小球藻、栅藻、鱼腥藻、水华鱼腥藻均是微藻中重要的应用及研究品种,本实验探究了这四种微藻分别在相同培养条件下,各类微藻的生长情况并对其各自的生长速度进行比较。探究在相同环境中这四种微藻中的优势品种。通过实验得知,水华鱼腥藻明显处于优势地位为其中的优势藻种,栅藻明显处于劣势地位。四种微藻生长速度的比较结果为:水华鱼腥藻 > 鱼腥藻 > 小球藻 > 栅藻。Chlorella,Scenedesmus,Anabaena, andAnabaena algal bloomare important applications and research varieties of microalgae. This experiment explored the growth of various microalgae under the same culture conditions. The situation is compared to their respective growth rates. It explored the dominant species of these four microalgae in the same environment. The results showed that Anabaena algal bloom was the dominant species of the microalgae in the water chinensis group, and Scenedesmus was in the inferior position. The comparison results of the growth rates of the four microalgae were:Anabaena algal bloom>Anabaena>Chlorella>Scenedesmus.
小球藻、栅藻、鱼腥藻、水华鱼腥藻均是微藻中重要的应用及研究品种,本实验探究了这四种微藻分别在相同培养条件下,各类微藻的生长情况并对其各自的生长速度进行比较。探究在相同环境中这四种微藻中的优势品种。通过实验得知,水华鱼腥藻明显处于优势地位为其中的优势藻种,栅藻明显处于劣势地位。四种微藻生长速度的比较结果为:水华鱼腥藻 > 鱼腥藻 > 小球藻 > 栅藻。
小球藻,栅藻,鱼腥藻,水华鱼腥藻,生长速度,生长比较
Xuening Xu, Donghong Sun*, Pengfang Sun, Yalin Wang, Shuzhou Si, Kunmiao Cui, Yaxu Du, Rongzhao Li, Xianan Ma, Jiacong Li
School of Life Science, Ludong University, Yantai Shandong
Received: May 2nd, 2023; accepted: Jun. 14th, 2023; published: Jun. 26th, 2023
Chlorella, Scenedesmus, Anabaena, and Anabaena algal bloom are important applications and research varieties of microalgae. This experiment explored the growth of various microalgae under the same culture conditions. The situation is compared to their respective growth rates. It explored the dominant species of these four microalgae in the same environment. The results showed that Anabaena algal bloom was the dominant species of the microalgae in the water chinensis group, and Scenedesmus was in the inferior position. The comparison results of the growth rates of the four microalgae were: Anabaena algal bloom > Anabaena > Chlorella > Scenedesmus.
Keywords:Chlorella, Scenedesmus, Anabaena, Anabaena algal bloom, Growth Rate, Growth Comparison
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微藻的细胞结构简单、生长繁殖速度快,在自然水体中广泛存在 [
