不同培养方式对饵料微拟球藻生长的影响

摘 要：为提高微拟球藻户外大规模高密度培养效率，分析比较了在管道式光生物反应器、开放式白桶培养条件下，微拟球藻细胞密度、叶绿素质量浓度等变化情况。结果显示：在管道式光生物反应器培养条件下，藻细胞密度最高为5.67×106 cells/mL，总叶绿素、叶绿素a质量浓度分别为3.74 µg/mL和1.34 µg/mL，可溶性糖、蛋白质质量浓度分别为95.51±0.66 µg/mL和1.02±0.03 mg/mL，显著高于开放式白桶培养。研究结果表明，管道式光生物反应器更适合微拟球藻大规模高密度培养。

关键词：微拟球藻；培养方式；管道式光生物反应器；生长

中图分类号：S969.24 文献标志码：B 文章编号：1674-7909（2024）14-91-3

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.14.020

0 引言

微拟球藻（Nannochloropsis oculata）属于真眼点藻纲（Eustigmatophyceae）拟单胞藻科 （Monodopsidaceae），细胞近似球形的真核生物，在海水和淡水中均有分布［1］。其个体微小，生长迅速，并富含长链多不饱和脂肪酸、多糖、蛋白质、三酰甘油等活性物质［2］，营养价值极高，常被用作水产养殖动物的开口饵料，有巨大的市场需求。因此，微拟球藻的大规模高密度室外培养受到广泛关注。

微藻的大规模培养方式可分为封闭式培养和开放式培养2大类。传统养殖户多利用自然池塘或养殖池塘进行开放式培养。这种培养方式的优点是设施建造简单、操作方便，但微藻的繁殖会受到外界环境条件影响。循环管道式光生物反应器作为典型的封闭式藻类培养装置，具有光照表面积大、藻液流动、有较高的CO2利用率等特点［3］，可提高微藻产量。

但目前，养殖户对利用光生物反应器培养微藻的技术仍然不是很了解，大多还是用大型水泥池或白桶进行藻类培养，使得大规模高密度微藻培养工作受限。基于此，采用循环管道式光生物反应器和开放式白桶2种装置培养微拟球藻，比较分析2种培养方式下藻细胞密度等变化情况，并从生理和营养积累角度综合评价2种培养方式对微拟球藻的扩培效果，为微藻大规模高密度培养提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 培养装置

250 L循环管道式光生物反应器（上海光语生物科技有限公司生产）主要由80 mm×280 mm玻璃管道、60 L缓冲柱、驱动装置（包括变频器和低剪切力循环水泵）、电控系统、LED光源、pH仪、温度计、气泵等组成。开放式白桶培养系统由50 L白桶、LED光源和气泵等构件组成。

1.1.2 藻种来源

微拟球藻由宁波大学海洋生物重点实验室微藻种质库提供。

1.2 试验设计

试验包括管道式光生物反应器培养和开放式白桶培养2种方式。试验所用海水为用海水晶（海佳，江西）配制的人工海水（盐度为25 psu），盐度测定仪器为盐度计（YDJ-100，河北欧素），海水经脱脂棉过滤、沉淀和氯片消毒后用于微藻培养。试验充气量统一控制为（5±1） L/min，接种细胞密度为3×105 cells/mL，光暗周期比为L∶D=12∶12，光强设置为（3 000±50）Lux，温度控制在（24±1） ℃。试验设置3个生物学重复，持续12 d。

试验组接入藻种混匀后，每隔24 h取样观察藻细胞生长情况。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 藻细胞数目的测定

取藻液2 mL，用鲁氏碘液固定，采用血球板计数法进行计数。

1.3.2 叶绿素质量浓度的测定

采用丙酮萃取法测定藻细胞叶绿素质量浓度［4］。

1.3.3 营养组成的测定

采用蒽酮-硫酸法测定可溶性糖质量浓度［5］，用考马斯亮蓝法测定蛋白质质量浓度［6］。

1.4 数据处理与分析

数据用“平均值±标准差”表示，采用IBM SPSS 27.0软件进行单因素方差分析和显著性差异分析，P<0.05表示差异显著。图表使用Graphpad Prism 9.0和Excel 2018制作。

2 结果分析

2.1 2种培养方式对微拟球藻生长的影响

藻细胞密度是反映微拟球藻生长情况的核心指标之一。2种培养方式对微拟球藻细胞密度的影响如图1所示。试验结果表明：在管道式光生物反应器培养和开放式白桶培养条件下，微拟球藻细胞密度均随时间的增加呈先增长后降低的趋势，但管道式光生物反应器培养下的最大藻细胞密度显著高于开放式培养方式（P<0.05）。在管道式光生物反应器培养条件下，微拟球藻在第10天达到最大细胞密度，为5.67×106 cells/mL，比开放式培养条件下同期数值高出22%。相比之下，开放式培养条件下藻细胞生长速度相对缓慢，其最大细胞密度为4.65×106 cells/mL。

