初始營養(yǎng)條件對(duì)小球藻生長影響的研究_圖文

1、Jun.201032精細(xì)與專用化學(xué)品Fine and Specialty Chemicals第18卷第6期 2010年6月初始營養(yǎng)條件對(duì)小球藻生長影響的研究師文靜,黎元生(中國石化撫順石油化工研究院生化部,遼寧撫順113001摘要;以無機(jī)氮(硝酸鈉、有機(jī)氮(尿素、磷(磷酸二氫鉀、初始濃度4個(gè)因素進(jìn)行均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),研究4種因素 對(duì)小球藻生長的影響。通過均勻設(shè)計(jì)軟件,建立了回歸方程,對(duì)方程分析表明:4種因素對(duì)小球藻生長影響顯著,硝酸鈉和 初始濃度的提高明顯促進(jìn)生長。而較高的濃度磷和尿素將會(huì)抑翻小球藻的生長,此結(jié)果為進(jìn)一步優(yōu)化培養(yǎng)條件奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞:小球藻;均勻設(shè)計(jì);硝酸鈉;尿素;磷酸二氫鉀初

2、始濃度Effects of initial nutrient conditions on the growth of chlorellaSHJ W0,z-jing。LI Yuan-sheng(Department of Biochemical Engineering,Fushun Petroleum-Chemical EngineeringResearch Institute of SINOPEC,Fushun 113001,ChinaAbstra“:The effects of organic nitrogen(NaN03,inorganic nitrogen(urea,phosphorus

3、(KHz POand initial concentration on the growth of chlorella were reported in this paper.The uniform design table of 4factors was selected for the experiment.The regression equation was established with the uniform design software.The equation analysis showed that the 4factors had significant effects

4、 on the growth of chlorella;the increase of NaN03and initial concentration could promote the growth of chlorella;but higher concentration phosphorus and urea would inhibit the growth of chlorella.This result further laid the foundation for optimization 0f culture con ditions.Keywords:chlorella;unifo

5、m design;NaNOs;urea;KHz P04;initial concentration小球藻為綠藻門(Chlorophyta小球藻屬 (Clorella的一種單細(xì)胞綠藻,其生態(tài)分布廣, 對(duì)環(huán)境要求簡單,環(huán)境耐受性強(qiáng),易于人工培養(yǎng), 營養(yǎng)豐富,應(yīng)用價(jià)值高,可用于保健食品、飼料添 加劑、水產(chǎn)餌料和提取生物活性物質(zhì)等多個(gè)領(lǐng) 域121;同時(shí),小球藻能夠耐受較高的二氧化碳濃 度和較高的溫度,具有極好的固定二氧化碳性 能3,有著巨大的應(yīng)用和開發(fā)潛力,而大量培養(yǎng)小 球藻則是開展各項(xiàng)應(yīng)用研究的前提條件。與藻類異 養(yǎng)生長相比,目前藻類自養(yǎng)培養(yǎng)普遍存在著最終生 物量低的缺點(diǎn)。關(guān)于培養(yǎng)條件對(duì)小球藻生長的

6、研究 已有較多報(bào)道。這些研究結(jié)果表明,培養(yǎng)基的初始 營養(yǎng)條件對(duì)小球藻的最終生物量有顯著影響。因 此,SE(Soil Extract液體培養(yǎng)基雖然適用于大 部分淡水藻的保種與培養(yǎng),但要想實(shí)現(xiàn)小球藻的高 密度培養(yǎng),還需要進(jìn)一步優(yōu)化營養(yǎng)條件。本實(shí)驗(yàn)采用淡水普通小球藻,在已獲得的基本 培養(yǎng)條件進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對(duì)影響小球藻 初始條件進(jìn)行了研究。按常規(guī)的正交設(shè)計(jì),在多水 平多因素的情況下,實(shí)驗(yàn)次數(shù)比較多,花費(fèi)時(shí)間比 較長,成本也比較高,因此將均勻設(shè)計(jì)應(yīng)用到小球 藻初始營養(yǎng)條件考查實(shí)驗(yàn)上,以獲得普通小球藻自 養(yǎng)生長的最佳營養(yǎng)條件。l 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)用的普通小球藻(chlorella vulgaris由

