论文营养盐浓度对两株绿藻叶绿素荧光参数及生长的影响.doc

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1、本 科 毕 业 论 文（设计） 营养盐浓度对两株绿藻叶绿素荧光参数及生长的影响 中 国 海 洋 大 学营养盐浓度对两株绿藻叶绿素荧光参数及生长的影响 营养盐浓度对两株绿藻叶绿素荧光参数及生长的影响摘 要在温度201、光照强度100molm-2s-1条件下，利用调制式叶绿素荧光仪（Water-PAM）研究F/4,F/2,F,2F,4F五种不同营养盐浓度对两株绿藻C95和C170叶绿素荧光参数及生长的影响，以期为微藻的培养研究提供参考。测定的主要参数有：PS的最大光能转化效率（Fv/Fm）、PS实际光能转化效率（PS=Yield）、光合电子传递效率（ETR）、光化学淬灭（qP）和非光化学淬灭（NP

2、Q）等主要参数。单因子方差分析结果表明，在整个培养过程中，不同营养盐浓度对2株绿藻的的荧光参数（Fv/Fm、Fv/Fo、Yield、ETR、Qp、NPQ）、细胞密度和叶绿素相对含量均有显著影响（P0.05）与培养基浓度呈显著的正相关，均随着培养基浓度的增加而增加；随着培养时间的延长，细胞密度和叶绿素相对含量增加的幅度也逐步增大。多重比较结果表明，在本实验条件下，最适宜最适营养盐浓度均为4F。关键词：C95;C170；营养盐浓度；叶绿素荧光；生长Different nutrient concentrations on chlorophyll fluorescence parameters and

3、 the growth of two strains of microalgaeAbstractTemperature 20 1 , light intensity 100molm-2s-1 conditions, F / 4, F / 2, F, 2F, 4F five different nutrient concentrations on chlorophyll fluorescence parameters and growth of the two strains of green algae (C95 and C170)with use of modulated chlorophy

4、ll fluorometer (Water-PAM) in order to provide reference for the cultivation of microalgae. The main parameters determined are: PS maximum photochemical efficiency (Fv / Fm), PS actual photochemical efficiency (PS = Yield), photosynthetic electron transport rate (ETR), photochemical quenching (qP) a

5、nd non-photochemical quenching (NPQ) and other key parameters. Single-factor variance analysis showed that the entire training process, the different nutrient concentrations on the two green algae in the fluorescence parameters (Fv / Fm, Fv / Fo, Yield, ETR, Qp, NPQ), cell density and chlorophyll co

6、ntent significant effect (P 0.05) and medium concentration were significantly positively correlated, both with the increase of concentration of culture medium; as the culture time, cell density and chlorophyll content have gradually increased the rate of increase . Multiple comparisons revealed that

7、, in this experimental condition, the most suitable for optimal nutrient concentrations were 4F.Keywords: C95, C170, Nutrient concentration, Chlorophyll fluorescence, growth目 录1 前言12 材料与方法22.1藻种22.2 微藻培养22.3叶绿素荧光参数的测定22.4叶绿素含量的测定22.5细胞密度的记数22.6数据的处理23 结果33.1营养盐浓度对C95叶绿素荧光参数及生长的影响33.1.1营养盐浓度对C95叶绿素荧光

8、参数的影响33.1.2营养盐浓度对C95叶绿素含量和细胞密度的影响33.2营养盐浓度对C170叶绿素荧光参数及生长的影响43.2.1营养盐浓度对C170叶绿素荧光参数的影响43.2.2营养盐浓度对C170叶绿素含量和细胞密度的影响44 讨论5参考文献12致 谢141 前言微藻是海洋的主要初级生产力。某些微藻种类可大规模培养,是水产动物的优质饵料。它的生长和光合作用受到水环境中许多因子如温度、光照、盐度、营养盐浓度等的影响，其中营养盐是重要的影响因子之一1。营养盐是植物维持正常生长所必需的，微藻对营养需求和其它绿色植物一样, 需要吸收营养来制造有机物。营养盐浓度过高或过低都会对植物的生长产生影响

