实验分为A、B两组,每组3个平行样, 每个样品藻液500 mL ,其中A组螺旋藻初始螺距为8.74-13. 80μm、B组螺旋藻初始螺距为21.36 ~ 28.75μm (因螺距大小数值是一个范围值,为了更直观展现螺距的变化量和方便绘图,将范围值用其平均值表示。例: 8.74~ 13.80μum记为11.27μm) , 初始接种量0D560nm=0.28(A组初始接种干重0.170 g/L、B组初始接种干重0.159g/L) , 在30°C、pH=9、光照100μmol/ ( m2-s)、通气量0.3 L/min的1 L封闭式培养罐中培养,培养7 d(24 h光照)后测量A、B两组样品的螺距、0D560nm值和干重。OD560nm值取A、B两组藻液各3 mL ,使用分光光度计测560 nm处藻液的吸光值。以得出螺距对生长速度的影响。

并且通过培养密度对螺距的影响、温度对螺距及生长速度的影响、 pH对螺距及生长速度的影响、光照和不同色光(波长)对螺距及生长速度的影响、不同螺距藻细胞其营养物质含量及活性的研究得出实验结果并进行分析。

001 螺距对生长速度的影响

A、B两样品的初始螺距如图所示,培养7d后A组螺距由初始的8.74 ~ 13. 80μm增长至21.36 ~ 28.75μm,OD560nm值增长1.8308 ,干重增长1.033 g/L。B组螺距由21.36 ~ 28 75μm增长至23.00 ~ 28.75um,ODs6onm值增长2.0992 ,重增长1.138g/L。对比A、B两种样品的干重增长量、0D560nm值 ,结果发现B组藻生长速度明显高于A组,高出10. 16% ~ 12.70% ,但A组藻螺距变化量较大，在培养过程中逐渐变大且逐渐缩小与B组之间的差距。

图1 螺旋藻螺距对生长速率的影响

表1 螺旋藻螺距对生长速率的影响

002 培养密度对螺距的影响

如图所示,在0-12d内螺距随着培养时间的增加呈先变大后减小的趋势, 当培养时间在4 -8d时螺距达到最大值。不同的培养密度会导致螺距变化幅度不同,培养浓度越低,螺距增长的越快,本实验中培养密度OD56onm值为0.3时螺距增长速度最快。结合之前的结论,螺距越大生长速度越快,所以在螺旋藻工业养殖中采收周期应为4d ,培养密度应为0D560nm值为0.3左右。

图2 螺旋藻培养密度对螺距的影响

003 温度对螺距及生长速度的影响

如图所示,螺距大小与培养温度有关，当温度≤29°C时,温度越低螺距增量越大，28°C条件下培养7d螺距由23.00 - 34.50μm变为32.86 -43.70μm。当温度230℃时,温度越高螺距缩短程度越明显。32℃条件下培养7d螺距由23.00-34.50um变为18.40-27.60μm。从OD560nm值与温度之间的变化趋势可以看出,30℃时螺旋藻生长速度最快。根据螺距、ODs6onm值 与温度之间的联系可得出,螺旋藻的生长速度和螺距都与温度有一定的关系 ,最佳生长温度在30℃左右。所以在工业养殖中培养温度应控制在30℃左右,能使螺旋藻生长速度达到最快。

004 pH对螺距及生长速度的影响

如图所示,在不同pH条件下,螺距变化量与0D560nm值变化规律趋势相同,这也证明螺距变化大小与其生长速度呈正相关。pH在7.5-11.0范围内,螺距变化量与生长速度都随着pH的增大而先增加后减少,当pH为9 0时生长速度最快,螺距增加量最大。所以在螺旋藻工厂养殖时应将pH控制在9.0左右,此时螺旋藻生长速度最快。

图3 温度对螺旋藻螺距变化量及生长速度的影响

图4 PH对螺旋藻螺距变化量及生长速率的影响

005光照和不同色光(波长)对螺距及生长速度的影响

如图所示,光照在80-260umol/(m2-s)范围内,螺距与光照强度成正比。螺旋藻生长速度会随着光照强度的增强先增加后降低,当光照为120μmol/(m2s)时,生长速度最大。因此,工业培养中应将光照强度控制在120umol/(m2.s)左右。将初始螺距24.38-30 36μm (平均值记为27.37μm)的螺旋藻在不同色光(波长)条件下培养,如图6a所示,光照强度在10-40μmol/(m2.s)范围内,光强越大,生长速度越快,但不同颜色的光之间差别很大;从效率( ODs60nm值/光强).上看,如图6b所示,红光最高为1.956、粉光1.424、蓝光最低仅为0568、绿光和橙光与白光相近(白光效率为1.0)；在相关资料中表明,螺旋藻在生长过程中培养基的pH会不断升高,即ODs60nm值越大其对应的pH会越高。如6d所示,在不同色光条件下OD560nm值及pH之间的关系可能有所不同,如在蓝光下,虽然pH_上升明显,但ODs60nm值的变化却不大,这与培养过程中pH上升的越高,其0D560nm值增长量越多的结论并不吻合；如图6d所示,在不同色光(波长)条件下,螺旋藻的生长速度与其螺距间的变化趋势非常吻合,此实验结果能够说明螺距对其生长速度有一定的影响 ,且成正比。

综上所述,不同颜色的(波长)光对螺旋藻的影响不同,在红光条件下螺旋藻效率值最大,蓝光下螺旋藻生长速度缓慢,而且能够使其螺距变小。所以,在工业培养中可利用红光培养螺旋藻来提高产量。

图5 光照对螺旋藻螺距及生长速率的影响

图6 不同色光对螺旋藻螺距及生长速度的影响

006 不同螺距对营养物质含量及活性的影响

如表2所示, B组螺旋藻( 21.36-28.75um )的蛋白质含量为5804%、叶绿素含量为8.07mg/g、细胞活性为28687.09μg TF/gh,而A组螺旋藻( 8.74- 13.80μm）的蛋白质含量为51.86%、叶绿素含量708mg/g、细胞活性1723658μg TF/g-h。A组藻细胞螺距小于B组, A组的叶绿素和蛋白质含量都比B组低,因此能够证明螺旋藻螺距的大小与叶绿素和蛋白质的含量有关，且螺距大的螺旋藻中叶绿素和蛋白质含量更高；对比A、B两样品的细胞活性,发现螺距大的螺旋藻,其细胞活性强，生长速度快。

同一藻种螺距大的螺旋藻生长速度更快，蛋白质、叶绿素和活性物质的含量也有不同程度的提高;温度、pH、光照、培养密度等培养条件都会对螺旋藻的螺距和生长速度产生不同程度的影响, 28-32°C范围内螺距变化量与温度成反比,在30℃时生长速度达到最大值;培养密度越小的螺旋藻螺距增长越快,生长速度也越快; pH对螺旋藻生长速度和螺距有一定影响 ,当pH=9.0时螺旋藻生长速度最快；光照条件对螺旋藻生长速度和螺距影响较大,光照在80-260umol/(m2.s)范围内,螺旋藻的螺距与光照成正比, 120μmol/( m2:s )条件下生长速度最快。不同色光(波长)对螺旋藻的螺距和生长速度影响不同,红光下螺旋藻生长速率最快,蓝光最慢。

所以，工业养藻最适培养条件为30℃、pH=9.0、光强120μmol/(m2.s)、波长625-740nm、培养密度ODs60nm=0.3 ,该条件下螺旋藻生长速度快、螺距较大,能有效提高产及采收效率。

表2 旋藻螺距大小对营养物质含量的影响因