硫素营养水平对产油尖状栅藻光合生理及生化组成的影响
螺旋藻的营养方式及光合作用影响因素
螺旋藻的营养方式及光合作用影响因素!曾文炉丛威蔡昭铃欧阳藩（中国科学院化工冶金研究所生化工程国家重点实验室北京!"""#"）摘要本文就螺旋藻的营养方式及光合作用的影响因素作了较为全面的综述。
认为螺旋藻细胞不但能进行光合自养和混合营养生长，而且在某些特定的环境条件下，还能进行异养生长；光照强度、光质、温度、金属元素、稀土元素、盐度、藻体细胞浓度、溶氧水平、维生素、激素和磁场等环境因素对螺旋藻细胞的光合性能和细胞产率都有显著影响。
关键词螺旋藻，营养方式，光合作用!"#$"%&’()*"+,’-*$./’0"&1(021.)’,&344".)$(56*’)’&7()*"&$&’4!"#$%&#’($%&’()*+,-./&’()0.12$345+,0*6/781&’94*（!"#"$%$&’#()*#")*&)+(,)-.$/,-#’$01,0$$*,01，203","4"$)+5.$/,-#’6$"#’’4*1&，7.$5.,0$3$8-#9$/&)+!-,$0-$3，:)0;0*6，!"""#"）38&),1.)<)=0)>?5*@3)@A5B30C D5E)?4*E F4C@5A?4FF)C@0*6B35@5?G*@3)?0?5F !:,*4’,0#>4?D4E)H 2@0*E0C4@)E @34@*5@5*IG C4*!:,*4’,0#C)II?6A5>B35@54-@5@A5B30C4IIG 4*E B35@5D0J+@A5@A5B30C4IIG ，K-@4I?5C4*6A5>3)@)A5@A5B30C4IIG -*E)A ?5D)?B)C0F0C C5*E0@05*?H ,063@0*@)*?0@G ，I063@L-4I0@G ，@)DB)A4@-A)，?B)C0)?4*E C5*C)*@A4@05*5F D)@4I?，A4A))4A@3)I)D)*@?4*E =0@4D0*?，?4I0*0@G ，C)II C5*C)*@A4@05*，E0??5I=)E 5JG6)*I)=)I 4*E D46*)@0C F0I)E )@CH ，4II BI4G 0DB5A@4*@A5I)?0*B35@5?G*@3)@0C B)AF5AD4*C)4*E C)II BA5E-C@0=0@G 5F !:,*4’,0#H9"7%’,0&!:,*4’,0#，MA5B30C D5E)，N35@5?G*@3)?0?螺旋藻是一种主要分布于热带、亚热带地区淡水或盐碱性湖泊中的多细胞丝状蓝藻（:I-)’A))*1I64)），又称蓝细菌（.G4*5K4C@)A04），属蓝藻门（.G4*5B3G@4）、颤藻目（/?C0II4@5A0+4I)?）、颤藻科（/?C04II4@5A04C)4)）、螺旋藻属（!:,*4’,0#）。
光照对我国常见藻类的影响机制及其应用
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中量元素肥料的作用
中量元素肥料的作用
中量元素肥料是指含有钙、镁、硫等中量元素的肥料。
这些元素在植物生长和发育过程中起着重要的作用，以下是它们的主要作用：
1. 钙（Ca）：
构建细胞壁：钙是细胞壁的重要组成部分，对于细胞壁的稳定性和结构完整性至关重要。
促进根系发育：钙有助于根系的生长和发育，增强植物对养分的吸收能力。
提高果实品质：钙可以改善果实的硬度、耐贮性和抗病性。
2. 镁（Mg）：
叶绿素合成：镁是叶绿素的中心元素，参与光合作用过程，对于植物的光合作用和能量代谢至关重要。
酶活性调节：镁参与多种酶的活性调节，影响植物的代谢和生长发育。
提高植物的抗逆性：镁可以提高植物对干旱、寒冷和病害等逆境的抵抗力。
3. 硫（S）：
