氮限制时间对海绿球藻和微绿球藻生长、总脂含量及脂肪酸组成的影响

梁 英, 纪维玮, 石伟杰, 2, 田传远, 胡乃霞, 闫译允

氮限制时间对海绿球藻和微绿球藻生长、总脂含量及脂肪酸组成的影响

梁 英1, 纪维玮1, 石伟杰1, 2, 田传远1, 胡乃霞1, 闫译允1

(1. 海水养殖教育部重点实验室(中国海洋大学), 山东 青岛 266003; 2. 国家海洋局秦皇岛海洋环境监测中心站, 河北 秦皇岛 066002)

本文研究了不同氮限制时间(0、1、2、4、6 d)对海绿球藻()和微绿球藻()叶绿素荧光参数、细胞密度、生物量、叶绿素含量、总脂含量以及脂肪酸组成的影响。本实验结果表明, 海绿球藻的最大相对电子传递速率rETRmax和快速光曲线的初始斜率α都随氮限制时间增加而降低, 而光系统II最大光能转化效率vm、非光化学淬灭NPQ以及最小饱和光照强度Ik都有先增加后下降的趋势, 各参数都在氮限制第6 d达到最小值。微绿球藻上述各参数的变化趋势均为随着氮限制时间增加而逐渐下降。随着氮限制时间增加, 海绿球藻和微绿球藻细胞密度都有较小幅度的增加, 分别在第5 d和第6 d达到最大值; 两种绿藻的叶绿素含量均随氮限制时间的增加而降低, 氮限制0 d时叶绿素含量最高, 6 d时叶绿素含量最低; 在氮限制第2 d时二者总脂产率都达到最大值, 分别为0.021 g·(L·d)–1和0.017 g·(L·d)–1, 由此可见, 适合海绿球藻和微绿球藻产脂的最佳氮限制时间均为2 d。海绿球藻和微绿球藻的脂肪酸主要包括16:0、18:0、20:0、18:1n-9、18:2n-6和16:3n-3等。氮限制对海绿球藻的18:1n-9和MUFA(单不饱和脂肪酸总和)影响显著, 均随氮限制时间增加而增加, 而PUFA(多不饱和脂肪酸总和)含量随氮限制时间增加而降低; 氮限制对微绿球藻的16:0、18:1n-9、16:3n-3、MUFA和PUFA有显著影响, 随着氮限制时间增加, 16:0、18:1n-9及MUFA含量逐渐增加, 而16:3n-3和PUFA含量逐渐降低。本实验结果可为进一步开发海绿球藻和微绿球藻并对其进行大规模培养提供理论依据。

海绿球藻; 微绿球藻; 氮限制; 细胞密度; 叶绿素荧光参数; 总脂含量; 脂肪酸组成

近年来, 由于各种环境问题, 可持续生物燃料替代物一直是研究的重点。目前, 将可再生的生物柴油用作燃料则是一种备受关注的发展方向。微藻因含有较多脂类而成为生物柴油原料的良好选材之一[1]。微藻的细胞组分(如蛋白质、脂类、色素等)会随着培养条件的改变而改变[2]。许多研究表明, 环境因子(如温度、光照、pH、盐度等)能够对微藻生长产生影响, 其中光照是重要影响因子, 通过影响叶绿素a的合成从而影响微藻的光合作用及其生长, 同时对细胞内油脂等生化成分产生影响[3-6]。另外, 养分限制尤其是氮限制, 通常是增加微藻细胞中特定目标成分的有效途径。国内外学者通过对藻类生物量和脂类积累的研究, 为生物柴油生产技术发展提供了参考[7]。在氮限制条件下, 大部分微藻有可能积累大量的脂类或碳水化合物[8]。

