含藻水體中的總糖與總氮、總磷濃度間的相關性

張蕓

（蚌埠市環境監測站，安徽 蚌埠 233000）

藻是一種孢子植物，通過光合作用將二氧化碳轉變為碳水化合物，吸收水體中的氮、磷等物質而生長。這使得它們在凈化水源 (去除氮、磷)方面有著重要的應用[1-3]。然而藻的過度生長，導致水資源富營養化，從而對水資源帶來負面影響。因此藻類與水環境的關系非常微妙。藻類分泌糖類等物質的多少與藻的生長狀況和水體的營養物質含量狀況相關，因此研究水藻分泌物質(如糖)的含量與水體中總氮、總磷的關系，對研究水藻生長引起的水體富營養化狀況，生態保護性利用水資源有重要的意義。

水網藻是一種大型的網片狀或網袋狀水藻，其繁殖能力強，生長速度快，在生長過程中，能吸收大量的氮和磷等。本文以水網藻為研究對象，用不同氮、磷濃度比的營養液培養水網藻。通過監測含藻水溶液中氮、磷含量與平衡總糖濃度，以考察含藻水體總氮、總磷與溶液中總糖濃度的相關聯系。

1 實驗部分

1.1 實驗器材與藥品

硝酸鉀：優級純，中國醫藥（集團）上海化學試劑公司；磷酸二氫鉀：優級純，國藥集團化學有限公司；氫氧化鈉、葡萄糖、苯酚、濃硫酸：分析純，國藥集團化學有限公司；過硫酸鉀：分析純，愛見德固賽（上海）引發劑有限公司；抗壞血酸：分析純，廣東汕頭市西隴化工廠；酒石酸銻氧鉀：分析純，上海化學試劑總廠；鉬酸銨：分析純，上海膠體化工廠。

TU-1810PC型紫外可見分光光度計、T6-新悅分光光度計，北京普析通用儀器有限公司；高速離心機，上海儀器公司；水相針頭式濾器，孔徑0.45μm，直徑13mm，安譜科儀公司。

1.2 硫酸-苯酚法測總糖濃度[4]

由于水體中總糖濃度很低，天然產物的分離技術復雜，為簡化問題，本文用總糖濃度來表征糖的含量，將總糖酸解為單糖，折合成葡萄糖計算。

分別配置不同濃度葡萄糖標準溶液，分別取所配葡萄糖標準溶液1ml，加入0.5ml 6%的苯酚，再加入7ml硫酸顯色。20分鐘后，用分光光度計在485nm處測吸光度。以吸光度A與含葡萄糖量X/ug繪制標準曲線為：

取含藻水溶液，用3000r.min-1離心，取上部清液。用水相針頭式濾器過濾。取濾液5ml，同時加入5ml的1mol·dm-3鹽酸，在80℃的水浴中酸解3h，使溶液中的多糖全部酸解為單糖。冷卻液樣至室溫，用10%的NaOH溶液調節液樣pH值在7.5-8.5之間，再將之轉移到25ml的容量瓶中定容。取1ml液樣，依次加入0.5 ml 6%苯酚和7ml硫酸，20min后用10mm比色皿在485nm處測定吸光度。同時取去離子水作為空白樣。利用葡萄糖標定方程式計算總糖含量，然后除以取樣體積，計算出總糖濃度。

1.3 過硫酸鉀紫外分光光度法測總氮濃度[5]

吸取不同體積的硝酸鉀標準使用溶液于25ml比色管中，用無氨水稀釋至10ml標線，加入5ml堿性過硫酸鉀溶液，塞緊磨口塞，用紗布及紗線裹緊管塞，將比色管置于壓力蒸汽消毒器中，加熱0.5h，放氣使壓力指針回零，然后升溫至120～124℃開始計時，使比色管加熱0.5h后停止加熱，自然冷卻，取出比色管冷至室溫，加入（1+9）鹽酸 1ml，用無氨水稀釋至 25ml，在紫外分光光度計上，以零濃度溶液為參比，用10mm比色皿分別在220nm及275nm處測定吸光度，按A=A220-2A275繪制標準曲線。

吸取適量離心后藻上清液按上述方法測量吸光度，并以去離子水為空白液，用標準曲線方程計算含總氮量，然后除以取樣體積，計算出總氮濃度。

1.4 過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法測總磷濃度[5]

吸取不同體積的磷酸鹽標準使用溶液于50ml比色管中，加入5%過硫酸鉀溶液4ml，加塞后管口包一小塊紗布并用線扎緊。置于高壓蒸汽消毒器中加熱，待鍋內壓力達1.1kg/cm2時，調節電爐溫度使保持此壓力0.5h后，停止加熱，待壓力表指針降至零后，取出放冷。向比色管中分別加入1ml 10%抗壞血酸，混勻。30秒后加2ml鉬酸鹽溶液充分混勻，放置15min，用10mm比色皿于700nm波長處，以零濃度溶液為參比，測量吸光度。以吸光度A和含總磷量X/ug繪制標準曲線。