蛋白质合成：硫是氨基酸的组成部分，参与蛋白质的合成和结构稳定。
提高养分利用效率：硫可以促进植物对其他养分的吸收和利用。
改善土壤质量：硫可以改善土壤结构和酸碱度，提高土壤肥力。
中量元素肥料的施用可以补充土壤中这些元素的不足，促进植物的生长和发育，
提高产量和品质。
然而，施用中量元素肥料应根据土壤的养分状况和植物的需求进行合理施肥，过量施肥可能会对植物造成负面影响。
建议在施肥前进行土壤测试，以确定土壤中中量元素的缺乏程度，并根据测试结果进行合理施肥。
同时，遵循施肥的推荐剂量和方法，以确保植物的健康和生长。
藻类的实验室培养方法优化-1
藻类的实验室培养方法优化第1章绪论1.1 研究背景及目的由于水体富营养化加重，河流、湖泊（水库）中火量藻类繁殖，直接影响了人们的饮用水安全。
为了有效控制藻类的生长，对藻类的研究是非常必要的。
众所周知，富足的氮、憐等营养物质，缓慢的水流速度，适宜的气候条件包括水湿、光照等是特定优势藻生长繁衍所必需的环境条件。
目前人们对于富营养化水体中藻类的研究主要集中在温度、光照、营养盐水平下的藻类生长，并且找出了藻类生长与温度、光照、营养盐等之间的对应关系。
但是水体中浮游生物的种群交替和生物量的变化，不仅与水体的温度、光照周期、营养物质及生物自身的生理状态相关，还受到水体流动的影响。
本实验分别以实验室培养铜绿微囊藻为实验对象，参照藻类生长的最适宜环境条件，在温度、光照、pH值及营养盐条件一定的条件下，研究影响藻类生长的规律，为生态调水、生态河道设计流速的确定提供理论依据，控制或减少水体富营养化现象的发生。
1.2 藻种的分类藻类植物并不是一个单一的种群，它的分布范围极广，对环境条件要求不严，适应性较强。
有些种类的水藻在极低的营养浓度、极微弱的光照强度和相当低的温度下也能生活。
不同研究系统对藻类的分类方法各不相同，常用的分类系统，如，根据藻类的结构特征和藻细胞的生理生化特点，将藻类分为蓝藻门、硅藻门、黄藻门、绿藻门等共十一门，引起水体富营养化的藻类植物主要为蓝藻门和绿藻门；根据藻类在水中生长的位置，将藻类分为浮游藻类、飘浮藻类和底栖藻类。
硅藻门、甲藻门和绿藻门的单细胞种类以及蓝藻门的一些丝状的种类浮游生长在海洋、江河、湖泊，称为浮游藻类。
一下简要说明蓝藻和绿藻的种类、分布、形态和繁殖特征。
引起水体富营养化的藻类植物主要为蓝藻门和绿藻门。
1.2.1 蓝藻在中国，蓝藻是有毒有害性最强、分布范围最为广泛的一类淡水藻。
有毒的蓝藻藻种有：铜绿微囊藻，泡沫节球藻，水华鱼腥藻，阿氏颤藻，水华束丝藻等。
蓝藻是广适性藻类，分布十分广泛。
硫化氢缓解铝、镉和盐胁迫及硫营养影响大麦生长与品质的生理机制
硫化氢缓解铝、镉和盐胁迫及硫营养影响大麦生长与品质的生理机制硫是植物生长必需元素,硫缺乏抑制作物生长,降低产量和品质。
近二十年来,作物硫缺乏在世界范围内呈增长趋势,其主要原因是工业排放二氧化硫减少,低含硫肥料的持续增加使用及含硫杀菌剂和杀虫剂的持续减少使用。
另一方面,酸(铝)、盐咸及重金属等环境胁迫正严重制约着作物产量与品质。
大麦是全球各地普遍栽培的禾谷类作物,是重要的粮食、饲料以及工业原料作物。
硫缺乏也可能影响大麦生长和品质。
本研究旨在探讨硫营养对大麦生长、产量及籽粒品质的影响及基因型差异。
同时,探讨了外源H2S缓解大麦铝、镉和盐胁迫的生理机制,为通过化学调控手段减轻作物铝、镉和盐胁迫及减少铝、镉积累提供理论与技术指导。
主要研究结果如下：1.外源H2S对大麦铝毒害的缓解效应温室水培试验,探讨了外源H2S 缓解大麦Al毒害的机理。