9、2-4,所以在实际生产中合适的营养盐浓度对大规模培养微藻有重要的意义。小球藻(Chlorella sp)属于绿藻门，其蛋白质含量高达55 65，氨基酸组成均衡，含有大量的叶绿素，特别是含有生物活性物质糖蛋白、多糖体及高达13 的核酸等物质。小球藻中富含小球藻生长因子(Chlorella growth factor，CGF)，能迅速恢复机体造成的损伤，是公认的健康食品。它不仅是轮虫(Brachionus plicatilis) 等水产动物的天然饵料，同时很多研究表明，在养殖水体接种小球藻可调节和优化浮游生物的群落结构，增加溶解氧，从而改善水体的化学环境条件 。因此，合理培养和利用小球藻在水产动物

10、的健康养殖中具有重要意义。眼点拟微球藻( N annochloropsis oculata) 是一种重要的海洋经济微藻,俗称“海洋小球藻”(MarineChlorella) 。它最突出的特点是生长快、耐受性好、富含二十碳五烯酸。此外,它还含有丰富的蛋白质、多种维生素和矿物质,具有很高的营养价值和保健功能,目前主要用作人类健康食品、药品和水产养殖动物的饵料。叶绿素荧光分析技术是一种以光合作用理论为基础、利用体内叶绿素作为天然探针，研究和探测植物光合生理状况及各种外界因子对其细微影响的新型植物活体测定和诊断技术7 -8。正常情况下，植物在进行光合作用时，叶绿素吸收的光能主要用于推动光合作用，也有一

11、部分在形成同化力之前，以热的形式耗散和以荧光的形式重新发射出来。但是，当植物受到胁迫时，光化学反应下降，而热耗散和叶绿素荧光形式的耗散增加。因此叶绿素荧光的变化可以反映植物受胁迫的情况9-10。大量研究表明，植物体内发出的叶绿素荧光信号包含了十分丰富的光合作用信息，其特性又极易随外界环境条件而变化，可以作为快速，灵敏和无损伤地研究和探测多种逆境因子对植物光合作用的理想方法11-14。本次实验研究的C95,C170是利用叶绿素荧光技术研究不同营养盐浓度对两种绿藻C95,C170叶绿素荧光参数及生长的影响，以期为微藻的培养及光合作用研究提供参考。2 材料与方法2.1藻种实验所用微藻藻种取自中国海洋

12、大学微藻种质库。种类如下：C95：Chlorella sp.小球藻MACC/C95C170：微拟球藻 Nannochloropsis oculata2.2 微藻培养实验在500mL的三角烧瓶中进行，采用F/4,F/2,F,2F,4F培养基，温度分别为251，每个营养盐浓度设3个平行组，光照周期为16:8，光照强度为100molm-2s-1。培养过程中不充气，每日随机调换并摇动2-3次，培养时间为10天。每天取样进行细胞密度（血球计数板）、叶绿素含量及叶绿素荧光各项参数的测定。通过对结果进行单因子方差分析和多重比较，找出优势藻种生长和进行光合作用的最适营养盐浓度。2.3叶绿素荧光参数的测定用德国

13、walz公司产的Water-PAM水样叶绿素荧光仪（Walz，Effeltrich，Germany）进行叶绿素荧光各个参数的测定。测量前将微藻样品暗适应15min。各叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、PS、ETR、qP和NPQ可在荧光仪上直接读出，Fv/Fo则用公式(Fm-Fo)/Fo计算出，其中Fo（基础荧光）用弱测量光（0.01molm-2s-1）测量可得，用饱和脉冲（4000molm-2s-1，持续时间为0.8s）激发可得Fm（最大荧光）。2.4叶绿素含量的测定用德国walz公司产的Water-PAM水样叶绿素荧光仪（Walz, Effectnich, Germany）进行叶绿素含量

