物理因素对螺旋藻生长的影响的研究进展

物理因素对螺旋藻生长的影响的研究进展 陈霸宇 摘要：螺旋藻是一种具有很丰富、很全面营养的微藻类植物，同时，它也有很重要的医疗保健价值。特别是近年来，随着人们生活水平的不断提高，食品营养意识的加强和医药科学的发展，对螺旋藻的研究也不断的深入。兴起了人工培养螺旋藻的热潮。本文着重论述在人工培养中，物理因素对螺旋藻生长和产物的影响。 关键词：螺旋藻；物理因素；生长 Progressive research on physical factors’ impact on spirulina growth. Abstract: Spirulina is a microalgae plant that has rich and various nutritions, at the same time, it also plays a very important and valuable role in health care. Especially in recent years , with the continuous improvement of people's living standards, the study on spirulina also goes with the trend.,and the craze about artificial cultivation of Spirulina become popular . This article mainly focuses on the physical factors’ impacts on the Spirulina growth and its product during its artificial cultivation . Keywords: Spirulina; physical factors; growth 螺旋藻(Spirulina)是一种螺旋状、不分枝的多细胞微藻(Microalga)，系蓝藻门(Cyanophy—ta)、段殖体目(Hormogonales)、颤藻科(Oscilato—riacae)、螺旋藻属(Spirulina)[1]，是一种具有重要开发应用价值的自养原核生物。它具有光合效率高、生长繁殖快、对环境适应性强等特点，是少数能大规模培养的微藻之一[2]。近年来，国内外大量研究明 螺旋藻具有抗疲劳、抗辐射、抗病毒、抑制肿瘤、抗过敏、增强免疫力等多种功能，这就决定了螺旋藻及其活性成分在功能性食品的研究与开发方面有广阔的应用前景[3]。但目前我国的螺旋藻的培养尚不成熟：生产产率低、成本高，难以广泛推广。为了满足市场消费需求，设法提高螺旋藻产量和质量应是螺旋藻研究的主要任务之一。螺旋藻的生长受很多因素的影响，归类来说就物理因素和化学因素两大方面，本文主要论述物理因素，如磁场、激光、辐射等对螺旋藻生长的影响。 1各种物理因素对螺旋藻生长的影响 1.1 半导体激光 陈必链等[4]采用半导体激光(波长650nm，功率40mW ，功率密度13mW/cm2 )辐照钝顶螺旋藻，辐照时间为30min、15min、8min。通过测定藻丝形态参量，叶绿素α、β胡萝卜素，研究半导体激光对藻生长的影响。结果表明：三个辐照时间都对藻丝形态产生影响，使藻丝长、螺旋数、螺旋长发生变化；30min辐照组抑制藻体叶绿素α、β胡萝卜素的合成，8min和15min辐照组促进藻体叶绿素a和 胡萝卜素的合成，β胡萝卜素增幅最高达17.9% 。8min促长作用最明显，使比生长速率提高10.9%，15min略有促长作用，而30min则起抑制生长作用。 1.2 电子流辐射 金薇薇[5]用BF一5电子直线加速器产生的高能电子流进行辐照处理，电子能量为4．5兆电子伏特，电子束流10微安，辐照样品分别设6组(每组3只平行管，20毫升藻液/管)进行500，1000，1500，2000，3000Gy5组剂量的辐照处理，置于离电子出口钛窗50厘米处的平动床上的场区进行辐照处理，计量为10GY/s(1Gy=100rad)，同时设立不做辐照的参照组进行比对实验。结果表明不同强度的电子流辐射对螺旋藻造成不同程度的损伤，辐射剂量越大，损伤的程度越大，叶绿素a的含量下降，甚至死亡。 1.3 磁处理 郑必胜等[6]通过实验研究发现，在40kA/m 以下范围内，磁处理有利于螺旋藻细胞生长及生物量的积累，并当磁场强度为24kA/m时比生长速率最高。磁场强度高于40kA/m后螺旋藻的生长受到一定抑制，达到80k/Am以上时生长受到明显抑制，400kA/m以则基本停止生长。在较高的磁场强度下螺旋藻生长缓慢但却有利于螺旋藻胞外多糖的分泌。螺旋藻对数生长期进行磁处理效果最好。 1.4 特定红外辐射 红外辐射的生物学效应，早巳受到国内外的重视[7~9]。唐辉玲等[10]在室内和荧光灯照射条件下培养钝顶螺旋藻。用特定红外辐射适当处理该藻种，可改变该藻的生长动力学曲线。红外辐照能提高代谢酶活力和加强光合作用。另外，通过光谱还发现，红外辐射还能提高藻中藻蓝蛋白六聚体含量，而六聚体比之单体和三聚体传能更有效，从而提高藻的光合效率，促进藻生长。 1.5 γ-射线 关于γ一射线、红外线等物理因子对螺旋藻生长的影响，已有许多报道[11~12]。汪志平等[13]对钝顶螺旋藻Sp—D中3种形态(螺旋形、正弦波形和长直形)的藻丝体进行了分离和培养，研究了不同温度、光照强度，藻液pH和养分状况及低剂量γ一射线对其的形态和生长速率的影响。结果表0.3 kGy的γ一射线可使长直形藻丝体生长繁殖或转变成弯曲形藻丝体。