氮元素在所有生物的生长发育过程中都是必不可少的营养元素, 并且它还参与多数生物大分子的合成。研究发现, 氮限制条件可促进某些藻细胞的分裂, 并且使蛋白质合成受抑制,从而抑制细胞内色素合成, 大幅降低了光合作用效率, 而三酰甘油(TG)及活性氧(ROS)的含量显著提高[9]。Han等[10]在半连续培养条件下进行了蛋白核小球藻()的培养, 研究表明, 氮限制可以使细胞的脂质含量增加。Bona等[11]研究发现, 氮限制是富油新绿藻()生产脂肪酸的一种简便操作策略。吴琼芳等[12]在不同初始NaNO3浓度条件下培养普通小球藻(Beijierineck), 结果表明适当氮限制可以促进普通小球藻细胞内脂质的积累。近年来, 很多学者对多种微藻进行了氮限制条件下的研究[13-16], 发现不同微藻种类、氮限制程度及时间等因素都会对微藻生物量、总脂含量和脂肪酸组成造成不同程度的影响。目前看来, 影响微藻生长及总脂含量的具体氮限制时间的相关研究较少, 需要对此开展进一步的研究。

海绿球藻()生长速度较快, 有潜力作为优良的生物柴油原料。微绿球藻()富含多种营养, 具有较高的油脂含量, 且较易于培养, 也可作为产油微藻[17]。目前, 石伟杰[18]及梁英[19]的相关报道显示, 海绿球藻和微绿球藻总脂含量能分别达到干重的35.80%和40.42%。本实验以海绿球藻及微绿球藻作为实验材料, 研究不同氮限制时间对二者的生长及总脂含量影响, 为提高藻细胞的生物量、积累更多的生物活性物质及大规模培养提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 藻种来源及实验设计

用于本研究的海绿球藻()和微绿球藻()藻种, 均来源于中国海洋大学水产学院微藻实验室, 代号分别为MACC/C11和MACC/C14。

实验所用培养基为f培养基, 即f/2培养基[20]营养盐浓度的两倍, 将40 mL处于指数生长期的两种藻分别接种到2000 mL的f培养基中, 均以5×105个/mL作为初始接种密度, 设置3个重复。藻种在温度(25±1)℃,盐度31, 光照强度100 μmol·m–2∙s–1的条件下连续充空气培养。到指数生长末期, 将每瓶2 000 mL藻液平均分为5份, 每份400 mL, 将每份藻液离心收获后,分别接种到400 mL不含氮的f培养基中进行氮限制实验, 氮限制时间设定为0、1、2、4和6 d, 每份对应一个氮限制时间, 每个处理组3个重复, 培养时间共为6 d, 培养条件同上。每天于固定时间取藻液适量, 进行细胞密度及叶绿素荧光参数测定。在氮限制0、1、2、4、6 d后分别离心收获这两种藻, 进行单位体积干重及叶绿素含量、总脂及脂肪酸含量的测定。

1.2 各项参数测定

细胞密度用血球计数板测定4次, 并取其平均值。叶绿素荧光参数的测定按梁英等[21]的方法进行, 用Platt等[22]的方程快速拟合光曲线, 得到以下参数: 最大相对电子传递速率rETRmax, 快速光曲线的初始斜率α和最小饱和光照强度Ik。光系统Ⅱ最大光能转化效率vm及非光化学淬灭NPQ可直接读取。叶绿素含量测定使用戴荣继等[23]的方法进行。

生物量使用电子分析天平测定, 用单位体积干重表示, 单位为g·L–1。总脂含量(用占干重百分比表示)用改进的Bligh-Dyer法[24]进行测定。总脂产量g·L–1的计算公式为: 总脂产量=总脂含量×干重。总脂产率g·(L·d)–1计算公式为: 总脂产率=总脂含量×干重/培养天数。

脂肪酸含量测定参照梁英等[25]的方法, 首先对离心收获后的样品进行冷冻干燥处理, 然后用改进的乙酰氯甲醇方法[26]将样品甲酯化, 最后萃取脂肪酸甲酯, 待分层后, 取上清液进行脂肪酸分析。

