在硅藻的培養(yǎng)中，除了生態(tài)因子（溫度、鹽度、光照和pH）外，4種營(yíng)養(yǎng)元素（氮、磷、鐵、硅）被認(rèn)為是影響硅藻生長(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)因子。
直鏈藻（Melosira sp。）是一種褐色的微小海洋浮游硅藻，屬硅藻門(mén)、中心硅藻綱、圓篩藻目、圓篩藻科、直鏈藻屬。該硅藻分離自海南省文昌市翁田鎮(zhèn)海區(qū)，藻體為單細(xì)胞或鏈狀藻體，是水產(chǎn)養(yǎng)殖中的一種重要的餌料生物。水溫超過(guò)18℃時(shí)，直鏈藻藻體以單細(xì)胞形式生存。目前，直鏈藻在水產(chǎn)動(dòng)物人工育苗上已經(jīng)得到很好的應(yīng)用，研究結(jié)果表明：以直鏈藻強(qiáng)化的輪蟲(chóng)所投喂的蚤狀幼體成活率最高（15。2%），海水小球藻（Chlorella）次之（11。5%）。王慶等的研究表明，經(jīng)直鏈藻強(qiáng)化的輪蟲(chóng)（Rotifer）所培養(yǎng)的中華絨螯蟹蚤狀幼體（Eriocheir sinensis Zoea）的DHA和EPA含量分別為7。24%和15。09%，顯著高于未經(jīng)直鏈藻強(qiáng)化的酵母輪蟲(chóng)（Yeast Rotifer）所培養(yǎng)的蚤狀幼體（P＜0.05）；吳學(xué)軍等的研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)直鏈藻強(qiáng)化的輪蟲(chóng)所投喂的蚤狀幼體的成活率及變態(tài)時(shí)間均優(yōu)于其他海洋微藻強(qiáng)化的褶皺臂尾輪蟲(chóng)（Brachionus plicatilis）所投喂的蚤狀幼體的成活率及變態(tài)時(shí)間。劉德經(jīng)等進(jìn)行了西施舌（Coelomactra antiquata）的食譜分析，發(fā)現(xiàn)直鏈藻對(duì)西施舌的生長(zhǎng)有重要的影響作用。吳學(xué)軍等的研究表明，直鏈藻是中華絨螯蟹蚤狀幼體的適宜開(kāi)口餌料。在水產(chǎn)動(dòng)物人工育苗的餌料生產(chǎn)上，人工培養(yǎng)直鏈藻的技術(shù)已受到了廣泛的重視，如Nobutada等研究了自然環(huán)境下意大利直鏈藻（Melosira italica）的同步生長(zhǎng)；Toledo等研究了腐殖酸對(duì)意大利直鏈藻的生長(zhǎng)和忍受力的影響；筆者先前也曾研究過(guò)溫度、光照、鹽度和pH值對(duì)直鏈藻生長(zhǎng)速率的影響。然而至今為止，氮、磷、鐵、硅4因子組合對(duì)直鏈藻生長(zhǎng)速率的影響未見(jiàn)報(bào)道。為此，筆者通過(guò)單因子和正交實(shí)驗(yàn)，研究了氮、磷、鐵、硅4種營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)直鏈藻生長(zhǎng)的影響，旨在確定培養(yǎng)直鏈藻的最佳培養(yǎng)基，以便為直鏈藻的大規(guī)模培養(yǎng)提供參考。
討論
氮鹽氮被稱(chēng)為生命的元素，在植物體中，氮是蛋白質(zhì)、核酸、磷脂的主要成分，而這三者又是原生質(zhì)、細(xì)胞核和生物膜的重要組成部分，它們?cè)谏顒?dòng)中有著特殊作用。通常認(rèn)為，氮和磷是海洋和淡水生態(tài)系統(tǒng)中限制藻類(lèi)生長(zhǎng)的最普通的營(yíng)養(yǎng)鹽。已有實(shí)驗(yàn)表明，不同種類(lèi)的單細(xì)胞藻能利用不同種類(lèi)的氮源，對(duì)氮鹽的質(zhì)量濃度要求也不一樣。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，尿素、硝酸鈉、硫酸銨均能被直鏈藻利用。在實(shí)驗(yàn)設(shè)置的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，當(dāng)（NH2）2CO質(zhì)量濃度為0～30 mg·L－1時(shí)，K值隨N質(zhì)量濃度的增加呈上升趨勢(shì)，（NH2）2CO質(zhì)量濃度范圍為30～60 mg·L－1時(shí)，K值隨N質(zhì)量濃度的增加而緩慢下降；在（NH4）2SO4質(zhì)量濃度為10～60 mg·L－1的范圍內(nèi)，K值隨著N質(zhì)量濃度的升高而降低。