微藻培养条件研究
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亚心形扁藻的生长条件摘要:亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)是一种海洋微藻,属绿藻门、绿藻纲、团藻目、衣藻科、扁藻属,个体较大,长11~16μm,宽7~9μm,厚3.5~5μm.因其富含蛋白质、脂肪等营养物质,易被水产动物幼体摄食消化,是水产动物育苗过程中的优质饵料。
在胁迫条件下可利用太阳能光解海水制氢,所以亚心形扁藻在水产养殖及生物能源方面均有广阔的应用前景,各受国内外关注。
关键词:C02 氮、磷浓度培养基Abstract:Platymonas subcordiformis is a Marine microalgae, of chlorophytagreen algae, the key link, volvox mesh, chlamydomonas branch, flat of algae,larger, long 11 ~ 16 μ m, width of 7 to 9 μ m, thick 3.5 ~ 5 μ m. becauseof its rich in protein, fat and other nutrients, susceptible to aquatic animalfeed young of digestion, is in the process of high quality aquatic animalsseedling feed. In the stress condition can use the solar energy GuangXie seawater to hydrogen, so the heart-shaped flat algae in aquaculture and biologicalenergy which has wide application prospects, by the attention at home andabroad.1.前言亚心形扁藻藻体一般扁压,细胞前面观呈广卵形,前端较宽阔,中间有一浅的凹陷,鞭毛4条,由凹处伸出。
藻类生长研究及应用前景近年来,藻类生长研究备受关注,因为它是一种可以高效制取生物质能源的生物体,同时,还可以用作食品和医药等方面的应用。
随着人类对能源和环境的需求越来越高,藻类在绿色化生产方面展现出了巨大的潜力。
本文将从藻类的生长特点、研究现状及应用前景几个方面进行探讨。
一、藻类的生长特点藻类是一类单细胞或多细胞的水生植物,它生长在水中,需要一定的光和营养物质。
藻类具有快速生长、适应性强、生物量高等特点,这使它成为一种极具潜力的生物质能源来源。
另外,藻类还能够吸收二氧化碳和其他污染物质,净化水体,这些特点让藻类成为了一种绿色环保能源。
二、藻类生长的研究现状当前,世界各地都在加强对藻类生长的研究,探索其在能源和环保领域的应用。
在技术手段上,人们已经成功地掌握了藻类的种质资源、培养技术和培养条件等方面的技术,为推动藻类产业化奠定了基础。
目前,藻类生长的分离培养技术、高密度培养技术、混合培养技术和液体流化床培养技术等都得到了广泛研究和应用。
尤其在高密度培养技术方面,我们已经可以将生物量提高到每升100克左右,这是未来产业化种植的必要条件之一。
三、藻类在能源方面的应用前景藻类生长具有很高的生物量、生长速度快、含油量高等特点,因此,藻类能够在生物质能源领域中起到重要的作用。
目前,利用藻类生产生物燃料已成为目前研究的热点。
利用藻类制备生物燃料主要包括两种方式:一种是将藻类中的油提取出来并转化为生物柴油,另一种是将藻类直接转化为乙醇等生物燃料。
目前,德国、美国、新西兰等国家都在积极推进藻类生产生物燃料的研究。
从实际应用来看,藻类制备的生物柴油和生物乙醇的能量利用率都达到了70%以上,因此,它已经成为了未来可持续能源的重要方向之一。
四、藻类在食品和医药方面的应用前景藻类在食品和医药方面的应用也备受关注。
最近几年,中国的藻类养殖区域正在不断扩大,其中不仅包括生产海藻、紫菜等传统藻类产品,还涉及到了生产微藻、螺旋藻等以生物学为基础的高端产品。
不同型号酵母浸粉及补糖对异养微藻生长的影响摘要微藻在FM802、FM902和FM760 3种不同型号的安琪酵母浸粉配制的培养基中进行异养生长,培养条件为28 ℃、200 r/min的摇床中进行暗培养,培养过程中补糖1次,每隔24 h取样20 mL进行分析检测。
结果表明:补糖情况下,型号为FM802的酵母浸粉比FM902培养微藻的效果稍好,FM760培养效果稍差;补糖有利于微藻干物质重的增加;在pH值为4.2~5.5的培养基中,微藻仍能快速生长。
Abstract The heterotrophic microalgae was cultured in the culture medium compounded by FM802,FM902 and FM760 three different types of angel yeast extract powders.The culture conditions were temperature 28 ℃and shaker rate 200 r/min of the shaking tables in darkness.In the process of cultivating had a carbohydrate supplement,and sampled 20 mL for analysis every 24 h,the experimental results showed that through carbohydrate supplement,the type for FM802 of yeast extract powder was slightly better than FM902 cultivate microalgae,the effect of FM760 was a bit poor.Carbohydrate supplement was benefit to increase the dry weight of microalgae.Microalgae still growed quickly when the pH value of culture medium was 4.2~4.5.Key words microalgae;heterotrophic;yeast extract powder;carbohydrate supplement生物柴油可持续发展,须有稳定和优质的原料来源,用微藻来生产生物柴油具有很大优势[1-2]。
制作金藻培养基的方法制作金藻培养基的方法1. 引言金藻是一种常见的微藻,广泛应用于生物学研究、环境监测以及生物能源领域。
为了满足金藻在实验室中的培养需求,制作适合金藻生长的培养基至关重要。
本文将介绍制作金藻培养基的方法,以供研究人员参考。
2. 购买试剂制作金藻培养基首先需要购买相应的试剂。
通常需要购买以下试剂:- 硝酸钠(NaNO3):供给金藻的氮源。
- 磷酸二氢钾(KH2PO4):供给金藻的磷源。
- 碳酸钠(Na2CO3):调节培养基的pH值。
- 硫酸镁(MgSO4):供给金藻的镁源。
- 硫酸铵((NH4)2SO4):提供金藻的硫源。
3. 准备培养基溶液制作金藻培养基的过程中,可以按照以下步骤准备培养基溶液:步骤1:向一定体积的蒸馏水中加入适量的硝酸钠、磷酸二氢钾、碳酸钠、硫酸镁和硫酸铵。
根据所需的培养基浓度及目标金藻的生长要求,可以调整试剂的添加量。
步骤2:使用磁力搅拌器将培养基溶液充分搅拌混合。
步骤3:检查溶液的pH值,通常金藻对中性或微碱性的培养基更适应,所以可以通过加入适量的碳酸钠来调整pH值。
步骤4:将培养基溶液过滤以去除杂质。
4. 瓶装和灭菌为了保证金藻培养的纯净性,可以按照以下步骤进行瓶装和灭菌:步骤1:将制备好的培养基溶液装入无菌培养瓶中。
瓶口应用塞子或锡箔纸盖好,以防止外界污染。
步骤2:将装满培养基溶液的瓶子进行高压灭菌或自动压力灭菌。
灭菌的时间和方法可以根据实验室的具体条件进行调整。
5. 金藻培养完成金藻培养基的制备后,可以按照以下步骤进行金藻的培养:步骤1:将培养瓶中的培养基溶液倒入无菌培养皿中,每个培养皿的培养基量可以根据实验需要进行调整。
步骤2:将金藻的培养液注入培养皿中。
