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1、1 8 3 DOI: 10. 13984/j. cnki. cn37-1141. 2014. 01. 001 2014 年 海 洋 湖 沼 通 报 Transactions of Oceanology and Limnology Nol 硅浓度对筒柱藻 B169 生长、叶绿素荧光参数、 总脂含量及脂肪酸组成的影响 梁 英 1 刁 永 芳 、 田 传 远 、 曹 春 晖 1 ( 1 . 中 国 海 洋 大 学 海 水 养 殖 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 山 东 青 岛 26 6 0 0 3 ; 2 . 天 津 科 技 大 学 天 津 市 海 洋 资 源 与 化 学 重 点 实 验 室 ，
2、 天 津 30 0 4 5 7 ) 摘 要 ： 本 文 以 底 秘 枝 薄 筒 柱 謀 sp.) 为 实 验 材 料 ， 研 究 了 一 次 性 靖 养 过 程 中 ， 不 同 社 农 度即： 011/1.(没 0)、 8.351/1(&1),、 33.411 屯 /1 乂沒 2、 133.61/1 乂 &3)、 534.4|1/1,(& 和 1068.8|1/1, ( Si5 ) 对 藻 细 胞 密 度 、 叶 绿 素 荧 光 参 数 、 叶 绿 素 含 量 、 总 脂 含 量 及 脂 肪 酸 组 成 的 影 响 。 结 果 表 明 ： 第 5 9 d， 筒 柱 藻 的 细 胞 密 度 随
3、硅 浓 度 的 增 加 而 增 加 ， 硅 浓 度 较 高 的 Si3 、 Si4 和 Si5 处 理 组 的 细 胞 密 度 显 著 高 于 硅 浓 度 较 低 的 Si0 、 Sil 和 Si2 处 理 组 的 细 胞 密 度 。 第 1 9 d, Si5 处 理 组 的 荧 光 参 数 F, / F , CPSII 的 最 大 光 能 转 换 效 率 ） 和 尺 / 氏 （ PS1 I 的 潜 在 活 性 ） 均 显 著 低 于 其 它 处 理 组 第 3 6 d, Si3 处 理 组 的 上 述 荧 光 参 数 均 显 著 高 于 其 它 处 理 组 。第 1 7 d, Si4 和 S
4、i5 处 理 组 的 荧 光 参 数 OPS 丨 KPS1 I 的 实 际 光 能 转 化 效 率 ）和 rETR( 相 对 电 子 传 递 效 率 ） 均 显 著 低 于 其 它 处 理 组 ， 其 中 S15 处 理 组 的 上 述 荧 光 参 数 最 低 ， 其 次 是 处 理 组 。 筒 柱 藻 的 叶 绿 素 含 量 随 着 硅 浓 度 的 增 加 而 增 加 ， 到 Si3 处 理 组 叶 绿 素 含 量 达 最 高 值 ， 之 后 叶 绿 素 含 量 下 降 ， Si3 处 理 组 的 叶 绿 素 含 量 最 高 ， SiO 处 理 组 的 叶 绿 索 含 量 最 低 。简 拄
5、藻 的 总 脂 含 量 随 硅 浓 度 的 增 加 而 降 低 ， SiO 处 理 组 的 总 脂 含 量 最 高 ， Si5 处 理 组 的 总 脂 含 量 最 低 。茼 柱 藻 的 主 要 脂 肪 酸 是 14 : () ( 15 8 . 71 % 、 16 : 0 ( 2 2 . 40 42 . 27 % ) 、 16 : ln- 7 ( 3 1 . 40 33 . 12 % ) 、 16 : 3 n- 4 ( 1 , 89 8 . 45 % ) 、 2 ( ) : 4 丨 1 - 6 ( 5 . 9 5 11 . 3 9 % 和 20 : 5 1 1 - 3 ( ? 八 ） 、 33.