14、的测定，由于瞬间荧光产量（F值）和叶绿素浓度在一定范围内成正比，通过校正可测出叶绿素含量。2.5细胞密度的记数每天定时取样用血球计数板记数。2.6数据的处理用Sigmaplot10.0软件作图。用SPSS11.5软件分别进行单因子方差分析和多重比较（P0.05表示差异显著）。3 结果3.1营养盐浓度对C95叶绿素荧光参数及生长的影响3.1.1营养盐浓度对C95叶绿素荧光参数的影响不同营养盐浓度对C95叶绿素荧光参数的影响见图1。单因子方差分析的结果表明，营养盐浓度对Fv/Fm、Fv/Fo、PSII、ETR、qP、NPQ均有显著影响（p0.05）。从图1可以看出，从接种到第一天各营养盐浓度的处理

15、组其荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo成下降趋势但下降幅度不同，从图1可以看出叶绿素荧光参数qP、NPQ在F/4和4F培养基从接种到第一天呈上升趋势其它处理组均呈下降趋势，从图1叶绿素荧光参数PSII、ETR从接种到第一天4F的成上升趋势，其它处理组成下降趋势。从第一天到第三天Fv/Fm、Fv/Fo成上升趋势，上升幅度最大的是4F处理组。从第三天到陪养最后F/2、F、2F、4F处理组均呈波动下降，而F/4处理组在整个过程中没有任何上升趋势，直到培养最后都呈下降趋势。叶绿素荧光参数qP、NPQ从第一天到第八天变化幅度较大，第八天以后变化不明显。但F处理组荧光参数NPQ从第一天到第八天变化趋势不大，从

16、第八天到第十天先上升后下降。叶绿素荧光参数PSII、ETR从第一天到第三天呈波动上升趋势，从第三天到培养的末期则呈下降趋势。3.1.2不同营养盐浓度对小球藻C95叶绿素含量和细胞密度的影响不同营养盐浓度对C95叶绿素含量的影响见图1。单因子方差分析的结果表明，营养盐浓度对叶绿素含量有显著影响（p0.05）。从图中可以看出，随着培养天数的增加，叶绿素含量不断增加，4F处理组的增长速度最快，2F处理组次之，F/4处理组最慢。多重分析结果可以看出，从接种后到第十天4F的处理组的叶绿素含量均高于其它组，从第五天到第十天2F处理组的叶绿素含量均高于F/4、F/2、F。不同营养盐浓度对C95细胞密度的影响

17、见图1，单因子方差分析的结果表明，营养盐浓度对细胞密度有显著影响（p0.05）。从图中可以看出，随着培养天数的增加，细胞密度不断增长，细胞密度的增长速度的变化幅度有所变化，从接种后到第二天F/2处理组的生长速度，从接种后到第十天4F处理组生长速度最快，其次是2F处理组，F/4处理组细胞密度生长速度最慢。C95荧光参数、细胞密度及叶绿素相对含量与营养盐浓度的相关系数见表1，由表1可以看出Fv/Fm、Fv/Fo在第八天和第九天有显著相关，PS，ETR，qn，npq在第三天第四天有显著性相关，转而第五天没有显著性相关，第六天到第十天又出现显著性相关。细胞密度与叶绿素相对含量从第四天到第十天都有显著性

18、相关。图1：营养盐浓度对C95叶绿素荧光参数（Fv/Fm，Fv/Fo，PS，ETR ，qP和NPQ），叶绿素含量、细胞密度的影响Nutrient concentrations of the C95 chlorophyll fluorescence parameters (Fv / Fm, Fv / Fo, PS , ETR, qP and NPQ), chlorophyll content, cell density.表1 C95荧光参数、细胞密度及叶绿素相对含量与营养盐浓度的相关系数时间(天)Time(d)叶绿素荧光参数Chlorophyll fluorescence parameters细

19、胞密度Cell density叶绿素相对含量Relative chlorophyll contentFv/FmFv/F0PSETRqPNPQ10.560(*)0.558(*)0.3330.334-0.065-0.381-0.0120.581(*)2-0.047-0.0420.2090.2140.084-0.0780.3730.819(*)30.0090.0230.844(*)0.844(*)0.790(*)0.701(*)0.4890.595(*)40.4830.4840.884(*)0.884(*)0.796(*)0.791(*)0.702(*)0.739(*)5-0.234-0.240-0