當(dāng)N質(zhì)量濃度為10 mg·L－1時(shí)，硫酸銨的K值為該質(zhì)量濃度下的3種鹽中的最大值（0.561），尿素K值為0.557，硝酸鈉K值為0.543；而當(dāng)N質(zhì)量濃度為30 mg·L－1時(shí)，尿素K值為最大（0.576），硝酸鈉K值為0.543，硫酸銨K值為最?。?.529）。3種氮鹽的最佳N質(zhì)量濃度各不一樣，其中最適生長(zhǎng)的（NH4）2SO4質(zhì)量濃度為10 mg·L－1，（NH2）2CO為30 mg·L－1，而NaNO3質(zhì)量濃度為10～60 mg·L－1范圍內(nèi)，NaNO3含量的變化對(duì)直鏈藻生長(zhǎng)的影響沒(méi)有顯著差異。當(dāng)（NH4）2SO4質(zhì)量濃度大于10 mg·L－1時(shí)，隨著氮質(zhì)量濃度的增加，K值越來(lái)越小，這是由于在單細(xì)胞藻類(lèi)的培養(yǎng)過(guò)程中，CO2會(huì)被藻類(lèi)吸收而導(dǎo)致培養(yǎng)液的pH值升高，從而致使NH+4易變?yōu)镹H3，并使藻類(lèi)受到毒害的緣故。
磷鹽磷是藻類(lèi)葉綠體雙層膜、基粒、DNA與ATP的構(gòu)成成分，它在光合作用的物質(zhì)轉(zhuǎn)化中也起著重要的作用，是藻類(lèi)營(yíng)養(yǎng)中僅次于氮的元素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磷是直鏈藻的一個(gè)重要限制因子，2種不同磷鹽對(duì)直鏈藻生長(zhǎng)繁殖的影響差異不大，其中KH2PO4稍優(yōu)于NaH2PO4。2種磷鹽的質(zhì)量濃度均以0.5～1 mg·L－1為最好，磷鹽質(zhì)量濃度在0～1 mg·L－1范圍內(nèi)，隨著其質(zhì)量濃度的增加，比生長(zhǎng)速率（K）呈上升趨勢(shì)。磷鹽質(zhì)量濃度在2～4 mg·L－1范圍內(nèi)，隨著其質(zhì)量濃度的增加，該藻的K值越來(lái)越小，說(shuō)明高質(zhì)量濃度的磷鹽對(duì)直鏈藻的生長(zhǎng)有抑制作用，當(dāng)培養(yǎng)液中磷鹽的質(zhì)量濃度在5 mg·L－1以上時(shí)，培養(yǎng)4 d后藻種全部死亡。
鐵鹽鐵是藻類(lèi)細(xì)胞內(nèi)某些氧化－還原的載體和輔酶的組成成分，缺鐵會(huì)影響多種代謝過(guò)程，甚至?xí)种圃寮?xì)胞的生長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加鐵實(shí)驗(yàn)組的K值明顯比對(duì)照實(shí)驗(yàn)組的K值大，這說(shuō)明鐵是直鏈藻生長(zhǎng)繁殖的重要微量元素。鐵鹽質(zhì)量濃度在0～0.05 mg·L－1的范圍內(nèi)，隨著其質(zhì)量濃度的增加比生長(zhǎng)速率（K）呈上升趨勢(shì)，以0.05 mg·L－1為最佳，其中FeC6H5O7的效果稍優(yōu)于FeSO4。鐵鹽質(zhì)量濃度在0.05～0.5 mg·L－1的范圍內(nèi)，隨著其質(zhì)量濃度的升高，藻細(xì)胞的分裂速率越來(lái)越小。有研究表明，四爿藻最佳的鐵鹽質(zhì)量濃度為0.4 mg·L－1；球等鞭金藻最佳的鐵鹽質(zhì)量濃度為0.1 mg·L－1。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，直鏈藻對(duì)鐵鹽的需求相對(duì)較低，高質(zhì)量濃度的FeC6H5O7和FeSO4對(duì)直鏈藻的生長(zhǎng)繁殖均有一定的抑制作用。