6、4mg/L(Si2)、 133.6mg/L(Si3)、 534_ 4mg/L(Si4)和 1068. 8mg/L(Si5),即 分 别 为 f 培 养 基 中 硅 浓 度的 、 1/4、 1、 4、 16 和 32 倍 。 每 个 硅浓 度 设 3 个 平 行 组 。实 验 时 ， 取处 于 指 数 生 长 期 的 藻细 胞 离心洗 涤 后作为 藻 种进行 实 验 ， 向每 个 PC 三角 瓶 加人培 养 液 420mL,加人 藻 液 30mL,最 终 体 积 为 450mL， 起始 接 种密度 为 6. 67X104 mL。除硅 浓 度外， 其 它培养 条 件与藻种 培 养条件 相 同，培
7、养 周 期 为 9d。 1 . 3 各 个 参 数 测 定 每天定时取样，细胞密度用血球计数板测定。叶绿素荧光各个参数 (iAF 、 F /F 、PSII、 rETR 和 qP) 用德国 Walz 公司生产的 Water-PAM 叶绿素荧光仪测定。 在培养末期取样，按照文献的方法测定叶绿素含量。 在培养末期，用滤膜过滤法收集藻液，冷冻干燥，采用改进的 Bligh-Dyer(简称 BD)法测定其总脂 含 量 9，按照改进的 Lepage 和 Roy2 的方法对干燥样品进行甲酯化 脂肪酸分析： Agilent 6890N 气相色谱仪， 5973N 质谱仪 （ GC /MS)。色谱柱为 HP_5 M
8、S(30mX0. 25 mmXO. 25pm)。载气为高纯氦气，流速 1.0mL/min。程序升温，初温 140X：，以 7C/min 升至 280f 并 保持 1 1： 1 丨 11,整个分析过程为 3 111。进样口温度为 25 1：。进样量 ： 1;质谱： 1 离子源，电离能量 70 eV， 离子源温度 :23(TC，四极杆温度： 150C,全扫描（ SCAN)质量范围： 50 550 mau。各个脂肪酸的 质谱图通过 检索 NIST 质谱图库获取，脂肪酸的鉴定通过比 较样品质谱图与图库中标准质谱图以及比较 实验样品与 标准样品各个脂肪酸的出峰时间来进行。各脂肪酸相对含量的确定采用面积归
9、一化法计算。 1 . 4 数 据 处 理 用 SigmaplotlO.O 软件作图。用 SPSS16.0 软件分别进行单因子方差分析、多重比较以及相关性分 析。 P和 F,/F 均较稳定且分别在 0.62 0. 69 和 1.7 2. 2 之间变动。第 1 7d,Si4 和 Si5 处理组的荧光参数 3PSII(PSn 的实际光能转 化效 率）和 rETR(相对电子传递效率 )均显著低于其它处理组，其中 Si5 处理组的上述荧光参数最低，其 次是 Si4 处理 组。第 5 7d,SiO、 Sil、 Si2 和 Si3 处理组的荧光参数 4PSII 和 rETR 均显著高于其它处理 组， 且此
10、4 个处理组之间差异不显著。硅浓度对荧光参数 qP(光化学淬灭）的影响差异不显著，与接种时 20 海 洋 湖 沼 通 报 2 0 1 4 年 相比 各处理组的 qP 在第 1 2d 均大幅上升，第 3 8d 均呈轻微下降趋势。 图 1 不同硅浓度 (0 1 OP. 8mg/L)对筒柱藻叶绿素荧光参数（ F F,、 /、 , /f 二 OPS1 丨、 rETR、 qP)及细胞密度的影响 Fig. 1 Effects of different silicon concentrations (0 1068. 8mg. IJ on the chlorophyll ntiortsceiice param
11、eters (F,./F,F.,/F, PSI1. rETR qP) and cell densities of CylinJrolheca sp. 1 期 硅浓度对筒柱藻 B169 生长、叶绿素荧光参数、总脂含量及脂肪酸组成的影响 2 丨 2. 2 硅浓度对简柱藻细胞密度的彩响 硅浓度对筒柱藻细胞密度的影响见图 1(F)。单因子方差分析结果表明，硅浓度对筒柱藻的细胞密 度 有显著影响（ P0. 05)。 16 0 以及饱和脂肪酸总含量均随着硅浓度的增加而降低，当硅浓度为 8. 35mg/l.时上述脂肪酸 含 量最高，当硅浓度为 133. 6 534. 4mg/L 时达到最低值，硅浓度达到 1
12、068. 8mg/L 时，上述脂肪 酸含量又 开始上升。硅浓度对 16 : ln-7 和单不饱和脂肪酸总含量的影响差异不显著（尸 . 5)。 16 : 3(n-4)、 20 : 4(n-6)、 20 : 5(n-3)以及多不饱和脂肪酸总含量均随着硅浓度的增加而增加，当硅浓度 为 133. 6 534. 4mg/L 时上述脂肪酸含量达到最高值，硅浓度达到 1068. 8mg/L 时上述脂肪酸含量 开始下降。 经 济 价值较大的 20 Mn-6 和 20 : 5n-3 含量均在硅浓度为 133.6 534.4 /1 时达到最 图 2 不 同 硅 浓 度 (0 1068.8mg/L)下 简 柱 藻