7、 中科院武漢水生所淡水藻種庫提供。藻種培養(yǎng)選用 SE培養(yǎng)基,培養(yǎng)在光照震蕩恒溫培養(yǎng)搖床中進(jìn)行,收稿日期:201003022010年6月 師文靜等:初始營養(yǎng)條件對(duì)小球藻生長影響的研究 33培養(yǎng)溫度為32(3,光照強(qiáng)度為5000Lx,光暗反應(yīng) 周期為24h,光暗反應(yīng)時(shí)間比為12:12,搖床轉(zhuǎn)速 為140r/min。實(shí)驗(yàn)選取無機(jī)氮、有機(jī)氮、磷、初始濃度4種 因素,起初每種因素設(shè)置9個(gè)水平,研究3種因素 對(duì)小球藻生長的影響及其間可能的交互作用。有機(jī) 氮選用硝酸鈉,無機(jī)氮選用尿素,磷鹽為磷酸二氫 鉀,實(shí)驗(yàn)選用均勻設(shè)計(jì)表U9安排實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)因 素水平如表1。裹1均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素及水平(1確定小球藻的最大吸收

8、峰的波長取大約5mL藻液,在紫外分光光度計(jì)上掃描 其在400-一800nm的吸光度值,找出最大吸收峰的 波長,確定分光光度計(jì)測量藻液所采用的波長。 (2建立0D與生物量的標(biāo)準(zhǔn)曲線在最大吸收峰波長下,測量對(duì)數(shù)生長期不同濃 度藻液的吸光度OD值,并把相應(yīng)的藻液離心干燥 稱量干重,建立了吸光度OD與生物量的曲線。 最終生物量的值用吸光度OD來表示。2結(jié)果與分析、 、k/。、】j I 、 |lV圖1小球藻光譜的測定通過紫外分光光度計(jì)掃描的結(jié)果如圖1,發(fā)現(xiàn) 小球藻的最大吸收峰波長在689.32nm處,根據(jù)掃 描結(jié)果,以此波長作為小球藻測定的波長。在此波長下測定不同濃度藻液的吸光度值,并 把相應(yīng)的藻液離心

9、干燥稱量干重(如表2,線性 回歸,得出了吸光度0D與生物量的標(biāo)準(zhǔn)曲線,見 圖2。標(biāo)準(zhǔn)曲線公式:y=169.19x,其中x為吸光度 0D值,Y表示生物量(干重rag/L,回歸系數(shù)R2 -99.5%,OD與生物量之間有很好的線性關(guān)系,因 此可以用oD間接直觀的反應(yīng)生物量的大小。圖2OD與生物量之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線裹2不同濃度的藻液的OD值和生物量選用最終生物量作為考察指標(biāo)(結(jié)果如表3, 利用均勻設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行各因素的逐步回歸分析,考 慮各因素之間可能存在著交互作用。選用2次曲線34 精細(xì)與專用化學(xué)品 第18卷第6期方程作為回歸方程。所得回歸方程為:y_-2.46812 -0.494449X2-0.0025

10、5592Xl 2-0.00562255Xl x3+ 0.456887X】(10.0890807X22十3.10681X2x一 0.860364您(.式中Y為生物量(OD表示值,X。為 NaNO。,Xz為尿素,X3為KH。P04,(4為初始濃度。表3均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表4方差分析衰方箍來源 平方和 自由度 均方和 顯著性由方差分析表(表4可以看出,4個(gè)變量都 對(duì)Y(生物量有相關(guān)性,當(dāng)d=0.01時(shí),F檢驗(yàn) 通過,該方程置信度達(dá)99%以上。從回歸方程可 以看出,4個(gè)因素對(duì)生物量的關(guān)系比較復(fù)雜,難于 直接看出各因素對(duì)最終生物量的影響關(guān)系。因此, 利用均勻設(shè)計(jì)軟件作等值線圖和曲線圖以進(jìn)一步考 察各因素

