海水螺旋藻培育及養(yǎng)殖技術(shù)研究

鐘熙，王磊，陳世平

（1.威海市文登區(qū)水產(chǎn)技術(shù)推廣站，山東 威海 264400；2.威海市文登區(qū)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)站，山東 威海 264400；3.中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院，北京 海淀 100036）

螺旋藻隸屬于藍(lán)藻門(mén)，段殖藻目，顫藻科，螺旋藻屬，是地球上最為古老的生物之一，其結(jié)構(gòu)是由單細(xì)胞或者多細(xì)胞組成的絲狀體。螺旋藻營(yíng)養(yǎng)均衡，含有很多人體必需的營(yíng)養(yǎng)素，能夠較好的被人體吸收，被認(rèn)為是理想的食物和藥食資源。目前，我國(guó)主要的養(yǎng)殖品種有2種，一種是原產(chǎn)墨西哥的極大螺旋藻，另一種是原產(chǎn)于非洲乍得湖的鈍頂螺旋藻。由于螺旋藻不僅可以補(bǔ)充人體蛋白質(zhì)及維生素，還具有提高機(jī)體免疫力、降血糖、降血脂等多種功效，在人類(lèi)保健食品領(lǐng)域發(fā)揮著越要越重要的作用。目前國(guó)內(nèi)外螺旋藻養(yǎng)殖方式基本上為淡水開(kāi)放式藻池培養(yǎng)，培養(yǎng)的藻體具有腥臭味、鮮藻出水保存時(shí)間短、有害物質(zhì)污染和重金屬超標(biāo)等問(wèn)題。本單位利用中國(guó)醫(yī)學(xué)真菌保藏管理中心陳世平教授培育的海水螺旋藻種，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了擴(kuò)大培養(yǎng)，并進(jìn)行了人工養(yǎng)殖，已經(jīng)連續(xù)2年時(shí)間。該研究旨在闡明海水螺旋藻培育及人工養(yǎng)殖技術(shù)，以期為功能性海水螺旋藻培育及工廠(chǎng)化養(yǎng)殖提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

從中科院武漢水生研究所分別獲得淡水鈍頂螺旋藻和淡水極大螺旋藻。經(jīng)采用物理誘變方法進(jìn)行藻種馴化：60Co-γ輻射。60Co-γ輻射采用10 Gy到25 000 Gy逐漸加大輻射量降低藻體個(gè)體抵抗力，經(jīng)過(guò)多代優(yōu)化篩選，控溫、控光、控pH值及各種營(yíng)養(yǎng)成分調(diào)配等情況下篩選出單個(gè)穩(wěn)定的優(yōu)良藻體于培養(yǎng)液中，加以純化得海水螺旋藻。

培養(yǎng)基采用扎洛克配方，所有試劑均為分析純，UV2800分光光度計(jì)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 溫度對(duì)藻種的影響 設(shè)置光強(qiáng)為3 000 lx，光暗比為 14：10（h），接種濃度為 OD560 nm=0.3，溫度設(shè)置為常見(jiàn)的15、20、25、30和35℃。將接種后的海水螺旋藻藻種放置在溫度恒定的光照培養(yǎng)箱中，每組3個(gè)平行，通氣條件下進(jìn)行半連續(xù)培養(yǎng)。每天17：00取少量藻液用分光光度計(jì)測(cè)量其在560 nm處的吸光值，根據(jù)吸光值的大小計(jì)算比生長(zhǎng)率，根據(jù)公式（Inx2-Inx1）/（t2-t1）計(jì)算得到，x1和x2分別代表時(shí)間t1和t2處藻液的生物量濃度。

1.2.2 鹽度對(duì)藻種的影響 根據(jù)海水螺旋藻的生長(zhǎng)適應(yīng)范圍，以 NaCl調(diào)整鹽度，分別為：20、22、25、27、30、33、35、40 共 8 個(gè)梯度，連續(xù)測(cè)定 1 個(gè)月內(nèi)該藻在不同鹽度下的生長(zhǎng)情況。每天17：00取少量藻液用分光光度計(jì)測(cè)量其在560 nm處的吸光值，根據(jù)吸光值的大小計(jì)算比生長(zhǎng)率，根據(jù)公式（Inx2-Inx1）/（t2-t1）計(jì)算得到，x1和x2分別代表時(shí)間t1和t2處藻液的生物量濃度。

1.2.3 光照對(duì)藻種的影響 以O(shè)D560 nm=0.3為接種濃度，設(shè)定光強(qiáng)為 2 000 lx、3 000 lx、4 000 lx、5 000 lx 4個(gè)光照強(qiáng)度，溫度設(shè)定為30℃，光暗比為14：10，半連續(xù)培養(yǎng)，每天更換培養(yǎng)基使藻液回到初始濃度。每天17：00取樣，取30 mL藻液，用事先已知重量的干燥濾紙過(guò)濾，然后放入烘箱中85℃隔夜烘干。在干燥皿中冷卻20 min，稱(chēng)重，然后根據(jù)所取藻液的體積換算成單位體積藻液生物量濃度（g/L），每次3個(gè)重復(fù)。