根据所需的金藻浓度,可以调整注入的量,通常10mL的培养皿中添加1mL的培养液即可。
步骤3:将培养皿放在适当的光照条件下培养,金藻对光照条件较为敏感,适宜的光照可以促进金藻的生长。
6. 结论制作金藻培养基的方法相对简单,但是需要注意培养基中各种重要试剂的添加量和pH值的调节。
微藻固碳耦合工业废水处理技术研究进展微藻固碳耦合工业废水处理技术研究进展摘要:随着全球经济的快速发展和人口的增长,工业化进程带来的废水污染问题日益严重。
传统的废水处理方法存在着高能耗、高成本、处理效果不理想等问题。
近年来,微藻固碳耦合工业废水处理技术作为一种可持续、高效的废水处理方法备受关注。
本文综述了微藻固碳耦合工业废水处理技术的研究进展,包括微藻的筛选及培养条件控制、微藻使用工业废水中能源和营养物质的吸收与生长、微藻对污染物的降解及微藻生物质的资源化利用等方面的研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。
一、引言工业废水污染对环境和人类健康造成了严重威胁。
而传统的废水处理方法如生物处理、化学处理等存在着能耗高、设备复杂、处理效果差等问题。
近年来,微藻固碳耦合工业废水处理技术逐渐受到关注。
微藻具有高生物量、快速生长、对光照和温度适应性强等特点,被认为是一种理想的废水净化生物体。
二、微藻的筛选及培养条件控制在微藻固碳耦合工业废水处理中,微藻的筛选及培养条件控制是关键技术。
通过筛选合适的微藻种类,可以提高废水中有害物质的去除率。
同时,优化微藻的培养条件,如光照强度、温度、pH值等,可以促进微藻的生长和碳固定效率。
目前,有关微藻的筛选及培养条件方面的研究已取得了一定的进展,但仍需进一步深入研究。
三、微藻使用工业废水中能源和营养物质的吸收与生长工业废水中常含有大量的微量元素和营养物质,这些物质对微藻生长具有重要的影响。
微藻通过吸收工业废水中的氮、磷、硫、铁等元素来提高生物量,并固定大气中的二氧化碳。
研究结果表明,通过利用微藻固碳耦合技术,可以同时减少工业废水中有害物质的排放和利用废水中的资源。
四、微藻对污染物的降解微藻不仅可以吸收水中的有害物质,还能够通过其自身的代谢能力降解废水中的有机污染物。
微藻通过光合作用产生氧气,将有机污染物降解为二氧化碳和水。
同时,微藻中的一些特殊酶类也具有降解有机污染物的能力。
微藻微藻是一种微小的单细胞藻类生物,其在自然界中广泛分布并具有丰富的物种多样性。
微藻是现代生物技术领域中备受关注的研究对象,因为它们具有许多独特的特性和潜在的应用价值。
本文将介绍微藻的特点、分类和潜在应用领域,并探讨其在生物技术中的前景。
首先,微藻的特点使其成为研究的焦点之一。
微藻通常以单细胞的形式存在,尺寸微小、形态简单,因此易于培养和研究。
此外,微藻通常具有较高的光合效率,并能够在不同的光照、温度和营养环境下生长,因此对培养条件的要求相对较低。
微藻还可以产生大量的生物活性物质,如脂肪、蛋白质、多糖和酶类等,这些物质在医药、食品、化妆品和能源等领域中具有广泛的应用潜力。
根据形态和特征,微藻可以分为多个不同的类群。
最常见的微藻类群包括硅藻、绿藻、蓝藻、金藻等。
硅藻是一类具有二氧化硅壳的藻类,其壳具有复杂的形态和纹饰,并广泛分布于海洋和淡水环境中。
绿藻是一类普遍存在于水体和土壤中的藻类,其细胞含有叶绿素和类囊素等色素。
蓝藻是一种古老的藻类,其细胞结构简单,通常为单细胞或菌丝状,可以进行光合作用并固氮。
金藻是一类常见的淡水藻类,其细胞通常呈黄绿色,具有丰富的脂肪和类胡萝卜素等物质。
微藻在许多领域中具有广泛的应用潜力。
首先,微藻可以用作食品和饲料的来源。
由于其丰富的营养成分和天然产物,微藻可以作为高蛋白、高纤维和低脂肪的健康食品的原料,如螺旋藻、海藻和紫菜等。
此外,微藻还可以作为动物饲料的补充和替代品,为动物提供丰富的蛋白质和必需的营养物质。
其次,微藻在医药领域具有广泛的应用前景。
微藻可以生产抗氧化剂、多糖、多肽和生物活性物质等,这些物质具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、降血压和镇痛等多种药理活性。
此外,微藻还可以用于制备药物载体,帮助药物的传递和释放,提高药物疗效。
此外,微藻还可以用于环境保护和能源开发。
微藻具有较高的光合效率,可以利用阳光和二氧化碳进行光合作用,产生氧气并固定二氧化碳。
这对于减缓全球气候变暖和减少温室气体的排放具有重要意义。
小球藻小球藻小球藻(Chlorella)为绿藻门小球藻属普生性单细胞绿藻,是一种球形单细胞淡水藻类,直径3~8微米,是地球上最早的生命之一,出现在20多亿年前,基因始终没有变化,是一种高效的光合植物,以光合自养生长繁殖,分布极广。
目录小球藻细胞内含有丰富的叶绿素,属于单细胞绿藻,是真核生物。
小球藻(5张)也能发现。
在自然条件下水体中的个体不多,但在人工培养条件下能大量生长繁殖,产量很高,蛋白质含量为干重的50%左右,还富含其他成分。
小球藻是被最早开发的藻类蛋白,早在20世纪60年代初,日本就开始工厂化生产。
中国记载的小球藻有椭圆小球藻、小球藻和蛋白核小球藻3种,它们都可以进行人工培养。
与螺旋藻类似,小球藻不仅蛋白质含量高,氨基酸组成合理,还含有许多丰富的生物活性物质,对不少疾病具有辅助治疗作用。
小球藻对身体的强健作用比螺旋藻要强好几倍。
小球藻对心、肝、肾肺、肠胃、皮肤、感冒发烧等病都有很好的效果,最少要连续吃一个月。
小球藻抗病毒的能力极为强悍,吸毒排毒的能力也极强。
小球藻为世界上公认的健康食品,全世界微藻产业中产量最多的品种,在日本保健品中连续十年销量第一,全世界年产量2000吨,主要生产地为东南亚地区。
地球最早的神奇生物小球藻(俗称为绿藻),是五亿四千年前就已经在地球上繁衍的生物。
它是一种单细胞的绿色微藻类,不管绿藻是生态环境的巨变,还是自然灾害的侵袭,都没能毁灭它,其稳定的基因始终没有改变。
这种生物直到一百多年前人类发明了显微镜以后,生物学家拜尔尼克(M.W.Beyernick)博士才发现了它;把希腊文Chlor(绿色)和拉丁文表示细小物质Ella组合,将其命名为Chlorella。
因为它的直径只有3~8微米,必须用600倍以上的显微镜才能看见,且形状呈圆球形,所以被称为小球藻(绿藻)。
被赞誉为罐装的太阳小球藻生息在淡水中,它借助阳光、水和二氧化碳,以每隔20小时分裂出4个细胞的旺盛繁殖能力,不停地将太阳能量转化生成蕴涵多种营养成分的藻体,并在增值中释放出大量的氧气;而它的光合能力高于其他植物10倍以上。
富油微藻繁育技术优化与蓝藻产不饱和脂肪酸的基因工程微藻富含油脂、易于培养、生长周期短,可作为功能食品、饲料添加剂的替代来源。
然而,培养过程中存在生物质浓度低、规模化培养难、收获耗能高、新鲜水消耗大、特定多不饱和脂肪酸含量低等问题,导致微藻生物质及其组分成本高,限制了其商业化应用。
本论文以湛江等鞭金藻、假微型海链藻和聚球藻7002为研究对象,对微藻培养条件优化、光生物反应器设计、生物絮凝收获和絮凝上清再利用、基因工程蓝藻产不饱和脂肪酸等进行探索研究。
(1)湛江等鞭金藻和假微型海链藻的优化培养。
探讨了培养方式、光强和NaN03浓度对微藻生长和产物积累的影响以及培养过程中氮消耗与微藻生长间的关系。
结果表明,湛江等鞭金藻和假微型海链藻生长越快,对氮的吸收越多,兼养较光自养和光异养消耗更多的氮以满足生长需要。
充足的氮源和兼养培养时,蛋白质积累较多;NaN03浓度较低时,油脂积累较多。
综合考虑油脂产率和节约资源等因素,湛江等鞭金藻最佳油脂产率80.06mg/L/d 在光强为 100μmol/m2/s、NaN03 浓度为 375mg/L、兼养培养条件下获得。
光强为100μmol/m2/s,NaN03浓度为375mg/L,兼养培养,以更新率35%、更新周期1 d进行半连续培养湛江等鞭金藻生物量产率最大为344.40 mg/L/d。
此时湛江等鞭金藻多不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的30.82%左右,是生产作为营养品的微藻油脂的合适条件。
对假微型海链藻而言,生产油脂的最佳培养条件为:光强为200μmol/m2/s,NaNO3浓度为375mg/L,光自养培养,以更新率为25%,更新周期为1d进行半连续培养,油脂产率最大为52.47 mg/L/d,对应的生物量产率为 227.18mg/L/d。
(2)光生物反应器设计及微藻培养性能研究。
设计了柱式和平板式两种光生物反应器。