1.3 数据处理

数据使用SPSS24软件处理, 以0.05为差异显著标准, 进行单因子方差分析及多重比较。作图使用Sigmaplot12.5软件。

2 结果与分析

2.1 氮限制时间对海绿球藻和微绿球藻叶绿素荧光特性的影响

图1为海绿球藻和微绿球藻在氮限制0~6 d时的快速光响应曲线, 根据快速光响应曲线拟合得到参数如表1所示。由单因子方差分析结果可以看出, 氮限制时间对海绿球藻和微绿球藻的rETRmax、α和Ik的影响具有显著性差异(<0.05)。由表可知, 海绿球藻的rETRmax从第1 d开始随氮限制时间的增加逐渐降低, 在氮限制6 d时达到最小值。α在氮限制0~2 d逐渐降低, 氮限制2 d后变化不显著。Ik在氮限制0~ 1 d时增加, 第1 d达到最大值, 而后随氮限制时间的增加逐渐降低, 在氮限制的第5 d达到最小值。由图2可知氮限制时间对海绿球藻光系统Ⅱ最大光能转化效率vm、非光化学淬灭NPQ产生的影响, 经分析也具有显著性差异(<0.05)。海绿球藻在氮限制0~1 d时vm值从0.69增加到0.72, 1~5 d随氮限制时间的增加而逐渐下降, 到氮限制第6 d时下降至0.68。在氮限制1~3 d时, NPQ值逐渐增加, 在第3 d达到最大值后, 随氮限制时间的增加, 该值整体趋势为逐渐减小。

由表1可以看出, 随氮限制时间延长, 微绿球藻的rETRmax随之明显降低。α变化趋势为随氮限制时间的增加持续降低。图3表明, 微绿球藻的vm值在氮限制0~1 d时稍有增加, 从0.70增至0.72, 1 d后逐渐降低, 到氮限制第6 d时降低至最小值0.64。NPQ值随氮限制时间的增加先降低, 在氮限制4 d时达到最小值, 然后逐渐升高。

图1 不同氮限制时间下海绿球藻和微绿球藻的快速光响应曲线

表1 不同氮限制时间对海绿球藻和微绿球藻快速光响应曲线参数的影响

注: 多重比较分析结果按升序排列, 即a

图2 不同氮限制时间下海绿球藻光系统Ⅱ最大光能转化效率及非光化学淬灭的变化

图3 不同氮限制时间下微绿球藻光系统Ⅱ最大光能转化效率及非光化学淬灭的变化

2.2 氮限制时间对海绿球藻和微绿球藻细胞密度、生物量和叶绿素含量的影响

图4所示为不同氮限制时间下海绿球藻和微绿球藻细胞密度的变化。随着氮限制时间增加, 海绿球藻细胞密度有较小幅度的增加, 氮限制6 d时细胞密度是0 d时的1.08倍; 微绿球藻的细胞密度逐渐增加, 且总体变化幅度较小, 在氮限制的第5 d达到最大值, 此时细胞密度是0 d时的1.08倍。

图4 不同氮限制时间下海绿球藻和微绿球藻细胞密度的变化

不同氮限制时间下海绿球藻和微绿球藻生物量及叶绿素含量的变化如表2所示。海绿球藻在氮限制0 d时生物量最低, 随氮限制时间增加其生物量增加, 且氮限制1~6 d之间生物量没有显著性差异。微绿球藻生物量的变化趋势与海绿球藻相一致。由表可知, 两种藻的叶绿素含量均随氮限制时间的增加而逐渐降低。氮限制0~1 d时海绿球藻的叶绿素含量显著高于2~6 d时海绿球藻的叶绿素含量, 微绿球藻在氮限制0 d时叶绿素含量最高, 6 d时叶绿素含量达到最小值。

2.3 氮限制时间对海绿球藻和微绿球藻总脂含量、总脂产量和总脂产率的影响

表3所示的是不同氮限制时间下海绿球藻和微绿球藻的总脂含量、总脂产量和总脂产率。由表可以看出, 海绿球藻的总脂含量和总脂产量均随氮限制时间的增加而逐渐增加。海绿球藻在氮限制0 d时的总脂含量(34.93%)和总脂产量(0.16 g∙L–1)处于最小值, 氮限制4 d时, 该藻的总脂含量和总脂产量均达到最大值, 分别为47.34%和0.25 g∙L–1, 比0 d时增加了35.53%和56.25%。氮限制2 d时海绿球藻总脂产率达到最大值0.021 g∙(L∙d)–1, 显著高于其他氮限制时间的总脂产率, 总体呈现先增加后减少的趋势。总脂产率这一指标通过反映油脂积累速率, 可以完善产油藻株的评价标准, 因此, 2 d是海绿球藻的最佳氮限制时间。

