螺旋藻的营养方式及光合作用影响因素

本文就螺旋藻的营养方式及光合作用的影响因素作了较为全面的综述。认为螺旋藻细胞不但能进行光合自养和混合营养生长 ,而且在某些特定的环境条件下 ,还能进行异养生长 ;光照强度、光质、温度、金属元素、稀土元素、盐度、藻体细胞浓度、溶氧水平、维生素、激素和磁场等环境因素对螺旋藻细胞的光合性能和细胞产率都有显著影响。     

平板式光生物反应器培养液混合强度对螺旋藻生长的影响

目的：探讨平板式光生物反应器内培养液混合对螺旋藻生长的影响规律。方法：在平板式光生物反应器中进行钝顶螺旋藻（Spirulina platensis）户内和户外培养,通过改变通入反应器内气体的流量来控制培养液的混合强度,测定藻细胞的面积产量和叶绿素含量。结果：在一定的混合强度范围内,藻细胞的面积产量随着混合强度的增加而增加;室内培养时,混合强度的改变不会影响藻细胞的光合反应特性,户外高密度培养时,培养液混合强度的改变会造成藻细胞光合反应特性的变化。结论：强化培养液的混合可以提高螺旋藻产量。     

巨大螺旋藻光合放氧和超微结构的研究

选用常温下培养的巨大螺旋藻为材料,对其光合放氧与超微结构进行了观察和研究。结果表明：１）巨大螺旋藻具有较强的放氧能力;２）巨大螺旋藻细胞内存在有含量极丰富的类囊体,气泡,藻胆体及羧化体等特写结构与其光合放氧特性相适应;３）类囊体膜片层在细胞的部分区域已趋于重叠,且封闭成一独立系统存在,具类似真核生物叶绿体的结构;４）从进化角度来看,巨大螺旋藻类囊体膜存在的方式可以作为叶绿体系统演化的证据之一,即真     

钝顶螺旋藻形态、生长及光合作用对不同波段太阳辐射的响应

为探讨中不同波段的光合有效辐射对钝顶螺旋藻(Arthrospira platensis)形态、生长及光合作用的影响,实验将钝顶螺旋藻D-0083藻液转入带塞的石英管中, 石英管水平置于阳光下并在其上覆盖不同的截止型和带通型滤光片, 以使藻丝接受不同波段的太阳辐射; 并检测其生长、形态与光合活动的变化。结果发现: 所有波段 (320500、395700、510700和610700 nm) 光合有效辐射下的藻丝均螺旋变紧且生物量增加。其中以包含少量紫外辐射A (Ultraviolet-A)的蓝光波段 (320500 nm)和红光波段(600700 nm) 对藻丝形态变化、生长及光合速率的诱发效率较高。在320500、395700、510700和 610700 nm波段上的单位能量光照引起钝顶螺旋藻螺距变化的效率分别为0.070、0.015、0.021、0.045 m/(Wm2)。 波段320500 nm虽然会轻微抑制钝顶螺旋藻D-0083的有效光化学效率(Fv'/Fm')、电子传递速率(ETR)和藻蓝蛋白的荧光发射, 但是却能够有效诱导其藻丝变紧促进生长。此外, 钝顶螺旋藻D-0083的藻丝变紧程度、比生长速率变化与不同波段太阳辐射下藻丝体的光合性能相一致。该研究表明任何波段的光合有效辐射都能使螺旋藻藻丝螺旋变紧并引发生长和光合作用, 其中以蓝光和红光的效率最高。     

