曹煜成, 孫志偉, 徐煜, 胡曉娟,2, 蘇浩昌,2, 徐武杰,2, 文國(guó)樑,*, 魯敏,余招龍

三種微藻的生物量與其細(xì)胞氮磷碳的相互關(guān)系

曹煜成1,2,3, 孫志偉1, 徐煜1,2,3, 胡曉娟1,2, 蘇浩昌1,2, 徐武杰1,2, 文國(guó)樑1,*, 魯敏1,余招龍3,4

1. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南海漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510300 2. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所深圳試驗(yàn)基地, 廣東 深圳 518121 3. 嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室茂名分中心, 廣東 茂名 525400 4. 廣東冠利達(dá)海洋生物有限責(zé)任公司, 廣東 茂名 525400

為明確鈍頂螺旋藻 () 、綠色顫藻 ()、牟氏角毛藻 ()等三種池塘水體環(huán)境中常見(jiàn)優(yōu)勢(shì)微藻的細(xì)胞數(shù)量與其所含總氮(total nitrogen, TN)、總磷(total phosphorus, TP)和總碳(total carbon, TC)質(zhì)量之間的數(shù)量關(guān)系, 對(duì)以上微藻分別進(jìn)行純培養(yǎng), 在明確微藻細(xì)胞數(shù)量的條件下, 將藻細(xì)胞冷凍干燥制備為凍干粉, 準(zhǔn)確測(cè)定其干重(cell dry weight, CDW), 以及所含TN、TP和TC的質(zhì)量, 并就CDW與其所含TN、TP、TC質(zhì)量間的數(shù)量關(guān)系, 以及細(xì)胞數(shù)量與CDW的相互關(guān)系等建立數(shù)學(xué)方程。以上三種微藻的CDW與其所含TN、TP、TC的質(zhì)量間均存在顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(<0.05), 其中在與TN、TP關(guān)系的數(shù)學(xué)回歸方程中線性擬合程度優(yōu)于TC; 同時(shí), 三種微藻的細(xì)胞數(shù)量與CDW之間同樣呈顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(<0.05)。其中鈍頂螺旋藻細(xì)胞中的TN、TC、TP含量占其CDW的比值分別為29.3%、13.6%和4.4%, 均遠(yuǎn)高于綠色顫藻和牟氏角毛藻。

鈍頂螺旋藻; 牟氏角毛藻; 綠色顫藻; 總氮; 總磷; 總碳

0 前言

微藻在水生態(tài)系統(tǒng)中扮演生產(chǎn)者的角色, 它對(duì)促進(jìn)池塘水體環(huán)境中的物質(zhì)循環(huán), 通過(guò)光合作用為水體提供持續(xù)的溶解氧供給, 維系生態(tài)系統(tǒng)的健康運(yùn)轉(zhuǎn)等具有極其重要的意義。有研究顯示, 顫藻、角毛藻、螺旋藻等多為水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘常見(jiàn)的微藻優(yōu)勢(shì)種群[1–2], 對(duì)水體微藻群落的組成及其生態(tài)功能具有重要影響。有學(xué)者指出在水體中培育以有益硅藻或綠藻為優(yōu)勢(shì)的浮游微藻群落, 不僅有利于促進(jìn)養(yǎng)殖對(duì)蝦的健康生長(zhǎng)和獲得良好的生產(chǎn)效益, 還可有效降低水體中的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的含量, 避免氨氮、亞硝酸鹽等有毒有害物質(zhì)對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物的脅迫影響[3]。在水環(huán)境凈化工程技術(shù)領(lǐng)域, 螺旋藻和小球藻等有益微藻也常被用于水質(zhì)的凈化處理, 均取得了良好的效果, 然而此前大多數(shù)的研究主要聚焦于微藻對(duì)水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的凈化效果分析[4], 而關(guān)于微藻對(duì)水中碳元素的作用效應(yīng)研究則相對(duì)較少[5–6], 并且在評(píng)估微藻的氮磷凈化效果時(shí), 大多數(shù)學(xué)者主要是通過(guò)測(cè)定水體中特定化學(xué)形式的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量的變化量來(lái)評(píng)定其凈化效率[7–8], 而從微藻細(xì)胞組成成分的角度對(duì)其吸收氮、磷、碳的定量分析研究也相對(duì)少見(jiàn)。該研究選擇了三種池塘水體環(huán)境中常見(jiàn)的微藻優(yōu)勢(shì)種群, 其中包括藍(lán)藻門(mén)(Cyanophyta)的鈍頂螺旋藻()SP1、綠色顫藻 () OC1, 硅藻門(mén)(Bacillariophyta)的牟氏角毛藻()CM1等, 收集它們的純培養(yǎng)藻液, 測(cè)定微藻細(xì)胞數(shù)量, 并將藻細(xì)胞冷凍干燥制備為凍干粉, 準(zhǔn)確測(cè)定其干重(cell dry weight, CDW), 以及所含總氮(total nitrogen, TN)、總磷(total phosphorus, TP)和總碳(total organic carbon, TC)的質(zhì)量。就藻細(xì)胞CDW值與其所含TN、TP、TC質(zhì)量間的數(shù)量關(guān)系, 以及細(xì)胞數(shù)量與CDW值的相互關(guān)系等建立數(shù)學(xué)方程, 進(jìn)而說(shuō)明隨著藻細(xì)胞的增殖它們可從外界環(huán)境中吸收碳氮磷營(yíng)養(yǎng)元素的絕對(duì)質(zhì)量關(guān)系。通過(guò)構(gòu)建“氮磷碳質(zhì)量——藻細(xì)胞干重——活藻細(xì)胞數(shù)量”的關(guān)系方程, 還可為后續(xù)進(jìn)一步研究測(cè)算將以上3種微藻規(guī)?；囵B(yǎng)用以吸收利用環(huán)境碳氮磷營(yíng)養(yǎng)的效果提供基礎(chǔ)參考。

