欒 青 呂 芳 吳海一 丁 剛 詹冬梅

不同培養(yǎng)條件對銅藻生長和營養(yǎng)組分的影響*

欒 青1呂 芳2吳海一2丁 剛2詹冬梅2①

(1. 煙臺大學生命科學學院 煙臺 264005；2. 山東省海洋生物研究院 青島 266104)

研究了不同溫度(5℃、10℃、15℃、20℃、25℃)和光照[50、100、200 、300 μmol/(m2·s)]對銅藻()生長、光合色素和生化組分的影響。結果顯示，溫度和光照對這3個方面均有顯著影響(<0.05)。銅藻在5℃～20℃、50～300 μmol/(m2·s)時均可生長，且最適生長條件為20℃、200～300 μmol/(m2·s)，特定生長率較高。溫度高于25℃，藻體基本停止生長并出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象。25℃、50 μmol/(m2·s)時，銅藻色素積累較多?？扇苄缘鞍缀涂扇苄蕴堑暮糠謩e在10℃、20℃時最高，不同光照間無顯著性差異(>0.05)?；曳趾痛值鞍缀吭?℃～10℃、50 μmol/(m2·s)時最高。粗脂肪含量在10℃ 和25℃時最低，不同光照間無顯著性差異(>0.05)。褐藻膠含量在10℃、100 μmol/(m2·s)時最高，巖藻黃素含量在10℃、50 μmol/(m2·s)時達到最大。褐藻多酚含量在低溫為 5℃或高溫25℃、200～300 μmol/(m2·s)高光下達到最大。研究表明，室內培養(yǎng)銅藻在20℃左右、200～300 μmol/(m2·s)時，生長速率最快，而銅藻在10℃、100 μmol/(m2·s)環(huán)境條件下，藻體色澤及健壯程度更好，銅藻個體大，生長速度快，可進行大規(guī)模的養(yǎng)殖生產。本研究結果對銅藻養(yǎng)殖及其活性物質提取具有重要的參考價值。

銅藻；溫度；光照強度；生長；營養(yǎng)組成

我國海藻化工原料短缺問題日漸凸顯，銅藻()等經濟褐藻的生產得到矚目，但受環(huán)境變化的影響，定生型銅藻資源卻不斷衰退。銅藻不連續(xù)分布在我國暖溫帶，生長于潮間帶(曾呈奎等, 1959)，受溫度和光照等環(huán)境因子影響，其富含褐藻膠(Alginate)、巖藻黃素(Fucoxanthin)、褐藻多酚(Phlorotannin)等多種活性物質(楊金生等, 2017; Liaaen- Jensen, 1978; Hosokawa, 2010; 秦緒龍等, 2007; Liu, 2012)，具有重要的開發(fā)和應用前景 (曾呈奎, 2000; 詹冬梅等, 2016)。為了更好開展銅藻的綜合利用，有必要對銅藻的生長和營養(yǎng)組分積累的影響因素進行研究。

目前，國內已對一些馬尾藻()類海藻的營養(yǎng)組分開展了研究，如詹冬梅等(2016)和胡斌(2015a,b)對鼠尾藻()、海黍子()和銅藻進行營養(yǎng)分析和評價； 付貴權等(2015)研究了金屬脅迫對馬尾藻生長及生化特性影響；姜宏波等(2009)研究了溫度及光強對鼠尾藻組成的影響; 張建偉(2014)研究了環(huán)境因子對瓦氏馬尾藻()生長及光合作用的影響；詹冬梅等(2013)研究了光照及溫度對海黍子組分的影響。銅藻在該方面研究資料較少，在不同培養(yǎng)條件下，銅藻生長及組分變化對它的養(yǎng)殖生產及其綜合利用有著重要參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料

2017年1月，在山東榮成海域(37°15￠N, 122°35￠E)海帶()養(yǎng)殖筏架上采集銅藻。去除雜藻和污垢，在10℃、100 μmol/(m2·s)室內水族箱中適應3 d。適應后，選擇生長狀態(tài)良好的藻體作為實驗材料。

1.2 實驗設計

光照實驗因銅藻在室內培養(yǎng)，10℃時，雖長得不是最快，但該溫度下培養(yǎng)的藻體色澤好、藻體健壯，因此，光照實驗的溫度設定為10℃。取健康藻體250 g放入水族箱中，設置光照為50、100、200、300 μmol/(m2·s)，3個平行，光照周期為24 L，充氣懸浮培養(yǎng)，每隔1 d換水1次，實驗周期為15 d，結束時，藻體于80℃烘干，密封袋冷凍保存。