11、與生物量之間的關(guān)系。圖3初始濃度和KH。PO。的等值線圖 圖3為初始濃度和磷酸鹽與0D的等值線圖。由此圖可以比較容易地看出,初始濃度對(duì)最終生物 量有顯著的影響。初始濃度的提高有利于小球藻最 終生物量的增加,這與平時(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)際相符合,而隨 著磷含量的增高,對(duì)小球藻的生長有抑制作用,說 明基本SE培養(yǎng)基中的磷含量已經(jīng)足以滿足小球藻 生長的要求。過高的磷酸鹽導(dǎo)致生物量的降低,可 能的原因是過高的磷酸鹽小球藻不能吸收,過剩的 磷酸鹽會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)的pH值降低,低pI-I不利于小 球藻的生長。自,蛐 然:二1一十:】Iz:i圖4 硝酸鈉濃度與OD的曲線圖2010年6月 師文靜等:初始營養(yǎng)條件對(duì)小球藻生長影響的

12、研究 35圖4表示了在其他三種因素都固定的情況下, 硝酸鈉濃度與生物量之間的關(guān)系。可以看出,硝酸 鈉對(duì)小球藻生長有顯著的促進(jìn)作用,隨著硝酸鈉濃 度的逐步升高,促進(jìn)作用逐漸減弱。當(dāng)硝酸鈉濃度 超過169/L時(shí),硝酸鈉對(duì)小球藻生長產(chǎn)生了抑制 作用。蕊:I一十:2m量太:2圖5尿素濃度與OD的曲線圈圖5為尿素與小球藻生長曲線圖,在低濃度 下,尿素對(duì)小球藻生長有一定的促進(jìn)作用,但作用 不顯著。隨著濃度的升高,尿素對(duì)小球藻生長表現(xiàn) 了明顯的抑制作用,說明了高濃度下尿素對(duì)小球藻 產(chǎn)生了毒害作用,這與有關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道一致。有人 認(rèn)為是尿素生長過程中分解氨,高濃度的氨會(huì)對(duì)藻 類生長有毒害作用Ez,5。關(guān)于藻類自

13、養(yǎng)生長的機(jī)理 目前還不清楚,有待進(jìn)一步研究。3結(jié)論本文通過均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)得到了硝酸鈉、尿素、 磷酸鹽和初始濃度與小球藻生長關(guān)系的回歸方程, 利用軟件對(duì)回歸方程作圖分析,得到了各因素對(duì)小 球藻生長的影響關(guān)系。用均勻設(shè)計(jì)法大大降低了實(shí) 驗(yàn)次數(shù),既節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用,又得到了有效數(shù)據(jù), 充分發(fā)揮了均勻設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。參考文獻(xiàn)Eli張志良.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)M.北京:高等教育出版社, 1990.2沈頌東.氮素對(duì)小球藻生長的影響口.水利漁業(yè),2003,23 (2:55-573楊忠華,陳明明.等.利用徽藻技術(shù)減捧二氧化碳的研究進(jìn)展 EJ.現(xiàn)代化工,2008,28(8:1519.E4方開泰.均勻設(shè)計(jì)與均勻設(shè)計(jì)表EM

14、.北京:科學(xué)出版社, 1994.E53韋金河,汪延,寧運(yùn)旺.不同氮、碳源對(duì)蛋白核小球藻培養(yǎng)液 的pH值的影響J.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2004,20(1:63.64.(上接第31頁附能力較強(qiáng),所形成的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高,般 土顆粒被網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分隔,顆粒間的摩擦阻力小,因 此剪切稀釋性能好。在低剪切速率條件下,由于較 強(qiáng)的分子間引力,使空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)一步增 強(qiáng),表現(xiàn)為較高的低剪切黏度。而溫度高于90后,三贊膠的分子結(jié)構(gòu)在空 間迅速收縮,空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形成能力和構(gòu)建強(qiáng)度 減低,般土顆粒相互接近,摩擦力增加使得塑性黏 度上升,而動(dòng)切應(yīng)力下降,剪切稀釋性能受到破 壞,同時(shí)鉆井液的濾失增加。特別是在120