1.2.4 pH值對(duì)藻種的影響 將海水螺旋藻按OD560 nm=0.3接入到錐形瓶中，其他條件恒定，連續(xù)培養(yǎng)一個(gè)月，每天固定時(shí)間測(cè)定培養(yǎng)液的pH值，并測(cè)定螺旋藻的生長(zhǎng)情況。

1.2.5 優(yōu)化培養(yǎng)條件 溫度維持在（30±1）℃、pH值維持在9.5±0.01，將藻泥按1.0 g/L的量直接接入玻璃缸中培養(yǎng)一個(gè)月，以生物量為指標(biāo)，考察光照強(qiáng)度、通氣量、接種量、采收量對(duì)藻體生長(zhǎng)的影響。

2 結(jié)果

2.1 溫度對(duì)藻種的影響

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，適合生長(zhǎng)的溫度范圍較寬，35℃時(shí)比生長(zhǎng)率最大，培養(yǎng)28 d后比生長(zhǎng)率為621.8%±19.3%，除 15℃、20℃組外（P＜0.05），其他組差異不具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，對(duì)高溫、低溫脅迫均有較強(qiáng)的抗性，15℃時(shí)仍有較高的生物量增長(zhǎng)率，該藻種尤其適合在季節(jié)性溫差、日溫差較大的文登環(huán)境養(yǎng)殖，也可以在熱帶、亞熱帶地區(qū)培養(yǎng)，并且蛋白質(zhì)含量變化不大，最低溫度組15℃時(shí)蛋白質(zhì)含量差異不顯著，說(shuō)明該海水螺旋藻種具有很好的抗低溫性能，利于在北方地區(qū)大規(guī)模養(yǎng)殖。

2.2 鹽度對(duì)藻種的影響

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，海水螺旋藻種對(duì)鹽度有很強(qiáng)的適應(yīng)性，在20～40范圍內(nèi)都可生長(zhǎng)，在27鹽度下平均生長(zhǎng)率為650%±21.7%（每7 d一個(gè)周期），與其他組差異顯著，說(shuō)明最適生長(zhǎng)鹽度為27。

表1溫度對(duì)藻種生物量增長(zhǎng)的影響

2.3 光照對(duì)藻種的影響

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，恒定細(xì)胞密度下進(jìn)行半連續(xù)培養(yǎng)時(shí)，海水螺旋藻的比生長(zhǎng)速率隨著光強(qiáng)的升高而升高，說(shuō)明在培養(yǎng)過(guò)程中需要給予充足的光照，以避免影響其產(chǎn)量。

2.4 pH值對(duì)藻種的影響

經(jīng)過(guò)連續(xù)15 d的pH值監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)海水培養(yǎng)螺旋藻過(guò)程中，pH值變化較為緩和，從最初接種期的8.3到15 d后OD值達(dá)到1.2時(shí)的9.2，都處于螺旋藻適合生長(zhǎng)的范圍，原因可能是海水具有較強(qiáng)的緩沖能力，所以pH值變化比較緩和。

2.5 優(yōu)化培養(yǎng)條件

通過(guò)方差分析得出最佳配比為3 000 lx光照，通氣量210 L/h，接種量為5 L（接種到30 L培養(yǎng)基中，即1∶6的比值），采收量為0.5，此時(shí)30 d后的平均生物量增長(zhǎng)率最大。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采收率對(duì)生物量的增長(zhǎng)影響最大，采收量過(guò)多或過(guò)少都會(huì)影響最終產(chǎn)量，而最佳采收量為生長(zhǎng)量一半時(shí)會(huì)使產(chǎn)量達(dá)到最高。

表2鹽度對(duì)藻種生物量增長(zhǎng)的影響

表3光照對(duì)藻種生物量增長(zhǎng)的影響

表4螺旋藻生長(zhǎng)過(guò)程中pH值隨生長(zhǎng)量變化情況

3 討論

該成果將淡水養(yǎng)殖的螺旋藻藻種經(jīng)過(guò)馴化，在控溫、控光、控pH值及各種營(yíng)養(yǎng)成分調(diào)配等情況下培育出新型海水養(yǎng)殖螺旋藻。現(xiàn)有的螺旋藻胞寬8～10 μm，長(zhǎng) 6～11 μm，螺間距 43～57 μm，藻絲長(zhǎng)200～700 μm，而在威海地區(qū)培育出的海水螺旋藻胞寬 30～40 μm，長(zhǎng) 35～50 μm，螺間距緊湊，藻絲長(zhǎng)可達(dá)1 mm。該試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，馴化的海水螺旋藻具有耐低溫特性，但隨著水溫的升高生長(zhǎng)速率增加，35℃達(dá)到峰值，最適生長(zhǎng)鹽度接近于威海地區(qū)天然海水，受光照強(qiáng)度的增加生長(zhǎng)速率逐漸增高，光抑制作用不明顯，因此，實(shí)際生產(chǎn)中，建議在相對(duì)封閉的養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖。

表5正交結(jié)果表