藻类的实验室培养方法优化.docx

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藻类的实验室培养方法优化

藻类的实验室培养方法优化

中文摘要

随着湖库水体污染日益严重，水体富营养化程度不断加剧，对水质、渔业和人们生活环境造成了极大的负面影响，而引起蓝藻水华的主要藻种是铜绿微囊藻。

为了控制或减少水体富营养化现象的发生，来研究铜绿微囊藻最适宜生长条件，从而培养实验课中所需的藻类，也为藻类治理提供理论依据。

本文主要研究实验室内培养铜绿微囊藻，探究铜绿微囊藻生长的最适宜环境条件，通过查找实验、设计实验等过程，研究在不同条件下（温度、光照、pH值及营养盐），影响铜绿微囊藻生长的规律，并培养出铜绿微囊藻。

关键词：

富营养化，蓝藻水华，铜绿微囊藻，培养

Abstract

Withtheincreasinglyseriouspollutionoflakesandreservoirs,thedegreeofeutrophicationisincreasing,whichhasagreatnegativeimpactonwaterquality,fisheriesandpeople'slivingenvironment.ThemainalgaespeciescausingcyanobacterialbloomsisMicrocystisaeruginosa.Inordertocontrolorreducetheoccurrenceofeutrophicationinthewaterbody,themostsuitablegrowthconditionsforMicrocystisaeruginosawerestudiedtocultivatethealgaeneededintheexperimentalclass,whichalsoprovidedatheoreticalbasisforalgaemanagement.Thisarticlemainlystudiesthemicrocystisaeruginosaculturedinthelaboratory,exploresthemostsuitableenvironmentalconditionsforthegrowthofMicrocystisaeruginosa,throughthesearchexperiment,designexperimentandotherprocesses,underdifferentconditions（temperature,light,pHandnutrients）,Microcystisaeruginosaaffectsthegrowthpattern,andcultivatesmicrocystisaeruginosa.

Keywords:

Eutrophication,cyanobacterialblooms,Microcystisaeruginosa,culture

第1章绪论

1.1研究背景及目的

近年来，许多湖库和河水中遭受蓝藻水华的污染，水体富营养化越来越严重，不仅造成了生态环境的污染，在治理中造成巨大的经济损失，更有甚直接威胁到人类的生存，所以说水体富营养化中蓝藻水华现象必须引起高度重视。

随着河流中和水库中藻类的大量繁殖，造成了饮用水水资源的严重破坏，对人们的饮用水安全造成了影响。

为此，对藻类植物进行充分的研究，已达到科学、有效的控制藻类植物的生长，从而治理了水体富营养化问题。

研究发现，引起我国水资源富营养化问题的主要藻种是铜绿微囊藻，而其生理特性已有较多研究。

本实验分别以实验室培养铜绿微囊藻为实验对象，参照藻类生长的最适宜环境条件，考察了铜绿微囊藻在不同生长条件下（温度、光照、pH值及营养盐），环境因素影响藻类生长的规律。

通过实践研究，研究铜绿微囊藻最佳适宜生长条件，从而培养实验课中所需的藻类。

大学本科生在植物学和生态学实验课中需要观察并研究单细胞藻类，但是在以往的实验课程中有时无法买到新鲜、高质量的实验材料，因此通过此实验找到培养铜绿微囊藻的最佳条件。

实验课程中我们还需要颤藻、水绵以及栅藻。

因此在后续的实验中，将继续进行类似实验，从而培养实验课所需的单细胞藻类。

1.2铜绿微囊藻概述

铜绿微囊藻是最常见的水华藻类之一[1]，属于蓝藻门色球藻纲色球藻目色球藻科微囊藻属。

在我国出现的水库及河流中的蓝藻水华，主要藻类是铜绿微囊藻，这是因为铜绿微囊藻是以群体生存，这样不仅可以抵抗浮游动物的捕食，由于其自身细胞的垂运动，进而提高了对光的吸收，增长了繁殖速度，因此在其他藻类植物的竞争中成为优势藻种[2-4]。