溫度實驗設置溫度為5℃、10℃、15℃、20℃、25℃，培養(yǎng)光照為150 μmol/(m2·s)。其余培養(yǎng)條件同光照組。

光照組和溫度組的藻體生長取約3 g健康銅藻放入1 L錐形瓶中，加入800 ml過濾海水，在光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)，設置3個平行，分別在光照組和溫度組進行培養(yǎng)，3 d換水1次并稱重記錄。稱重時，用濾紙吸干藻體表面多余水分。

1.3 測定方法

1.3.1 銅藻比生長速率 (Relative growth rate, RGR, %) 的測定 比生長速率的計算公式：

RGR = [(W/0)1/t-1] × 100

式中，W為實驗中期或結束時藻體鮮重(g)，0為實驗開始時藻體鮮重(g)，為培養(yǎng)時間(d)。

1.3.2 灰分、粗脂肪、粗蛋白含量的測定 灰分采用560℃煅燒法；粗脂肪采用索氏提取法；粗蛋白稱取銅藻干粉1 g，精確至0.0001 g，移入250 ml干燥的定氮瓶中，加入1000 kjeltabs Cu/45一粒(4.5 g K2SO4，0.5 g CuSO4·5H2O)，加入10 ml濃硫酸，定氮瓶口上放置小漏斗反應10 min，待樣品變黑放置消化爐上，420℃消化2 h，待樣品成透明藍綠熒光色即消化完成，冷卻片刻，放入蛋白質檢測儀測定。

1.3.3 光合色素含量的測定 可溶性蛋白(Soluble)采用南京建成蛋白檢測試劑盒(A045-2)考馬斯亮藍法測定。準確稱取待測藻體0.5 g，液氮凍存研磨，加入可溶性蛋白提取液，6000 r/min離心30 min，取上清液，定容至5 ml，采用酶標儀測定波長為595 nm處的吸光值。

可溶性多糖(Soluble sugar)采用南京建成植物可溶性糖檢測試劑盒(50T)蒽酮比色法測定。取銅藻干粉0.1 g放入10 ml離心管中，加入1 ml蒸餾水，蓋緊離心管蓋，沸水浴10 min，冷卻后，4000 r/min離心10 min，取上清液，定容至10 ml，用酶標儀測定波長為620 nm處的吸光值。

光合色素參照Wellburn(1994)的方法提取。取0.1 g藻體研磨，4℃用8 ml 80%丙酮避光浸泡24 h后，4000 r/min離心10 min，取上清液，定容至10 ml，用酶標儀在665、652、510、480 nm處測定。葉綠素(Chl-)和類胡蘿卜素(Carotenoid,Car)的計算公式：

(Chl-)=(16.29×OD665 nm-8.54×OD652 nm)×//1000

(Car)=7.6×(OD480 nm-1.49×OD510 nm)×//1000

式中，為浸提丙酮的體積(ml),為藻體鮮重量(g)，單位為mg/g。

1.3.4 特有成分含量的測定 褐藻膠參照尚德榮等(2011)方法。準確稱取1.0 g銅藻干粉于50 ml小燒杯中，加入2.0 mol/L HCl 30 ml過夜，次日用紗絹將其水洗，蒸餾水4次，雙蒸水1次，直至無氯離子為止，將水洗后的樣品再用0.1 mol/L醋酸鈣溶液30 ml浸泡2 h，用蒸餾水洗5次，將洗下的水溶液混合混勻，用0.1 mol/L的NaOH溶液滴定，指示劑為酚酞，按照下述公式即可得到褐藻膠的含量。

褐藻膠含量(%)=(××0.2160)×100/

式中，為NaOH的摩爾濃度(mol/L)，為滴定消耗的NaOH體積數(shù)(ml)，0.2160為1.0 ml 0.1 mol/L NaOH標準溶液，相當于0.2160 g褐藻酸鈉，為海藻樣品的重量(g)。

巖藻黃素參照閆相勇等(2014)的方法測定。準確稱取1.0 g銅藻干粉，在60℃的條件下，用20 ml甲醇避光靜置，浸提2次，每次1 h。取浸提液，4000 r/min，離心10 min后取上清液，轉入梨形分液漏斗中，加入正己烷充分震蕩混勻，靜置分層，保留上清液，下層甲醇水溶液再次轉入分液漏斗進行萃取，直至甲醇水溶液不再出現(xiàn)黃色為止。將所有上清液匯合混勻定容。在巖藻黃素特定吸收波長為450 nm下測吸光度值，并按以下公式計算巖藻黃素的含量。