表2 不同氮限制时间下海绿球藻和微绿球藻生物量及叶绿素含量的变化

表3 不同氮限制时间下海绿球藻和微绿球藻的总脂含量、总脂产量及总脂产率

随着氮限制时间的增加, 微绿球藻的总脂含量及总脂产量逐渐增加。氮限制0 d时, 微绿球藻的总脂含量(33.36%)和总脂产量(0.14 g∙L–1)处于最小值。氮限制6 d时, 该藻的总脂含量和总脂产量均达到最大值, 分别为47.46%和0.23 g∙L–1, 比0 d时增加42.23%和64.29%。随氮限制时间的延长, 微绿球藻总脂产率先增加后减少, 在氮限制2 d时达到最大值0.017 g∙(L∙d)–1, 显著高于其他氮限制时间的总脂产率。因此, 2 d是微绿球藻的最佳氮限制时间。

2.4 氮限制时间对海绿球藻和微绿球藻脂肪酸组成的影响

不同氮限制时间下海绿球藻脂肪酸的组成如图5所示。由图可知, 海绿球藻的主要脂肪酸是16:0(18.04%~20.40%)、18:0(3.87%~6.09%)、20:0 (1.72%~2.41%)、18:1n-9(40.96%~52.62%)、16:3n-3 (4.05%~7.11%)和18:2n-6(13.96%~17.81%)。单因子方差分析结果显示, 氮限制对海绿球藻的18:0、20:0及SFA(饱和脂肪酸总和)的影响差异不显著(>0.05), 而对18:1n-9、MUFA(单不饱和脂肪酸总和)以及PUFA(多不饱和脂肪酸总和)的影响具有显著性差异(<0.05)。随着氮限制时间增加, 海绿球藻的18:1n-9和MUFA逐渐增加, 其含量在0 d时最低, 6 d时最高, 比0 d时增加了28.47%。海绿球藻的PUFA含量随氮限制时间增加而降低, 在氮限制0 d和1 d时含量较高, 氮限制2、4、6 d时含量降低且3个处理组之间没有显著性差异。

图5 不同氮限制时间下海绿球藻的脂肪酸组成(占总脂肪酸的百分比)

图6所示为不同氮限制时间下微绿球藻脂肪酸的组成。由图可知, 微绿球藻的主要脂肪酸是16:0 (24.48%~26.69%)、18:0(5.08%~5.71%)、20:0(1.61%~ 2.76%)、18:1n-9(39.23%~47.18%)、16:3n-3(3.94%~ 6.85%)和18:2n-6(11.27%~13.63%)。单因子方差分析结果表明, 氮限制对微绿球藻的18:0、18:2n-6及SFA的影响差异不显著, 而对该藻的16:0、18:1n-9、16:3n-3、MUFA和PUFA的影响具有显著性差异, 微绿球藻的16:0、18:1n-9及MUFA含量都在氮限制0 d时较低, 随着氮限制时间增加含量逐渐增加, 其中, 16:0含量在氮限制6 d时比0 d时增加了9.03%, 但与氮限制1、2、4 d的含量差异不显著。18:1n-9和MUFA含量在氮限制2 d时最高, 比0 d时增加了20.27%。而随氮限制时间增加, 16:3n-3和PUFA含量逐渐降低, 两者均在氮限制0 d时含量最高, 6 d时含量最低, 分别比0 d时降低了42.48%和28.07%。

图6 不同氮限制时间下微绿球藻的脂肪酸组成(占总脂肪酸的百分比)