小球藻(Chlorella vulgaris)营养价值高兼具保健功能,在一些国家和地区已有很大程度的开发和利用,先后开发成蛋白源饲料、食品、饮料、医药制品 [
鱼腥藻(Anabaena)隶属蓝藻门(Cyanophyta)念珠藻目(Nostocales),是一种典型的固氮微生物,主要由两种形状不同的细胞组成,其中形状较小的为营养细胞,形状较大的为异形细胞。很早以前人们就发现了藻类对植物具有肥效作用 [
水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)是造成淡水水体水华即导致水体富营养化的主要藻种之一,分布极广,而且能够产生藻毒素,直接和间接的危害到人类。目前,已发现水华鱼腥藻能产生6种鱼腥藻毒素(anatoxins),均为神经性毒素,以肝毒素和鱼腥藻毒素为主,可以作用于动物的肝脏并引起中毒死亡 [
栅藻(Scenedesmus)是绿藻门绿球藻目栅藻科中的一属,因为其繁殖速度较快、对环境适应性较强、并具有很强的耐污性的特点,所以是有机污水氧化塘生物相中的优势种类,所以被用作处理污水的首选微藻之一。同时还因为其特殊的细胞壁结构和较高的重金属富集能力等特点,被应用于水体重金属修复。而与其他能源微藻相比,栅藻更是具有含油量较高 [
本实验中,希望通过在相同环境下对四种微藻的生长速度的记录以及比较,从而探究在相同培养条件中这四种微藻的优势品种,从而为生物防治、微藻规模培养、污水处理等方面提供有效数据,满足相关市场和研究的需要。
小球藻藻种、鱼腥藻藻种、水华鱼腥藻藻种、栅藻藻种由鲁东大学藻类研究所提供。
所做试验中,需要测量各种藻类的数值,为保证实验的严谨性和数据的准确性,需要用到:分光光度计、数字式照度仪、血球计数板、电子天枰、10 ml移液枪(见表1)。
显微镜(型号4B003 00) | 日本OLYMPLUS公司 |
---|---|
分光光度计(型号R040 502 7) | 上海尤尼柯仪器有限公司 |
数字式照度仪(型号V959 32) | 北京师范大学光电仪器厂 |
血球计数板(型号022 701 13) | 上海求精生化试剂仪器有限公司 |
电子天枰(型号PL300 2) | 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司 |
10mL移液枪(型号V959 32) | Thermo公司 |
表1. 实验仪器和出厂公司
由所做实验的目的以及变量控制方面要求,需要设计尽量符合条件的实验装置:满足良好适应不同种类的微藻相同的生长环境条件。保持装置内空气流通,隔绝与培养缸外空气的接触,保持气密性。便于取样和检测的装置构造条件。装置应尽量避免因设备问题所导致的藻种污染。
本次实验中所用到的实验装置:58 cm*10 cm*56 cm的藻类培养缸、电磁炉、通气空气泵、通气设备等。
本实验的思路是设置尽量相同的实验环境条件,并尽量统一光照条件和温度条件,在同一实验场所内分别设置4组(1号——水华鱼腥藻、2号——小球藻、3号——鱼腥藻、4号——栅藻)相同培养条件的实验组。测量实验组的OD值和细胞密度的变化并绘制折线图,通过比较折线图的斜率来确定各实验组的最大生长速率,从而确定生长速度。并对4组数据进行生长速度的比较。
配制四瓶5000 mL的统一培养基:取四只5000 mL规格的三角培养瓶,清洗消毒后分别加入5000 mL的自来水,并对自来水进行化学或物理消毒。称取配制培养基所需的药品,药品的用量及浓度(见表2)。
药品名称 | 浓度 | 称取量 |
---|---|---|
NaNO3 | 1.5 (g/L) | 7.5 (g) |
KH2PO4 | 0.04 (g/L) | 0.2 (g) |
柠檬酸铁 | 0.004 (g/L) | 0.02 (g) |
微量元素 | 1 (ml/L) | 5 (ml) |
表2. 药品的用量及浓度
将称量好的NaNO3、柠檬酸铁和微量元素溶液分别放入四个5000 mL三角培养瓶中,将称取的KH2PO4分别放入另外四个500 mL的三角培养瓶中,并加入少量蒸馏水溶解。
用牛皮纸密封培养瓶的瓶口,放在电磁炉上加热进行高温消毒,沸腾后取下,待培养液冷却至室温后,将三角瓶中的KH2PO4培养液对应的倒入另外四瓶培养瓶中。按此步骤配制四瓶培养基。
将盛有高温杀菌的KH2PO4的培养瓶放置在实验台上,冷却至室温后,进行接种操作。首先在周围空气中喷洒酒精进行消毒,然后小心取下牛皮纸盖和橡皮筋,保持盖口向上放在实验台上。
将准备好的藻种迅速倒入培养瓶中,快速盖上牛皮纸盖并套好橡皮筋。左右轻轻摇晃培养瓶,使藻种分散,注意不要让培养液接触到牛皮纸盖。待摇晃充分后放在有一定光照但光照不过于强烈的地方,培养7天。
培养期间每日摇晃培养瓶防止藻种堆叠在一起而过于密集,从而导致无法充分吸收养分进行生长。当藻种生长至适宜浓度可移至阳光较强的地方进行培养。