20、.171-0.174-0.0060.0330.761(*)0.900(*)60.573(*)0.563(*)0.845(*)0.845(*)0.781(*)0.812(*)0.925(*)0.935(*)70.591(*)0.585(*)0.834(*)0.832(*)0.799(*)0.843(*)0.941(*)0.972(*)80.647(*)0.649(*)0.535(*)0.538(*)0.750(*)0.793(*)0.943(*)0.967(*)90.669(*)0.665(*)0.790(*)0.791(*)0.686(*)0.681(*)0.942(*)0.977(*)100

21、.598(*)0.590(*)0.718(*)0.720(*)0.890(*)0.883(*)0.971(*)0.987(*)Table 1 The correlation coefficients of chlorophyll fluorescence parameters , cell densities and relative chlorophyllcontents with temperature of Chlorella sp.小球藻MACC/C95注：*表示相关性极显著（P0.01）；*表示相关性显著（P0.05）Note: *indicates the correlation

22、is very significant (P0.01); * indicates the correlation is significant (P0.05)3.2营养盐浓度对C170叶绿素荧光参数及生长的影响3.2.1 营养盐浓度对C170叶绿素荧光参数的影响营养盐浓度对C170叶绿素荧光参数的影响见图2。从图可以看4F营养盐叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo从接种后呈上升的趋势，第二天达到最大值且显著高于其他组，而后持续的下降。处理组4F荧光参数PS、ETR，在接种后第一天时达到最大值而显著高于其他组，在小幅波动后呈下降趋势。荧光参数Qp和NPQ在第七天到第八天时达到最高峰，后急剧下降的

23、趋势。处理组F/2的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo，在第四天达到最高峰后持续下降，到第十天时其值最低。荧光参数PS、ETR在接种后一天内有下降的趋势，而后上升到第三天达到最大值，从第三天开始持续下降。处理组F/2的叶绿素荧光参数Qp和NPQ呈现总体下降的趋势。F/4、F、2F的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo，在接种后第一天都呈现先小幅下降后上升，在第三天达到最大值，而后持续下降的趋势。荧光参数PS、ETR也有同样的趋势。其荧光参数Qp和NPQ也呈现总体下降的趋势。多重比较结果表明：4F处理组荧光参数的Fv/Fm、Fv/Fo从第七天开始，高于其他组而且有显著的差异。Qp和NPQ从第一

24、到三天和第六到八天高于其他组。单因素方差分析结果表明：营养盐浓度对Fv/Fm、Fv/Fo、PSII、ETR、qP、NPQ均有显著影响（P0.05）。3.2.2 营养盐浓度对C170叶绿素含量和细胞密度的影响营养盐浓度对C170叶绿素含量的影响见图2。从图2中可以看出，随着培养天数的增加，所有处理的叶绿素含量都呈不断增加的趋势。其中，4F的叶绿素含量增加最快，且从第四天开始其叶绿素含量就显著高于其他处理组。其次是F/2 ，其叶绿素增加率较快。而F/4叶绿素增长最慢。总体来说，叶绿素增长由快到慢为：4F2FFF/2F/4。单因子方差分析的结果表明，营养盐浓度对叶绿素含量有显著影响（P0.05）。营

25、养盐浓度对C170的影响见图2。从图2中可以看出，随着培养天数的增加，各组的细胞密度不断增加。其中，4F处理组的细胞生长率最快。多重比较结果表明：4F处理组从第四天开始明显高于其他组，F/4处理组在接种开始细胞密度增长速率明显低于其他组。单因子方差分析的结果表明，营养盐浓度对细胞密度有显著影响（P0.05）。C170荧光参数、细胞密度及叶绿素相对含量与营养盐浓度的相关系数见表2，由表2可以看出Fv/Fm、Fv/Fo在第九天和第十天有显著相关，PS，ETR在第一天第二天和第十天有显著性相关，qn与npq在第一天到第四天有显著性相关，转而第五天没有显著向相关，第六天到第八天又出现显著性相关。细胞密