钝顶螺旋藻形态、生长及光合作用对不同波段太阳辐射的响应（英文）

为探讨中不同波段的光合有效辐射对钝顶螺旋藻(Arthrospira platensis)形态、生长及光合作用的影响,实验将钝顶螺旋藻D-0083藻液转入带塞的石英管中,石英管水平置于阳光下并在其上覆盖不同的截止型和带通型滤光片,以使藻丝接受不同波段的太阳辐射;并检测其生长、形态与光合活动的变化。结果发现:所有波段(320—500、395—700、510—700和610—700 nm)光合有效辐射下的藻丝均螺旋变紧且生物量增加。其中以包含少量紫外辐射A(Ultraviolet-A)的蓝光波段(320—500 nm)和红光波段(600—700 nm)对藻丝形态变化、生长及光合速率的诱发效率较高。在320—500、395—700、510—700和610—700 nm波段上的单位能量光照引起钝顶螺旋藻螺距变化的效率分别为0.070、0.015、0.021、0.045μm/(W·m~2)。波段320—500 nm虽然会轻微抑制钝顶螺旋藻D-0083的有效光化学效率(Fv′/Fm′)、电子传递速率(ETR)和藻蓝蛋白的荧光发射,但是却能够有效诱导其藻丝变紧促进生长。此外,钝顶螺旋藻D-0083的藻丝变紧程度、比生长速率变化与不同波段太阳辐射下藻丝体的光合性能相一致。该研究表明任何波段的光合有效辐射都能使螺旋藻藻丝螺旋变紧并引发生长和光合作用,其中以蓝光和红光的效率最高。     

基于蛋白质组学对螺旋藻在高温胁迫下响应机制的初步研究

本实验以螺旋藻为材料,通过i TRAQ对螺旋藻细胞在高温胁迫下的全蛋白进行定量分析。结果表明:40oC是螺旋藻可恢复的最大耐受胁迫温度,并在此温度胁迫条件下启动响应机制。差异表达蛋白的筛选结果确定了18 523个独特的肽和2 085个蛋白质,此外,在Uni Prot KB/Swiss-Prot数据库中注释了142种独特的蛋白质。GO功能注释中,共有207条蛋白序列被793条GO功能条目注释,平均GO层次为6.545。KEGG通路注释中,检测到呈现显著差异性表达的注释蛋白117个,涉及光合作用、能量代谢、RNA的转录和翻译等方面。荧光定量PCR结果显示,测序结果与i TRAQ实验相一致,光合系统I P700叶绿素脱辅基蛋白A1、果糖1,6-二磷酸酶、核酮糖二磷酸羧化酶大侧链、光合系统I反应中心亚基XI下调;顺反异构酶、热激蛋白70、热激蛋白90、磷酸甘油酸激酶、二磷酸核苷酸激酶上调。由此可知,螺旋藻经高温胁迫后,与光合作用和遗传信息相关的蛋白是影响螺旋藻热应激的关键。     

基于蛋白质组学对螺旋藻砷胁迫响应机制的研究

通过研究螺旋藻(Spirulina sp.)在砷离子胁迫下的蛋白质组变化,从蛋白质表达水平解释螺旋藻对砷离子胁迫的响应机理。螺旋藻经过不同浓度砷离子胁迫7 d后,提取蛋白质进行凝胶电泳,并对差异蛋白进行质谱分析。结果表明螺旋藻在2.0 ppm砷酸盐中暴露10 min光合放氧速率降低27.3%,培养24 h后细胞内的金属硫蛋白、叶绿素、类胡萝卜素及藻胆蛋白相对含量均明显降低。蛋白组学共鉴定出75个差异蛋白,其中26个显著上调,49个呈现下调。这些差异蛋白表明砷离子主要通过破坏螺旋藻光合色素蛋白,干扰电子传递过程,导致能量合成受损,使得依赖光合作用产生能量进行的跨膜运动、蛋白质合成等相关过程受到影响;同时,活性氧清除与防御相关蛋白呈现上调,螺旋藻细胞内抗氧化系统被激活。     

高浓度CO_2培养条件下极大螺旋藻光抑制研究

以极大螺旋藻作为实验材料 ,研究了不同 CO2 浓度培养对螺旋藻光抑制和恢复的影响 ,结果表明由光抑制导致的光合速率下降 ,高浓度 CO2 比低浓度 CO2 培养程度小 ,在高浓度 CO2 条件下培养的极大螺旋藻 ,虽然在强光下也表现出光抑制 ,但与低浓度 CO2 相比 ,光合速率下降得较慢。这种现象在强光与弱光培养均存在 ,但强光培养时更明显。光抑制后的恢复实验表明 ,不同 CO2 浓度培养的极大螺旋藻 ,光系统 光化学活性 (Fv/Fm)在弱光下恢复较好 ,高光强、高浓度 CO2 培养的藻 ,恢复速度稍快 ;而在黑暗中 ,几乎没有恢复 ;在弱光和含氯霉素的条件下 Fv/Fm均下降。由此可见 ,高 CO2 浓度可减轻极大螺旋藻的光抑制 ,但对其光抑制后的恢复影响不大。     

