单胞藻快速培养技术及其影响因素

2023-07-11张冬冬

江西农业 2023年12期

张冬冬

（锦州市农业农村综合服务中心，辽宁锦州 121000）

单胞藻是一类生活在海洋、湖泊中的单细胞藻类或单细胞藻类群落，较为原始且个体微小，是藻类生物技术的理想模式生物，在水质净化、食品生产、饲料添加剂等方面有着重要的应用价值。随着微藻能源的不断发展，对其进行开发和应用已是大势所趋。由于我国幅员辽阔，有适宜各种单胞藻生长的条件，使用现代技术对单胞藻进行快速培养与有效利用，可以应用到饲料、食品和渔药等方面，从而产生巨大的经济效益和社会效益。

1 单胞藻营养价值与应用

1.1 单胞藻营养价值

单胞藻富含纤维素、蛋白质、不饱和脂肪酸、矿物质、维生素、色素、低脂肪、低糖。由于蛋白质的“短板效应”，当一些重要的氨基酸缺乏时，其他的氨基酸就很难被利用。单胞藻具有多种不同的氨基酸，具有良好的消化能力，能够很好地适应各种生物的生长发育需要，因此可以用作饲料中的一种添加剂。不饱和脂肪酸是一种不能由水生生物自身产生的脂肪酸，在鱼类生长过程中不可或缺，例如，二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸已被证明可以增加鱼类的免疫力，提高精卵的孵化率、幼体的成活率和成体的生长率，也是鱼类维持视力所必需的营养物质。一些海藻含有大量的虾青素，例如雨生红球藻具有抗氧化性的虾青素，具有清除自由基、治皮肤癌、增强免疫力、消炎、抗癌等功效[1]。

1.2 单胞藻水产养殖中的应用

单胞藻既可以作为贝类、虾类、海参的饲料，也可以作为鱼虾类幼体的开口饵料，还可以作为间接饵料，培养轮虫、枝角类、桡足类等动物性生物饵料，然后用来喂养水产经济动物。同时，由于其在生长过程中吸附有机质，降低了水体富营养化的风险，而在光合作用下，可以提高水体的溶解氧，从而达到清洁水质的作用，保证了鱼虾的存活率。在水体中应用单胞藻类能使水体中的微生物群落结构得到优化，其生长需要利用水体中的氮、磷，降低了水体富营养化的风险，还能改善水质状况，维持生态环境的稳定性，降低水生动物患病率[2]。单胞藻干粉是动物饲料中常见的一种添加物，可以弥补动物饲料中所缺少的养分，提高经济价值的同时，减少了投入成本。对水产动物的生长繁殖有很大的促进作用。目前，大型的商品化养殖场已经普遍把单胞藻产品作为饲料添加剂使用，经济效益显著提高。

2 单胞藻培养现状

以单胞藻为饵料，不仅能为水产生物提供丰富的营养，而且还能抑制有效成分的氧化。单胞藻的最大优点是提高了产品的质量，而且无法被其他动物饲料所取代。在合适的环境中培育出一种能够快速生长的单胞藻，单胞藻富含纤维素、蛋白质、不饱和脂肪酸、矿物质等，从而大大减少了生产的费用，在市场上有着很好的发展和利用价值。目前，在使用单胞藻时，存在着高成本、不易被生物降解、利用效率低下等问题，随着微藻能源的不断发展，对其进行开发和应用已是大势所趋[3]。由于我国幅员辽阔，各种单胞藻均有适合的生长条件，利用现代技术对其进行快速培养，可以在饵料、食品和渔药等方面得到广泛的利用，从而提高经济效益和社会效益。