试验设5个处理：(1)对照,0.5mM CaCl2溶液：(2)Pre-S,Al处理前1d用0.5mM CaCl2溶液+200μM NaHS预处理24h,次日更换为0.5mM CaCl2溶液；(3) Al,0.5mM CaCl2处理24h,次日更换为0.5mM CaCl2+100μM AlCl3溶液；(4) Pre-S+Al,0.5mM CaCl2+200μM NaHS预处理24h,次日更换为0.5mM CaCl2+100μM AlCl3溶液；(5) Pre-Na2SO4+Al,0.5mM CaCl2+200μM Na2S04预处理24h,次日更换为0.5mM CaCl2+100μ M AlCl3溶液。
结果表明,外源H2S(Pre-S+Al处理)显著缓解大麦A1毒害,增加幼苗根长,显著减少A1诱导膜脂过氧化物产物MDA积累,降低根系电解液渗透和根Al含量,激活Na+K+-ATPase and H+-ATPase 活性。
不同浓度NaHS处理(100、200、400μMNaH)对Al毒害缓解效应的比较研究结果显示,H2S对铝诱导毒害的缓解作用也存在时间和剂量依赖效应,与对照仅有Al毒害的幼苗相比,100μM AlCl3溶液中添加200和400μM NaHS,有效缓解铝毒害,显著减少铝诱导产生的MDA积累,增加叶绿素含量、净光合速率及最大光化学效率。
施硫对花生产质量和硫吸收利用的影响
施硫对花生产质量和硫吸收利用的影响施硫是一种常用的土壤改良措施，可以提高土壤酸性度和硫含量，对花生的产质量和硫的吸收利用有一定的影响。
本文将就施硫对花生产质量和硫的吸收利用的影响进行详细阐述。
施硫对花生的产量有一定的影响。
硫是花生生长发育的基础元素之一，对植物的生长、开花和结荚具有重要作用。
施硫可以增加土壤中的硫含量，提供充足的硫供花生吸收利用，从而促进其生长发育。
研究表明，适当施硫可以显著提高花生的产量。
硫肥施用量过低会导致花生硫含量不足，影响生长发育，产量也会受到影响。
硫肥施用量过高也会导致花生吸收过多的硫，造成硫中毒，对植株生长产生不利影响。
在施硫过程中需要控制好施用量，保证施硫的效果。
施硫对花生的硫的吸收利用也有一定的影响。
施硫可以提高土壤中硫的含量，增加花生对硫的吸收利用能力。
硫的吸收利用主要通过根系进行，根系对硫的吸收能力与土壤硫含量密切相关。
施硫可以提高土壤中的硫含量，增加硫的供应量，从而促进花生根系对硫的吸收利用。
研究表明，适当施硫可以显著提高花生对硫的吸收利用效率，降低硫的损失。
花生对硫吸收利用的能力也受土壤性质和环境因素的影响。
硫酸盐在碱性土壤中容易发生沉淀，影响硫的有效性和吸收利用率。
在施硫过程中需要根据花生生长地的土壤条件和环境因素进行施用，提高硫的吸收利用效率。
施硫对花生产质量和硫吸收利用有着重要影响。
适当施硫可以提高花生的产量和品质，促进其生长发育和营养积累。
施硫的效果受到施用量、土壤条件和环境因素的影响，需要科学施用，以达到最佳效果。
希望本文能对施硫对花生产质量和硫吸收利用的影响有所了解。
微藻产油综述
批判着看微藻类生物柴油摘要微藻类油的定量生产往往被高估。
生产1 kg的藻类柴油所投入的盐分近似于1 kg矿物柴油的实际价格。
电能生产微藻生物柴油的费用总额是消耗相同数量电能产生的收入的数倍。
微藻培养作为食物的生物价值比作为燃料要高的多。
普遍认同的观点是资金应该投资于微藻生物质生产，用来生产食品添加剂，饲料和药品。
其目的是为了防止在微藻类生物柴油上做太过草率的决定和投资。
关键词：生物柴油/微藻1.简介生产微藻油是一个古老的想法，这些想法几乎每十年反复出现，到现在已经持续了50年了。
从本世纪一开始，微藻一直被认为可能是柴油燃料良好的可再生来源。
藻脂肪酸转化为甲酯或者乙酯可以用作生物柴油。
全世界各地都在使用这个方法，同时这种方法常常被一厢情愿的证据支撑着。
现如今人们甚至可以在网络上找到许多电子书或者其它的来源卖“在家”或者“在车库”里生产海藻类生物柴油的方法。
事实上，几乎用任何有机体作为来源来生产生物柴油都没有很多技术障碍。