硅鹽硅是硅藻生長(zhǎng)繁殖的必需營(yíng)養(yǎng)元素，它除了作為細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)成分外，還參與蛋白質(zhì)、光合色素及DNA合成和細(xì)胞分裂等多種代謝和生長(zhǎng)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加硅實(shí)驗(yàn)組藻細(xì)胞K值均顯著大于缺硅對(duì)照組的藻細(xì)胞K值，直鏈藻在硅鹽質(zhì)量濃度為0～40 mg·L－1的范圍內(nèi)均能生長(zhǎng)繁殖，硅鹽質(zhì)量濃度在0～5 mg·L－1的范圍內(nèi)，隨著其質(zhì)量濃度的增加比生長(zhǎng)速率（K）呈直線上升，硅鹽質(zhì)量濃度在5～15 mg·L－1的范圍內(nèi)，隨著其質(zhì)量濃度的增加比生長(zhǎng)速率（K）呈緩慢上升趨勢(shì)，硅鹽質(zhì)量濃度為15 mg·L－1時(shí)，比生長(zhǎng)速率（K）達(dá)最大。硅鹽質(zhì)量濃度在15～40 mg·L－1的范圍內(nèi)，隨著其質(zhì)量濃度的增加，藻細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率（K）越來(lái)越小。
正交實(shí)驗(yàn)在單因子實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用最佳的氮、磷、鐵、硅營(yíng)養(yǎng)鹽種類(lèi)及其最好的3個(gè)質(zhì)量濃度作為正交實(shí)驗(yàn)的因子及水平，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，并做方差分析見(jiàn)表3。由表2可知，氮、磷、鐵、硅多因子組合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文章中的單因子實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，僅在某些方面存在一些小差異，如：在正交實(shí)驗(yàn)中最適的磷鹽質(zhì)量濃度為0.5 mg·L－1，而在單因子實(shí)驗(yàn)中則為0.5～1 mg·L－1；在正交實(shí)驗(yàn)中最適的硅鹽質(zhì)量濃度為10 mg·L－1，而在單因子實(shí)驗(yàn)中則為10～20 mg·L－1。應(yīng)該指出：硅酸鈉、檸檬酸鐵所被選擇的3個(gè)質(zhì)量濃度水平均較好地促進(jìn)了藻細(xì)胞的生長(zhǎng)（沒(méi)有空白對(duì)照），故方差分析結(jié)果為不顯著。一般認(rèn)為，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果比單因子實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性更大。上述差異可能表明，氮、磷、鐵、硅營(yíng)養(yǎng)鹽的配合比例對(duì)單細(xì)胞藻的生長(zhǎng)速率產(chǎn)生了一定程度的影響，是否如此，尚需要進(jìn)一步的研究。
結(jié)論
通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，直鏈藻在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)時(shí)對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)鹽的需求如下：1）硝酸鈉、尿素和硫酸銨均可作為氮鹽，最適直鏈藻生長(zhǎng)的氮鹽為尿素，硫酸銨只能用低質(zhì)量濃度（10 mg·L－1）；磷酸二氫鉀和磷酸二氫鈉均可作為磷鹽，其中鉀鹽稍微優(yōu)于鈉鹽；直鏈藻對(duì)鐵鹽的需求量很少，檸檬酸鐵和硫酸亞鐵均可作為鐵鹽；硅在直鏈藻的培養(yǎng)中是必須的，培養(yǎng)液中加入硅鹽后能顯著地促進(jìn)直鏈藻的生長(zhǎng)；2）培養(yǎng)直鏈藻的最佳營(yíng)養(yǎng)鹽［（NH2）2CO，KH2PO4，F(xiàn)eC6H5O7，Na2SiO3］質(zhì)量濃度配比為30∶0.5∶0.05∶10.
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