褐藻多酚參照嚴小軍等(2000)的方法測定。銅藻干粉過40目篩后，準確稱取0.1～0.15 g于25 ml試管中，加入15%的乙醇3 ml浸泡24～48 h，采用微波提取法，微波輻射功率為700 MHz，微波輻射時間為10 s。6000 r/min離心10 min，取上清液，定容至3 ml，混勻后取50 μl水樣置于1.5 ml Ep管中，加水稀釋至700 μl，混合均勻，加入100 μl Folin-Denis試劑混勻，3 min后加入200 μl飽和碳酸鈉溶液，充分混勻，3 h后用酶標儀在710 nm處測定吸光值。將1%(/)間苯三酚標準液稀釋200倍成標準液，呈梯度將不同體積的1%間苯三酚標準液置于15 ml試管中，按照上述方式測定吸光值繪制出標準工作曲線。樣品測得的吸光值代入標準工作曲線公式即可得到褐藻多酚的含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013軟件整理數(shù)據(jù)，SPSS 13.0軟件進行單因子方差分析(One way, ANOVA)，<0.05為差異顯著，數(shù)據(jù)以平均值±標準差(Mean± SD)表示。采用Origin 8.5軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 溫度對銅藻生長及營養(yǎng)成分的影響

2.1.1 溫度對銅藻生長的影響 溫度對銅藻生長有著重要的影響。從圖1可以看出，5℃~15℃對銅藻生長無影響，20℃時，RGR明顯比5℃~15℃組高，生長迅速，25℃時0～3 d生長迅速，3～9 d時，RGR明顯減少，后期銅藻出現(xiàn)了掉葉、腐爛、產生黏膜的現(xiàn)象，不適宜銅藻生長。溫度對銅藻的生長有著明顯的影響(<0.05)。由此看出，銅藻在20℃左右時生長速率更快。

2.1.2 溫度對銅藻一般營養(yǎng)成分的影響 從圖2可以看出，5℃、10℃灰分含量最高，礦物質積累明顯增加，溫度升高時含量減少，說明10℃、15℃對灰分有明顯影響(<0.05)。5℃時粗蛋白含量最多，為21.76%，差異顯著(<0.05)，隨著溫度增加，粗蛋白含量呈逐漸減少趨勢，后平穩(wěn)至17%左右。粗脂肪在10℃、25℃含量最少，其他溫度組含量在0.3%~0.4%左右，差異顯著 (<0.05)。

2.1.3 溫度對光合色素的影響 從圖3可以看出，25℃時葉綠素含量最高，為0.248 mg/g，差異顯著。類胡蘿卜素同樣25℃含量最高，為0.048 mg/g，差異顯著?？扇苄缘鞍资軠囟扔绊戯@著(<0.05)，20℃最小，25℃含量突增至3.283 mg/g。20℃可溶性糖含量最高，達到14.986 mg/g，其他組含量在7～9 mg/g之間，差異顯著(<0.05)。

圖1 溫度對銅藻比生長速率的影響

同組中標有不同小寫字母表示組間有顯著性差異(<0.05)，標有相同小寫字母者表示組間無顯著性差異(>0.05),下同

The means with different letters being significantly different at the 0.05 probability level, and the means with the same letters within the same column are not significantly different. The same as below

圖2 不同溫度對灰分、粗蛋白、粗脂肪含量的影響

2.1.4 溫度對褐藻膠、巖藻黃素和褐藻多酚含量的影響 從圖4可以看出，10℃時，褐藻膠含量最多，為31.269%，5℃、15℃、25℃時，含量基本相同，與10℃相比差異顯著(<0.05)。10℃時，巖藻黃素最高為0.558 mg/g，除了10℃時激增外，其他各組隨溫度呈顯著增加趨勢(<0.05)。而褐藻多酚含量在5℃時最高，為4.289 mg/g，各溫度間差異顯著(<0.05)， 10℃時最低，為2.416 mg/g，隨著溫度的上升含量逐漸增高，至25℃時，褐藻多酚含量為4.170 mg/g，與 5℃時含量接近。

圖3 不同溫度對銅藻葉綠素a、類胡蘿卜素、可溶性糖、可溶性蛋白含量的影響

圖4 不同溫度對褐藻膠、褐藻多酚、巖藻黃素含量的影響

2.2 光照對銅藻生長及營養(yǎng)成分的影響

2.2.1 光照對銅藻生長的影響 不同光照下，銅藻RGR見圖5。從圖5可以看出，光照的變化對藻體生長影響大體一致，0～3期間，光強為300 μmol/(m2·s)銅藻RGR最快，差異顯著(<0.05)，而其他光照組間差異不顯著(>0.05)。3～12，銅藻總體生長緩慢，RGR緩慢增加。從實驗各時段可以看出，銅藻適宜較高光強生活，高光在前期對銅藻生長有明顯促進作用，中期在不同光照下，無顯著差異(>0.05)，之后，高光照較低光照RGR增長幅度更大。