3 讨论

叶绿素荧光技术常用于光合作用研究之中。rETRmax表示最大相对电子传递速率, α是光响应曲线的初始斜率[27]。本实验结果显示, 海绿球藻和微绿球藻rETRmax和α值的变化趋势均为随氮限制时间的增加而逐渐降低, 表明氮限制不利于海绿球藻和微绿球藻的光合作用, 微藻细胞在氮限制条件下, 同化作用受阻, 光合电子传递被抑制, 光能利用效率下降, 增加了热能等形式的耗散。这与王璐瑶等[28]对金色奥杜藻()研究结果相一致, 金色奥杜藻的Pm(Pm即代表最大相对电子传递速率rETRmax)随氮浓度下降而降低, 说明氮素的营养水平直接影响了微藻细胞的表观光合生理状况。最小饱和光照强度Ik值在实验期间总体呈下降趋势, 表明氮限制导致光合反应中心被破坏, 从而使微藻的强光耐受力降低, 影响其光合作用, 导致微藻生长受阻。v/m表示光系统Ⅱ最大光能转化效率, 反映微藻在遭受环境胁迫时光合作用所受到的影响, 当处于不良环境中时该值会明显下降[29]。在实验过程中, 海绿球藻和微绿球藻的叶绿素荧光参数vm均随氮限制时间的增加而降低, 且最小值均出现在实验结束即氮限制6 d时。该值呈下降趋势反映出海绿球藻和微绿球藻的光化学能量转换受到影响, 光系统Ⅱ的氧化端被破坏, 且由于氮限制使藻细胞合成蛋白质受阻, 无法及时修复受损部位, 原初反应受到抑制。徐兴莲[30]对威氏海链藻()等硅藻进行研究, 发现vm值在氮限制条件下显著降低, 光系统II的光化学活性随氮限制时间延长而逐渐降低, 与本实验得到的结果一致。NPQ的变化反映热耗散变化, 在本实验中, NPQ随氮限制时间的增加而逐渐上升, 说明藻细胞利用提高NPQ的方式来散失过多光能[31], 通过保证光合系统稳态来减少细胞损伤。综合以上结果可以看出, 氮限制破坏海绿球藻和微绿球藻细胞光系统Ⅱ反应中心, 从而阻碍电子传递, 进一步降低光合作用效率。

氮是组成微藻细胞内生物大分子的基本元素之一, 氮的缺乏或限制会使微藻的生长和胞内的营养代谢受到影响[32]。许海等[33]研究表明, 斜生栅藻()和铜绿微囊藻()在无氮的BG11培养基中长速较慢, 10 d时细胞密度较0 d时基本不变, 说明两种藻在氮限制条件下生长受到抑制。本研究结果表明, 随着氮限制时间逐渐增加, 海绿球藻和微绿球藻的细胞密度有小幅度的增加, 与许海等的研究结果有所不同。其原因可能是由于本研究中使用的是天然海水配置的f培养基, 天然海水本身含有少量的氮, 实验所用藻种是海水藻, 而许海等是用纯水配置BG11培养基, 实验所用藻种是淡水藻。一些学者的研究结果与本实验结果一致。夏荣霜等[34]对东海原甲藻()进行氮限制培养10 d发现, 在实验早期(氮限制0~4 d)藻细胞密度逐渐升高, 认为此时藻细胞生长、分裂所受抑制较弱, 氮限制4~6 d时细胞密度基本保持不变, 6~10 d时逐渐下降。梁英等[16]对筒柱藻(sp.)的研究表明, 随氮限制时间增加, 其细胞密度先升高而后又小幅降低, 氮限制8 d时为0 d时的1.35倍。Li等[35]研究发现, 随着氮限制时间增加, 富油新绿藻的细胞密度在一定时间内增加, 而单个细胞中的叶绿素含量逐渐下降。Li等认为叶绿素含量下降的原因是细胞中的叶绿素在缺氮条件下分解, 将分解所得到的氮用于合成更重要的物质(如蛋白质、核酸)来供应细胞生长。若缺氮条件持续下去, 叶绿素含量低至一定临界值时, 细胞生长就会受阻, 细胞密度将停止增加。在本实验过程中得到了相似的结果, 海绿球藻和微绿球藻的叶绿素含量均随氮限制时间增加而逐渐下降。其原因可能是当缺乏氮元素时, 胞内的氮不足以进行叶绿素的合成。