对藻种进行消毒接种后,在适宜的环境下培养7 d并使藻液达到一定的浓度时,对藻液进行进一步扩种。预先准备好四个相同的58 cm*10 cm*56 cm规格的藻类培养缸,接入通气设备并对缸内进行充分消毒,在缸口封好保鲜膜。倒入已经消毒好的淡水19.5 L,再用保鲜膜密封好。将培养好的藻种按以上步骤倒入缸中。再将按照培养方案配置好的四组培养基,在酒精喷洒消毒后的环境中迅速倒入培养缸中并用消过毒的玻璃棒充分搅拌使其混合均匀。打开通气装置,并将培养缸放置在同等阳光照射环境中。
第一次实验测试之前,藻种培养7 d后转移到藻类培养缸中,用移液枪在酒精喷洒消毒的环境在四个缸中分别取部分藻液,用分光光度仪、血球计数板以及显微镜来分别测量处于此时的小球藻藻液、鱼腥藻藻液、水华鱼腥藻藻液、栅藻藻液的OD值和单位体积内的细胞密度,测量结果(见表3)。
小球藻 | 鱼腥藻 | 水华鱼腥藻 | 栅藻 | |
---|---|---|---|---|
OD值 | 0.091 | 0.203 | 0.102 | 0.138 |
细胞密度(个/mL) | 9 | 31 | 24 | 23 |
表3. 各藻液的OD值和单位体积内的细胞密度
并以此数据作为下面实验中藻种的原始数据。
分别设置4组(1号——水华鱼腥藻、2号——小球藻、3号——鱼腥藻、4号——栅藻)实验组,将其放置于阳光温度均适宜的同一场所。在同一时间,将藻种分别放入培养缸中,分别放入配置好的且所含相同的营养液,搅拌均匀使其充分生长。培养过程中定时对培养缸内藻种进行搅匀,防止其贴壁生长影响生长状况和光照条件。
在实验培养期间,每间隔一天就分别测量1~4号培养瓶中微藻藻液的OD值和细胞密度,记录后绘成折线图,进行观察比较。同时按时对各缸进行镜检,防止藻种污染并及时止损。
实验最后进行干重的测量,测量方法如下:
1) 在消毒环境下,在四个缸中分别取一定比例的藻液(因使用20 L的培养缸所以本次实验取2 L的藻液,按10%的比例来计算整缸的干重)。
2) 对抽取出的藻液用滤网进行初步过滤。
3) 准备四张滤纸并将其剪成与抽滤装置中的抽滤口相符合的大小,将其分别放入四个洁净干燥的培养皿中,并分别对其进行称重。得到G1 (滤纸加培养皿的重量)
4) 将抽滤装置安装好,测试其气密性,将滤纸放置于过滤杯与漏斗基座的卡槽中,将初步过滤的藻液倒入过滤杯中,打开抽滤泵,进行抽滤。
5) 在抽滤过程中用蒸馏水将杯壁上的残留藻液冲下,避免误差。
6) 抽滤完成后,将滤纸分别放入对应的培养皿中,放入烘箱中进行烘干,在60℃的高温下烘干至恒重。
7) 等烘箱完全冷却至室温后,快速将培养皿盖好并取出。放置室温后,用精密电子天平进行称量。得到G2。
8) 进行数据处理: DW ( 干 重 ) = ( G 2 − G 1 ) / 10 % 。
通过分别测量四种藻液吸光度和细胞数来跟踪测定各藻生长状况并进行数据比较,测出四种藻液各自的干重并进行比较分析(见图1~8)。
图1. 水华鱼腥藻随时间增长OD值的变化
图2. 水华鱼腥藻随时间增长细胞数的变化
图3. 小球藻随时间增长OD值的变化
图4. 小球藻随时间增长细胞数的变化
图5. 鱼腥藻随时间增长OD值的变化
图6. 鱼腥藻随时间增长细胞数的变化
图7. 栅藻随时间增长OD值的变化
图8. 栅藻随时间增长细胞数的变化
图9. 四种藻(水华鱼腥藻、小球藻、鱼腥藻、栅藻)随时间增长OD值的变化比较
相同生长环境同等营养条件下,小球藻OD值变化较稳定,呈稳定增长状态,没有太大起伏。栅藻OD值变化起伏较大,主要发生在9 day至13 day之间,在9 day到11 day之间快速上升,而从11 day到13 day之间又有所回落,随后再次上升。水华鱼腥藻OD值变化一直起伏波动较大,但在13 day至17 day之间起伏相对较大。鱼腥藻OD值变化较稳定,呈稳定增长状态,无太大起伏,随偶有波动但影响不大。
微藻生长过程中小球藻的OD值一直高于其他三种微藻,其次是栅藻,OD值增长速率在小球藻之下鱼腥藻和水华鱼腥藻之上,虽有时波动过大也在合理范围之内。鱼腥藻与水华鱼腥藻的OD值变化幅度相差不大,但相对来说水华鱼腥藻OD值增长速率较高于鱼腥藻(见图9)。
图10. 四种藻(水华鱼腥藻、小球藻、鱼腥藻、栅藻)随时间增长细胞数的变化比较
相同生长环境同等营养条件下,小球藻细胞数变化较稳定,呈稳定增长状态,没有太大起伏。栅藻细胞数变化较稳定,呈稳定增长状态,无太大起伏,随偶有波动但在合理范围以内。水华鱼腥藻细胞数变化起伏较大,在7 day至13 day之间和15 day至17 day之间一直处于快速增长状态,在13 day到15 day之间与在17 day到19 day之间快速回落,而从11 day到13 day之间又有所回落,随后再次上升。鱼腥藻细胞数起伏波动在13 day至17 day之间相对较大。鱼腥藻OD值增长较稳定,无太大起伏,随偶有波动但影响不大。