圖5 不同光照對銅藻比生長速率的影響

2.2.2 光照對銅藻一般營養(yǎng)成分的影響 不同光照對銅藻基礎組分含量的影響見圖6。從圖6可以看出，50 μmol/(m2·s)組藻體灰分含量最高，為30.767%，且差異顯著，含礦物質最多，200、300 μmol/(m2·s)光照下的灰分分別為25.956%、26.481%。50 μmol/(m2·s)組粗蛋白含量最高，為14.427%，300 μmol/(m2·s)粗蛋白含量為10.527%。200 μmol/(m2·s)組粗脂肪含量最低，顯著低于其他各組(<0.05)，而其他光照組間差異不顯著(>0.05)。

圖6 不同光照強度對灰分、蛋白質、脂肪含量的影響

2.2.3 光照對光合色素、可溶性糖和可溶性蛋白的影響 光照對銅藻光合色素含量的影響見圖7。從圖7可以看出，Chl-含量隨光照的增加而減少(<0.05)，50 μmol/(m2·s)時Chl-含量最高，為0.293 mg/g，逐漸減少到0.105 mg/g。類胡蘿卜素與Chl-的含量變化趨勢一致，50 μmol/(m2·s)時含量最多。光照對可溶性蛋白和可溶性多糖含量沒有顯著影響。

圖7 不同光照強度對銅藻葉綠素a、類胡蘿卜素、可溶性糖、可溶性蛋白含量的影響

2.2.4 光照對褐藻膠、巖藻黃素和褐藻多酚含量的影響

褐藻膠含量在100 μmol/(m2·s)光照時最高，為32.785%，50 μmol/(m2·s)時褐藻膠含量最低，為26.726%。巖藻黃素含量隨光照增加而減少(<0.05)，光照為50 μmol/(m2·s)時，巖藻黃素含量最高，為0.669 mg/g，300 μmol/(m2·s)含量最低。褐藻多酚含量隨光照增加而增加(<0.05)，光照為300 μmol/(m2·s)時，褐藻多酚含量最高，為12.073 mg/g，遠高于光照為50 μmol/(m2·s)的3.390 mg/g (圖8)。

3 討論

3.1 溫度和光照對銅藻生長的影響

海藻生長對溫度及光照變化敏感(Jones, 1984; Glenn, 1990)。本研究結果表明，較強光照[200~300 μmol/(m2·s)]及溫度(約為20℃)有利于銅藻生長，人工養(yǎng)殖中可考慮適當提高光強從而增加產量。超過適宜溫度(25℃)藻體出現(xiàn)掉葉、變深、產生黏液現(xiàn)象；銅藻生長隨光照增加而增加，在一定溫度下增加光照，銅藻可獲得較快的生長速率。孫建璋等(2016)在南麂列島進行銅藻人工栽培研究顯示，水溫為17~20℃、表層強光下，銅藻生長較快，與本研究結果一致。姜宏波等(2009)研究表明，適宜溫度下，較高光照時，瓦氏馬尾藻和鼠尾藻的生長出現(xiàn)停滯。產生這種原因可能是由于銅藻比瓦氏馬尾藻和鼠尾藻有更高的光照需求。

圖8 不同光照強度對褐藻膠、褐藻多酚、巖藻黃素含量的影響

3.2 銅藻組分隨溫度和光照的變化

可溶性蛋白大多是一些酶和功能性蛋白，參與大多數(shù)的代謝反應，可溶性糖有維持藻體體內滲透勢的作用，是衡量植物代謝水平的一個重要指標，二者皆影響著藻體的生命活動(Xu, 2006)。研究結果顯示，在適宜的溫度及光照下，可溶性糖及可溶性蛋白含量較高。

巖藻黃素作為捕光復合體，在光合作用的光化學系統(tǒng)中起著重要的作用(Bertrand, 2010)。10℃時，銅藻類內的巖藻黃素達到最高，高溫及高光照不利于銅藻產生巖藻黃素。