作为一个跨学科的事业，藻类柴油的方法需要能光合自养的生物技术和化学工业方面的理论知识以及实际生活经验。
大部分情况下，实际的生活经验主要基于实验室的观察和小型的户外设备。
乐观的结果往往来自于更大体积或者表面积层面上的推断。
Chisti的图表上显示微藻生物量应该相当便宜，为了使微藻生物柴油的生产经济合理，原油应该更加昂贵。
针对微藻生物量主要成本减少的研究和开发值得融资，但是微藻生物柴油的生产现如今完全是毫无理由的冒险。
特别要说的是，这对中小企业来说简直就是灾难。
这和Schneider的观点不谋而合，同时和Carlsson发表的结果相吻合。
关于藻类生物柴油，他们俩都参考了Gerald Cysewski的言论：“如果不是微藻类，我根本看不到这种情况。
”在一个讲座中，Venter提到转基因藻类对于生物燃料的生产有着很好的前景。
然而，初步选定的高产且单一栽培的品种不能轻易种植在室外的池塘或者咸水湖。
植物生理复习的题目
word 1 / 12 一、光合作用的气孔与非气孔限制，如何判断?气孔限制值的计算方法，优缺点。 气孔限制：由于不良环境造成的气孔关闭，使气孔阻力增大，从而导致叶片光合速率下降 非气孔限制：不是由于气孔关闭引起的，由于同化力不足，叶肉光合活性下降等原因引起的光合速率变化。气孔限制、非气孔限制的判据 Ci和Ls的变化方向：Ci下降和Ls上升明确气孔导度降低是主要原因 Ci上升和Ls下降明确主要原因是非气孔因素 气孔限制值计算 1、根据阻力值计算：测出CO2扩散的总阻力、气孔阻力和叶肉阻力，如此可算Ls Ls=1-Ci’/Ca’(Ls变化在0~1之间)。 缺点：只适用于CO2供给为限制因子的情况，即Pn—CO2曲线的直线上升阶段。但是随着曲线的弯曲，CO2浓度虽仍继续增加，而光合速率并不随之成比例增加，不能以CO2浓度的变动来表示光合速率的变动。在这种情况下，应该用实际光合值来计算 2、根据光合值的计算： Ls=1-A/A0〔A0为Ci’=Ca’〕。 优点：计算值可以防止对气孔限制值的过分夸大。 缺点：必须测出Pn-Ca’与Pn-Ci’两条曲线，手续麻烦；逆境下光合很弱，Pn值太小，计算误差太大，甚至难以计算。 二、叶绿素荧光诱导动力学曲线，可以测定哪些叶绿素荧光参数？有何意义？ 叶绿素荧光诱导动力学曲线是指：经过暗适应后的叶片从黑暗中转入光下叶片的荧光产量随时间而发生的动态变化称Kautsky效应，荧光的这种动态变化所描绘出的曲线即Kautsky曲线。 1、根底荧光参数： Fo：最小荧光〔根底荧光或原始荧光〕，是PSⅡ反响中心处于完全开放时的荧光产量。 Fo’：光适应下初始荧光。Fs：稳态荧光。 Fm：最大荧光，是暗适应的光合机构全部PSⅡ中心处于完全开放时的荧光产量。Fm’：光适应下最大荧光。 Fv=Fm-Fo：可变荧光，暗适应最大可变荧光，反映QA的复原情况。Fv’=Fm’-Fo’：光适应下可变荧光。 2、反映PSII光化学效率的荧光参数 Fv/Fm：暗适应下PSⅡ最大光化学效率，反映PSⅡ反响中心最大光能转换效率。 Fv’/Fm’：光适应下PSⅡ最大光化学效率。反映有热耗散存在时PSⅡ反响中心完全开放时的化学效率。Fv/Fo：代表PSⅡ潜在的光化学活性，与有活性的反响中心数量成正比关系 ΦPSⅡ：(Fm’-Fs)/Fm’：PSⅡ实际光化学效率。反映在照光条件下PSⅡ反响中心局部关闭的情况下的实际光化学效率。 3、荧光猝灭参数 qP =(Fm’-Fs)/(Fm’-Fo’) ：可变荧光的光化学猝灭系数，它反映了PSⅡ反响中心的开放程度。 qNP =(Fm-Fm’)/(Fm-Fo’) ：可变荧光的非光化学猝灭系数。它反映了PSⅡ反响中心关闭的程度。 NPQ =(Fm-Fm’)/Fm’ =Fm/Fm’-1 ：非光化学猝灭 〔补充增加〕：有几个特征性的点，分别被命名为O、I、D、P、S、M和T。 完整的Kautsky曲线可分为两局部，从开始照光到荧光产量达到最大值时的荧光上升局部，所用时间很短，只需0.5-2.0s，称为快速荧光动力学曲线；此后，荧光产量降低，并逐渐达到一个稳恒值，时间大致需要8-10min，称为慢速荧光动力学曲线。 荧光产量降低是荧光猝灭(Quench)的结果。所谓荧光猝灭，是指叶绿素吸收光量子后的局部激发能通过word 2 / 12 光化学途径或以热的方式散失，从而使荧光发射量减少的现象。