1 材料和方法

1.1 藻種與培養(yǎng)基

鈍頂螺旋藻SP1、綠色顫藻OC1、牟氏角毛藻CM1均分離自對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘水體環(huán)境, 由中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南海漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。鈍頂螺旋藻SP1參考Zarrouk培養(yǎng)基配方配制[9–11], 綠色顫藻OC1和牟氏角毛藻CM1分別采用BG11培養(yǎng)基[12]和f/2培養(yǎng)基[13]。

1.2 微藻的培養(yǎng)與收集處理

1.2.1 微藻的培養(yǎng)

鈍頂螺旋藻SP1、綠色顫藻OC1、牟氏角毛藻CM1分別以106個(gè)·mL-1、106個(gè)·mL-1、104個(gè)·mL-1的初始接種密度將藻種液接至容量為3L的錐形瓶中, 每組4個(gè)平行, 培養(yǎng)瓶置于恒溫光照培養(yǎng)箱(Mgc800H, 上海一恒)中進(jìn)行培養(yǎng), 培養(yǎng)液鹽度20, 培養(yǎng)溫度(25±1)℃, 光照強(qiáng)度2500—3000 lx, 光暗比12 h : 12 h, 每日搖動(dòng)藻液培養(yǎng)瓶3次, 避免藻細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)[14]。

1.2.2 藻液的收集與處理

收集的鈍頂螺旋藻SP1和綠色顫藻OC1藻液, 取20 mL藻液用于藻細(xì)胞密度測(cè)定, 檢測(cè)前利用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)(JY92-IIDN, 寧波新芝)進(jìn)行處理, 在不影響藻細(xì)胞形態(tài)完整的條件下將藍(lán)藻細(xì)胞團(tuán)塊破碎為大量易于計(jì)數(shù)的短桿狀藻細(xì)胞群體, 角毛藻CM1藻液則無(wú)需超聲波處理。利用光學(xué)生物顯微鏡(BX43, Olympus)和血球計(jì)數(shù)板對(duì)不同藻液中的藻細(xì)胞進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。

根據(jù)不同微藻的細(xì)胞形態(tài)大小及藻液中細(xì)胞數(shù)量的具體狀況, 分別各取鈍頂螺旋藻SP1藻液80 mL、40 mL、20 mL和15 mL置于50 mL離心管, 綠色顫藻OC1和牟氏角毛藻CM1的藻液取樣量則設(shè)為800 mL、400 mL、200 mL和100 mL, 其余操作均與螺旋藻樣品相同。利用大容量冷凍離心機(jī)(J-26XP, Beckman coulter), 16128 g, 4℃離心10 min, 棄上清收集藻泥沉淀, 并反復(fù)3次對(duì)藻泥沉淀以無(wú)菌生理鹽水進(jìn)行振蕩重懸、清洗、離心。最終獲得的藻泥沉淀置于-80 ℃冰箱預(yù)冷4 h, 用冷凍干燥機(jī)(Alpha 1-4, Christ)將藻泥沉淀凍干至粉末狀, 再以分析天平(BS224S, Sartorius)對(duì)微藻凍干粉樣品進(jìn)行準(zhǔn)確稱(chēng)重。