与柱式光生物反应器相比,平板式光生物反应器中培养微藻时可获得更高的生物量产率(228.89 mg/L/d)和油脂产率(83.34 mg/L/d),表明平板式光生物反应器利于微藻生长和油脂积累。
生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第18卷第2期2023年4月V ol.18,No.2Apr.2023㊀㊀基金项目:山东省自然科学基金资助项目(ZR2021MD014);国家自然科学基金青年基金项目(41606140);中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室(中国科学院海洋研究所)开放基金项目(KLMEES201803)㊀㊀第一作者:宫于琛(1999 ),女,硕士研究生,研究方向为海洋环境科学,E -mail:****************** ㊀㊀*通信作者(Corresponding author ),E -mail:***************.cnDOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220429002宫于琛,屈佩,刘瑞娟,等.环境CO 2浓度升高对海洋有毒微藻生长及产毒的影响研究进展[J].生态毒理学报,2023,18(2):141-151Gong Y C,Qu P,Liu R J,et al.Research progress on effect of elevated CO 2on growth and toxicity of marine toxic microalgae [J].Asian Journal of Eco -toxicology,2023,18(2):141-151(in Chinese)环境CO 2浓度升高对海洋有毒微藻生长及产毒的影响研究进展宫于琛1,2,3,屈佩2,3,刘瑞娟3,陈洪举1,3,庞敏2,3,*1.中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室,青岛2661002.自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋生态环境科学与技术重点实验室,青岛2660613.青岛海洋科学与技术试点国家实验室,海洋生态与环境科学功能实验室,青岛266237收稿日期:2022-04-29㊀㊀录用日期:2022-08-01摘要:近年来,由人类活动引起的近海环境污染不断加剧,这使得有害藻华(harmful algal blooms,HABs)暴发的范围及危害不断扩大,其中有毒微藻藻华也因其毒性效应而逐渐受到关注㊂18世纪后期以来,全球气候变化加剧了有毒藻华的发生和发展,其中有毒藻华暴发的潜力和危害性也可能增加,环境二氧化碳(CO 2)就是其中一个影响因素㊂到2019年为止,环境CO 2浓度已达到工业化(1750年)前的148%,对有毒藻华的发生㊁发展产生了重要影响㊂CO 2浓度的升高能够缓解微藻的碳限制,促进产毒藻类的固碳和生长;同时,CO 2溶于海水使得海水pH 降低,也有可能对某些有毒藻华微藻的生长产生影响㊂CO 2浓度升高还会影响有毒微藻藻毒素的合成,提高产毒效率或促使毒素由低毒性组分转化为高毒性㊂本文综述了环境CO 2浓度升高对有毒藻华微藻生长和产毒等的研究进展,探讨了CO 2升高背景下有毒藻华暴发的潜力及危害性,以期为深入研究全球变化对有毒藻华的影响提供参考,并为有毒藻华监测预警方案的优化提供理论支撑㊂关键词:CO 2;气候变化;有毒藻华;藻毒素文章编号:1673-5897(2023)2-141-11㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AResearch Progress on Effect of Elevated CO 2on Growth and Toxicity of Marine Toxic MicroalgaeGong Yuchen 1,2,3,Qu Pei 2,3,Liu Ruijuan 3,Chen Hongju 1,3,Pang Min 2,3,*1.The Key Laboratory of Marine Environment and Ecology,Ministry of Education,Ocean University of China,Qingdao 266100,China2.Key Laboratory of Marine Eco -Environmental Science and Technology,First Institute of Oceanography,Ministry of Natural Re -sources of China,Qingdao 266061,China3.Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao),Marine Ecology and Environmental Science Laboratory,Qingdao 266237,ChinaReceived 29April 2022㊀㊀accepted 1August 2022Abstract :In recent years,the pollution of coastal environment has been aggravated by human activities.As a re -142㊀生态毒理学报第18卷sult,the coverage and influence of harmful algae blooms(HABs)have been expanded.Among them,toxic algal blooms have drawn much attention due to its toxin productions.Since the industrial revolution after18th Centry,theclimate changes resulted from elevated environmental carbon dioxide(CO2)have intensified the occurrence ofHABs and could increase their toxicity.It was reported that the environmental CO2level in2019has reached148% of that before industrialization(1750),which may influence the potent and harm of toxic algal blooms.The elevat-ed CO2can alleviate the carbon limitation and promote carbon fixation and growth of toxic microalgae.However,lower pH may inhibit the growth of some species.The increasing of CO2concentration can also affect the toxin production and increase the cytotoxicity of some species,which increases the toxin synthesis or changes the toxincomposition with higher toxic components.This paper reviews the effects of elevated CO2on the growth and toxic-ity of marine toxic microalgae,discussed the potential changes of toxic algal blooms under elevated CO2and pro-vided optimization suggestions to strengthen toxic algal bloom monitoring with climate changes.This study sug-gests that it is necessary to consider the changes of environmental