硫素与土壤酸化的关系-概述说明以及解释
硫素与土壤酸化的关系-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：土壤酸化是指土壤pH值下降，导致土壤酸性增强的现象。
而硫素在土壤酸化过程中扮演着重要的角色。
硫素是土壤中的一种微量营养元素，它存在于不同的形式，并参与着土壤中的物质循环。
在土壤中，硫酸盐的形成和分布以及硫酸还原作用和硫化物的生成等过程都与硫素的循环密切相关。
这些过程不仅影响着土壤中硫素的含量和形态，也对土壤的酸碱性起着重要的调节作用。
本文将重点讨论硫素与土壤酸化的关系，以及硫素对土壤酸化的影响。
通过深入探讨硫素与土壤酸化的密切关系，可以为土壤管理和调控提供一定的启示。
1.2 文章结构本文将分为三个部分进行论述。
首先，在引言部分对本文的主要内容做了简要概述，并介绍了文章的结构设置。
接下来，在正文部分将分为两个小节进行阐述。
第一个小节将重点介绍硫素在土壤中的存在形式和循环，包括硫酸盐的形成和分布以及硫酸还原作用和硫化物的生成。
第二个小节将重点探讨硫素对土壤酸化的影响，包括硫酸盐的酸化作用以及硫酸还原作用对土壤pH的影响。
最后，在结论部分对硫素与土壤酸化的密切关系进行总结，并提出对土壤管理和调控的启示。
通过这样的结构设置，希望能够全面系统地介绍硫素与土壤酸化之间的关系以及对土壤管理的指导意义。
1.3 目的本文的目的是探讨硫素与土壤酸化之间的关系。
通过研究硫素在土壤中的存在形式和循环，分析硫素对土壤酸化的影响，我们可以更好地了解硫素在土壤中的作用及其对土壤酸化的贡献。
具体来说，本文通过描述硫酸盐的形成和分布以及硫酸还原作用和硫化物的生成，探讨硫素在土壤中的存在形式和循环过程。
同时，我们将重点研究硫酸盐的酸化作用以及硫酸还原作用对土壤pH的影响，揭示硫素对土壤酸化的具体机制。
通过这些分析，我们可以得出结论，进一步强调硫素与土壤酸化之间的密切关系。
了解硫素与土壤酸化的关系对于土壤管理和调控具有重要意义。
根据本文的研究结果和结论，我们可以在农业生产中合理利用硫素资源，调整土壤硫素含量，从而优化土壤酸碱度，改善土壤肥力，提高作物产量。
对水稻有特殊作用的元素,水稻种植方法
对水稻有特殊作用的元素，水稻种植方法对水稻有特殊作用的元素有硫、钙、镁、铁、锰、锌。
1、硫：水稻体内含硫量约为0.2%-1.0%，水稻吸收利用的主要是硫酸盐，也可以吸收亚硫酸盐和部分含硫的氨基酸。
2、钙：水稻茎叶中含钙量为0.3%-0.7%，穗中含量在成熟期下降至0.1%以下。
3、镁：水稻茎叶中含镁为0.5%-1.2%，穗部含量低。
4、铁：水稻体内含铁较低，叶片中含量为200-400毫克/千克，老叶比嫩叶要高。
一、对水稻有特殊作用的元素1、硫（1）水稻体内的含硫（SO2）量约为0.2%-1.0%左右，水稻吸收利用的一般是硫酸盐，也可以吸收亚硫酸盐和部分含硫的氨基酸。
（2）水稻体内的硫素和氮素代谢的关系非常密切，稻株缺硫就会破坏蛋白质正常代谢，阻碍蛋白质进行合成。
2、钙（1）水稻茎叶里面含钙（CaO）量为0.3%-0.7%左右，穗中含量在成熟期会下降至0.1%以下。
（2）钙是构成植物细胞壁的元素之一，大约60%的钙都集中在细胞壁。
