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不同CO_2浓度对葛仙米生理生化特性的影响及葛仙米大量培养研究

卢璐  
【摘要】:葛仙米(Nostoc sphaeroides)是一种可食用的固氮蓝藻,并且有着很高的营养价值和药用价值。目前野生葛仙米主要生长在湖北省鹤峰县的水稻田中,但是由于环境的变化,鹤峰县的野生葛仙米的年产量不断减少,远远不能满足市场对其的需求,因此现在有许多的科研人员展开了在室内或者室外对葛仙米进行人工培养的研究工作。在可控生态生命控制系统领域,研究人员也密切关注着葛仙米,因为葛仙米既是一种高营养的食物,又是一种能去除二氧化碳产生氧气的藻类,还能在短时间内积累大量生物量且其所占用的体积又比种植传统的高等植物要小得多。本文研究了在三种不同CO_2浓度(380 ppm、900 ppm、1500 ppm)下培养的葛仙米在生长、生理、光合作用等方面的表现,并用平板式光生物反应器对葛仙米的室内大量培养进行了初步的研究,旨在探讨葛仙米在未来封闭空间生保系统应用的前景。本文的主要研究内容及结果如下:(1)首先对不同CO_2浓度对葛仙米的生物量增长速度和质量的影响进行了研究。发现在本文所选取的三种CO_2浓度中,葛仙米的鲜重生长和干重生长的速度随着CO_2浓度的增大而增大,经过一个周期的培养后,CO_2浓度为1500 ppm组葛仙米的鲜重比在大气CO_2浓度下培养时葛仙米的鲜重高出62.44%,干重则是在大气CO_2浓度下培养时葛仙米干重的3.05倍,比在CO_2浓度为900 ppm的条件下培养的葛仙米鲜重高27.99%,干重是其1.47倍,而在CO_2浓度为900 ppm的条件下培养的葛仙米鲜重比在大气CO_2浓度下培养时葛仙米的鲜重高26.92%,干重则是其2.08倍;干鲜重比也随着CO_2浓度升高而增大,在CO_2浓度为1500 ppm条件下培养的葛仙米的干鲜重比最大,为1.57,而在CO_2浓度为900 ppm条件下培养的葛仙米的干鲜重比次之,为1.33,在用普通空气培养的条件下葛仙米的干鲜重比最小,为0.83,说明CO_2浓度的升高有利于干物质的积累;随着CO_2浓度的升高,葛仙米群体的平均直径减小,在CO_2浓度为380 ppm、900 ppm、1500 ppm这三种条件下其直径大于2 mm的葛仙米颗粒所占的比例分别是72%、70%和69%,而较大粒径的葛仙米(4 mm)则有较大的差异,分别为32%、25%和12%,较小粒径的葛仙米(4 mm)所占的比例分别是68%、75%和88%;同时,在高浓度CO_2条件下生长的葛仙米有着相对较小的颗粒平均直径以及更好的颗粒弹性;(2)然后对不同CO_2浓度对葛仙米的蛋白质、多糖及抗氧化酶(超氧化物歧化酶和过氧化氢酶)的影响进行了研究。发现蛋白质含量和可溶性多糖的含量随着CO_2浓度的增大而增大,CO_2为1500 ppm组比CO_2浓度为900 ppm组的总蛋白含量和可溶性多糖含量分别高7.4%和17.34%,比CO_2浓度为380 ppm组的则分别高37.14%和64.20%,;随着CO_2浓度的升高,葛仙米的抗氧化酶的活性也相应地增大了,说明CO_2浓度的升高可以提高藻类的抗氧化能力,这对于藻类的生长包括其遇到其他逆境条件时的生长是有利的。(3)将葛仙米进行一个周期的培养后,对葛仙米的光合特性进行了测定。发现在本实验所选取的三种CO_2浓度中,随着CO_2浓度的升高,葛仙米的叶绿素含量也随着升高,一个周期结束时,CO_2为1500 ppm组比CO_2浓度为900 ppm组的叶绿素a含量高27.7%,比CO_2浓度为380 ppm组高57.1%,PSⅡ原初光能转化率(Fv/Fm)和潜在最大相对电子传递速率(r ETRm)随着CO_2浓度的升高增大,说明随着CO_2浓度的升高,葛仙米的光合能力亦有所增强,三组实验条件下的Ik也随之增大,这体现了葛仙米的抗强光能力的逐渐增强。(4)利用平板式反应器进行了葛仙米大量培养的初步研究,实验发现,从2015年12月31日到2016年3月7日葛仙米保持着一个较为稳定的增长速率,从最初20.04 g/L的接种量逐渐增长到117.64 g/L,这说明利用平板式光生物反应器对葛仙米进行培养具有可行性。


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