论文部分内容阅读
葛仙米和地木耳是两种具有经济价值的可食用蓝藻,近些年已经有不少科研人员开展了相关的形态生理及大规模培养等方面的研究。为了进一步扩大培养规模,推广技术,降低成本,有必要开展工厂化培养的研究,以满足不断扩大的消费需求。本文以影响葛仙米和地木耳在工厂化培养中的关键因素为线索,研究了葛仙米和地木耳的形态/生理特征,并以两家工厂化培养葛仙米的公司为实例,提出了一整套工厂化培养的技术方案。主要获得以下研究成果:
地木耳的工厂化培养中,也可以通过与葛仙米类似的匀浆破碎方法,获得大量藻丝片段,接种至固体BG-110培养基上培养来制备藻种。实验观察和比较发现,在固体培养基上,与地木耳相比,葛仙米的藻丝片段具有较快的生长速度,且可以形成更多数量的球形微群体,地木耳需要在固体培养基上培养更长的时间才能扩种至下一个培养阶段。
葛仙米和地木耳的生理特征与群体大小具有密切的关系。直径小于1mm的葛仙米和地木耳群体的干物质,蛋白质,叶绿素以及藻胆蛋白等含量均显著高于直径为3-4mm和6-7mm的群体。小直径的葛仙米和地木耳群体具有更高的Pm,α和Rd值,大群体具有较低的Ic值,说明大群体在较低的光强下可以更快达到较高的光合速率,比小群体更适应在低光条件下生长。葛仙米在5℃时即可表现出光合活性,在45℃时仍可以保持活跃的光合放氧,说明葛仙米具有较为宽泛的温度适应性。葛仙米大群体的PE含量高于小群体,说明大群体由于表面积体积比减小,光合色素主要聚集在表层细胞导致内层细胞所受到的遮光效应就更强,葛仙米通过补色适应性来补偿这种劣势。
大群体葛仙米不同层也有明显的生理特征差异。实验选取直径为10-12mm的生长较好的大群体葛仙米为研究材料,发现外层细胞具有更高的干物质含量,更高的叶绿素含量和藻胆蛋白含量。相比较于外层细胞,葛仙米内层细胞排列更有序,这种结构特点与生理特征,有利于其应付可能遭遇的不利环境。葛仙米内外层细胞叶绿素和藻胆蛋白总量、不同藻胆蛋白的比例均不相同,从量子光学的观点分析,外层细胞通过提高PE所占藻胆蛋白的比例,来捕获更多的短波高能量光子,内层细胞通过提高PC和APC所占藻胆蛋白的比例,来捕获穿透性更强的长波低能量光子。这一现象表现出葛仙米外层和内层细胞因为各自所处的光环境不同所表现出不同的适应性。地木耳因为不含有PE,因此在实验中未观察到这一现象。
温度是进行葛仙米和地木耳工厂化培养时从选址阶段就需要考虑的一个关键因素。葛仙米和地木耳具有较好的抗低温胁迫能力和较为宽泛的温度适应性,但在长时间的工厂化培养条件下,温度偏高,葛仙米和地木耳群体容易因含水量过高而破裂。温度偏低,葛仙米和地木耳生长较慢而导致产量降低,成本增加。葛仙米适宜在25℃或略高的温度下培养,地木耳适宜在25℃或略低的温度下培养。
光强是葛仙米和地木耳进行工厂化培养设计时需要考虑到的一个关键因素。研究结果表明,培养葛仙米的最佳光强应为90μmol·m-2·s-1,培养地木耳的最佳光强应为60μmol·m-2·s-1。在过高或者过低的光强下,葛仙米和地木耳的含水量都会增加,鲜重增加,容易破裂。
光质对葛仙米和地木耳的生长及藻胆蛋白有重要的影响。葛仙米在红光和蓝光下生长最好,绿光下干重增加较慢；地木耳在红光下生长最好,绿光下全部破裂。在工厂化培养中,可以通过蓝光培养葛仙米来大量获取藻红蛋白,通过红光培养地木耳来大量获取藻蓝蛋白。葛仙米和地木耳通过调整不同藻胆蛋白间的比例来适应不同颜色的光质,是一种补色适应性现象。葛仙米和地木耳在红/蓝/绿三种光质下培养12天后,再全部转换至白光下继续培养12天,发现红光下预培养的葛仙米藻红蛋白的比例有所上升,绿光和蓝光下预培养的葛仙米藻蓝蛋白的比例有所上升。在红光和蓝光下培养的地木耳的藻蓝蛋白均有所上升。这一结果表明,葛仙米和地木耳的补色适应性具有可逆性。
葛仙米的工厂化培养是一项复杂的,系统化的工程。在培养过程中有多种因素相互影响相互制约。通过对葛仙米培养条件,技术路线的探讨,本文首次全面阐述了葛仙米工厂化培养在工厂的选址、设计与建设过程中所需要注意的问题,并在千岛湖建起一座现代化的葛仙米工厂化培养工厂。在实际的工厂化培养阶段,本文以规模较大的千岛湖天仙珠生物科技有限公司和规模较小的无锡惠特尼生物科技有限公司两家公司生产为实例,从不同角度对培养中可能会遇到的问题进行了分析和讨论。论文还对葛仙米工厂化培养中一些关键因素的分析方法提出了探讨。葛仙米工厂化培养的成功为今后开展地木耳的工厂化培养提供了理论依据和实例参考。