26、度与叶绿素相对含量第一天到第十天都有显著性相关。 图2：营养盐浓度对C170叶绿素荧光参数（Fv/Fm，Fv/Fo，PS，ETR ，qP和NPQ），叶绿素含量、细胞密度的影响Nutrient concentrations of the C170 chlorophyll fluorescence parameters (Fv / Fm, Fv / Fo, PS , ETR, qP and NPQ), chlorophyll content, cell density.表2 C170荧光参数、细胞密度及叶绿素相对含量与营养盐浓度的相关系数时间(天)Time(d)叶绿素荧光参数Chlorophyll

27、 fluorescence parameters细胞密度Cell density叶绿素相对含量Relative chlorophyll contentFv/FmFv/F0PSETRqPNPQ10.609(*)0.608(*)0.833(*)0.832(*)0.876(*)0.868(*)0.871(*)0.698(*)20.2650.2690.801(*)0.802(*)0.869(*)0.773(*)0.908(*)0.873(*)30.023-0.0010.578(*)0.580(*)0.702(*)0.838(*)0.859(*)0.962(*)4-0.562(*)-0.560(*)-0

28、.145-0.1500.676(*)0.783(*)0.915(*)0.975(*)5-0.433-0.454-0.220-0.2240.4270.4980.941(*)0.986(*)6-0.027-0.152-0.274-0.2810.696(*)0.826(*)0.950(*)0.985(*)70.566(*)0.570(*)0.3790.3800.646(*)0.798(*)0.979(*)0.987(*)80.4970.4920.2690.2750.723(*)0.844(*)0.972(*)0.987(*)90.811(*)0.814(*)0.4130.384-0.1930.138

29、0.995(*)0.988(*)100.655(*)0.647(*)0.673(*)0.676(*)0.5000.3170.997(*)0.989(*)Table 1 The correlation coefficients of chlorophyll fluorescence parameters , cell densities and relative chlorophyllcontents with temperature of微拟球藻 Nannochloropsis oculata注：*表示相关性极显著（P0.01）；*表示相关性显著（P0.05）Note: *indicates

30、the correlation is very significant (P0.01); * indicates the correlation is significant (P0.05)4 讨论将绿色植物、含有叶绿素的部分组织或单细胞藻类悬液放在黑暗环境中适应数分钟，然后置于适当的激发光下激发，用荧光计检测可发现植物的绿色组织会发出一种微弱的、强度随时间变化的荧光信号，这个过程称为叶绿素荧光动力学18，也称为Kautsky效应。本试验需要借助叶绿素荧光参数值的测定来验证不同营养盐浓度对2株绿藻生长及光合作用的影响。从前人的研究中可知，叶绿素荧光参数与光合作用各种反应紧密相关，任何环境对光合

31、作用某个过程的影响都可以通过叶绿素荧光动力学反应出来，所以通过叶绿素荧光动力学可讨论出试验中的2株绿藻生长的适宜营养盐浓度。叶绿素荧光技术以植物体内叶绿素作为天然探针，包含丰富的光合作用信息，极易受逆境的影响，是快速、灵敏和无损伤地研究和测定逆境对植物光合作用的理想方法。叶绿素荧光是光合作用的良好指标和探针，通过对各种荧光参数的分析，可以得到有关光能利用途径的信息。Fo(初始荧光)表示PS反应中心处于完全开放时的荧光产量，与叶绿素浓度有关。Fm(最大荧光)表示PS反应中心处于完全封闭时的荧光产量。Fv(可变荧光)（Fm-Fo）反映QA的还原情况，即它反映光合作用中PS原初电子受体QA的氧化还原

32、状态和其它可能耗散能量的途径，是研究微藻环境胁迫反应常用的参数19。叶绿素荧光参数Fv/Fm表示PS最大光化学量子产量，即PS原初光能转换效率，也是最大光能转化效率，是反映微藻生长环境良好与否的一个重要参数20。Fv/Fo表示PS的潜在活性，PS反映了PS反应中心部分关闭情况下的实际PS光能捕获效率，与碳同化反应的强度密切相关。ETR表示PS的表观电子传递速率。qP为光化学淬灭，反映了PS天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额，在一定程度上反映了PS反应中心的开放程度。NPQ即非光化学淬灭，反映的是PS吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分，非光化学淬灭是1种自我保护机