CO2during coastal water monitoring.And adjus-ting the monitoring index of toxic algae density timely may provide a more accurate way to predict the toxicity of HABs.Keywords:CO2;climate change;harmful algal blooms;algal toxin1㊀有毒藻华㊁藻毒素与气候变化(Toxic algal blooms,algal toxins and climate changes) 1.1㊀有毒藻华有害藻华(harmful algal blooms,HABs)是指海洋中的浮游生物,如浮游微藻㊁原生动物或细菌等,在一定的环境条件下,短时间内异常增殖和聚集,引起水色变化的灾害性海洋生态现象[1]㊂HABs会导致海洋生态系统的严重破坏[2]㊂近20年来,近海HABs不断加剧,成为全球性的海洋环境问题㊂20世纪90年代以来,对HABs的研究开始强调其毒性和危害性,HABs中的有毒藻华越来越受到关注[3]㊂本文综述主要指的是海洋有毒微藻暴发性增殖形成的藻华㊂甲藻和硅藻是形成有毒微藻藻华的主要藻种㊂世界各地已报道的4000余种微藻中,能引发HABs 的种类有337种[4]㊂其中,至少有100种可以产生并分泌藻毒素[5]㊂我国已有记录的海洋有毒微藻有17种[6-20](表1)㊂近年来,随着人类活动对近海环境污染的加剧,有毒藻华灾害频繁暴发㊂根据2016 2020年的中国海洋灾害公报统计,我国近海多次引发HABs的藻种以东海原甲藻(Prorocentrum dong-haiense)和米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)等产毒甲藻为主(表2)㊂在2018年,米氏凯伦藻作为中国近海有毒藻华的主要优势种,引发有毒赤潮7次,累计面积214km2[8]㊂有毒藻华不仅影响植食性鱼类和滤食性贝类等海产品品质,对海洋渔业造成经济损失,还可引发人类中毒事件,危害人类健康㊂1.2㊀藻毒素海洋有毒微藻产生的藻毒素各不相同且结构复杂㊂海洋藻毒素最初是按照引起人类中毒的症状以及毒素传递媒介被分为:麻痹性贝类毒素(paralytic shellfish poisoning toxins,PSTs)㊁腹泻性贝类毒素(di-arrhetic shellfish toxins,DSTs)㊁神经性贝类毒素(neu-rotoxic shellfish toxins,NSTs)㊁记忆缺失性贝类毒素(amnesic shellfish toxins,ASP)㊁西加鱼毒素(ciguatera fish toxins,CFTs)和溶血性毒素(haemolytic toxins, HTs)等[21]㊂后来随着分析化学的发展,越来越多的海洋藻毒素结构被解析出来,2004年,联合国粮农组织㊁联合国政府间海洋学委会和世界健康组织,根据海洋藻毒素的化学结构,将其划分为八大类,包括氮杂螺环酸组(AZA)㊁短裸甲藻毒素组(BTX)㊁环亚胺类毒素组(CI)㊁大田软海绵酸毒素组(OA)㊁扇贝毒素组(PTX)㊁虾夷扇贝毒素组(YTX)㊁石房蛤毒素组(STX)和软骨藻酸组(DA)等[22]㊂这种分类方式较早前根据中毒症状对毒素的分类方法能更准确地将各种毒素进行归类比较,因此也逐渐成为目前使用更普遍的分类方式㊂STX和DA是水溶性毒素[23]㊂STX分子式为C10H17N7O4,在高温和酸性条件溶液中稳定,是毒性最强的神经毒素之一,主要来源为膝沟藻属(Gon-yaulax)和亚历山大藻属(Alexandrium)[24]㊂DA是一种非蛋白氨基酸,分子式为C15H21NO6,可导致记忆力丧失,主要来源于拟菱形藻属(Pseudonitzschia)[24],在近海被检出较多[23]㊂AZA㊁BTX㊁CI㊁OA㊁PTX和YTX均为脂溶性毒素,且除CI外均为聚醚类化合第2期宫于琛等:环境CO 2浓度升高对海洋有毒微藻生长及产毒的影响研究进展143㊀物㊂AZA 的结构包含6,5,6-三螺环㊁一个环胺结构和羧基,主要来源为环胺藻属(Azadinium )[25]㊂OA 分子式为C 44H 68O 13,主要来源于鳍藻属(Dinophysis )和原甲藻属[24]㊂BTX 是包含10~11个环状结构的大环聚醚类物质,主要由短裸甲藻(G.brevis )产生㊂PTX 和YTX 同为大环内酯聚醚毒素㊂PTX 包含8个小环醚,产毒藻主要为鳍藻属[26]㊂YTX 含有2个磺酰基,已报道的产毒藻有网状原甲藻㊁多边舌甲藻(Lingulodinium polyedrum )和具刺膝沟藻(G.spinif -era )[27]㊂CI 大多由海洋甲藻产生,也可以在贝类等生物中通过代谢作用形成[26]㊂脂溶性藻毒素在近海海水中及贝类样品中较易被检出,其中OA 组和PTX 组毒素分布最为广泛,在大西洋㊁太平洋及地中海沿岸多个国家近海均有检出[23]㊂表1㊀中国近海已有记录产毒藻种统计Table 1㊀Statistics of recorded toxigenic algae species in offshore China产毒藻种Toxic algal species 种名Specific name分布海域Distribution in ocean藻毒素种类Toxin type参考文献References芬迪亚历山大藻Alexandrium fundyense YS,BS 塔玛亚历山大藻Alexandrium tamarense YS,BS,ECS,SCS微小亚历山大藻Alexandrium minutum SCS 太平洋亚历山大藻Alexandrium pacificum YS,BS,ECS,SCS 链状裸甲藻Gymnodinium catenatum YS,BS,ECS巴哈马梨甲藻Pyrodinium bahamense SCS 石房蛤毒素组(STX)Saxitoxin (STX)[7][8][8][7,9-10][11][12]渐尖鳍藻Dinophysis acuminata YS 大田软海绵酸毒素组(OA)㊁扇贝毒素(PTX)组Okadaicacid (OA),pectenotoxin (PTX)[13]利玛原甲藻Prorocentrum lima SCS 慢原甲藻Prorocentrum rhathymum YS,SCS 东海原甲藻Prorocentrum donghaiense ECS 大田软海绵酸毒素组(OA)Okadaic acid (OA)[14][15][8]拟菱形藻Pseudo -nitzschia simulans SCS软骨藻酸组(DA)Domoic acid (DA)[16]腹孔环胺藻Azadinium poporum YS,BS,SCS 氮杂螺环酸组(AZA)Azaspir acid (AZA)[17]网状原甲藻Protoceratium reticulatum YS 虾夷扇贝毒素组(YTX)Yessotoxin (YTX)[18]奥氏亚历山大藻Alexandrium ostenfeldii YS,BS 削廋伏尔甘藻Vulcanodinium rugosum SCS 环亚胺类毒素组(CI)Cyclicimine (CI)[19][20]米氏凯伦藻Kerina mikimoto YS,ECS 短凯伦藻Kerina breveECS短裸甲藻毒素组(BTX)Brevetoxin (BTX)[8][8]注:BS 代表渤海,YS 代表黄海,ECS 代表东海,SCS 代表南海㊂Note:BS means the Bohai Sea,YS means the Yellow Sea,ECS means the East China Sea,and SCS means the South China Sea.