氮缺乏引起的应激反应是微藻改变脂质代谢的一种自然机制[36]。虽然缺氮条件对细胞内多种成分的产生有所抑制, 但仍能保持较高的脂质合成速率, 使藻细胞中油脂增多[37]。本实验中, 海绿球藻在氮限制4 d时总脂含量达到最高值, 比0 d时增加了35.53%。微绿球藻在实验结束即氮限制6 d时总脂含量达到最高值, 比0 d时增加了42.23%。胡章喜等[32]认为, 细胞内的蛋白质、糖类等含氮较多的物质在氮限制条件下无法合成, 而脂类含氮较少, 所以此时光合作用所获得的能量用于合成脂类化合物, 导致胞内总脂含量增加。Xin等[38]则认为, 细胞内类囊体膜含量在氮限制条件下会减少, 从而使乙酰水解酶(PAF- AH)被激活, 磷脂被水解。细胞内乙酰辅酶A(CoA)可能因此增多, 且氮限制可使甘油二脂酰转移酶活化, 此酶使CoA转化为甘油三脂(TG), 因此氮限制可增加细胞内总脂含量。周芷薇等[39]在低氮胁迫(硝酸钠浓度为3.6 mmol∙L–1)的条件下培养两种高产油微藻发现, 斧形魏氏藻()在3~9 d时总脂含量增加, 此后逐渐平稳; 点状魏氏藻()在0~12 d时总脂含量逐渐增加, 而后趋于平稳。由此可以看出, 氮限制对微藻总脂含量的影响与微藻种类、限制程度及限制天数等因素相关。李涛等[40]研究结果表明, 仅以总脂含量及生物量为标准不足以评价产油藻株, 可以利用总脂产率反映油脂积累速率来弥补, 因此本实验将总脂含量和总脂产率两个参数相结合, 综合评价氮限制时间对海绿球藻和微绿球藻油脂积累的影响。在实验过程中, 随氮限制时间增加, 海绿球藻和微绿球藻总脂含量显著升高, 总脂产率先增加后减少, 两种藻的总脂产率均在氮限制2 d时达到最高值, 由此可以得出, 2 d是海绿球藻和微绿球藻的最佳氮限制时间。

氮限制也影响微藻的脂肪酸组成。梁英等[16]采用“两步法”对筒柱藻进行研究的结果表明, 筒柱藻的SFA含量随氮限制时间增加先升高后降低, MUFA含量随氮限制时间的增加而上升, PUFA含量随氮限制时间的增加而减少。本实验得出的氮限制时间对海绿球藻和微绿球藻MUFA和PUFA含量影响的结果与上述研究结果一致, 而与之不同的是, 本实验中SFA含量随氮限制时间增加变化不显著。两个实验都是采用“两步法”进行氮限制试验, 氮限制时间对SFA含量影响的差异可能是由于微藻种类不同造成的。在周芷薇等[39]的研究中, 两种魏氏藻饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸的相对含量随着低氮胁迫时间增加而逐渐上升, 多不饱和脂肪酸的相对含量则随之下降。焦媛媛[41]对小球藻的研究发现, 氮限制条件更有利于饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸的合成, 而抑制多不饱和脂肪酸的合成。从上述两个研究得到的结果来看, 氮限制对微藻单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸的影响与本研究基本一致, 而对饱和脂肪酸的影响因藻种不同而有所差异。生物柴油的主要成分为十六烷酸、十八烷酸、十八烯酸、十八碳二烯酸等长链饱和与不饱和脂肪酸同甲醇或乙醇所形成的酯类化合物[42], 相关研究显示, 脂肪酸链长为C15~C22、不饱和程度较低的原料更适合用于生物柴油的生产[43], 因为不饱和程度高的脂肪酸会降低氧化稳定性、影响燃烧热以及十六烷值[44]。本实验脂肪酸分析结果显示, 海绿球藻和微绿球藻含有的脂肪酸主要为C16及C18系脂肪酸, 随着氮限制时间的增加, 海绿球藻的18:1n-9含量以及微绿球藻的16:0、18:1n-9含量逐渐增加, 两种藻的PUFA含量降低, 总体不饱和程度降低, 因此两种藻的脂肪酸组成比较适于生产生物柴油。