33、制，对光合机构起一定的保护作用21-22。本试验结果表明，营养盐浓度为4F对C95和C179叶绿素荧光参数及生长的影响最大，且F/4对C95和C170的叶绿素荧光参数及生长有明显的抑制作用，各叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、PS、ETR、qP低于4F对藻的影响。随着营养盐浓度的升高对荧光参数及生长产生的促进作用升高，而稍高营养盐浓度特别是4F，本试验中2株绿藻的荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、PS、ETR、qP都有明显的上升，并且随着培养时间的延长，营养盐浓度的升高，以上几种指标的变动幅度增大。但结果表明有Fv/Fm的较低或下降，说明了该营养盐浓度对PS反应中心产生了损伤，抑制了光合作用

34、的原初反应，阻碍光合电子传递的过程。PS的降低，说明该温度阻止藻细胞同化力(NADPH，ATP)的形成，从而影响对碳的固定与同化。qP的下降表明，电子由PS的氧化侧向PS反应中心的传递受阻，用于进行光合作用的电子减少，以热或其他形式耗散的光能增加，这与PS的下降是吻合的。NPQ处在较低的水平，说明藻细胞的卡尔文循环活跃，能量利用率高，该营养盐浓度下C95和C170的NPQ逐渐增加，表明其卡尔文循环的活性受抑制的程度增大，PS的潜在热耗散能力增强，对藻体本身是1种保护作用。随后NPQ又开始下降，表明C95和C170的正常生理功能受到严重伤害，对热能的耗散能力逐渐丧失。NPQ即非光化学淬灭，是由于

35、光合膜的两侧逐渐建立起质子梯度和形成膜高能态所引起的。它与ATP的形成、积累及光合膜的状态有关。本试验结果表明，NPQ的变化与其他荧光参数相反。NPQ不但影响着卡尔文循环活性，而且影响着PS的电子传递，ATP的形成和积累，导致藻内蛋白质的结构变化从而影响藻类的生理功能23-24。叶绿素含量是反映藻类光合强度的指标，从其下降幅度可以比较其受害程度及对营养盐的不适程度。和温度类似，营养盐浓度在某种浓度下C95和C170叶绿素含量的下降，说明了该营养盐浓度使叶绿素的合成受到抑制。所以，可以利用以上参数的变化来反C95和C170生长状况及其对营养盐浓度的适应性。而且结果表明，C95和C170生长和进行

36、光合作用的最适营养盐浓度为4F，即在在此营养盐浓度生长繁殖最佳，同时也说明了叶绿素荧光法具有简单、快速、准确的优点。叶绿素荧光技术以植物体内叶绿素作为天然探针，包含丰富的光合作用信息，极易受逆境的影响，是快速、灵敏和无损伤地研究和测定逆境对植物光合作用的理想方法。从荧光参数Fv/Fm、Fv /Fo、PS、ETR、qP和NPQ的变化趋势可以说明，不同营养盐浓度条件下，不同微藻品种的PS原初光能转换效率、PS的潜在活性、PS实际的光能捕获效率、电子传递、光合氧化等过程存在着不同，因此，可以利用测定叶绿素荧光参数的变化，来评价不同微藻品种对不同营养盐浓度的适应性。总之，营养盐浓度是一种影响藻类生长和

37、生化组成的重要因子，微藻能够适应的营养盐浓度范围很广。但是不同藻类对营养盐浓度的耐受性是不同的。一般认为营养盐浓度变化主要影响与光合作用有关酶的活性以及与光合作用的有关过程，如CO2扩散、胞内PH28-29。同时温度升高，光呼吸作用增强，代谢速率加快，也影响着微藻的生长。从本实验中也可看出，当营养盐浓度为4F时两株绿藻生长才能达到最佳。参考文献1 梁英, 尹翠玲, 江新琴, 等. 硅浓度对纤细角毛藻和三角褐指藻生长及叶绿素荧光特性的影响J. 海洋水产研究, 2007, 28(5): 89-94.2 Beardall，J，EYoung E，and Roberts SRobertsApproach

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