表2㊀2016 2020年中国近海有害藻华(HABs )优势种㊁藻华次数和累计受灾面积Table 2㊀The main dominant species,event numbers and cumulative areas of harmful algalblooms (HABs)in coastal sea areas during 2016 2020in China年份Year 有害藻华优势种数Numbers of HABs dominant species主要有害藻华优势生物Main HABs dominant species 引发有害藻华次数Number of times累计受灾面积/km 2Cumulative affected area/km 2202014东海原甲藻P.donghaiense 101215201916东海原甲藻P.donghaiense 121251201818米氏凯伦藻K.mikimotoi 7214201734米氏凯伦藻K.mikimotoi 121247201628东海原甲藻P.donghaiense152966144㊀生态毒理学报第18卷1.3㊀全球气候变化与CO2浓度升高全球气候变化包括了温度㊁降水㊁营养盐㊁太阳辐射和温室气体浓度等诸多因素,这些因素对浮游植物的生命活动产生重要的影响,加剧近海海洋有毒微藻暴发性增殖带来的危害㊂降水的变化可能改变表层海水营养盐条件,其中磷(P)或氮(N)营养盐的限制可以显著影响海洋有毒微藻的细胞毒性[28-30]㊂温室气体的过度排放导致了温室效应,据模型预测,到21世纪末全球表层海水平均温度将会持续升高1~4ħ[31]㊂海水温度升高可在特定海域促进部分产毒甲藻的短期快速增殖[32],使细胞毒素含量增加[33],增加有毒藻华形成的可能性,使低温下毒性更强的藻种引发的有毒藻华在纬度更高的海区出现[34-35],也可能使有毒藻华更快进入衰退期[28]㊂有研究预测温室效应引起的水温升高还可使上层海水更稳定,导致全球多处混合层变浅[36],这将使海洋有毒微藻收到的光照强度增加,也可促进其生长[37],影响有毒微藻合成毒素的浓度[38]㊂CO2是主要的温室气体,在燃烧化石燃料㊁砍伐森林㊁工业化和水泥生产等过程中排放㊂CO2在大气中的浓度已从工业革命前的284Pa又上升到2013年的400Pa[31]㊂联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)第5次评估报告预估,到21世纪末(2100年)大气CO2分压可能达到1013Pa[31]㊂海洋是地球表面最大的碳库,吸收了人类排放CO2总量的1/3[32]㊂随着海洋吸收CO2量的增加,海水pH也随之降低,引起海洋酸化㊂与19世纪70年代前相比,表层海水H+浓度已增加了32%,pH下降了0.1[34-35]㊂IPCC预测,到21世纪末表层海水pH将下降0.3~ 0.4[31]㊂Jiang等[39]预测,到21世纪末,海洋表层的溶解性无机碳将増加12%㊂同时,海水pH降低及CO2浓度增加将影响氮的氧化还原反应以及自养生物在调节氮循环中的生物反应,影响营养盐的形态和循环,进而影响海洋有毒藻华的发生[40-41]㊂环境CO2浓度的升高不仅会影响海洋有毒微藻光合作用效率㊁固碳和生长等,还可能促使某些微藻所产毒素的毒性增强,加剧有毒藻华暴发的危害,并和其他气候变化因素共同作用,影响海洋有毒微藻的生长和产毒㊂2㊀环境CO2浓度升高对海洋有毒微藻生长及产毒的影响(Effect of elevated CO2on growth and tox-icity of marine toxic microalgae)浮游植物是海洋生态系统的初级生产者,贡献了地球约50%的初级生产力[42]㊂包括海洋有毒微藻在内的浮游植物能够通过吸收CO2调节气候,在海洋和全球碳循环中起着举足轻重的作用㊂同时,环境CO2浓度升高也会引起海水碳酸盐系统的改变,使得海洋生物赖以生存的生境发生变化,反过来影响有毒微藻的生理㊁生长和新陈代谢过程㊂2.1㊀环境CO2浓度升高对海洋有毒微藻生长的影响海洋有毒微藻的生长除了受温度㊁营养盐㊁光照和盐度的影响外,还往往受到碳限制[43]㊂为克服碳限制,藻类利用其碳浓缩机制(CO2concentrating mechanism,CCM),催化HCO-3和CO2之间的相互转化㊂CO2浓度升高有助于缓解藻类的碳限制,改变它们的生长周期,促进初级生产力的提高,但这种影响会因藻种不同而存在明显差异[44],表现为对有毒微藻生长的促进或抑制,具有Ⅱ型核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco酶)的甲藻对碳限制更敏感[45],因此高浓度的CO2能显著提高这些有毒甲藻的生长速度㊂已有研究表明,环境CO2浓度的提高,会增强某些甲藻,如强壮前沟藻(Amphidinium carter-ae)㊁塔玛亚历山大藻(A.tamarense)和网状原甲藻(P. reticulatum)等的Rubisco酶和碳酸酐酶(carbonic an-hydrase,CA)的活性,进而促进光合作用[44]㊂然而,也有研究指出,高浓度CO2会降低藻类对溶解无机碳(DIC)的亲和力,下调CCM[46]㊂例如,假微型海链藻(Thalassiosira pseudonana)和中肋骨条藻(Skele-tonema costatum)等在高浓度CO2环境下CA酶活性显著降低(P<0.05),HCO-3向CO2的转化受到抑制,光合作用效率降低[38]㊂此外,环境CO2浓度升高也会影响藻类Rubisco酶的活性,影响氧化还原作用和电子传递作用,抑制或促进藻类的光呼吸,从而改变细胞的光合效率及呼吸效率,影响有毒微藻的生长[47-49]㊂部分有毒微藻在环境CO2升高条件下的生长情况如表3所示[44-45.47,50-54]㊂如前所述,海洋吸收大气中过量的CO2使海水pH下降,部分藻类因其生理结构或特性,可能对海水pH降低产生反应[55],如高CO2浓度和低pH会降低碳酸酐酶对溶解性无机碳的亲和力,抑制部分甲藻的生长[56]㊂另外,Brandenburg等[57]采用荟萃分析方法评估CO2富集对亚历山大藻生长和毒性的影响得出,与其他浮游植物物种相比,由CO2驱动的生长速度增加可能为有毒藻华物种带来额外的竞争优势㊂高浓度的环境CO2对不同藻类生长影响第2期宫于琛等:环境CO2浓度升高对海洋有毒微藻生长及产毒的影响研究进展145㊀的差异,也可能改变生物的种间竞争关系,导致浮游植物群落物种组成改变㊁优势种更替㊂例如,米氏凯伦藻和盐生杜氏藻(Dunaliella salina)在共培养体系中,2种微藻的最大环境容纳量相对于单培养体系均受到显著(P<0.05)抑制,环境CO2升高使2种微藻的竞争关系表现为向有利于米氏凯伦藻的方向发展[54]㊂环境CO2的升高对海洋有毒微藻生长的促进作用使其能在更短的时间达到预警密度,或者其峰值密度更高,产生危害的相应增大㊂2.2㊀环境CO2浓度升高对海洋有毒微藻产毒的影响环境CO2浓度升高往往会影响海洋有毒微藻的新陈代谢,进而影响其代谢产物 藻毒素㊂多种海洋有毒微藻在环境CO2浓度升高条件下毒素产量增加㊂例如,Tatters等[55]发现CO2浓度升高刺激链式亚历山大藻(A.catenella)产生更多毒素㊂在环境CO2水平升高的条件下,从东海分离的塔玛亚历山大藻株的生长和细胞毒性均显著(P<0.05)增加[58]㊂Sun等[59]的研究表明高浓度CO2刺激多列拟菱形藻(Pseudo-nitzschia multiseries)产生更多的DA㊂胡顺鑫等[54]发现米氏凯伦藻在高浓度CO2环境中的无细胞过滤液对盐生杜氏藻有明显的抑制作用,据此推测高浓度的CO2使米式凯伦藻分泌的溶血性毒素等化感物质增多㊂Jin等[60]通过海洋酸化的中尺度宇宙实验(mesocosm experiment),发现海洋球石藻(Emiliania huxleyi)产生的有毒酚类化合物随着CO2浓度升高而明显增多㊂有研究报道比较了CO2限制和CO2饱和条件下短凯伦藻(K.breve)产毒情况,发现藻细胞在CO2饱和条件下产生的DA是CO2限制条件下的3倍~4倍[61]㊂也有研究发现,高CO2浓度可延长芬迪亚历山大藻(A.fundy-ense)的分裂周期,增加藻毒性[62]㊂当然,环境CO2浓度升高并不是对所有海洋有毒微藻的产毒都具有促进作用,也有一些藻种,如红褐藻(Chrysochromu-lina polylepis)㊁多列拟菱形藻等产生的毒素含量随着CO2增加而显著降低(P<0.05)[63]㊂表3㊀部分海洋有毒微藻在环境CO2升高条件下生长情况的变化Table3㊀Growth changes of some toxic microalgae under the condition of elevated CO2有毒微藻种类Toxin microalgae species藻种分选源地Source of toxic algaeCO2胁迫条件(pCO2/Pa)CO2stress condition(pCO2/Pa)促进或抑制生长Promote or inhibit