高浓度CO2培养条件下极大螺旋藻光抑制研究

以极大螺旋藻作为实验材料,研究了不同CO2浓度培养对螺旋藻光抑制和恢复的影响,结果表明由光抑制导致的光合速率下降,高浓度CO2比低浓度CO2培养程度小,在高浓度CO2条件下培养的极大螺旋藻,虽然在强光下也表现出光抑制,但与低浓度CO2相比,光合速率下降得较慢。这种现象在强光与弱光培养均存在,但强光培养时更明显。光抑制后的恢复实验表明,不同CO2浓度培养的极大螺旋藻,光系统光化学活性(Fv/Fm)在弱光下恢复较好,高光强、高浓度CO2培养的藻,恢复速度稍快;而在黑暗中,几乎没有恢复;在弱光和含氯霉素的条件下Fv/Fm均下降。由此可见,高CO2浓度可减轻极大螺旋藻的光抑制,但对其光抑制后的恢复影响不大。       

固定化培养中氮磷浓度对钝顶螺旋藻生长及其代谢产物和叶绿素荧光参数的影响

该研究以钝顶螺旋藻为实验对象,探究培养基中不同氮浓度(5、15、30、45 mmol·L^-1)和磷浓度(0.5、1.5、3.0、4.5 mmol·L^-1)对固定化生物膜培养模式下螺旋藻生长及其代谢产物和叶绿素荧光参数的影响,为生产实际中规模化高效培养螺旋藻提供理论依据。结果表明：(1)随着氮、磷浓度的升高,螺旋藻的生物量密度和产率先增高后降低,并在30 mmol·L^-1氮和3.0 mmol·L^-1磷处理时达到最大值;低氮、低磷条件会影响螺旋藻的藻体结构,表现为单细胞藻丝变短,螺旋变少,导致生物膜细胞密度降低。(2)与生物量变化趋势一致,螺旋藻光合色素含量随着培养基中氮、磷浓度的增加呈先升后降的变化趋势,且均在30 mmol·L^-1氮或者3.0 mmol·L^-1磷条件下达到最大值。(3)培养基中磷浓度固定时,螺旋藻的PSⅡ反应中心最大光能转化效率(F_v/F_m)和电子传递速率(ETR)随着氮浓度增加而增大,氮的缺乏会...     

钝顶螺旋藻生物富集Cr(Ⅲ)影响因素的研究

对钝顶螺旋藻生物富集Cr(Ⅲ)的影响因素进行了研究。发现螺旋藻对Cr(Ⅲ)的生物富集主要经历了快速的吸附和缓慢的吸收两个步骤;化学键较弱的Cr(Ⅲ)化合物具有较高的富集效率;藻细胞浓度一定时,随着Cr(Ⅲ)浓度的增加,单位重量螺旋藻对Cr(Ⅲ)的富集量不断增加,最后趋于饱和;当Cr(Ⅲ)浓度一定时,随着藻细胞浓度的增加,螺旋藻对Cr(Ⅲ)的总富集量逐渐增加而单位重量藻体的富集量减少。研究还证实,螺旋藻干粉比新鲜藻能富集更多的Cr(Ⅲ);pH值是影响Cr(Ⅲ)生物富集的一个重要影响因素,最佳pH在7左右;温度升高和加强光强均可加强Cr(Ⅲ)的富集;阳离子对Cr(Ⅲ)的富集存在一定的促进或抑制作用。     