1.3 微藻生物質(zhì)氮磷碳的檢測(cè)

分別各稱(chēng)取三種微藻的凍干粉10 mg, 以100 mL的容量瓶和無(wú)菌生理鹽水進(jìn)行定容, 制備濃度為0.1 mg·mL-1的微藻干粉標(biāo)準(zhǔn)使用液。各取標(biāo)準(zhǔn)使用液0 mL、1 mL、2 mL、4 mL、6 mL、8 mL, 再以100 mL的容量瓶進(jìn)行定容, 獲得分別含有微藻凍干粉0 mg、0.1 mg、0.2 mg、0.4 mg、0.6 mg、0.8 mg的溶液樣品。參照GB/T 12763.4—2007方法測(cè)定樣品中的總氮和總磷, 參照GB 17378.4—2007方法測(cè)定總碳。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft office excel 2016軟件對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行線性擬合分析, 以單因素方差分析法比較各組數(shù)據(jù)的差異顯著性, 顯著水平設(shè)定為< 0.05。定量分析三種微藻的細(xì)胞干重與其TN、TP、TC含量的相關(guān)性, 以及不同微藻的細(xì)胞數(shù)量與其干重的關(guān)系, 獲得三種微藻的細(xì)胞數(shù)量、細(xì)胞干重與其藻細(xì)胞中TN、TP、TC含量之間的數(shù)學(xué)方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種微藻的細(xì)胞干重與其TN含量的關(guān)系

檢測(cè)結(jié)果顯示鈍頂螺旋藻SP1、綠色顫藻OC1、牟氏角毛藻CM1的細(xì)胞干重與其TN的含量均呈顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(<0.05), 它們的數(shù)學(xué)方程及其判定系數(shù)2值分別為= 0.2845+ 0.0044,2= 0.9919;= 0.1242+ 0.0009,2= 0.9912;= 0.1315- 0.0016,2= 0.9955; 其中表示藻細(xì)胞的TN含量,表示藻細(xì)胞的干重值(圖1和表1)。該結(jié)果表明, 隨著微藻細(xì)胞干重的增加其細(xì)胞中的TN含量也呈線性關(guān)系隨之不斷升高。經(jīng)測(cè)定以上三種微藻的TN含量與其細(xì)胞干重的比值分別為29.3%、12.6%和12.8%。

2.2 三種微藻的細(xì)胞干重與其TP含量的關(guān)系

如圖2和表1所示, 鈍頂螺旋藻SP1、綠色顫藻OC1、牟氏角毛藻CM1的細(xì)胞干重與其TP的含量均呈顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(<0.05), 它們的數(shù)學(xué)方程及其判定系數(shù)2值分別為= 0.045- 0.0004,2= 0.9988;= 0.00475– 0.00002,2= 0.9941;= 0.0081- 0.0003,2= 0.9911; 其中表示藻細(xì)胞的TP含量,表示藻細(xì)胞的干重值。這表明隨著微藻細(xì)胞干重的增加其細(xì)胞中的TP含量也呈線性關(guān)系隨之不斷升高。經(jīng)測(cè)定以上三種微藻的TP含量與其細(xì)胞干重的比值分別為4.4%、0.5%和0.8%。干重,表示藻細(xì)胞數(shù)量的log對(duì)數(shù)值。這表明隨著微藻細(xì)胞數(shù)量的增長(zhǎng)其細(xì)胞干重也呈線性關(guān)系隨之不斷增加

表1 微藻數(shù)量、細(xì)胞干重和細(xì)胞氮磷碳質(zhì)量的線性關(guān)系方程

圖1 微藻細(xì)胞干重與其TN含量的關(guān)系

Figure 1 Relationship between dry weight of microalgal cell with their TN content

