅源,低光照强度下硅素浓度对舟形藻的生长影响显著(p<0.05),200mg/L实验组的藻细胞密度及比生长速率最大。高光照强度下200mg/L实验组中藻细胞比生长速率最大,100mg/L和400mg/L实验组的藻细胞比生长速率次之,但之间差异不显著,最适比生长速率条件(200mg/L)下藻细胞生物量、蛋白质、多糖含量最高,适当降低硅酸钠浓度有利于藻细胞色素和粗脂的积累,100mg/L实验组的藻细胞色素和粗脂含量最高。在实验设置的光照强度范围(1.8μmol·m-2·s-1~180μmol·m-2·s-1)内舟形藻均可生长,36μmol·m-2·s-1实验组的藻细胞比生长速率最高,光照强度对藻细胞的生长和营养成分含量的影响不一致,低光照强度(9μmol·m-2·s-1)更有利于藻细胞营养成分的积累。以柠檬酸铁为铁源,当培养基中柠檬酸铁浓度为2mg/L时,藻细胞密度最大,同时比生长速率也最大。藻细胞的理化成分受柠檬酸铁浓度的影响显著,当培养基中柠檬酸铁浓度为2mg/L时,单个藻细胞中生物量、蛋白质含量、多糖含量最高,当柠檬酸铁浓度为4mg/L时,单个藻细胞中的叶绿素、类胡萝卜素、粗脂含量最高。在实验设置的温度范围(15℃~28℃)内舟形藻均能正常生长,藻细胞的密度、比生长速率、生物量均在18℃时达到最大值,最适温度下藻细胞的蛋白质、多糖、色素含量较高,但多糖水平与22℃时差异不显著,叶绿素含量与22℃及25℃时差异不显著,低温能促进舟形藻细胞粗脂的积累,15℃时藻细胞粗脂含量最高。在实验设置的盐度范围(15‰~40‰)内舟形藻均能生长,盐度为25‰时藻细胞的密度及比生长速率最大,与20‰组差异不显著,盐度对藻细胞的生长及营养成分含量的影响不一致,正常海水(32‰)实验组中藻细胞蛋白质、色素、粗脂含量最高,盐度为20‰实验组的藻细胞多糖含量最高。在实验设置的各因素中,KH2PO4对藻细胞的生物量影响最大,其次是光照强度、NaNO3、Na2SiO3,通过L9(34)正交实验,确定出获得舟形藻最大生物量的培养条件优化组合为:NaNO3浓度500mg/L、KH2PO4浓度80mg/L、Na2SiO3浓度200mg/L、光照强度36μmol·m-2·s-1。此条件下,细胞内的营养成分含量相对较高。
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