4 结论

有研究表明, 利用氮限制的方法虽可以有效提高微藻的总脂含量, 但会降低其生物量。本实验针对此问题采用了“两步法”, 先将海绿球藻和微绿球藻在最适条件下培养到指数生长末期, 离心后转接到相同体积的不含氮的培养基中培养。实验结果表明, 海绿球藻和微绿球藻的总脂含量分别在氮限制第4 d和第6 d达到最高值。二者在氮限制2 d时总脂产率都达到最高, 因此二者产脂的最佳氮限制时间均为2 d, 且此时两种藻的叶绿素荧光参数及生长状况也都处于较为理想的状态。此外, 海绿球藻的18:1n-9和MUFA含量随氮限制时间增加而逐渐升高, 在6 d时达最高值, PUFA含量在氮限制1 d时含量最高, 而后降低; 微绿球藻的18:1n-9和MUFA含量在2 d时最高, 而PUFA含量随氮限制时间增加而逐渐降低, 在0 d时最高。氮限制对两种微藻SFA含量的影响差异不显著。本实验结果可为海绿球藻和微绿球藻的大规模生产、培养和利用提供理论依据。

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Effects of nitrogen limitation time on growth, total lipid con­tent, and fatty acid composition ofand

LIANG Ying1, JI Wei-wei1, SHI Wei-jie1, 2, TIAN Chuan-yuan1, HU Nai-xia1, YAN Yi-yun1

(1. The Key Laboratory of Mariculture (Ocean University of China), Ministry of Education, Qingdao 266003, China; 2. Marine Environment Monitoring Central Station of Qinhuangdao, State Oceanic Administration, Qinhuangdao 066002, China)

The present study evaluated the effects of nitrogen limitation time (0d, 1d, 2d, 4d, 6d) on various biochemical parameters ofand, including chlorophyll content, cell density, chlorophyll fluorescence parameters, total lipid content, and fatty acid composition. For, increase in the nitrogen limitation time resulted in a time dependent decrease in maximum photosynthetic efficiency (rETRmax)as well as initial slope of rapid curve (α). In comparison to these, maximum photochemical efficiency of PSⅡ (v/m), non-photochemical quenching (NPQ), and minimum saturating irradiance (Ik) showed an initial increase, which was followed by a decline with further increase in the nitrogen limitation time. Nitrogen limitation severely affected chlorophyll fluorescence parameters that reached minimum values on day 6. For, all the parameters showed a gradual decrease with increase in the nitrogen limitation time. The cell density was observed to increase slightly with an increase in the nitrogen limitation time and maximum cell density was achieved on day 5 and day 6 forand, respectively. As the nitrogen limitation time increased, the chlorophyll content present in single cell was found to decrease in both the species. Total lipid production was maximum on day 2 of nitrogen limitation, with a total lipid content of 0.021g∙(L∙d)–1and 0.017g∙(L∙d)–1inand, respectively. Thus, the optimum nitrogen limitation time for lipid production inandwas two days. The fatty acid composition ofandmainly includes 16:0, 18:0, 20:0, 18:1n-9, 18:2n-6, and 16:3n-3 molecules.Nitrogen limitation time was found to severely affect the levels of 18:1n-9 and MUFA in. The levels of 18:1n-9 and MUFA showed a positive correlation with nitrogen limitation time, while PUFA levels showed a negative correlation. Nitrogen limitation time showed significant effects on the levels of 16:0, 18:1n-9, 16:3n-3, MUFA and PUFA in. The levels of 16:0, 18:1n-9 and MUFA increased while 16:3n-3 and PUFA decreased with increase in the nitrogen limitation time. Therefore, these results provide an insight into the effects of nitrogen limitation on various parameters ofand, which could be exploited for large-scale cultivation and exploitation ofand

;; nitrogen limitation; cell density; chlorophyll fluorescence parameter; total lipid content; fatty acid composition

Aug. 31, 2019

[Supported by the Key Research and Development Program of Shandong Province (2017GHY15104); National Technologies Program of China during the 12thFive-Year Plan Period (2011BAD14B01)]

S968.4

A

1000-3096(2020)02-0045-11

10.11759/hykx20190831002

2019-08-31;

2019-11-21

山东省重点研发计划项目(2017GHY15104); “十二五”国家科技支撑计划(2011BAD14B01)

梁英(1967-), 女, 山东莱阳人, 教授, 博士, 主要从事微藻生理生化研究, E-mail: yliang@ouc.edu.cn

(本文编辑: 赵卫红)