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一、温度对小球藻生长的影响
温度通过影响藻类光合作用与呼吸作用强度来影响其生长发育, 对经济微藻的生长速率及生化组成造成显著影响, 是影响藻类生长发育的重要环境因素。
本试验研究结果显示, 温度的一次效应对小球藻比生长速率影响极显著(P<0.01), 温度的效应大于盐度、pH 的效应, 与一些学者的研究发现相一致。
等高线图(图 1 和图 2)显示, 在 16—25℃温度范围内小球藻比生长速率呈上升趋势 , 在29.5—34℃内呈下降趋势。
与杨桂娟等和吴松提出的适宜温度范围一致。在一定温度范围内, 温度较低时,细胞膜的运输和呼吸代谢功能会受到影响,致使延迟期增加。
但随着温度升高, 酶活性增强, 生长速率加快。只有在适宜温度范围内, 藻类才会生长最快。
有学者证实在 15—35℃温度范围内,小球藻的比生长速率呈先上升后下降的趋势。
二、盐度对小球藻生长的影响
盐度主要是调节微藻细胞胞内外的渗透压, 影响微藻光合速率、叶绿素含量和一些代谢活动。
本试验研究结果显示, 盐度的一次效应对小球藻比生长速率影响极显著(P<0.01), 与 Cho, et al. 的研究结果相符。
等高线图(图 1 和图 3)显示, 在(15—30)‰的盐度范围内小球藻比生长速率呈上升趋势, 在(30—45)‰内呈下降趋势。
金伟指出盐度对单细胞藻生长的影响呈抛物线型, 盐度过高或过低都不利于藻的生长, 这与图 1 和图 3 中的趋势相似。
江灵芝等研究发现蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)在(15—45)‰盐度范围均可以正常生长, 以及韩志国等报道小球藻(Chlorellaminutissima)在盐度 15‰开始出现较典型的生长曲线, 在(20—50)‰盐度范围内均呈现典型的生长曲线, 与本试验得出的盐度范围一致。
三、pH 对小球藻生长的影响
pH值能改变微藻体内相关酶的结构状态和活性、培养液中碳源的存在形式以及各种金属复合物的溶解度, 从而影响微藻生长及脂肪酸的含量。
本试验结果显示, pH的一次效应对小球藻比生长速率影响极显著(P<0.01), 等高线图(图2和图3)显示, pH为 6.0—7.5 时小球藻比生长速率呈上升趋势,
7.5—9.0时呈下降趋势, 与赵娜等研究结果相符。
在生长过程中, 小球藻会因自身生理代谢活动调节生活环境的pH, 小球藻喜欢弱碱性(pH7.2—8.2), 但在弱酸性(pH5.8—6.8)的水中也能生活和繁
殖。
吴松报道小球藻适宜生长的酸碱度为pH6—8左右, Matusiak, et al. 报道小球藻适宜生长的pH为7.0—8.0, 与本试验结果相似。
四、温度、盐度和 pH 对小球藻生长的互作效应
以往的研究多集中于单因子对小球藻生长的独立影响, 因而这些研究不能考察多因子间的互作影响, 还有一些采用正交实验。
当因子之间存在互作效应时, 对该交互作用的分析比单独分析因素的主效应重要得多。
目前仅见 Cho, et al. 采用双因素方差分析法, 得出温度和盐度的互作效应对小球藻比生长速率影响极显著。
本试验采用复合设计, 对温度、盐度、pH 的互作效应进行显著性检验。
结果表明, 温度与盐度的互作效应以及温度与 pH 的互作效应对小球藻比生长速率影响显著(P<0.05)。
原因可能是温度升高或降低均会影响小球藻体内酶的活性, 而此变化会影响小球藻渗透压调节和酸碱平衡。
但实验结果中盐度与 pH 的互作效应对小球藻的比生长速率影响不显著(P>0.05), 造成此结果的原因可能是, 渗透压和酸碱平衡的调节是两个独立的过程, 不存在关联。
五、优化
本研究表明, 温度、盐度和 pH 的二次效应对小球藻的比生长速率影响均极显著(P<0.01), 温度、盐度、pH 与小球藻比生长速率之间呈曲线关系。
从图1、图 2 和图 3 可见, 小球藻的生长存在峰值, 即当温度、盐度和 pH 组合不恰当时, 小球藻生长量会降低。
从实际生产看, 确定温度、盐度、pH 的最优组合对提高小球藻产量具有现实意义。以上引用文献均未发现温度、盐度及 pH 的二次效应。
本试验是基于可靠模型, 根据 Montgomery, et al. 的方法对模型方程进行优化；
结果显示, 当温度、盐度和 pH的组合为 26.7℃/25.5‰/7.3 时, 小球藻的比生长速率达到最大值 0.69, 满意度高达 0.999。
本试验的研究结果是基于可靠的模型, 而以前的研究均未建立起可靠的模型, 故本试验结果更可靠, 且与杨桂娟等、吴松报道的最适温度, 韩志国、Sultana,et al. 报道的最适盐度以及王子敬等报道的最适 pH 接近。
Mayo, et al. 使用混合培养基培育普通小球藻的最适温度值(32.4℃), Ertit, et al. 报道的 pH(8.0), 与本试验结果相差很大。
有资料证实藻种、培养基、光照强度及光暗周期等都会影响藻的生长。所以很可能是藻株、培养基等生长体系和培养环境的不同造成了最适温度、盐度和 pH 的不同。
六、模型的建立及其意义
响应曲面法是通过响应曲面分析得到拟合度较高的模型方程, 并通过模型对试验指标进行可靠的预测。
然而国内外关于环境因子对藻类生长影响的研究, 大多采用单因子或正交实验设计方法。
只针对环境因子的几个孤立的水平点进行分析, 极少数地建立了单因子线性回归方程,但无法对小球藻比生长速率进行连续预测。
本研究首次建立了二次多元曲线回归模型, 回归方程的决定系数R2 高达0.9759, 表明模型的拟合度很高。
Cho,et al. 建立的小球藻生长模型相关系数R² ≤0.97,显然本模型拟合度更高。
模型失拟检验结果显著(P<0.05), 可能是极小的纯误差造成的(表2), 而非
模型不恰当。
然而上述研究者的模型方程都没有进行失拟检验, 无法判定其恰当性。更重要的是, 本研究中还给出了模型的预测能力, 预测R²为0.8367, 表明能可靠预测到不同温度、盐度和pH条件下小球藻的比生长速率。
其他的模型方程均没有给出此值,因而无法确定其预测能力。
本试验建立了温度、盐度和 pH 对小球藻比生长速率影响的模型, 得出了温度、盐度和 pH 最优组合, 为小球藻的培养生产提供了理论基础。
藻的生长离不开光照和氮、磷等营养元素, 在一般情况下,光照强度和培养基中的不同营养盐及其浓度都对小球藻的生长有明显影响, 然本试验并未考虑, 优化小球藻生长条件还需要进一步探讨。