圖2 微藻細(xì)胞干重與其TP含量的關(guān)系

Figure 2 Relationship between dry weight of microalgal cell with their TP content

2.3 三種微藻的細(xì)胞干重與其TC含量的關(guān)系

鈍頂螺旋藻SP1、綠色顫藻OC1、牟氏角毛藻CM1的細(xì)胞干重與其TC的含量均呈線性正相關(guān)關(guān)系(<0.05), 它們的數(shù)學(xué)方程及其判定系數(shù)2值分別為= 0.0526+ 0.0416,2= 0.9398;= 0.0534+ 0.0281,2= 0.9746;= 0.0379+ 0.0134,2= 0.9301; 其中表示藻細(xì)胞的TC含量,表示藻細(xì)胞的干重值(圖3和表1)?？梢?jiàn), 隨著微藻細(xì)胞干重的增加其細(xì)胞中的TC含量也隨之不斷升高。經(jīng)測(cè)定以上三種微藻的TC含量與其細(xì)胞干重的比值分別為13.6%、11.0%和6.5%。

2.4 三種微藻的細(xì)胞數(shù)量與其干重的關(guān)系

如圖4和表1所示, 鈍頂螺旋藻SP1、綠色顫藻OC1、牟氏角毛藻CM1的細(xì)胞數(shù)量與其干重之間均呈顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(<0.05), 它們的數(shù)學(xué)方程及其判定系數(shù)2值分別為y = 425.24- 3716.2,2= 0.9938;= 153.16- 1486.8,2= 0.9967;= 50.327- 385.19,2= 0.9981; 其中表示藻細(xì)胞的。

圖3 微藻細(xì)胞干重與其TC含量的關(guān)系

Figure 3 Relationship between dry weight of microalgal cell with their TC content

圖4 微藻細(xì)胞數(shù)量與其干重的關(guān)系

Figure 4 Relationship between microalgal cell quantities with their dry weight

3 討論

微藻可高效消減水體中的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量, 常被用于各種養(yǎng)殖尾水或工業(yè)廢水的凈化。有學(xué)者報(bào)道螺旋藻可使水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中的硝酸鹽氮(NO3--N)、總無(wú)機(jī)氮(TIN)和磷酸鹽(PO43--P)從初始濃度130.04 mg·L-1、130.85 mg·L-1、10.23 mg·L-1降低至26.53 mg·L-1、70.58 mg·L-1和0.15 mg·L-1, 其最大去除率分別達(dá)到79.6%、46.1%和98.5%[14]; 使生豬養(yǎng)殖原廢水中氨氮(NH3-N)、TIN和PO43--P從初始濃度164.11 mg·L-1、184.68 mg·L-1、33.85 mg·L-1降低至83.76 mg·L-1、93.89 mg·L-1、19.83 mg·L-1, 去除率為49.0%、49.2%、41.4%[5]; 使啤酒釀制廢水中的總氮(TN)、總磷(TP)、化學(xué)耗氧量(COD)從初始濃度31.13 mg·L-1、2.08 mg·L-1、700 mg·L-1降低至1.70 mg·L-1、0.80 mg·L-1、102 mg·L-1, 去除率為94.54%、61.54%、85.43%[4]; 使乳品廠廢水的TN、TP、COD從初始濃度13.7 mg·L-1、0.376 mg·L-1、110.7 mg·L-1降低至3.2 mg·L-1、0.09 mg·L-1和50.0 mg·L-1, 去除率為76.4%、76.1%和54.8%[6]。可見(jiàn), 螺旋藻對(duì)水體中氮磷凈化效果極為明顯, 具有廣泛的應(yīng)用前景。