（3）缺钙时稻株会略矮，下部叶尖端也会变白，然后会转为黑褐色，叶子不能展开，生长点就会死亡，根短，根尖为褐色。
3、镁（1）水稻茎叶里面含镁（MgO）量为0.5%-1.2%，穗部含量比较低。
（2）镁是叶绿素成分之一，缺镁就会导致叶绿素不能形成，镁是一种多种酶的活化剂。
（3）缺镁时叶片会非常柔软呈波纹状，叶脉呈黄绿色，从叶尖就会先枯死，症状从老叶开始，孕穗期前一定要保证充足的镁素营养。
4、铁（1）水稻体内含铁比较低，叶片里面的含量为200-400毫克/千克，老叶比嫩叶要高一些，其中还有一部分主要集中于叶绿体内。
（2）铁参与植物体内的呼吸作用，会影响与能量有关的生理活动。
（3）缺铁就会导致叶绿素不能形成，出现失绿症，缺铁现象一般是先从幼叶开始，而老叶仍属正常。
（4）在一般情况下土壤不会缺，在酸性和长期渍水土壤中铁多被还原成溶解度大的亚铁，比如水稻大量吸收会发生亚铁中毒。
5、锰（1）锰是水稻体内含量较多的一种微量元素，嫩叶里面含有500毫克/千克，老叶可达16000毫克/千克。
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doi: 10.7541/2017.113硫素营养水平对产油尖状栅藻光合生理及生化组成的影响王倩雅 张 莹 李爱芬 张成武(暨南大学水生生物研究中心, 广州 510632)
摘要: 以产油尖状栅藻(Scenedesmus acuminatus)为实验材料, 在持续300 μmol photons/(m2·s)光照条件下, 选用3种不同初始Na2SO4浓度(2.0S、1.0S对照、0.25S)的改良BG-11培养基, 在Φ3.0 cm×60 cm光生物反应器中进行通气培养, 研究分析硫素营养水平与尖状栅藻产油过程光合生理和生化组成的关系。实验结果表明, 初始硫素浓度对尖状栅藻生长有显著的影响(P<0.05), Na2SO4初始浓度为2.0S实验组的生物量最高, 为7.47 g/L, 显著高于1.0S组(6.43 g/L)和0.25S组(4.17 g/L)(P<0.05), 说明加富硫素营养可促进藻细胞的生长。尖状栅藻细胞的叶绿素a、b以及总类胡萝卜素含量变化均与培养基中初始硫素营养水平呈正相关。在培养初期低硫营养有利于藻细胞快速积累碳水化合物, 0.25S实验组碳水化合物含量最高, 占干重的44.37%, 比1.0S和2.0S组分别高出14.43%和13.78%, 培养后期总碳水化合物和蛋白含量均发生不同程度的降低, 转向大量累积油脂,0.25S实验组的总脂含量最高, 达55.15% DW, 显著高于1.0S和2.0S组(P<0.05)。藻细胞的光合放氧速率、PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)、实际光能转换效率(Yield)以及相对电子传递效率(ETR)均与培养液的初始硫素浓度呈正相关, 在整个培养周期中呈先上升后下降的趋势。77 K低温荧光显示, 尖状栅藻在培养初期2个光系统之间存在光能调配现象。上述结果说明, 尖状栅藻细胞的生长、油脂积累和光合生理状况与硫素营养水平直接相关。
关键词: 尖状栅藻; 硫素营养; 油脂积累; 光合生理参数中图分类号: Q948.8 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2017)04-0904-10