15、滾動(dòng) 養(yǎng)護(hù)條件下,空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重,吸附力進(jìn)一 步降低,表現(xiàn)為表觀黏度和動(dòng)切應(yīng)力明顯下降,濾 失量明顯增加,與黃原膠的性能差距較大。3結(jié)論(1在低于90溫度條件下,三贊膠是一種 性能優(yōu)良的流型調(diào)節(jié)劑,加入鉆井液能夠明顯改善 鉆井液的剪切稀釋性能,提高動(dòng)切應(yīng)力,對(duì)塑性黏 度影響很小,還具有較好的降濾失性能和抗鹽性 能,整體性能優(yōu)于黃原膠。(2在低于90溫度條件下,與黃原膠產(chǎn)品相 比三贊膠具有較高的低剪切黏度,對(duì)提高水平井井 眼凈化效率,防止巖屑床形成有主要的使用價(jià)值。 (3三贊膠在溫度高于90時(shí),特別是在 120滾動(dòng)養(yǎng)護(hù)條件下,分子結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化, 剪切稀釋和降濾失性能發(fā)生明顯變化,性能不

16、如黃 原膠產(chǎn)品,需要進(jìn)一步改進(jìn)。(4三贊膠應(yīng)在分子量、分子構(gòu)型和吸附性能 方面進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn),以提高產(chǎn)品的抗溫穩(wěn)定性 能。 初始營養(yǎng)條件對(duì)小球藻生長影響的研究作者:師文靜 , 黎元生 , SHI Wen-jing, LI Yuan-sheng作者單位:中國石化撫順石油化工研究院生化部,遼寧,撫順,113001刊名:精細(xì)與專用化學(xué)品英文刊名:FINE AND SPECIALTY CHEMICALS年,卷(期:2010,18(6參考文獻(xiàn)(5條1. 張志良 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 19902. 沈頌東 氮素對(duì)小球藻生長的影響 期刊論文-水利漁業(yè) 2003(023. 楊忠華;陳明明 利用徽藻技術(shù)減攤二氧化

17、碳的研究進(jìn)展 期刊論文-現(xiàn)代化工 2008(084. 方開泰 均勻設(shè)計(jì)與均勻設(shè)計(jì)表 19945. 韋金河;汪延;寧運(yùn)旺 不同氮、碳源對(duì)蛋白核小球藻培養(yǎng)液的pH值的影響 期刊論文-江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2004(01本文讀者也讀過(10條1. 王波 . 梁偉 . 孔垂雨 . Wang Bo. Liang Wei. Kong Chuiyu不同營養(yǎng)鹽對(duì)小球藻(Chlorella vulgaris Beij. 培養(yǎng) 的影響 期刊論文-現(xiàn)代漁業(yè)信息 2006,21(52. 劉艷 . 楊海波 . 林破 . 張欣華 小球藻的優(yōu)化培養(yǎng)及胞內(nèi)多糖的提取 期刊論文-生物技術(shù) 2002,12(33. 小趙 小球藻已成全球共

18、享的保健佳品 期刊論文-中國保健營養(yǎng) 2009(104. 潘欣 . 李建宏 . 戴傳超 . 浩云濤 . 馬宇翔 . 王雪鋒 小球藻異養(yǎng)培養(yǎng)的研究 期刊論文-食品科學(xué) 2002,23(45. 張國權(quán) . 李琳 小球藻的絮凝沉降采收 期刊論文-糧油加工與食品機(jī)械 2002(126. 黃冠華 . 陳峰 . HUANG Guan-hua. CHEN Feng金屬離子對(duì)小球藻Chlorella vulgaris生物量和總脂肪酸含量的影響 的研究 期刊論文-現(xiàn)代食品科技 2009,25(57. 潘輝 . 蔡輝 . Pan Hui. Cai Hui光照對(duì)固定化菌藻去除市政污水有機(jī)物的研究 期刊論文-環(huán)境科學(xué)與管理 2009,34(78. 羅岳平 . 馬劍敏 . 李益健 . 嚴(yán)國安 . LUO Yueping. MA Jianmin. LI Yijian. YAN Guoan小球藻表面疏水性的研究