取適量消解水樣加入50ml比色管中，用水稀釋至標線，按繪制標準曲線的步驟顯色和測量，代人標準方程得出總磷含量，除以取樣體積，計算出總磷濃度。

1.5 藻種選取與培養條件

配 制 營 養 液 ：（NaHCO3,16.8；NaNO3,2.5；K2SO4,1.0；MgSO4·7H2O,0.2；CaCl2·2H2O,0.04；K2HPO4·H2O,0.5；FeSO4·7H2O,0.01；Na-EDTA,0.08）100ml，稀釋至 1000 倍。按氮/磷質量比分別為5:1、10:1和45:1加入硝酸鈉及磷酸氫二鉀。(其P含量為0.3，N含量分別為1.5、3.0和13.5mg·dm-3)。

精心挑選水網藻種，分離、純化后進行擴大培養。5d后將上述三種營養液1000ml加入玻璃缸中，在自然光照下培養藻。分別簡稱為樣品1、2和3號。實驗跟蹤監測溶液中的總糖，總氮，總磷濃度。

2 結果及討論

藻在生長過程要吸收養分，同時還不斷的分泌出一些物質。糖是藻細胞壁的主要成分之一，也是主要代謝產物。本文探討藻生長與糖濃度的關系，水體營養組分氮、磷的含量與糖濃度的關系。

2.1 藻胞外糖濃度隨培養時間的變化

通過連續試驗，我們發現在藻培養過程中，水體的總糖濃度并不是連續積累的，而是隨藻生長狀況發生變化。初始階段(0-17d)，由于營養液組成的差異，藻生長環境不同，總糖濃度也存在差異。就總的趨勢來看，3個樣品的糖濃度都在減少。此時，藻在生物量增長期，糖濃度的減少是由于糖被消耗或利用，含藻水溶液中總糖濃度與藻生物量呈負相關關系。在t=17d，三個樣品的糖濃度均達到各自的一個最低點。

在17～25d階段，糖濃度隨培養時間顯著增加，在25d左右達到一個小的高峰。這是因為在糖濃度很低時,藻生長受到抑制，隨后出現藻含量降低。由于在藻生長期，水中糖含量減少；若藻生長停止，釋放出更多的糖。藻含量降低，從而導致糖濃度開始升高。在觀察后期（大于30d），糖濃度除個別點外，在相對穩定的濃度區間波動，表示藻生長維持在一個相對穩定的階段。

2.2 總氮濃度對總糖濃度的影響

通過試實驗我們發現在多數情況下，溶液中總糖濃度與總氮濃度呈一種反向變化關系。即當總氮處于低點時，總糖則處于高點；而當總氮處于高峰時，總糖則處于低谷。

實驗結果說明：氮鹽不僅影響藻的生長，而且還影響溶液中總糖濃度。氮是藻生長必需的營養元素，參與生物的新陳代謝，決定了藻生物量的累積，是初級生產力的限制因子。當總氮濃度較高時，糖的濃度沒有積累，這可能和糖被吸收有關。總氮增大時，它不僅有利于藻的生長，同時也加速細菌和異養生物的生長，此時藻分泌糖的速度并不高，而藻和異養生物的糖消耗量卻在增大。另一方面，氮鹽還是多糖合成的限制因素[6,7]。藻對氮素缺乏的反應是合成含氮分子和蛋白質的速度降低甚至停止，但光合作用合成碳水化合物的反應仍在進行，相關文獻也表明，氮限制條件下，藻的主要活性反應是合成胞外多糖。

2.3 總磷濃度與總糖濃度的關系

磷是植物生長發育的營養元素之一，許多藻類都可以利用不同形式的磷作為生長發育的磷的來源。因此，磷源也是藻類生長的影響因子[3,6]。實驗中我們發現水網藻體系在人工培養液條件下，水體中總磷與總糖濃度也呈反向變化關系。總磷與總糖的關系類似于總氮與總糖的關系，對這一關系的解釋也有相似的機理。

3 結論

水體富營養化與水藻代謝糖和環境的營養狀況有關。在水網藻的培養過程中，總糖濃度并不是連續積累的，而是與藻的生長狀況有關，同時受水體中氮、磷營養鹽濃度的影響。水體中總氮 總糖、總磷 總糖均呈現反向變化關系。氮、磷濃度增高，有利于促進藻生長，它同時也促進細菌和異養生物等對糖的吸收，總的結果是導致總糖的濃度降低；當溶液中氮、磷濃度降低時，藻合成蛋白等含氮、磷分子的反應停止，但合成碳水化合物以及糖的反應仍繼續，從而導致糖濃度的增加。

[1]劉德啟、由文輝、李敏，利用水網藻對微藻的抑制作用凈化水源 [J]，中國給水排水，Vol.20,2004

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[3]Przytocka-Jusialk M Duszota M,Matusiak K et al.Intersive culture of Chlorella vulgarisl AAsa the second stage of bilological purification of nitrogen industry wastewaters.Wat Res,1984,18:1-7

[4]朱成文,白同春,劉德啟,姚微微,硫酸苯酚法和焦糖化分光光度法相結合測定藻類水溶液中總糖濃度。蘇州大學學報(自然科學版),2005,21(2):63-67

[5]水與廢水監測分析方法（第四版），中國環境科學出版社。

[6]B覬rsheim K.Y.,Myklestad S.M.,Sneli J.-A.,Monthly profiles of DOC,mono-and polysaccharides at two locations in the Trondheimsfjord(Norway)during two years.Marine Chemistry,1999,63:255-272

[7]尤珊,鄭必勝,郭祀遠,氮源對螺旋藻生長及胞外多糖的影響，食品科學,2004,25(4):32-35.