顫藻對(duì)尾水的凈化效果同樣顯著, 它可將尾水中的NO3--N、TIN、PO43--P濃度由初始的136.77 mg·L-1、124.32 mg·L-1、11.07 mg·L-1分別降至54.85 mg·L-1、60.12mg·L-1、0.60 mg·L-1[14]。但是絕大部分顫藻會(huì)分泌微囊藻毒素, 對(duì)養(yǎng)殖生物和人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響[15-16], 存在較大的安全隱患, 因此即使它作為池塘水體中常見(jiàn)的微藻優(yōu)勢(shì)種能對(duì)水質(zhì)起到良好的凈化效果, 還是必須對(duì)其加以嚴(yán)格防控。角毛藻對(duì)水體氮磷的去除效果相對(duì)差于螺旋藻和顫藻, 有研究顯示牟氏角毛藻可將集約化對(duì)蝦養(yǎng)殖尾水中的NO3--N、TIN和PO43--P從初始濃度9.35 mg·L-1、10.2mg·L-1和1.18 mg·L-1降至0 mg·L-1、0.44 mg·L-1和0.05 mg·L-1; 其去除率為100%、95.7%和95.8%[14]; 葉志娟等的研究結(jié)果顯示[7], 用牟氏角毛藻凈化海水魚(yú)養(yǎng)殖尾水, 尾水的TN、PO43--P和COD的初始濃度2.212 mg·L-1、0.232 mg·L-1、約35 mg·L-1, 處理后水體的無(wú)機(jī)氮去除率為90-95%, 磷酸鹽為90%, COD含量基本沒(méi)變化。雖然角毛藻對(duì)水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的去除率能達(dá)到90%以上, 但它對(duì)氮磷去除的絕對(duì)數(shù)量仍遠(yuǎn)不及螺旋藻和顫藻。這可能與不同微藻細(xì)胞的生理特征、微藻對(duì)水環(huán)境的適應(yīng)性[17-19]及其對(duì)光照、溫度等氣候因子的選擇性有關(guān)[20-21]。

還有不少學(xué)者更為關(guān)注微藻的營(yíng)養(yǎng)組分研究與利用。劉如冰等研究認(rèn)為螺旋藻的蛋白質(zhì)含量為42.8%—67.4%[6]; 還有學(xué)者認(rèn)為螺旋藻的蛋白質(zhì)含量為48.1%—69.3%、糖類(lèi)為5.4%—10.4%、脂肪為4.4%—5.4%、灰分6.2%—7.4%、粗纖維4.2%, 并且螺旋藻所含氨基酸的種類(lèi)齊全, 總量可達(dá)309.94—505.95 mg·g-1[22-24]。所以, 螺旋藻常被用于開(kāi)發(fā)保健食品和養(yǎng)殖動(dòng)物的飼料蛋白源替代物[25-26]。雖然角毛藻細(xì)胞的蛋白質(zhì)遠(yuǎn)低于螺旋藻, 但其脂肪含量則遠(yuǎn)高于后者, 角毛藻的蛋白質(zhì)含量為11.0%—18.7%, 總脂肪為36.0%—57.1%[27], 所以許多學(xué)者將角毛藻作為生物石油的研究對(duì)象[28]。總體而言, 對(duì)于螺旋藻、顫藻、角毛藻細(xì)胞中的氮、磷、碳元素的相關(guān)分析則鮮見(jiàn)報(bào)道。