13、的 叶 绿 素 含 撤 和 总 脂 含 量 Fig. 2 Chlorophytl comenis and rotal lipid conients of Cylivdrotheca sp. at different silicon concentrations 1068. 8rng/U 2 2 海 洋 湖 沼 通 报 2 0 1 4 年 表 1 不 同 硅 浓 度 ( 10 6 8 . 8 mg/ L) 下 简 柱 藻 的 主 要 脂 肪 酸 组 成 （ 占 总 脂 肪 酸 的 百 分 比 ） Table 1 Fatty acid compositions % of total fatty a
14、cids) of Cylindrotheca sp. at different silicon concentrations (0 1068. 8mg/L 脂肪酸 61 浓度（ Silicon concent radons) Fatty acid SiO Sil Si2 Si3 Si4 Si$ 14 f 0 5.97 5. 23 7. 00 8. 37 8.71 5. 15 15 = 0 0. 22 0. 26 0. 38 0. 00 0. 35 0. DO 16 * 0 41.32 42,27 37.91 22. 40 22.51 30. 26 16 * ln-7 33. 12 32. 34
15、 32. 20 31.40 32. 06 ： 2. 2： 16 : ln-9 0. 60 0. 60 0. 71 1.46 1.47 1. 29 16 ; 3n-4 2. 14 1.89 3. 11 8.45 8.07 5. 53 16 * 4n-l 0.00 0.05 0.00 0. 27 0,20 0. 00 17 ： 0 0. 00 0. 04 0. 07 0. 35 0. 29 0.22 18 : 0 0. 23 0. 24 0. 25 0. 00 0. 00 0. 00 18 : ln-7 0. 00 0.00 0.00 0. 00 0. 89 0. 99 18 ： ln-9 3.
16、52 3. 56 3. 31 1. 19 1.71 2. 33 18 * 2n-6 1.36 1.54 1.76 1.38 1.81 l.S)6 18 i 3n-3 1. 04 0. 98 1.20 1. 75 1.94 1. 70 18 * 3n-6 0. 06 0.05 0. 12 0.43 0. 46 0. 5(1 18 J 4n-3 0. 17 0. 14 0. 17 0, 16 ().39 0. 37 20 4n-6 5.95 6. 40 7.54 11. 39 10. 10 9. 20 : r)n-3 3. 47 3. 50 3. 67 8.01 8. 07 5. 27 22 =
17、6n-3 0. 07 0.08 0.00 0. 00 0. 30 0. 0() SFA 47. 74 48. 05 45.27 31.13 M. 90 35. MUFA 37. 24 36. 51 36.22 34. 04 36. 12 36. 83 PUFA 14.25 14.64 17. 57 31. 84 31. 35 25. K 它（ others) 0.77 0.81 0.94 2. 99 0. 6.3 2.21 3 讨 论 硅元素参与硅藻硅质壳的形成、光合色素的合成、蛋白质的合成、 DNA 的合成和细胞分裂等多种代 谢 和生长过程，是影响底栖硅藻生长繁殖的重要元素之一 m。关于硅浓
18、度对底栖硅藻生长的影响，不同 学 者得出了不同的结论。有些学者认为，缺硅影响底栖硅藻的生长，例如郭峰 等 1211 研究发现在缺硅的条 件 下 矮 小 卵 形 藻 的 生 长 变 慢 ， 其 最 适 硅 浓 度 为 0 . 5mg/L,而在缺硅的条件下亚历山 大 菱形藻（ Nz7zsc/i!a )仍保持较高的生长速率。李雅娟等 22 ： | 发现咖啡形双眉藻（ ( /此 / 77)、盾卵形藻小形变种（ 00(.0)狀 !_5 5(-&/PSn 分别表示相 对电子传递效率和 PSH 的实际光能转化效率，第 1 8d,硅浓度较高的 Si4 和 Si5 处理 组的 OPSII 和 rETR 均低于其
19、它处理组且 Si5 处理组最低，说明高硅造成筒柱藻 PSII 受体 PQA 大部分 不能被氧化而处于还原 状态，严重阻碍了电子传递， PSII 电子传递速率下降，从而影响对碳的固定与同 化，使 $PSII 和 rETR 较 低。 qP 是光化学淬灭，反映了 PSI1 反应中心开放的比例及天线色素吸收的光 能用于光化学电子传递的 份额 U6 2 n，硅浓度对该参数没有显著影响 ,与接种时相比，各处理组的 qP 在第 1 2d 均大幅上升，第 3 8d 均呈轻微下降趋势，说明 PSII 中反应中心开放的比例及用于光化学电子传 递的光能份额先上升后轻 微下降。 硅浓度对底栖硅藻的叶绿素含量也有显著影