growth参考文献References赤潮异弯藻Heterosigma akaahiwo中国长江口Yangtze Estuary,China1013ʏ[50]中国秦皇岛Qinhuangdao,China1013;2026ʏ[51]微小亚历山大藻A.minutum中国东海East China Sea810;1216ʏ[52]中国南海South China Sea810;1216ʏ[45]塔玛亚历山大藻A.tamarense中国东海East China Sea1013ʏ[53]北海(德国近岸区域)North Sea(German coastal area)810;1216ˌ[44]东海原甲藻P.donghaiense中国近海China offshore810;1520ˌ[47]米氏凯伦藻K.mikimotoi中国近海China offshore810;1520ˌ[47]中国近海China offshore1013;2026ʏ[54]锥状斯氏藻Scrippsiella trochoidea北海(德国近岸区域)North Sea(German coastal area)810;1216ˌ[44]注:ʏ表示促进生长,ˌ表示抑制生长;pCO2为CO2浓度㊂Note:ʏmeans promote toxin algae growth,andˌmeans inhibit toxin algae growth;pCO2stands for concentration of CO2.146㊀生态毒理学报第18卷㊀㊀CO2浓度升高不仅影响海洋有毒微藻的毒素产量,同样也能影响其所产毒素组分㊂van de Waal等[64]的研究显示,环境CO2分压高达1216Pa时,塔玛亚历山大藻所产的毒素总量基本不变但毒性降低,因其麻痹性贝类毒素(PSP)向毒性更小的无磺基毒素转化㊂Fu等[65]证明了高CO2分压导致剧毒卡尔藻(Karlodinium veneficum)胞内毒素向毒性更强的衍生物转化㊂Kremp等[66]发现分离自波罗的海的亚历山大藻PSTs毒素组成随着CO2浓度的增加而改变,其中西加毒素(GTX)含量在不断增加㊂Pang等[58]的研究结果表明,与400Pa相比,在环境CO2分压为1013Pa条件下我国东海的塔玛亚历山大藻虽然单细胞毒素产量减少了一半,但是由于细胞内毒性较强的GTX1和GTX4组分浓度的增加,单个藻细胞的毒性增强了近60%㊂表4总结了部分海洋有毒微藻在高浓度环境CO2条件下主要致毒组分表4㊀部分海洋有毒微藻在高浓度环境CO2条件下主要致毒组分的变化及毒性增减情况Table4㊀Changes of major toxic components and the toxicity of some toxicmicroalgae under high concentrations of CO2有毒微藻Toxic microalgae藻种分选源地Source of toxic algaeCO2胁迫条件(pCO2/Pa)CO2stress condition(pCO2/Pa)致毒组分及变化Toxin componentsand changes毒性增加或减少Changes oftoxicity参考文献References微小亚历山大藻A.minutum中国东海East China Sea810;1216GTX1ʏ,GTX2ˌ,GTX3ˌ,GTX4ʏʏ[51]中国南海South China Sea810;1216GTX1ʏ,GTX2ˌ,GTX3ˌ,GTX4ʏʏ[45]塔玛亚历山大藻A.tamarense中国东海East China Sea1013GTX1ʏ,GTX4ʏ,C1ˌ,C2ˌʏ[58]德国近海German offshore182~1216STXˌ,NEOʏˌ[64]芬迪亚历山大藻A.fundyense美国缅因州海湾Gulf of Maine,United States of America1013;1317C2ˌ,GTX3ʏʏ[69]美国纽约北港湾New York North Harbor,United States of America912~1925GTX1ʏ,GTX4ʏ,C1ˌ,C2ˌʏ[62]加拿大芬迪湾Bay of Fundy,Canada912~1925 [62]奥氏亚历山大藻A.ostenfeldii 波罗的海Baltic sea760STXʏ,(GTX2+GTX3)ˌʏ[68]剧毒卡尔藻K.veneficum美国南加州沿海Coastal Southern California,United States of America755KmTx-1ʏ,KmTx-2ˌʏ[69]多列拟菱形藻P.multiseries美国南加州沿海Coastal Southern California,United States of America775DAʏʏ[59]海洋球石藻E.huxleyi德国近海German offshore1013酚类化合物ʏPhenolicʏʏ[60]注:ʏ表示毒素含量增加,ˌ表示毒素含量减少, 表示无明显变化;pCO2为CO2浓度;GTX1~4为膝沟藻毒素(Gonyautoxins),C1㊁C2为N-磺酰氨甲酰基类毒素(N-sulfocarbamoyl toxins),STX表示石房蛤毒素(saxitoxin),NEO表示新石房蛤毒素(neosaxitoxin),KmTx-1㊁KmTx-2表示卡尔藻毒素(karlotoxins),DA表示软骨藻酸(domoic acid)㊂Note:ʏmeans an increase of toxin,ˌmeans a decrease of toxin,and means there is no significant change of toxin;pCO2stands for concentration of CO2;GTX1~4stand for gonyautoxin1~4,C1,C2stand for N-sulfocarbamoyl toxins,STX stands for saxitoxin,NEO stands for neosaxitoxin, KmTx-1,KmTx-2stand for karlotoxins and DA stands for domoic acid.第2期宫于琛等:环境CO2浓度升高对海洋有毒微藻生长及产毒的影响研究进展147㊀的变化及毒性增减情况㊂已有研究结果显示,不同海洋有毒微藻产毒对CO2浓度升高的响应不同,且同一藻种的不同地域株之间也有差异,如Hattenrath-Lehmann Theresa等[62]的研究结果显示,在较高水平的CO2分压下,分离自纽约北港湾的芬迪亚历山大藻总细胞毒性显著提高71%~81%(P<0.05),而分离自芬迪湾的芬迪亚历山大藻则无变化㊂也有研究发现分离自我国广东省珠江口海域的塔玛亚历山大藻,高浓度的环境CO2(1114Pa)可以减轻富营养化氮源对毒性的影响[67]㊂因此未来气候变化对有海洋有毒微藻产毒的影响可能需要结合不同海域的环境理化因素综合考虑和具体分析㊂另外,早期有研究通过直接在培养体系内添加酸(HCl)或碱(NaOH)调节水体的pH,改变水体的CO2溶解饱和度,以分析CO2对海洋有毒微藻生长和产毒的影响[68-69]㊂但添加酸碱改变pH会影响毒素的手性性质,进而影响毒性,并不能真实反映环境CO2浓度变化对海洋有毒微藻生长和产毒的影响㊂现在更多的研究采用向培养环境中泵入不同CO2分压的气体或CO2饱和水的方式,使实验结果更具可比性[56,59]㊂2.3㊀其他环境因子与CO2升高的协同作用随着全球气候变化加剧,海水变暖㊁海洋酸化对有毒藻华的影响受到广泛关注,也有研究将环境CO2浓度与其他环境因素如营养盐㊁海水温度结合,探究它们对海洋有毒微藻生长和产毒的协同影响㊂例如在酸化环境中升高海水中NʒP的比例可促进微小亚历山大藻细胞毒素含量和毒性的增加,但不能促进其生长[70];在N限制和CO2升高的协同作用下,芬迪亚历山大藻的细胞毒性高于任一因素单独作用的结果[71-72];在硅酸盐限制条件下升高CO2水平会使拟菱形藻(P.fraudulenta)的细胞毒性显著增强(P<0.05)[55]㊂CO2浓度升高与海水温度升高能够协同作用,刺激铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的生长,但主要是通过提高铜绿微囊藻的生物量来影响总毒素含量,而单个细胞的产毒量并不随CO2浓度和温度升高而增加[73]㊂这也提示我们对多个影响因素的综合探究有助于进一步了解毒素变化的机制,并预估这些气候因素的耦合作用对海洋中有毒藻华在实际海区中暴发的条件㊁毒性和危害有怎样的影响㊂目前探究环境CO2分压对有毒微藻生长及产毒的影响多为室内模拟实验,但考虑生物和非生物因素之间复杂的相互作用,已有研究通过设计更接近自然条件的中宇宙野外实验探究CO2分压升高及其他环境因素共同作用对一些浮游植物的影响㊂如Wohlrab等[74]在瑞典Gullmar海湾进行的中宇宙实验表明,高CO2分压的硅藻群落中软骨藻酸含量显著增加,这可能与群落结构向拟菱形藻的转变和/或拟菱形藻体内软骨藻酸产量的增加有关,且在营养有限的条件下,CO2分压水平升高会协同增加软骨藻酸的水平㊂目前针对有毒微藻的野外围隔实验研究还很有限,在未来的研究中应该着重开展此类方法的实验工作㊂3㊀研究展望(Research