由上可見(jiàn), 目前在微藻與環(huán)境營(yíng)養(yǎng)相關(guān)作用方面的研究一方面主要關(guān)注于微藻對(duì)水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的凈化效果分析, 通過(guò)測(cè)定水體中NO3--N、NO2--N、NH3-N、TIN和PO43--P等特定化學(xué)形式的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量的變化量來(lái)評(píng)定其凈化效率; 另一方面則聚焦于通過(guò)不同種類(lèi)營(yíng)養(yǎng)因子或培養(yǎng)條件的優(yōu)化控制提高微藻細(xì)胞中蛋白質(zhì)、總脂肪、氨基酸、糖類(lèi)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與積累效率。然而關(guān)于微藻細(xì)胞中氮、磷、碳元素與其細(xì)胞數(shù)量的相關(guān)性研究卻少見(jiàn)報(bào)道。其實(shí), 水體環(huán)境中氮、磷、碳元素的化學(xué)存在形式具有多樣化特征, 例如NO3--N、NO2--N、NH3-N、TIN、PO43--P、H2PO4-、HPO42-、HCO3-、CO32-等的化學(xué)形式在水體中均較為常見(jiàn), 而且它們之間還會(huì)隨各種環(huán)境因子的變動(dòng)而發(fā)生頻繁的相互轉(zhuǎn)化[29]。因此, 在利用微藻吸收環(huán)境營(yíng)養(yǎng)的過(guò)程中應(yīng)基于藻細(xì)胞數(shù)量的增長(zhǎng)狀況探討其所含總氮、總磷、總有機(jī)碳的數(shù)量變化, 這才能準(zhǔn)確評(píng)測(cè)微藻從環(huán)境中究竟獲取了多少數(shù)量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)用于其絕對(duì)生物量的增長(zhǎng), 對(duì)水環(huán)境的絕對(duì)凈化效應(yīng)如何, 從而有效避免水環(huán)境中元素化學(xué)存在形式變動(dòng)、營(yíng)養(yǎng)鹽的吸附與沉降、水生生物的呼吸與新陳代謝等眾多背景干擾因子的影響。雖然鈍頂螺旋藻、綠色顫藻、牟氏角毛藻等3種微藻均可通過(guò)光合作用途徑, 吸收二氧化碳或碳酸氫根合成有機(jī)質(zhì), 以供其生長(zhǎng)所需。而螺旋藻和顫藻作為藍(lán)藻種類(lèi), 有研究表明在自然的開(kāi)放水域環(huán)境中藍(lán)藻能通過(guò)固氮效應(yīng), 從空氣中攝取氣態(tài)氮進(jìn)行固氮營(yíng)養(yǎng)[30]; 微生物學(xué)領(lǐng)域則將藍(lán)藻定義為藍(lán)細(xì)菌, 認(rèn)為它們不僅可營(yíng)光能自養(yǎng)生活還可在一定條件下?tīng)I(yíng)異養(yǎng)生活從環(huán)境中吸收溶解態(tài)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)[31]。但無(wú)論以上3種微藻通過(guò)何種營(yíng)養(yǎng)方式進(jìn)行生長(zhǎng), 它們的增殖終歸需要從外界環(huán)境中攝取碳氮磷營(yíng)養(yǎng)元素?；诖? 該研究的焦點(diǎn)是探討在適宜的恒溫光照純培養(yǎng)條件下, 以上3種微藻細(xì)胞中所含氮、磷、碳的含量狀況, 通過(guò)建立細(xì)胞干重與其碳、氮、磷含量的線性關(guān)系方程, 說(shuō)明隨著藻細(xì)胞的增殖它們可從外界環(huán)境中吸收碳氮磷營(yíng)養(yǎng)元素的絕對(duì)質(zhì)量關(guān)系。其次, 通過(guò)逐步分析構(gòu)建“藻細(xì)胞氮磷碳質(zhì)量——藻細(xì)胞干重——活藻細(xì)胞數(shù)量”的關(guān)系方程, 還可為后續(xù)進(jìn)一步研究測(cè)算將以上3種微藻進(jìn)行規(guī)模化培養(yǎng)用以吸收環(huán)境中碳氮磷營(yíng)養(yǎng)的效果提供基礎(chǔ)參考。

該研究結(jié)果顯示, 鈍頂螺旋藻、綠色顫藻、牟氏角毛藻的細(xì)胞干重CDW值與其所含TN、TP、TC的質(zhì)量間均存在顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(<0.05), 而且細(xì)胞數(shù)量與CDW之間也同樣呈顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(<0.05), 由此可用其數(shù)學(xué)回歸方程推算隨著以上三種微藻細(xì)胞數(shù)量的增長(zhǎng), 它們從水體環(huán)境所吸收氮、磷、碳的絕對(duì)數(shù)量。此外, 該研究還顯示鈍頂螺旋藻細(xì)胞中的TN、TC、TP含量占其CDW的比值分別為29.3%、13.6%和4.4%, 均遠(yuǎn)高于牟氏角毛藻, 這也與上述學(xué)者報(bào)道螺旋藻的高蛋白質(zhì)含量特征相吻合。由此推算, 每獲得干重1 g的鈍頂螺旋藻SP1, 它可從環(huán)境中吸收氮元素293 mg, 碳元素136 mg、磷元素44 mg; 換而言之, 若以1000 m3的零換水集約化養(yǎng)殖池系統(tǒng)為例, 在其水體中按103個(gè)·mL-1濃度接種鈍頂螺旋藻SP1, 培養(yǎng)10天左右當(dāng)它的藻細(xì)胞密度增長(zhǎng)至108個(gè)·mL-1數(shù)量水平時(shí), 可獲得干重約11.1kg的螺旋藻, 進(jìn)而從環(huán)境中吸收氮元素3.3 kg、碳元素1.5 kg和磷元素0.5 kg用于微藻細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖; 按對(duì)蝦養(yǎng)殖周期90天計(jì)算, 對(duì)所培養(yǎng)的螺旋藻進(jìn)行實(shí)時(shí)采收并進(jìn)行利用[32], 那么一個(gè)養(yǎng)殖季即可通過(guò)螺旋藻的培養(yǎng)獲得干重約99.9 kg的螺旋藻, 并從環(huán)境中吸收氮元素29.7 kg、碳元素13.5 kg和磷元素4.5 kg?？梢?jiàn), 選擇螺旋藻用于水產(chǎn)養(yǎng)殖水體環(huán)境的凈化, 可實(shí)現(xiàn)水中氮、碳、磷等營(yíng)養(yǎng)元素的高效吸收, 或?qū)⒅c有機(jī)質(zhì)降解菌、硝化功能菌等進(jìn)行科學(xué)配伍, 應(yīng)該能有效解決水環(huán)境中微生物對(duì)水質(zhì)凈化不充分的難題[33]。