钝顶螺旋藻SP1(Spirulina platensis)对集约化养殖尾水氮磷的去除效果

针对集约化养殖模式后期硝酸盐氮和磷酸盐浓度较高的问题, 实验设置生物絮团养殖尾水(BFW)和BG11培养液(BGW)两种水体环境, 并以池塘常见优势微藻--绿色颤藻OC1(Oscillatoria chlorina)作为对比, 研究分析了钝顶螺旋藻SP1(Spirulina platensis)对集约化养殖尾水氮磷的去除效果及其生长状况。结果发现, 在BFW组中两种微藻均对硝酸盐氮(NO3--N)、总无机氮(TIN)和磷酸盐(PO43--P)去除效果明显(P<0.05), 其中, 螺旋藻对NO3--N、TIN和PO43--P的最大去除率分别为79.60%、46.06%和98.55%, 相应的浓度值分别从130.04 mg·L-1、130.85 mg·L-1和10.23 mg·L-1降至26.53 mg·L-1、70.58 mg·L-1和0.15 mg·L-1,其数量降低的绝对值分别为103.51 mg·L-1、60.27 mg·L-1、10.08 mg·L-1; 在BGW组中两种藻对氮磷均具有一定的去除效果, 但总体仍低于BFW组。实验过程中两种微藻的细胞数量均无明显变化(P>0.05)。可见, 钝顶螺旋藻SP1和绿色颤藻OC1均可在BFW和BGW两种水体营养环境下存活, 且对水中的氮磷均有良好的去除效果; 虽然颤藻亦是集约化养殖水环境中的常见微藻优势种, 但它能分泌蓝藻毒素, 因此, 从产业应用的可行性考虑可将螺旋藻作为集约化养殖尾水净化的备选藻株。     

Degradation of Chlorpyrifos by an alkaline phosphatase from the cyanobacterium <Emphasis Type="Italic">Spirulina platensis</Emphasis>

Spirulina is a photosynthetic, filamentous, spiral-shaped, multicellular, blue-green microalga. The two most important species are Spirulina maxima and Spirulina platensis. Spirulina is considered an excellent food, lacking toxicity and having corrective properties against viral attacks, anemia, tumor growth and malnutrition. We have observed that cultures of Spirulina platensis grow in media containing up to 80 ppm of the organophosphorous pesticide, Chlorpyrifos. It was found to be due to an alkaline phosphatase (ALP) activity that was detected in cell free extracts of Spirulina platensis. This activity was purified from the cell free extracts using ammonium sulphate precipitation and gel filtration and shown to belong to the class of EC 3.1.3.1 ALP. The purified enzyme degrades 100 ppm Chlorpyrifos to 20 ppm in 1 h transforming it into its primary metabolite 3, 5, 6-trichloro-2-pyridinol. This is the first report of degradation of Chlorpyrifos by Spirulina platensis whose enzymic mechanism has been clearly identified. These findings have immense potential for harnessing Spirulina platensis in bioremediation of polluted ecosystems.     

Biofixation of carbon dioxide by Spirulina sp. and Scenedesmus obliquus cultivated in a three-stage serial tubular photobioreactor

The increase in the concentration of atmospheric carbon dioxide is considered to be one of the main causes of global warming. As estimated by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) criteria, about 10-15% of the gases emitted from the combustion coal being in the form of carbon dioxide. Microalgae and cyanobacteria can contribute to the reduction of atmospheric carbon dioxide by using this gas as carbon source. We cultivated the Scenedesmus obliquus and Spirulina sp. at 30 degrees C in a temperature-controlled three-stage serial tubular photobioreactor and determined the resistance of these organisms to limitation and excess of carbon dioxide and the capacity of the system to fix this greenhouse gas. After 5 days of cultivation under conditions of carbon limitation both organisms showed cell death. Spirulina sp. presenting better results for all parameters than S. obliquus. For Spirulina sp. the maximum specific growth rate and maximum productivity was 0.44 d(-1), 0.22 g L(-1)d(-1), both with 6% (v/v) carbon dioxide and maximum cellular concentration was 3.50 g L(-1) with 12% (v/v) carbon dioxide. Maximum daily carbon dioxide biofixation was 53.29% for 6% (v/v) carbon dioxide and 45.61% for 12% carbon dioxide to Spirulina sp. corresponding values for S. obliquus being 28.08% for 6% (v/v) carbon dioxide and 13.56% for 12% (v/v) carbon dioxide. The highest mean carbon dioxide fixation rates value was 37.9% to Spirulina sp. in the 6% carbon dioxide runs.     