辐照后的Sp—D(L)和Sp—D不仅R值分别从0和1．48增加到0.16和1.57。而且产量也分别提高了28%和11%。 1.6 微纳米颗粒 活性炭、沸石、二氧化钛、蒙脱土等矿物材料具有优良的微纳米孔径结构，存环境治理方面具有较广麻用。其中活性炭具有多孔结构．它是一种优良的吸附剂，能吸附各种有机物和无机物[14]。吕英海等[15]通过分析蛋白质含量、叶绿素含量、残留苯酚含量和形态观察来分析固体颗粒一螺旋藻一苯酚三方的相互作用，不同矿物颗粒对螺旋藻的生长作用不同，凹凸棒石、蒙脱土、沸石对螺旋藻的生长影响较小，总蛋白质含量较高。添加苯酚后总蛋白质含量有不同程度的降低，说明培养液中苯酚的存在抑制了螺旋藻的生长。二氧化钛的作用比较特殊，在未添加苯酚的培养液中，二氧化钛抑制螺旋藻生长非常明显。但是在二氧化钛螺旋藻混合物中添加苯酚后，反而促进了螺旋藻的生长。活性炭颗粒的存在显著抑制了螺旋藻的生长。 1.7 航天因素 航天因素对螺旋藻的生长的影响，不但对螺旋藻的培养生产有极大意义，对未来生命系统利用藻类吸收二氧化碳，再生出氧气和处理废物，并为航天员提供蛋白质来源也有极其重要的意义[16~17]。裴静琛等[18]利用返地式卫星的8天航天飞行条件，研究微重力等航天因素对飞行后螺旋藻生发育的影响。结果表明，航天后的螺旋藻形态、生长和发育与地面对照没有显著差异，但航天螺旋藻的指数生长期的生长率快于地面对照(p<0．05)。 1.8 光照与温度 鲁纯养等[19]通过对光照度和温度对螺旋藻生长速度及品质影响的研究得出3个结论： 1)当温度低于25℃时，诸环境因子中，温度是主导因子。随着温度的提高，吸光密度D560值、碳水化合物含量迅速上升，蛋白质、 β一胡萝卜素含量也有所提高；当温度为28～ 30℃时，诸环境因子中，光照度是主导因子，随着光照度的增强，D560值、碳水化合物含量迅速上升，而蛋白质含量相对下降。 2)各个环境因子对藻体生长速率的影响，是综合的生态效应。在螺旋藻生产中调控温度与光照度时，必须注意它们的合理组合。 3)接种密度对螺旋藻生长延缓期的长短和最后的藻体干质量有重要影响 在夏季，为了充分利用自然光照而又避免藻细胞出现日射病，接种密度应提高至0.4～0.6(适宜的温度为28～ 30℃ ，光照度为12 klx)}在冬季，接种密度应调节在0.2左右(适宜的温度为25℃左右，光照度为6～8 kIx)。 2 前景展望 螺旋藻的营养全面、丰富、均衡和药用价值以致它必将成为21世纪食物与药物领域中的一研究热点。同时，随着人类对螺旋藻的需求量也将会不断提高，寻找高产、优质的螺旋藻生产技术具有非常重要意义。要实现它的高产与优质，仍需要进一步的研究与探索。 参考文献： [1] Ciferri ()．Spirulina：the edible microorganism[J]．MicroNological Reviews，1983，47(4)：55l-578. [2] Santilian C．Mass production of Spirulina[J]．Experimentia，1982，38(1)：40-43． [3] 侯建设，薛风照，莫文贵．螺旋藻的主要生理调节功能[J]．食品研究与开发，2001，22(1)：31-34． [4] 陈必链，王明兹，庄惠如等.半导体激光对钝顶螺旋藻形态和生长的影响[J].光子早报，2000，29（5）：411-414. [5] 金薇薇.电子流辐射和生长促进剂对钝顶螺旋藻生长影响的初步研究[J].金华职业技术学院学报，2003,3（2）：30-32. [6] 郑必胜，郭祀远，尤珊.磁场处理对螺旋藻生长及胞外多糖的影响[J].食品科学，2007,28（1）：94-98. [7] Smith T F attd M Ross：International Journalof Peptide Research．14: 313.1979. [8] 杨太保：河北省科学学报，2：44，1985. [9] 谭辉玲：自然杂志，13(8)：507，1990. [10] 谭辉玲,薛建刚.特定红外辐射对钝顶螺旋藻生长的影响[J].微生物学通报，1993,20（4）：200-203. [11] 畅世杰,王希善,李潉芬等．螺旋藻培养初探[J].北京农业大学学报，1988，（4）：71-74. [12] 张慧苗,顾天资.钝顶螺旋藻品系6的生物学特性[J].植物学通报，1991 8(4)：36-39. [13] 汪志平，陈声明，贾小明等.环境因子和γ一射线对钝顶螺旋藻形态及生长的影响[J].浙江农业大学学报，1997,23（1）：36-40. [14] 韩严和，全燮,薛大明等．活性炭改性研究进展[J]．环境污染治理技术与设备，2003，4(1)：33—37． [15] 吕英海，周仕学，邹玉红等.微纳米颗粒对螺旋藻生长的影响[J].山东科技大学学报，2009,28（2）：47-50. [16] Darley W M．Alg4e Biology．Oxford：BlackweU Seientif Publication.1982.21-52. [17] Tampcnnet Cetal．Man In space European challage biological life support.E SA Bulletin 1991，(67)：30—49. [18] 裴静琛,王能达，童伯伦等.航天因素对螺旋藻生长的影响[J].航天医学与医学,1992，5(4):277-279. [19] 鲁纯养,车凤琴，周荣等.光照度和温度对螺旋藻生长速率及品质的影响[J].北京农业工程大学学报,1992，12(2):31-37.