20、响，曾艳艺等 28 发现硅酸盐浓度在 140Pmol/L 范围 内条纹小环藻 (C3c/ 以 /u smcua)叶绿素 a 含量随着硅浓度的增加而增加。本研究发现筒柱藻在硅浓度 为 0 133.6mg/L(0470. 08fimol/L)围内叶绿素含量随硅浓度的增加而增加，与曾艳艺的研究结果一 致。 硅酸盐可促进叶绿素的合成 15 。 硅浓度对底 栖硅藻的总脂含量也有影响，李荷芳等 29 认为硅的加入使小球藻（ C/i/ore/k sp-2)的总 脂含置下降。 Shifrin 等 u 得 出 不 加 入 硅 酸 盐 可 使 小 环 藻 总 脂 含 量 轻 微 增 加 。本 实 验结果表明，筒柱
21、藻的总脂含量随着硅浓度的增加而降低，缺硅处理组的总脂含量最高，与以上两位学 者 的 研 究 结 果 一 致 。 但 陈 昱 等 3 1 认 为 缺 硅 对 三 角 褐 指 藻 油 脂 积 累 影 响 不 显 著。 有关桂对微藻脂肪酸组成影 响的报道较少， R essler32： l 报道了硅限制对小环藻（ C;yc/oZe/k 脂肪 酸组成的影响，其中饱和脂肪酸及单不饱和脂肪酸的比例明显升髙。本研究结果表明，饱和脂肪 酸含置 随着硅浓度的增加而降低，即硅浓度较低情况下饱和脂肪酸含量较高，与 R eSSler32 的结果一 致，多 不饱和脂肪酸含量随着硅浓度的增加而增加，但硅浓度对单不饱和脂肪酸
22、的影响差异不显著，不同 于 RoessleP2 的研究结果，这种差异可能是由于藻种不同引起的。 4 结 论 在本实验条件下，筒柱藻 B169 在硅浓 度为 133. 6mg/L 时生长最快，之后随着硅浓度的增加，细胞 密 度没有显著增加，缺硅或低硅抑制筒柱藻的生长。高硅条件下该藻的光合活性下降，但缺硅或低硅不 影 响其光合活性。该藻的叶绿素含量随着硅浓度的增加而增加，到硅浓度 133. 6mg/L 时达到最髙值，之 后 则随着硅浓度的增加而降低。该藻总脂含量随硅浓度的增加而降低 ,缺硅处理组的总脂含量最高 高硅 处理组（ 1068. 8mg/L)的总脂含量最低。 筒柱藻 B169 的主要脂肪酸
23、是 14 : 0、 16 : 0、 16 : ln-7、 16 : 3n-4、 20 : 4n-6 和 20 : 5n-3。饱和 脂肪 酸含置随着硅浓度的增加而降低，多不饱和脂肪酸含量随着硅浓度的增加而增加，硅浓度对单 +饱和 脂 肪酸的影响差异不显著，经济价值较大的 20 : 4(n-6) 和 20 : 5(n-3) 含 1 均在 Si3(133. 6tng/I.) 和 Si4 (534. 4mg/L)处理组达到最高值。 筒柱藻具有生长繁殖迅速、营养丰富、油脂含量高、容易收获等优点 .开发利用潜力较大。不同硅浓 度对该藻的生长速度、光合活性、特别是脂肪酸组成等指标都有较大影响 .在 应用中
24、可以根据对筒柱藻 各项指标的实际需要找出最佳的培养条件及培养工艺，加快筒柱藻的开发利用。 24 海 洋 湖 沼 通 报 2 0 1 4 年 参 考 文 献 1 陈世杰， 陈木， 卢豪魁，等 .鲍苗的饵料底栖硅藻培养实验初报 J.动物学报， 977, 23(l)s 47-52. 2 Hahn, K. O. , Survey of the important abalone species in the world. Ins Hahn, K. O. (Ed. ), Handbook of Culture of Abalone and other Marine Gastropods， CRC Pre
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27、, X, Xut et al. Biodiesel production from oleaginous microorganisms J, Renewable Energy* 2009, 34 (1)： 1-5. 7 d 永芳，梁英，田传远 磷浓度对筒柱藻叶绿索荧光参数、 生长及总脂含量的影响 J.海洋湖沼通报， 20l2，（ 4):47-54. 8 梁英 ，麦康 森，孙世 春，等 .不 同 培 养 基 对 筒 柱 藻 生 长 及 脂 肪 酸 组 成 的 影 响 门 .海洋湖沼通报， 2000,1: 60-67. 9 梁英 ，麦康 森，孙世 春，等 .对筒 柱藻厲 33 株总脂含貴及脂肪酸组
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38、2 (1. Key Laboratory of Mariculture of Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266003, China； 2. Tianjin Key Laboratory of Marine Resources and Chemistry， Tianjin University of Science &- Technology, Tianjin 300457, China) Abstract： In this experiment, the chlorophyll fluorescence