prospect)综上所述,环境CO2浓度的升高会影响海洋有毒微藻的生长和产毒,使有毒微藻暴发性增殖时的环境风险发生变化㊂尽管迄今已有大量的研究致力于揭示海洋酸化对海洋生物的影响,但由于海洋有毒微藻地域分布较广,且种类分支较多,因此目前的研究结果尚未获得较为统一的结论㊂未来研究气候变化对有海洋有毒微藻产毒的影响可结合不同海域的环境理化因素综合考虑,将这些研究结果进行比较和联系㊂另外,气候变化对浮游植物尤其是海洋有毒微藻的影响研究,目前多为通过室内模拟某种气候变化条件进行实验研究,难以实现自然海区中,海水温度㊁海水pH㊁光照强度和营养盐等多种理化因素的变化,可能与实际情况存在差距,温室气体对气候变化背景下的海洋环境产生的复杂多元交互影响仍待继续探究㊂目前已有研究人员通过中宇宙野外实验体系加入CO2气体或饱和水的方式来模拟研究环境CO2升高对常见水生生态系统中无毒HAB微藻演替的影响㊂但由于海洋有毒微藻的产毒特性,对其开展野外实验时藻毒素进入海洋造成环境污染的安全隐患,以及如短裸甲藻毒素能形成气溶胶进而引发气喘㊁神经伤害等的安全问题,如何在安全保障的前提下开展有毒藻的中宇宙生态系统模拟实验也是亟待在未来进一步解决的技术瓶颈㊂在应用的层面,已知多种气候因素对环境条件的改变,使海洋有毒微藻在浮游生物群落中相对于其他非产毒藻变得更具竞争力[57,67,74],增强了部分有毒微藻产生㊁分泌藻毒素,使得海洋环境中有毒藻华发生的可能性和危害性都将增加㊂因此,在实际藻。
螺旋藻的生长速率对养殖效益的影响研究螺旋藻是一种常见的微藻,具有丰富的营养价值和广泛的应用前景。
螺旋藻的生长速率是决定其养殖效益的关键因素之一。
本文将以螺旋藻的生长速率为主题,探讨其对养殖效益的影响,并对相关研究进行综述和分析。
1.螺旋藻的生长速率及其影响因素螺旋藻的生长速率受到多种因素的影响,包括温度、光照强度、营养物质和pH值等。
适宜的生长条件可以促进螺旋藻的生长,提高其养殖效益。
温度是螺旋藻生长的关键因素之一。
通常,螺旋藻的适宜生长温度为20-30摄氏度。
过高或过低的温度都会对螺旋藻的生长速率产生不利影响,从而影响养殖效益。
光照强度也对螺旋藻的生长速率有重要影响。
由于螺旋藻是一种光合微生物,光照是螺旋藻生长所必需的能量来源。
适宜的光照强度可以提高光合作用效率,促进螺旋藻的生长。
营养物质的供应对螺旋藻的生长速率具有显著影响。
螺旋藻需要充足的氮、磷、钾等营养物质来维持其正常的生长和代谢活动。
合理调控这些营养物质的供应量,可以有效提高螺旋藻的生长速率。
pH值是影响螺旋藻生长的另一个关键因素。
适宜的pH值范围有助于维持水体的酸碱平衡,保持螺旋藻的正常生长。
过高或过低的pH值都会对螺旋藻的生长速率产生负面影响。
2.螺旋藻生长速率对养殖效益的影响螺旋藻的生长速率直接影响其养殖效益。
快速生长的螺旋藻可以更快地繁殖和积累生物质,提高养殖产量。
首先,螺旋藻的快速生长可以提高其养殖的经济效益。
生长速率快的螺旋藻能够更快地达到规模化生产的要求,从而降低生产成本,提高利润。
此外,螺旋藻的高生长速率也意味着更高的养殖密度,可以有效利用养殖场地,提高养殖效益。
其次,螺旋藻快速生长能够增加其营养价值。
螺旋藻富含蛋白质、多不饱和脂肪酸、维生素和矿物质等多种营养物质,对人体健康具有重要意义。
快速生长的螺旋藻可以更快地积累这些营养物质,提高其营养价值和市场竞争力。
最后,螺旋藻的生长速率还影响其应用领域的开发。
螺旋藻的生物质可以提取植物蛋白、藻胆蛋白和多不饱和脂肪酸等有用成分,广泛用于食品、保健品、化妆品等领域。
微藻中油脂的提取摘要:微藻作为重要的生物能源原料,具有巨大的生物质生产潜力。
微藻中的油脂主要用于制得生物柴油。
本文结合现阶段我国能源发展的现状以及微藻的培养,综述了近年来微藻油脂提取方面的方法:氯仿甲醇法,乙醚石油醚法,气浮法,絮凝法,索氏抽提法,bligh-dyer 法,研磨法,酸解法,冻融法。
关键词:微藻微藻油脂油脂提取法石油供应紧张和环境恶化已经成为制约世界经济可持续发展打主要瓶颈。
作为重要的替代补充能源,生物质能开发越来越受到关注。
这也就意味着油脂与人类的关系越来越密切,因为无论是作为各种可再生生物燃料(生物柴油,甲烷,氢气,乙醇)的原料还是加工成为保健食品,油脂都具有至关重要的作用。
目前,油脂的来源仍然主要是植物以及动物脂肪,但是这种传统的油脂来源已经完全不能满足人们食用,工业等各种需求,因此寻找一种成本低,来源广以及成分好的油脂原料成为亟待解决的问题。
目前可以用来生产油脂的原料主要包括粮食作物,油料植物(豆油,花生油,菜籽油等),木质纤维素和微藻等。
其中微藻油脂与动植物油脂相当,都是高级脂肪酸甘油酯。
微藻是一类能够进行光合作用,在自然界广泛存在的微型藻类。
微藻作为生物柴油的载体与动植物载体相比有明显的优势。
首先,微藻生物柴油具有更低的冷虑点及良好的发动机低温启动性能;其次,微藻作为生物柴油的载体占地面积少,产油率高,且可利用非可耕地及非淡水资源。
与其它动植物相比,微藻生长速度快,生长周期短,含油量较高,且附含色素,多糖,蛋白等高附加值。
微藻的培养与许多条件有关,首先是优良藻种的选育,在此基础上,规模培养技术是微藻获得大量生物质的关键,而影响微藻生长的关键问题有两个方面,一是微藻自身代谢的调控,二是微藻在光反应器内的生长环境,包括研究温度,ph值,盐碱度,光照等环境因子及N,Si,P,S等营养因子。
相较于传统的微藻培养模式,生态养殖模式是这些年来发展起来的一种与烟道气CO2减排及污水处理相结合的藻类培养模式。
微藻培养条件浅析摘要:微藻利用光和CO合成蛋白质、糖类、脂类以及色素等大分子物质并放出O2,在人2类食品、保健、医药、环保和生物炼制领域具有广阔的应用前景。
本文针对目前微藻培养中存在的生产成本高、产率低的问题,主要从营养盐方面入手,浅析了碳、氮、磷等营养元素对微藻生长的影响,并在此基础上,概述了开放式及封闭式两种微藻培养系统。
关键词:微藻;营养盐;培养系统1引言藻类是地球上最早进行光合作用的生物体,具有太阳能利用效率高、适应环境能力强等特点。
微藻细胞富含蛋白质、多糖、脂类以及色素等,在食品、饲料、医药、精细化工及染料领域己得到广泛的应用。
目前,由于培养技术不成熟导致的生产成本高、效率低是限制微藻产业化培养的主要因素。
高效、低成本、规模化的微藻培养技术,是实现微藻产业化培养的关键。
降低微藻生产成本主要有两种途径:一是降低培养原材料成本,二是提高产量。
营养盐成本占微藻培养原料成本比重很大,是影响微藻生长及产物积累的重要因素。
在微藻培养中,通过优化营养盐的种类,监控培养中营养盐的水平,能够提高藻细胞或目标产物的产量,同时提高营养盐的利用率,是高效、低成本、规模化微藻培养的基础。
2微藻概述微藻是指一些微观的单细胞群体,是最低等的、自养的水生生物。
微藻能够利用阳光和CO2进行光合作用,合成有机物质并释放出O2,是自然界中光合效率最高、生长最为迅速的原始生物种类之一,其种类繁多,分布广泛。
微藻富含蛋白质、氨基酸、多糖、维生素、不饱和脂肪酸和色素等多种高附加值的生物物质,可以概括为以下四类:蛋白质、糖类、脂类、核酸及各种矿物质[1]。
不同种类的微藻,各种组分的含量不同。
3营养盐对微藻生长的影响碳、氮、磷等营养元素是微藻细胞合成的基础。
微藻光合作用的底物为CO2和水,产物除了糖类之外,还合成蛋白质、核酸及脂类等一系列生物活性物质,因此,需要氮、磷等元素的参与。
碳源、氮源、磷源以及一些微量元素的种类和供应水平,在一定程度上影响着微藻光合作用的能力和水平,从而直接影响微藻的生长。
营养盐的形态会影响微藻的生长。