3 单胞藻快速培养技术

3.1 藻种选择

单胞藻藻种来源主要有两种，一是采购商品浓缩藻，二是就地取藻种，从育苗场地周边的天然坑塘中选取天然藻液，选用藻液浓度大、物种单一藻种。通常每年三月上旬是挑选天然藻种的最佳时间，由于当时的水温比较低，所以原生生物的数量比较小，而且藻种的纯化程度也比较高，这对于后期的养殖是非常有益的。商品浓缩藻和野生藻液杂交培养会更好。若要培养小球藻，应首先培养野生小球藻液，5 天后再加入商品浓缩藻，其成长速度要比单一用一种藻快两倍，原因是野生藻液虽然生长缓慢，但具有较高的抗逆能力，而商品浓缩藻则能快速地成长，但其抗逆能力较弱。

3.2 培育

培育工作一般在育苗生产前20 天开始，选择无风、晴朗的日子，将藻液从天然水坑中抽出，然后用300 目网兜滤进池塘，水深大约在50 cm，在进入池塘后，先施肥，然后缓慢加热，每过6 小时上升1℃。2 天后用毡袋将其滤出，图1 是单胞藻的培养过程。

图1 单胞藻培养工艺流程

3.3 施肥

肥料是促进单胞藻生长的一个重要环节，因此要针对不同的单胞藻，选用适合其生长环境的营养液。每天施一次肥料，少施，下雨天不要施。浓度应以5×10-6mg/m3以下的氮，低于0.5×10-6mg/m3的磷、钾为宜，其他微量元素可从水中得到。育种场培养单胞藻的基本原则是不追求最大的藻液浓度，而追求最高的生长速率，因此选用较低的肥料浓度能够使单胞藻维持在较高生长指数的水平。

4 单胞藻扩大培养技术

4.1 培养环境

培养用的海水在使用前必须进行消毒和杀菌。扩建厂房顶部采用透明塑料膜，两侧为玻璃，采用黑色窗帘调节光线，培育容器为尺寸小的水泥池或黑色水槽、大型水泥池等，在内壁和上边都刷上防水涂料，使其具有良好的吸水性。采用全密封塑料膜进行金藻培养，既节约成本，又易于管理，而且不会造成环境污染，实际应用效果良好。选在晴朗的天气，将培养皿内注满水以进行藻液接种，给池壁杀菌消毒，并能最大限度地发挥培植空间[4]。

4.2 培养方法

选用在指数生长阶段的单胞藻。将培养室中的单胞藻种子放入一个小型培养皿中，在池底部充气，开始气体要少一些，使培养液面保持微波，调节培养槽上方的黑色纱布，减少光照。随着时间推移，藻液的色泽会逐渐加深，可以适当增加空气，增加光照，但在正午的高温下，要适当调节光照，避免因阳光太强而导致单胞藻腐烂而死亡。小池培养通常需要3 ～5 天。将小池塘中的藻汁用抽水机注入大型水泥池，采用一对一的方式进行。有研究认为，在培养条件好的情况下，可以分两个池塘进行培植，而在藻液浓度高的情况下，要进行连续培养，适量地施肥，以确保养分的供应。浓度高的藻液可以反复添加海水继续培养，并补充肥料。适量添加NaHCO3、NaSi03，在大池中培养3～6天，以增加单胞藻光合效率。

4.3 不同藻类的培养方式

金藻对环境有很高的要求，每一次的接种都要严格与其他藻种进行隔离。角毛藻喜光，在培育时要加强光照，无需充气或停止充气，减少接种密度，在良好的光照条件下，可使角毛藻快速成长，不受环境污染。小球藻因其具有沉降性、喜氮质等特点，在培养期间要一直维持较大的气量，并通过添加适量的尿素来增加水体中的氮素浓度[5]。扁藻是一种喜磷的生物活性物质，通过在培养中加入磷肥来增加水中的磷素浓度。扁藻在适宜的环境下，可以按生产需要，进行高密度的同种扩种，使其迅速扩大，并充分利用生产场地。