微藻作为水生生态系统中的重要生产者, 分布广泛, 种类繁多, 在食品、能源、环境等方面具有广泛应用意义[1]。现阶段产油微藻积累油脂制备生物柴油, 已成为开发新型清洁可替代化石能源的研究热点。如何提高藻细胞单位油脂的产量, 已成为利用微藻规模化生产生物燃料及高附加值产品的重要前提。微藻油脂的积累与光合作用密切相关, 光合过程中产生的NAD(P)H和固定的CO2是油脂合成的重要基础[2]。硫素是微藻生长过程中不可或缺的重要元素, 广泛存在于生物体的蛋白质、油脂、碳水化合物等一些代谢产物中[3], 介导叶绿素、谷胱甘肽、辅酶等合成[4], 同时作为含硫蛋白和类囊体膜上硫代异鼠李糖甘油二酯(SQDG)的重要组成元素[5, 6], 对维持稳定的光合膜结构, 参与调控光合产能代谢途径有重要的影响。硫限制或缺乏对微藻生长代谢的影响主要体现在, 细胞生长速率减缓, 含硫氨基酸和蛋白含量降低; 叶绿素含量减少, 类囊体膜结构发生变化, 光合作用能力减弱; 细胞内代谢途径重新调整, 能量更多流向易于储存的油脂进行累积等方面[7, 8]。费小雯等[9]报道Heynigia riparia CE14-2在硫素缺乏下细胞生长受阻, 各组分中蛋白、糖和叶绿素等含量均发生不同程度的降低, 胞内油脂出现累积, 光合效率受到影响。Koichi等[10]提出莱茵衣藻(Ch-lamydomonas reinhardtii)硫素缺乏早期阶段, 光合膜脂SQDG含量减少, 类囊体膜结构发生改变, 导致光系统功能和结构发生变化。Giordano等[11]也证实, 在硫限制条件下杜氏盐藻(Dunaliella salina)光合效率的降低与Rubisco酶蛋白和叶绿素a/b结合
第 41 卷 第 4 期水 生 生 物 学 报Vol. 41, No. 4
2017 年 7 月ACTA HYDROBIOLOGICA SINICAJul., 2017
收稿日期: 2016-10-13; 修订日期: 2017-02-18基金项目: 国家自然科学基金(41176105); 中央高校基本科研业务费专项资金(21614101)资助 [National Natural Science Foundation ofChina (41176105); Fundamental Research Funds for the Central Universities (21614101)]作者简介: 王倩雅(1991—), 女, 湖南常德人; 硕士研究生; 研究方向为微藻生理生化与生物技术。E-mail: wangqianya1234@163.com通信作者: 李爱芬, E-mail: tiger@jnu.edu.cn蛋白大幅下降相关, 且胞内的碳、氮、硫等代谢途径出现重新调整。Mizuno等[12]研究发现小球藻属(Chlorellaceae spp.)在硫缺乏早期阶段大量累积的淀粉颗粒随后期油滴的变大逐渐减少, 碳和能量转为以油脂的形式进行储存。Takeshita等[13]也提出小球藻(Chlorella viscosa)与普通小球藻(Chlorellavulgaris)在硫缺乏下不仅促进胞内油脂积累, 而且还促进了碳链长度超过C20脂肪酸累积比例的增长。由此可知, 微藻的硫素营养水平影响着细胞油脂积累和生理状态, 从硫素不同营养水平研究微藻的生长、生化组分动态变化和细胞光合生理状态,对于全面了解微藻光合产油代谢具有理论意义。尖状栅藻(S. acuminatus)是近期分离纯化出的一株淡水产油绿藻, 生长速度快, 油脂累积率高, 能有效的去除废水中氮、磷等营养元素, 具有高度研究价值[14]。本文以尖状栅藻(S. acuminatus)为研究材料, 分别探讨硫加富和硫限制下藻细胞的生长,油脂的累积, 蛋白质、碳水化合物和色素等组份的含量及其变化规律, 以叶绿素荧光参数指示光系统的生理状态, 旨在了解硫素营养对微藻光合生理和代谢的影响, 为进一步探究微藻油脂积累的光合营养生理机制提供基础。1 材料与方法1.1 实验材料尖状栅藻(S. acuminatus)采自暨南大学南湖,由暨南大学水生生物研究中心微藻生物技术与生物能源实验室保藏。