并且铜绿微囊藻群体性生存的原因，在吸收磷的效率高于单细胞生物，也让其更容易克服水体和风的扰动上浮聚集[5]。

经过研究，铜绿微囊藻主要还是以单细胞生长在水体中，只有在发生水华现象或者其他环境出现变化时，才会以群体的形式聚集在一起[6]。

所以说单细胞形式存在的铜绿微囊藻不仅对水体没有影响，还会给浮游动物提供食物，在水产养殖的过程中起到重要的作用[7]。

但是当铜绿微囊藻聚集成群体时，由于其自身的优势，就会发生水华现象，因此可以得出，只有群体的铜绿微囊藻才会形成蓝藻水华。

影响藻类形成群体的原因主要有两方面：

第一个是受生物因子，如食物链上端的浮游动物、自身分解的产物等；第二个原因就是非生物因子，如环境的温度、地区的光照、水体中的营养盐的含量等因素[8-9]。

1.3藻类生长影响因素

1.3.1温度的影响

所有生物生长繁殖都需要适宜的温度，那么藻类生物生长同样受到温度的影响。

温度过低或过高都不适合藻类植物的生长繁殖，适宜的水体温度会踧踖藻类植物的生长繁殖，主要原因是在一定的水温下，藻细胞新陈代谢快，提高了环境中营养物质的吸收和利用[10]。

这也说明了为什么每年夏季水质恶化严重，而冬季水质情况较好，这是因为在夏季时，水温适宜藻类植物的生长繁殖，并且繁殖率加快，水体富营养化加重；在冬季时，水温过低，藻类植物繁殖率大大降低，水质有所改善。

对藻类生物的适宜温度进行研究后，结果得出，大多数藻类最适宜的生存温度在25℃，如栅藻在温度为25℃时生长最快。

当温度达到25℃时，藻类植物繁殖率加快，水体环境温度没增加1℃，水体中的藻类植物总量增加0.15倍，随着温度的提高，藻类植物的生长繁殖率同样增大，水体富营养化程度加深，水华爆发严重。

说明水体温度对藻类植物的生长速率和水体中藻类植物总量影响较大[12]。

但是也存在一些藻类植物，最适宜温度不同，如微囊藻在温度为35℃的时候，生长繁殖速率最大；小球藻在温度为25℃-42.3℃时生长速度最大。

1.3.2营养盐的影响

水体富营养化过程可用以下反应式表示：

由上述反应式可以得出，藻类的生长繁殖需要碳、氮、磷三种元素并且还需光照能量和一些微量元素[13]。

经过长时间对水体富营养和水华的原因分析，结果得出氮元素和磷元素是导致其发生的重要因素，这是由于氮磷元素对藻细胞生长有促进作用。

并且只有适当的氮磷比次才对藻类生长繁殖具有促进作用，在藻类植物在不同的环境中生长时，最优的氮磷比浓度不同。

研究人员[14]通过配制不同氮磷比的培养液，来研究对藻类生长的影响，结果发现，只有在最佳氮磷比下单培养液才促进藻类的生长，其他氮磷比培养液不仅不能促进藻类生长，有的还有抑制藻类的生长。

李同同研究了不同培养液对微囊藻生长的影响，结果得出，培养液中磷含量较大，氮元素含量很低的情况下，微囊藻也可以正常生长繁殖。

刘静等[15]人研究了微量元素对铜绿微囊藻的生长影响，结果发现Fe3+浓度可以促进铜绿微囊藻的生长繁殖，但在Fe3+较低含量时，会对抑制铜绿微囊藻的生长。

1.3.3光照的影响

光照给藻类植物提供能量来源，是其生长的重要因子。

在其他因素恒定的条件下，改变光照的强弱，研究对藻类的繁殖和生长的影响，结果表明，藻类植物光合作用的速率随着光照强度的增大逐渐加快，在光照强度到达一定强度时，继续增加光照强度，藻类光合作用的速率基本不变[16]。

进而可以说明在夏季时，昼长夜短，使得光照的周期长，水体中藻类光合作用速率高，生长繁殖速率增大，水体富营养化加重，水华爆发。

张孟等[17]研究了铜绿微囊藻在不同光照强度下的生长曲线，结果得出随着光照强度的增加，铜绿微囊藻繁殖增加，在达到3000lX后，增殖速率变缓，并且铜绿微囊藻生长状态最好的光照周期为10h，细胞数达到最大值。

1.3.4pH的影响

pH值是影响藻类生长的又一重要因素，适宜的pH环境促进藻类的生长繁殖。

这主要有两个方面的原因，第一个原因是藻类所生长的水体中的酸碱度会影响其自身的生长繁殖，酸性过强或碱性过强都不利于藻细胞的生长，甚至破坏藻细胞组织结构，藻细胞只有在适宜的pH范围内才能生存[18]。