4.4 培养管理措施

培养器具用洗涤剂刷净，用漂白粉溶解或浸泡消毒，2 ～3 天后用清水清洗，晾干，在培养海藻之前，可以对密闭厂房进行化学蒸气杀菌，这种杀菌比较彻底，效果更好，但是要注意处理方法，操作人员要采取防护措施，避免对自己造成损伤。除化学方法外，培养用水的生产工具应严格防止污染。滤网用的滤网袋装上水后要注意清洗和消毒，要集中存放在比较干燥、通风的地方，定期进行消毒。营养盐的溶解和喷洒使用的设备也要经过严格的消毒，喷洒要做到均匀、细致，以免引起太大的水花[6]。培养液应尽量避免交叉使用，缩短操作程序，如果需要间接使用，则应确保运输工具的灭菌消毒。要达到良好的培育效果，必须选用高密度、高品质、高接种量的单胞藻品种。在使用时，需要大量的人工作业，应时刻注意卫生清洁，在搬运前使用酒精喷洒消毒，快速倒出，避免飞溅。而抽水泵的扩建，必须对水泵和水管进行严格的消毒，并在管道的末端用筛绢袋进行过滤，以避免原生虫的污染。首先，要防止不同藻种之间相互污染，不能进行分段培养。当蚊虫比较多时，可以在生产车间安装纱窗，或者在培养槽或桶上面直接覆盖防蚊纱布。大规模单胞藻养殖也要注意预防，一旦有个别池塘受到污染，在满足饲料要求的情况下，立刻施用，或采取化学措施，并对养殖设施进行彻底杀菌消毒。

5 单胞藻培养影响因素

5.1 光

光是影响单胞藻培养和繁殖的最重要因素，利用人工光源可以提高单胞藻的生长速度，同时也可以促进单胞藻的生长。在实验室培育单胞藻的过程中，为了达到最快的生长繁殖速度，并缩短培养周期，应经常使用人工光源昼夜照明。但需要注意的是，人工光源技术在大规模的生产中，会增加投入成本，因此应用12 小时光照和12 小时黑暗交替的光源使用方式，能够在减少成本的同时提高培养效果。

5.2 接种量

在单胞藻开放式培养中，通常采取大剂量接种，以缩短延迟时间，促进藻体快速增殖，从而形成优势种，抑制有害生物的增殖，提高培养成功率，但同时也会增加藻种的供给，所以，合理的接种量对降低培养规模和降低生产成本具有重要意义。合适的菌种密度为30 万～50 万/mL，所接种的藻种浓度与菌株的类型有关：等鞭金藻220 万～250 万/mL，新月菱形藻为300 万/mL，接种最好在晴朗的早晨进行，这样可以保证藻类在接种后有一个良好的生长环境，可以快速地达到指数生长期。

5.3 pH 值

pH 值是一种很容易发生变化的影响因素，当藻类的浓度升高时，pH 值也会升高，从而导致藻类的生长繁殖受到抑制[7]。过去的封闭式和半封闭式的培养基都用充入二氧化碳与空气的混合气体来调节溶液pH 值，同时也能够为单胞藻的生长提供二氧化碳，以便进行光合作用。这种方式会增加设备投入和生产成本，而且培养技术更加复杂，单胞藻的大规模生产由于受到成本与技术等因素限制，很难采用这种方法，因此适合于实验室和规模较小的单胞藻培养。一是在培养期间，当藻类溶液浓度增大时，会增大气体的体积，即增加二氧化碳供给，从而使pH 值保持稳定。此外，充气还可以使藻液翻腾，提高单胞藻接触光照的面积，并具有间歇光照的功能，非常有利于单胞藻的快速生长。二是改良传统配方效果较好，新配方中尿素为中性，不影响培养液的酸碱反应，使pH 值保持稳定。将NaHCO3加入到溶液中，可以起到缓冲pH 值的作用，在二氧化碳供应不足的情况下，还可以参与到藻类的光合作用当中，从而阻止pH 值升高，另外NaHCO3也能起到降低藻液pH 值的作用。