各微藻细胞数变化折线的比较发现:微藻生长过程中前五天四种藻除水华鱼腥藻外都保持着较低速率的增长。水华鱼腥藻的细胞数在5 day之前一直处于不增长的状态,从5 day开始增长并在7 day之后迅速增长并一直保持着高于其他三种微藻的状态,中间虽有较大的上下波动但影响不大。其次是鱼腥藻,在9 day至15 day之间有一段快速增长期,细胞数增长速率在水华鱼腥藻之下小球藻和栅藻之上。小球藻与栅藻的细胞数在实验过程中均呈稳定增长的状态,无太大波动。但相对来说小球藻细胞数增长速率高于栅藻(见图10)。
水华鱼腥藻 | 小球藻 | 鱼腥藻 | 栅藻 | |
---|---|---|---|---|
干重(g) | 14.6 | 7.2 | 13.1 | 4 |
表4. 四种微藻干重的测量表
在四种藻中水华鱼腥藻的干重值为最高,鱼腥藻次之,再是小球藻,而栅藻干重值最小。其中水华鱼腥藻数值已经是小球藻的两倍,是栅藻的三倍之多(见表4)。这一结果比较符合图10的分析。
因为实验在冬季进行,所以在本次实验中,平均光照强度:245;平均室温:9.6℃。
本实验的目的是为了探究水华鱼腥藻、小球藻、鱼腥藻、栅藻这四种微藻分别在相同培养条件下,各类微藻的生长情况并对其各自的生长速度进行比较。探究在相同环境中这四种微藻中的优势品种,从而满足相关市场和研究的需要。
培养这四种微藻时外界实验环境对微藻生长情况产生了一定的影响,因实验期在沿海的冬季进行,虽光照条件可以得到基本保障,光照强度处于良好状态但较低的温度也对微藻的生长产生了一定的影响。从实验结果可以看出较低的温度对四种微藻的生长都有所影响,其中小球藻和栅藻生长所受温度的影响较大。但由于小球藻在低温条件下的适应能力较好,在较低温度下依然能生长并保持较好的光合速率 [
同时由结果中的图1到图8的折线可以看出,四种微藻的OD值和细胞密度一般都不是一直上升的状态,有时会出现一定程度的起伏,对实验过程进行原因分析后认为可能存在以下几种可能性:1) 由于实验中的光照条件主要依赖于太阳光照,因此阴天等环境可能会对微藻的生长产生一定的影响,同时实验室中的温度、湿度等不可控的条件变化也有可能会对测量结果产生一定的影响。2) 由于培养缸体积过大,在测量取样前虽然都用消毒过的玻璃棒进行了充分搅拌,但由于器材条件所限,一些易于沉积的微藻也无法完全保证测量的准确性。导致数据出现波动。
而从图9与图10比较来看,四种藻OD值与细胞密度状态不符,而干重测试结果明显更符合细胞密度的分析,考虑到中期时水华鱼腥藻和鱼腥藻就因浓度升高而集结成块状、片状,达到了生长周期中的最大值,而在这个时期中鱼腥藻最易于沉降 [
根据实验结果分析,这四种微藻(水华鱼腥藻、小球藻、鱼腥藻、栅藻)在相同的培养条件下,水华鱼腥藻明显处于优势地位为其中的优势藻种,栅藻明显处于劣势地位。四种微藻生长速度的比较结果为:水华鱼腥藻 > 鱼腥藻 > 小球藻 > 栅藻。
从本次实验中,可以清楚地看到水华鱼腥藻恐怖的生长速度,而且水华鱼腥藻作为蓝藻水华中比较具有代表性的藻种 [
小球藻生长在近岸淡水水域,受海洋地理、水文、生态环境影响极大。培养室局部的温度、光照差异对小球藻生长具有影响,小球藻的研究中光照强度会受天气影响,影响实验数据的准确性。培养室中培养器材具有局限性,培养规模较小,无法更充分体现小球藻的光合速率等。研究人员可能会以为自身的文化或对某些现象的看法而产生偏见,对实验现象的数据和结果有误差和偏见,可能会影响研究的合理性。
徐雪宁,孙东红,孙鹏芳,王亚琳,司书舟,崔坤淼,杜雅煦,李容兆,马夏南,李佳聪. 相同条件下四种微藻(栅藻、小球藻、鱼腥藻、水华鱼腥藻)生长速度的比较Comparison of the Growth Rate of Four Microalgae (Scenedesmus, Chlorella, Anabaena and Anabaena algal bloom) under the Same Conditions[J]. 微生物前沿, 2023, 12(02): 83-93. https://doi.org/10.12677/AMB.2023.122010
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374984-0.00230-8
https://doi.org/10.1007/BF00003544
https://doi.org/10.1007/s10811-010-9626-3
https://doi.org/10.1098/rspb.1939.0014
https://doi.org/10.7541/2018.024
https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5906.2008.01.002
https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-6923.2012.05.016