銅藻中褐藻膠不是在生長最快速的環(huán)境條件下含量最高，銅藻在10℃、100 μmol/(m2·s)環(huán)境條件下，產生較多的褐藻膠，受溫度和光照影響顯著。在對鼠尾藻中褐藻膠含量隨季節(jié)變化的研究發(fā)現(xiàn)，在鼠尾藻生長快速的6月，褐藻膠含量較高(詹冬梅等, 2018)。在室內培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)，稍低一些溫度及光照強度下培養(yǎng)的銅藻，在色澤及健壯程度比生長速率最高時的銅藻要好一些。由此推測，銅藻中褐藻膠含量可能與銅藻生長速度及其藻體健壯程度都相關。

褐藻多酚是發(fā)現(xiàn)于褐藻且僅存于褐藻中的一族天然產物，抗氧化活性極強，是褐藻在遇到不適環(huán)境時的一種化學抵御物質(魏玉西等, 2002; Barwell, 1989)。本研究中，在高光為200 、300 μmol/(m2·s)、低溫和高溫下，褐藻多酚的含量均有上升，推測原因可能是由于環(huán)境不適宜，銅藻為了保護藻體的健康生長而產生的一種防御機制。

4 結論

光照強度、周期和光質等都對光合作用有著直接的影響，溫度影響光合作用暗反應和呼吸作用的酶活性，這也是自然條件下，藻體體內生化組成呈季節(jié)性變化的原因(紀明侯, 1963; 王志芳等, 2008)。本研究結果顯示，室內培養(yǎng)銅藻在20℃左右、200~300 μmol/(m2·s)環(huán)境條件下，生長速率最快，而銅藻在10℃、100 μmol/(m2·s)環(huán)境條件下，藻體色澤及健壯程度更好，各組分隨溫度及光照強度變化而變化。研究結果對銅藻養(yǎng)殖及其活性物質提取具有重要的參考價值。

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Effects of Culture Conditions on Nutrient Composition of

LUAN Qing1, Lü Fang2, WU Haiyi2, DING Gang2, ZHAN Dongmei2①

(1.College of Life Sciences, Yantai University, Yantai 264005;2. Marine Biology Institute of Shandong Province, Qingdao 266104)

We studied the effects of temperature and light intensity on growth, photosynthetic pigment content, and nutrient components in. These factors had significant effects (<0.05)on all three aspects.survivedat 5℃~20℃and 50~300 μmol/(m2·s) The optimal conditions, at which specific growth rate was the highest, were 20℃and 200~300 μmol/(m2·s). At temperatures above 25℃, the blades stopped growing, became pale, and rotted.accumulated the most photosynthetic pigment at 25℃ and 50 μmol/(m2·s). The effects of light intensity were not significant. Soluble sugar content and soluble protein content were the highest at 10℃~20℃, and ash and crude protein content were the highest at 5℃~10℃and 50 μmol/(m2·s). Ether extract yield was low at 10℃ and 25℃,peaked between these values, and did not vary significantly with light intensity. Alginate content was the highest at 10℃ and 100 μmol/(m2·s), and fucoxanthin content was the highest at 10℃ and 50 μmol/(m2·s). Phlorotannin content increased with increasing light intensity from 200 to 300 μmol/(m·s), where it reacheda maximum; it reached local maxima at 5℃ and 25℃, and was lower between these values.grew faster atc. 20℃ and 200~300 μmol/(m2·s), whereas color and vigor were better at 10℃and 100 μmol/(m2·s). Its long body length and fast growth make it ideal for large-scale culturing. The nutrient components varied with culture conditions.is a health food of moderate protein and low fat content, with high levels of functional components such as alginate, fucoxanthin, and polyphenols. It can therefore be used to provide raw material for food additives and to obtain its active components. These findings provide reference values for culturingand extracting itscomponents.

; Temperature; Light intensity; Growth; Nutrient composition

ZHAN Dongmei, E-mail: zdm1011@126.com

* 海洋公益性行業(yè)科研專項(201505022)和山東省現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系項目(SDAIT26-01)共同資助[This work was supported by the National Special Research Fund for Non-Profit Marine Sector (201505022), and Technical System of Modern Agricultural Industry in Shandong Province (SDAIT26-01)]. 欒 青，E-mail: luanqing0517@163.com

詹冬梅，研究員，E-mail: zdm1011@126.com

2018-01-26，

2018-07-12

S963

A

2095-9869(2019)04-0123-08

10.19663/j.issn2095-9869.20180126001

欒青, 呂芳, 吳海一, 丁剛, 詹冬梅.不同培養(yǎng)條件對銅藻生長和營養(yǎng)組分的影響. 漁業(yè)科學進展, 2019, 40(4): 123–130

Luan Q, Lü F, Wu HY, Ding G, Zhan DM. Effects of culture conditions on nutrient composition of. Progress in Fishery Sciences, 2019, 40(4): 123–130

(編輯 陳嚴)