4 結(jié)論

鈍頂螺旋藻SP1、綠色顫藻OC1、牟氏角毛藻CM1等三種微藻的細(xì)胞CDW與其所含TN、TP、TC的質(zhì)量間均存在顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(<0.05), 其中在與TN、TP關(guān)系的數(shù)學(xué)回歸方程中線性擬合程度優(yōu)于TC; 同時(shí), 三種微藻的細(xì)胞數(shù)量與CDW之間亦呈顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(<0.05)。鈍頂螺旋藻細(xì)胞中的TN、TC、TP含量占其CDW的比值分別為29.3%、13.6%和4.4%, 均遠(yuǎn)高于綠色顫藻和牟氏角毛藻(<0.05)。

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Relationship between cell quantity of three microalgae with their carbon, nitrogen and phosphorus

CAO Yucheng1,2,3, SUN Zhiwei1, XU Yu1,2,3, HU Xiaojuan1,2, SU Haochang1,2, XU Wujie1,2, WEN Guoliang1*, LU Min1, YU Zhaolong3,4

1. South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences/Key Laboratory of South China Sea Fishery Resources Exploitation & Utilization, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Guangdong Provincial Key Laboratory of Fishery Ecology and Environment, Guangzhou 510300, China 2. Shenzhen Base South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Shenzhen 518121, China 3. Maoming Branch of Guandong Laboratory for Lingnan Modern Agriculture, Maoming525400, China 4. Guangdong Guanlida Marine Biology Co., Ltd., Maoming 525400, China

In order to evaluate the relationship between the cell quantity and the contents of total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) and total carbon (TC) in,and, which were dominant microalgal species in aquaculture pond, the microalgae were pure cultured in biological incubator with constant temperature and illumination respectively, and cell quantity were determined continuously. Microalgal cells were collected by centrifugation and freeze-dried to prepare dry powder, the cells dry weight (CDW) and the contents of TN, TPandTCalso were accurately measured. Based on the measured data, the mathematical equations were established on quantitative relationship between CDW and the contents of TN, TP and TC, as well as the relationship between microalgal cell quantity and CDW. There was significant linear positive correlation between CDW of the three microalgae with their contents of TN, TP and TC (< 0.05); the linear fit degree in the mathematical regression equation of TN and TP was better than that of TC; meanwhile, the cell quantity of three microalgae also was linear positive correlation with CDW significantly (< 0.05). The ratio of TN, TC and TP to CDW incells was 29.3%, 13.6% and 4.4% respectively, which were much higher than those ofand.

;;; total nitrogen; total phosphorus; total carbon

10.14108/j.cnki.1008-8873.2022.04.024

X703.1

A

1008-8873(2022)04-204-08

2021-10-28;

2021-12-09

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2020YFD0900401); 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金(2020TD54); 財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部: 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-48); 廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)資金(2019KJ149); 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(2021SD08)

曹煜成(1979—), 男, 浙江東陽(yáng)人, 博士, 研究員, 主要從事水產(chǎn)健康養(yǎng)殖和養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境調(diào)控研究, E-mail: cyc_715@163.com

通信作者:文國(guó)樑, 男, 研究員, 主要從事水產(chǎn)健康養(yǎng)殖研究, E-mail: guowen66@163.com。

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