第二个原因是不同酸碱环境会造成藻类生物生长环境的碳酸盐平衡系统和不同形态无机碳破坏。

水体中的氧气和CO2含量受到水体中生物的控制，环境中pH随着氧气和CO2含量的变化而发生改变，在富营养化的水体中，由于藻类生物数量巨大，则会慢慢影响水体pH值的变化[19]。

所以说，藻类生长繁殖需要一个适宜的pH范围，而藻类在一定程度上可以调节水体中的pH值。

通过研究，结果发现不同的藻类生长繁殖所需的适宜pH范围不同，铜绿微囊藻适宜的pH值在弱碱性（pH=8.5-9.5）。

第二章实验设计

3.1研究营养盐对铜绿微囊藻生长的影响

（1）分别取4个500ml磨口锥形瓶；

（2）每个锥形瓶装入培养液250ml，并经过120℃高温对培养液进行灭菌30min。

然后取处于对数生长期的铜绿微囊藻种分别定量移入培养基中，使用纱布封口避免杂质落入。

（3）将锥形瓶分成4组，第一组使用1号培养基；第二组使用2号培养基。

将锥形瓶放入培养箱中培养。

在一定培养温度，光暗比12:

12下。

在实验期间内，每天随机时间摇动锥形瓶各5-6次。

1号培养基成分为：

NaNO3120ppm，K2HPO412ppm，无水MgSO4·60ppm，无水CaCl240ppm，Na2CO325ppm，柠檬酸铁4ppm，Na2EDTA·2ppm，pH调节在8-9之间。

2号培养基成分为：

Ca（H2PO4）2·H2O12ppm，NaHCO315ppm，无水CuSO4·20ppm，（NH4）2SO416ppm，MgSO4·7H2O60ppm，KCl3ppm，FeCl30.2ppm。

（4）第六天后采用血球计数板计数，记录四组锥形瓶中铜绿微囊藻的数量。

3.2研究光照对铜绿微囊藻生长的影响

（1）分别取8个500ml磨口锥形瓶；

（2）每个锥形瓶装入培养液250ml，并经过120℃高温对培养液进行灭菌30min。

然后取处于对数生长期的铜绿微囊藻种分别定量移入锥形瓶中，使用纱布封口避免杂质落入。

（3）将锥形瓶分成4组，第一组使用暗箱遮光；第二组使用暗箱遮光48h；第三组使用暗箱遮光96h，第四组不遮光。

将锥形瓶放入培养箱中培养，培养温度为35℃，光暗比在12:

12下。

在实验期间内，每天随机时间摇动锥形瓶各5-6次。

（4）第六天后采用血球计数板计数，记录四组锥形瓶中铜绿微囊藻的数量。

3.3研究温度对铜绿微囊藻生长的影响

（1）分别取8个500ml磨口锥形瓶；

（2）每个锥形瓶装入培养液250ml，并经过120℃高温对培养液进行灭菌30min。

然后取处于对数生长期的铜绿微囊藻种分别定量移入锥形瓶中，使用纱布封口避免杂质落入。

（3）将锥形瓶分成4组，将锥形瓶放入培养箱中培养，调节温度分别为23℃、30℃、35℃和40℃。

一定光照强度和光暗比12:

12下。

在实验期间内，每天随机时间摇动锥形瓶各5-6次。

（4）第六天后采用血球计数板计数，记录四组锥形瓶中铜绿微囊藻的数量。

3.4研究环境pH对铜绿微囊藻生长的影响

（1）分别取8个500ml磨口锥形瓶；

（2）每个锥形瓶装入培养液250ml，并经过120℃高温对培养液进行灭菌30min。

然后取处于对数生长期的铜绿微囊藻种分别定量移入锥形瓶中，使用纱布封口避免杂质落入。

（3）将锥形瓶分成4组，使用HCl和NaOH溶液调节不同组的培养液pH，使得pH分别为5、6、7和8。

然后放入可调节培养箱中进行培养。

在一定光照强度和培养温度，光暗比12:

12的条件下。

在实验期间内，每天随机时间摇动锥形瓶各5-6次。

（4）第六天后采用血球计数板计数，记录四组锥形瓶中铜绿微囊藻的数量。

第三章结论

研究了大多数富营养化水域中，引起水华的主要藻种是铜绿微囊藻，设计实验室来研究铜绿微囊藻在不同培养基、不同光照强度、不同温度和不同pH下的培养情况。

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