2.2 2种培养方式对微拟球藻叶绿素质量浓度的影响

在2种培养方式下，微拟球藻叶绿素质量浓度的变化如图2所示。在2种培养方式下，微拟球藻总叶绿素质量浓度（图2A）和叶绿素a质量浓度（图2B）都随时间的增加呈先上升后下降的趋势，且在整个培养期间管道式光生物反应器培养条件下的叶绿素质量浓度显著高于开放式培养（P<0.05）。在培养第10天，循环管道式光生物反应器培养条件下的总叶绿素质量浓度和叶绿素a质量浓度分别为3.74 µg/mL和1.34 µg/mL，开放式白桶培养条件下的相应指标值分别为3.20 µg/mL和1.14 µg/mL。

2.3 2种培养方式对微拟球藻营养积累的影响

在2种培养方式下，微拟球藻可溶性糖和蛋白质质量浓度变化如表1所示。在循环管道式光生物反应器培养条件下，微拟球藻的可溶性糖和蛋白质质量浓度分别为（95.51±0.66） µg/mL和（1.02±0.03 ）mg/mL，均显著高于开放式白桶培养下的微拟球藻可溶性糖质量浓度［（92.40±0.80 µg/mL）］和蛋白质质量浓度［（0.95±0.02 mg/mL）］（P<0.05）。

表1 不同培养方式对微拟球藻营养成分的影响

[培养方式 可溶性糖质量浓度/

（µg·mL-1） 蛋白质质量浓度/

（mg·mL-1） 循环管道式

光生物反应器 95.51±0.66 1.02±0.03 开放式白桶 92.40±0.80 0.95±0.02 ]

3 讨论

随着微藻规模化培养研究的逐渐深入，开发高效、经济的微藻培养系统成为热点［7］。光生物反应器作为典型的封闭式藻类培养系统，可以用于户外规模培养，可强化微藻固碳作用且单位体积产率高，其应用前景较好［8］。在培养过程中，微藻受到光照、温度、pH值、营养盐等多种因素的影响，但光照是最主要的影响因素［9］。王付冬等［10］研究了不同光照强度对眼点拟微绿球藻生长的影响，发现眼点拟微绿球藻生物量随着光照强度的增加而升高。此试验同样以微拟球藻作为藻种，在管道式光生物反应器培养条件下，藻细胞密度最高为5.67×106 cells/mL（培养至第10天），优于开放式培养。其原因可能是管道式光生物反应器采用双侧光照，增强了闪光效应，从而提高了光能利用率和光合作用效率，促使微藻生长速率和产率提升［11］。

叶绿素在藻类光合作用中具有关键作用，其质量浓度的变化与藻类生命活动息息相关。刘青等［12］发现，叶绿素质量浓度与单胞藻的生长速率成正比，生长速率越快，叶绿素质量浓度越高。在此试验中，2种培养方式下的微拟球藻叶绿素质量浓度都随时间的增加呈先上升后下降的趋势，与藻细胞密度变化趋势相同。此外，管道式光生物反应器培养方式下的叶绿素质量浓度高于同期开放式白桶培养方式，进一步表明管道式光生物反应器培养方式可增强藻类植物光合作用，并提升光合效率。

微藻的营养组成对水产动物的生长性能极为重要。吕布等［13］利用管道式光生物反应器、聚乙烯桶、水泥池培养湛江等鞭金藻，发现管道式光生物反应器有利于总蛋白和可溶性糖的积累。这与此试验结果一致，表明利用管道式光生物反应器培养的微拟球藻的营养价值高于开放式白桶培养方式。其原因可能是管道式光生物反应器培养方式会增加藻细胞受光面积，使藻细胞密度相对较高，从而影响蛋白质和糖类营养物质的积累。

4 结论

试验结果表明：相比开放式白桶培养，管道式光生物反应器显著提高了藻细胞密度，并增加了营养物质的积累，有利于微拟球藻户外大规模高密度培养，有助于解决饵料微藻室外扩培的难题。

参考文献：

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［13］吕布，杨守国，VASQUEZ H E，等.3种不同规模化培养模式对湛江等鞭金藻生产力及色素含量的影响［J］.渔业现代化，2022，49（1）：11-17.