螺旋藻培养液吸收CO2特性的研究

培养液中含有高浓度的ＨＣＯ和ＣＯ,活跃进行的ＣＯ２,ＨＣＯ和ＣＯ３种碳源形式相互转变的化学反应,构成了螺旋藻培养液不同于其它藻类培养液的显著特征。定量研究了ＣＯ２吸收速率与碳源浓度、温度、ｐＨ值、盐度、培养液运动状态的关系,利用培养液吸收ＣＯ２的物理模型解释了碳源浓度、ｐＨ值、培养液运动状态影响ＣＯ２吸收速率的机理。对化学反应是否影响ＣＯ２吸收速率这一有争议的问题进行了探讨,在肯定化学反应影响的前提下,指出化学反应的影响能否被观察到,显著程度如何,关键在于培养液的运动状态。根据实验结果,给出了利用“气罩法”添加ＣＯ２,所需气罩面积与产量、碳源浓度、培养液运动状态、培养面积数量关系的理论值。使用培养液的“ＣＯ２容量”的概念,说明利用ＣＯ２为碳源培养螺旋藻与其它藻类相比,可以得到更高的碳源利用率,从而产生更大的效益。     

硅藻在河流健康评价中的应用研究进展

Diatom, as a kind of autotrophic photosynthetic eukaryotic algae, is an important primary producer in aquatic ecosystem, and can reflect the average status of water environment. As the bio-indicators of the environment, Nitzschia communis, Navicula minuscula, and Gomphonema parvulum can indicate the eutrophication of waters, whereas Gomphonema angustum, Epithemia adnata, and Diatoma moniliformis can indicate the oligotrophication of waters. Cyclotella bodanica, Neidium affine, and Eunotia exigua are all the eosinophilic species that can indicate waters acidity, Aminutissimum nodusa can indicate water’s Cu concentration, and Synedra ulna can indicate the Zn concentration in waters. Some other diatoms can also indicate water’s contamination. This paper reviewed the research progress on the applications of diatom and diatom indices in river health assessment, pointed out the related existing problems, and put forward some future research directions, e.g., further perfect the classification and identification of diatoms, broadly carry out the researches of diatom indices upon different areas and conditions, pay more attention to the screening of diatom bio integrality indices, and establish a benchmark which suits for the assessment of water quality.     

Production of Spirulina biomass: Maintenance of monoalgal culture outdoors

The effects of sodium bicarbonate concentration, population density, and temperature on the maintenance of an outdoor monoculture of the cyanobacterium Spirulina platensis were studied. A clear response by Spirulina to the concentration of bicarbonate was evident, with 0.2M bicarbonate representing the lowest concentration in which a monoculture could be maintained. When the temperatures fell during the winter period to some 20-25 degrees C below the optimum for Spirulina, Chlorella sp. gradually increased and became the dominant species in the culture. Raising the temperature by covering the pond with transparent polyethylene resulted in a sharp decline in the population of Chlorella, and a gradual resumption of species dominance by Spirulina. In winter, there was an inverse relationship in the pond between the population density of Spirulina and the extent of contamination by Chlorella sp.; but no such effect was observed under field conditions at temperatures higher than 25 degrees C.     

Te(Ⅳ)胁迫对两种螺旋藻生长及抗氧化酶系统的影响

在钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)和极大螺旋藻(Spirulina maximum)接种的第5天至第10天添加不同浓度的亚碲酸钠,研究Te(Ⅳ)胁迫对两种螺旋藻的生长、抗氧化活性系统和脂质过氧化作用的影响。结果表明,通过调节添加碲的时间,可以有效地调节碲胁迫强度,随着加碲时间依次后移,碲胁迫强度逐渐减小,螺旋藻的最终生物量递增。碲对螺旋藻的生物效应与碲胁迫强度有关,也与添加碲时藻所处的生长期有关。实验组Ⅲ(分别在第7、8、第9天三天添加碲)的碲胁迫强度并不是最低的,两种螺旋藻的最终生物量也不是最大,但MDA的含量却是最低的,表明该实验组的生长状态是最佳的。各种抗氧化酶(SOD、GPX、CAT、APX和POD)的活性变化情况较复杂。其中,在碲胁迫下,GPX的活性显著提高。       

叉叶类苏铁是苏铁属植物中最进化的种群

Cycas属植物羽状复叶上的小羽片,是从不开叉向二叉开裂逐步发展的。二叉开裂后,小羽片继续进一步发展、进化,在其开叉分裂的小羽片上再次二叉开裂,成为三回、四回、五回二叉开裂的裂片（小叶）,最后小羽片发展到多回开裂,成为Cycas属植物羽状复叶上最进化的一种小羽片类型。着生这种进化类型小羽片的叉叶类苏铁是Cycas属植物中最进化的种群。