Chu 等[2]分别在BBM培养基中添加0.1%的乙酸钠、柠檬酸钠、碳酸氢钠作为碳源培养卷曲纤维藻(Ankistrodesmus convolutus),发现添加乙酸钠作为碳源有利于藻细胞的生长,而添加柠檬酸钠和碳酸氢钠作为碳源对藻细胞的生长没有促进作用。
Berman等[3]采用N03-N,NH3-N 以及次黄嘿吟、尿素、赖氨酸等有机氮源培养微藻,发现当使用尿素作为氮源时,蓝藻的生长最快且氮源得率系数最高。
许多研究表明,培养基中碳源、氮源、磷源的水平是影响微藻营养组成的主要因素。
微藻对碳源的需求量很大,碳源主要影响藻细胞生长和脂类、糖类等物质的积累。
Tang等[4]研究了不同CO2浓度对斜生栅藻(Scenedesmyus obliquus)和蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)总脂含量的影响,发现高CO2水平(30%~50%)有利于总脂和不饱和脂肪酸的积累。
然而,Chen等[5]研究异养小球藻(Chorella sorokiniana )在不同的碳氮比(C/N )下细胞内总脂含量和脂肪酸组成时发现:碳源限制或者氮源限制均能促进细胞内油脂合成,且前者更为明显。
高碳浓度能够促使微藻油脂积累可以用碳储存机制解释,但低碳浓度促使微藻油脂积累的机制,目前尚不明确。
微藻对氮源的需求仅次于碳源。
氮源的形态及浓度都会对微藻的营养组成产生影响。
骆育敏等[6]研究发现,当以浓度为0.1 g/L~0.8 g/L的尿素代替Zarrouk培养基中的硝酸盐作为氮源时,能够提高螺旋藻中叶绿素含量。
Caudhury等[7]对比采用NaN03,NH4N03,NH4C1和(NH4)2HP04作为氮源培养螺旋藻,发现(NH4)2HP04更有利于细胞内γ-亚麻酸的积累。
在氮源限制条件下,藻细胞中需要氮元素参与合成的营养组成如蛋白质、叶绿素等含量会下降,而糖类、脂类等不需要氮元素参与合成的营养组成含量会明显上升[8-9]。
此外,缺氮还能诱导某些藻类细胞内抗氧化性的类胡萝卜素积累[10]氮源限制条件下,特殊细胞营养组成的积累可能与藻细胞在抗逆反应中的自我保护机制相关。
磷源也是微藻生长所必须的重要营养盐之一,己有研究表明,低磷浓度能够促进藻细胞油脂、叶绿素a及微藻囊毒素的积累[11]。
氮磷比是影响微藻营养组成的重要因子之一,合适的氮磷比能够促进藻的生长以及某种特定产物(如叶绿素、脂类)含量的积累。
微藻最适氮磷比没有一个定值,一般因藻种而异,例如小球藻的最适氮磷比(Chlorella vulgaris)为3.5,四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)的最适氮磷比是20,而聚球藻(Synechococcus)的最适氮磷比为45[12]。
3.1碳源对微藻生长的影响微藻的碳元素含量接近50%,其生长所需的碳源可分为无机碳源和有机碳源。
在光自养条件下,微藻利用无机碳源(气态CO2及含碳的无机化合物NaHC03等)进行光合作用,将光能转化为化学能。
在水溶液中,无机碳源以H2C03,CO2(l),HC03-和C032-四种形式存在,彼此之间存在着动态平衡,彼此的相对含量主要受pH的影响,另外也受到盐度和温度的影响[13]。
鲍亦璐[14]采用NaHC03作为碳源培养螺旋藻,低浓度会限制螺旋藻的生长,在NaHC03初始浓度为0.05 mol/L和0.10 mol/L的培养中,最终生物量明显低于其它培养批次。
当培养基中初始NaHC03浓度为0.15 mol/L,0.20 mol/L和0.25 mol/L时,螺旋藻生长无显著性差异(p>0.05 ),均生长较好。
初始NaHC03浓度为0.20 mol/L时,可获得最大生物量1.71 g/L。
培养后期由于培养液pH值过高(> 11.0),螺旋藻的生长逐渐停止。
3.2氮源对微藻生长的影响氮源是藻类生长不可缺少的营养盐。
在藻细胞中,氮是光合作用必不可少的元素,参与氨基酸、嘌呤、嘧啶、氨基糖、胺化合物和叶绿素的合成。
当氮源不足时,藻细胞内叶绿素总量减少,对光照强度和C02浓度需求降低,光合作用和呼吸作用均减弱;但当氮源浓度过高时,微藻生长也会受到抑制,可能与培养液中氮磷比例失调,不利于藻细胞分裂有关[15]。
微藻培养可用的氮源有无机氮源(硝酸盐、亚硝酸盐、氨)、有机氮源(尿素、酪蛋白)和其它一些氨基酸。
鲍亦璐[14]分别以NaNO3、尿素、NH4N03,NH4C1和NH4HC0作为氮源,摇瓶培养研究了氮源对螺旋藻生长的影响。
当初始NaNO3浓度≥10 mmol/L,能保证螺旋藻正常生长获得较高的生物量,否则将出现培养后期氮源限制螺旋藻生长的现象;初始NaNO3浓度为20 mmol/L可获得最大的生物量1.95 g/L。
3.3磷源对微藻生长的影响磷是微藻生长的必需元素,参与合成ATP, GTP、核酸、磷脂和辅酶等。
磷主要存在于单细胞藻的原生质和细胞核中,它作为底物或调节物直接参与光合作用的各个环节,包括光能吸收、同化力的形成、卡尔文循环、同化产物的运输以及对一些关键酶起活性调节的作用[16],直接影响藻细胞中的糖类、蛋白质、脂肪等多种代谢过程。
微藻培养中常用的磷源主有磷酸氢盐、磷酸二氢盐等可溶性无机磷盐,以及一些有机磷源如甘油磷酸钠(G-P )、葡萄糖-6-磷酸(G-6-P )、三磷酸腺苷(ATP)等[17]。
一般情况下,藻吸收的外源性无机磷都以可溶性磷酸盐的形式通过主动运输进入藻细胞内,大部分以可溶性磷的形式存在于细胞质内,一部分在细胞内转化为聚磷酸盐用于储存能量及作为磷源,还有一部分用于合成磷脂及其它细胞组成[18-19]。
鲍亦璐[14]分别在无磷的Zarrouk培养基中,加入0.5 mmol/L, 1.5 mmol/L, 3.0 mmol/L, 4.5mmol/L的K2HP04作为磷源,初始K2HP04浓度为0.5 mmol/L时,螺旋藻生长速率及最终生物量明显低于其它水平,说明螺旋藻生长受到磷源限制。
在其它较高初始K2HP04浓度(>1.5mmol/L)的培养中,螺旋藻均能正常生长,当初始K2HP04浓度为4.5 mmol/L时,可以获得最大生物量为1.92 g/L。
培养至4天后,同样由于培养液中pH过高,螺旋藻生长速度减慢,最终停止生长。
4微藻培养系统4.1开放式培养系统开放式培养系统是微藻培养系统中开发最早、应用最为普遍的一种培养方式,目前世界各国仍然将其作为微藻工业化培养的主要方式[20]。
开放式培养系统最突出的优点就是构建简单、成本低廉及操作简便,主要有两种基本类型:(1)水平式开放池培养:其特点是光生物反应器水平放置,培养液主要靠桨轮或者旋转臂的转动实现循环;(2)倾斜式开放池培养:光生物反应器被放置于一个倾斜面上,通过泵的动力使培养液在斜面上形成湍流完成循环过程[21]。
微藻大规模培养的开放池的占地面积为1000m2~5000m2,培养液深度通常在15cm~30cm之间[22]。
在开放池培养中,由于培养液层浅,CO2作为碳源的利用率不会超过20%,直接导致微藻开放池培养成本升高[23]。
开放池培养系统存在着易受污染、培养条件不稳定、光合效率低等难以克服的弱点。
目前,采用开放池进行户外大规模培养的藻种只有螺旋藻(Spirulina )、小球藻(Chlorella )、盐藻(Dunaliella)等少数几种,但都存在着生物量低( 0. 5 g/L~1. 0 g/L左右),单位面积产率低[2 g/(m2.d~10 g/(m2.d) ],采收成本较高的问题。
降低开放池培养成本的有效方法是选择适当的培养模式,提高光能及营养盐利用率,从而提高单位面积产量。
Radmann等[24]在培养体积为6L的微型跑道式开放池中用Box-Behnken 设计优化了螺旋藻的培养条件,采用半连续的培养模式、培养基为20%的Zarrouk培养基、生物量为0.40 g/L、更新速率为40%~60%时,螺旋藻生长最优。
然而,在大规模开放池培养中难以将生物量控制在恒定水平,40%~60%的更新速率也会提高生产能耗及操作成本。
要提高规模化微藻培养的单位面积产量,其根本是进行高密度培养。
Doucha等[21]用倾斜式光生物反应器户外高密度(初始接种密度为1 g/L~2 g/L)培养小球藻(Chlorella sp. ),单位面积产量可达24. 5 g/(m2.d),同时光能利用率可达6.48%。
进行微藻高密度培养时,营养盐的控制显得尤为重要。
碳源、氮源、磷源等营养盐是微藻生长所必须的底物,与营养盐相关的一系列操作(如CO2补加、pH控制、氮磷源补加)都直接影响微藻生长及营养组成,最终影响到微藻培养的产量及产率。