以改良BG-11为基础, 将培养基中MgSO4、ZnSO4和CuSO4分别由MgCl2、ZnCl2和CuCl2代替。实验设置2.0S、1.0S、0.25S(将原改良BG-11含硫量(换算成Na2SO4为43.4 mg)设为对照组, 定为1.0S), 用Na2SO4调节硫素浓度, 1 L无硫BG-11培养基中分别添加86.8、43.4、10.85 mg的Na2SO4(即为2.0S、1.0S、0.25S)。将藻细胞培养至对数生长中期, 3000 r/min低速离心5min。初始接种密度OD750为0.6, 采用Φ3.0 cm×60 cm的柱状光生物反应器培养, 每组设置3个平行, 培养温度为(25±1)℃,光照强度约为300 μmol photons/(m2·s), 通入含1%CO2的压缩空气, 培养周期为18d。1.2 实验方法生物量和细胞密度的测定 每天取5 mL藻液用预烘干至恒重的0.45 μm微孔滤膜抽滤, 置于105℃烘箱烘至恒重后称重, 计算单位体积藻液的干重(Dry weight, DW)。定时取藻液样品, 利用血球计数板进行细胞密度的测定。总脂含量的测定及产率的计算 总脂测定方法改良自Khozin等[15], 取100 mg冻干藻粉加入2 mL10%二甲基亚砜-甲醇(v鲶v=1鲶9)溶液, 50℃水浴、冰浴分别抽提1.5h后, 离心收集上清液于干燥洁净的玻璃小瓶中, 藻渣加入4 mL乙醚-正己烷溶液 (v鲶v=1鲶1), 再冰浴抽提1.5h, 同样离心收集上清液至上述玻璃小瓶中, 重复上述步骤直至藻渣变白。收集所有抽提液, 加入4 mL蒸馏水静置分相,移取有机相至另一小玻璃瓶, 氮气吹干浓缩, 用乙醚洗涤并转移至预先称重的2 mL塑料离心管(管重记为M1)中, 用氮气吹干至恒重(记为M2)。总脂含量(冻干藻粉的百分比)=(M2–M1)·100%/冻干藻粉的重量。单位体积总脂产率[g/(L·d)]=生物量(g/L)×总脂含量(%)/培养天数(d)总碳水化合物含量的测定 参照Dubios等[16]
的硫酸-苯酚法, 取10 mg干燥脱脂藻渣, 加入5 mL0.5 mol/L H2SO4, 于100℃恒温水浴4h。3000 r/min离心5min, 将上清移至50 mL的容量瓶中, 用去离子水洗涤沉淀并离心转移上清液至容量瓶(重复两次), 定容至50 mL。取1 mL提取液, 补水至2 mL, 迅速加入6%苯酚及浓H2SO4摇匀, 冷却后于490 nm下测定吸光值。以葡萄糖为标准物制作标准曲线, 利用标准方程计算总碳水化合物含量。可溶性蛋白含量的测定 用0.5 mol/L NaOH于80℃反复抽提脱脂藻渣, 直至抽提完全。提取液采用lowry法蛋白含量测定试剂盒(上海荔达生物科技有限公司)进行测定。色素含量的测定 每隔24h取藻液1 mL,3000 r/min低速离心5min后弃上清, 加入10 mL的甲醇, 置于恒温水浴(70℃)避光提取至沉淀变为灰白色, 相同条件离心后保留上清, 采用紫外可见光分光光度计测量其在波长470 nm (A470)、652 nm(A652)、665 nm (A665)、750 nm (A750)的吸光度, 叶绿素及类胡萝卜素(mg/L)含量计算公式参考文献[17]如下:Chlorophyll a=16.72×(A665–A750)–9.16×(A652–A750)Chlorophyll b=34.09×(A652–A750)– 15.28×(A665–A750)Carotenoids=(1000×A470–1.63×Chl. a–104.96×Chl. b)/221光合放氧速率和暗呼吸速率的测定 采用Clark型液相氧电极(Hansatech Oxygraph, 英国)测定单位时间内微藻溶液中溶氧量的变化。取适量
4 期王倩雅等: 硫素营养水平对产油尖状栅藻光合生理及生化组成的影响905