微藻能生产许多有价值的产品,在能源,保健,食品等方面具有极大的潜力。因此,对于微藻的研究已越来越受到学者们的重视。螺旋藻属于蓝藻门,由于其蛋白质含量高,生长速率快,生物量易于收获的特点,引起了学者们对其研究的兴趣。氨氮是螺旋藻最佳利用氮源,但是高浓度的氨氮会抑制螺旋藻的生长,甚至导致藻细胞死亡。另外,生产生活中产出的废水,如食品生产废水,生活废水,畜禽废水等都含有大量的氨氮,这严重制约着利用污水来培养微藻的应用潜能。本文以钝顶螺旋藻(蓝藻门:Spirulina platensis)为研究对象,开展了微藻自养和混养培养条件下,不同浓度氨氮对微藻生长和细胞组分的影响;利用叶绿素荧光诱导动力学曲线及参数,研究了不同浓度氨氮对自养和混养微藻光合活性和对光能的捕获、吸收、转化、分配、利用的影响,并且从微藻的代谢物质流、能量流的角度探索氨氮对自养和混养微藻的碳氮代谢和能量利用的影响,将有助于从宏观到微观角度了解氨氮对微藻的影响,为提高微藻产量、目标代谢产物和能量利用提供科学依据。研究结果表明:(1)50mg/L氨氮对自养钝顶螺旋藻的生物量累积有一定的抑制,但增加氨氮浓度到100和200mg/L,该抑制作用明显而强烈。混养培养的该微藻相比于自养培养生长得更好,且能一定程度上耐受100mg/L氨氮,并在50mg/L氨氮培养下获得最大生物量4070mg/L。但不管是自养还是混养,该微藻都难以在高浓度氨氮(200mg/L)的条件下生长。(2)氨氮的添加逐渐降低了钝顶螺旋藻色素的含量,高浓度的氨氮对藻细胞色素的合成抑制更加明显。在混养条件下,微藻的色素含量减少得更快,降低的量更大。钝顶螺旋藻总蛋白的含量随培养基中可利用氮源含量的增加而增加,高浓度的氨氮抑制微藻糖类的合成。氨氮降低了自养培养微藻脂类的含量而增加了混养培养藻细胞脂类的含量。(3)氨氮的添加会快速降低钝顶螺旋藻的光合活性,光合活性降低的程度随着氨氮浓度的增加而越强烈。另外,氨氮促使藻细胞的光保护机制增强,混养培养强化了藻细胞的光保护机制,但在高浓度氨氮下,藻细胞的光保护机制难以持续发挥,最终导致钝顶螺旋藻细胞光系统的破坏。(4)氨氮促进了钝顶螺旋藻细胞光系统反应中心对光能的吸收,但吸收的光能主要还是通过热能或者荧光的形式而被耗散掉,只有极少数吸收的能量被藻细胞真正的利用转化为化学能。混养培养对钝顶螺旋藻细胞光系统电子传递的影响和氨氮一致,但影响程度低于氨氮,主要是对藻细胞PS II电子传递的影响而对PS I的影响不大。(5)50mg/L氨氮对自养和混养钝顶螺旋藻的碳氮代谢过程没有明显的影响,自养该微藻各代谢途径的代谢物质均由卡尔文循环产生的PGA转化而来,而混养钝顶螺旋藻细胞中卡尔文循环及磷酸戊糖途径的代谢物质主要由添加的葡萄糖转化而来,其他则通过卡尔文循环产生的PGA转化。并且,100mg/L氨氮使得卡尔文循环及磷酸戊糖途径中的代谢物质全部由添加的葡萄糖转化而来,同时使GAP向PGA转化,为卡尔文循环补充了由于较高氨氮浓度造成的通过光合磷酸化产生的还原性物质NADPH的不足。(6)50mg/L氨氮只降低了自养钝顶螺旋藻细胞三羧酸循环中SUCC支路的代谢流量而不影响其他途径的代谢流量。混养钝顶螺旋藻细胞三羧酸循环中SUCC支路的代谢流量随氨氮浓度的增加降低的更明显,而且其他途径代谢途径流量随随氨氮浓度的变化而变化。50mg/L氨氮使得混养微藻对氮和无机碳的同化率降低而增加了对有机碳的利用,100mg/L氨氮使微藻对无机碳的同化率降低而增加了对氮和有机碳的利用。(7)自养钝顶螺旋藻细胞主要通过光合磷酸化产生能量,而混养钝顶螺旋藻细胞则主要通过氧化磷酸化产生能量,但卡尔文循环都是主要的能量消耗途径。从能量利用率来看,在50mg/L氨氮的混养培养条件下,合成每克微藻生物量所消耗的能量最少,因此在此条件下微藻的能量利用率最高。