39、parameters, cell densities, chlorophyll contents total lipid contents and fatty acid compositions of the benthic diatom namely Cylindrotheca sp. B169 were studied under different silicon concentrations ： 0mg/L(Si0) 8, 35mg/L( Sil), 33, 4mg/L (Si2), 133. 6mg/L(Si3), 534. 4mg/L(Si4), and 1068. 8mg/L(S
40、i5), The results showed that the cell densities of Cylindrotheca sp. increased with increasing silicon concentrations from day 4 to day 9， with those in the higher silicon concentrations (Si3, Si4 and Si5) significantly higher than those in the lower silicon concentrations (SiO, Sil, and Si2). The p
41、arameters Fv/Fm(the maximal photochemical efficiency of PSII) and Fw/F (potential activity of PSII) in Si5 treatment were significantly lower than those in other treatments from day 1 to day 9, whereas in Si3 treatment, the above two parameters were significantly higher than those observed in other
42、treatments from day 3 to day 6. As to the param- eters OPSII (the actual photochemical efficiency of PSII) and rETR (the relative electron transport rate), the values in Si4 and Si5 treatments were significantly lower than those in other treatments from day 1 to day 7, with the lowest value occurrin
43、g in Si5 treatment. The chlorophyll contents of Cylindrotheca sp. first increased then decreased with increasing silicon concentrations, with the maximum value in Si3 treatment and minimum value in SiO treatments. The total lipid contents decreased with increasing silicon concentrations, with the la
44、rgest value shown by SiO treatment and the lowest value by Si5 treatment. The major fatty acids under different silicon concentrations were 14 : 0(5. 15 8. 71 %)， 16t (22.4042.27%),16:ln-7(31.40 33.12%)， 16:3n-4(1.89 8 . 45 %), 20 : 4 n- 6 ( 5 . 95 11,39%)， and 20 : 5n-3(EPA)(3. 47 8. 07%). The satu
45、rated fatty acids (SFA) decreased while the polyunsaturated fatty acids (PUFA) increased with the increasing silicon concentrations, whereas there was no significant variation in the monounsaturated fatty acids (MUFA) related to silicon concentrations. The maximum contents of 20 ! 4n-6 and 20 : 5n-3 which had more economic values were all recorded in Si3 and Si4 treatments. Keywords ： silicon concentration ； growth ； chlorophyll