搅拌速率对发状念珠藻细胞生长的影响

6．6．3　搅拌速率对发状念珠藻细胞生长的影响

分别采用5种不同的搅拌转速： 60r· min^－1、100r· min^－1、150r· min^－1、200r· min^－1和300r· min^－1，搅拌桨叶尖速率根据下式计算相应为0．3m· s^－1、0．5m· s^－1、0．8m· s^－1、1．0m· s^－1和1．5m· s^－1。

γ＝π N D

式中： γ ———搅拌桨叶尖速率；

N ———搅拌速率；

D ———搅拌桨直径（m）。

通气量固定在0．8vvm。当叶尖速率从0．3m· s^－1增加到0．8m· s^－1时，最大细胞浓度（以A₇₅₀值表示）相应地从0．461上升到0．701。然而，当叶尖速率进一步增加时，最终细胞浓度出现下降（图6－30）。收获时测定细胞干重，叶尖速率为0．3m· s^－1时获得最高细胞干重，而叶尖速率为1．5m· s^－1时细胞干重最低，仅为0．61g· L^－1（表6－8）。

图6－30　不同叶尖速率下发状念珠藻细胞生长曲线

表6－8　不同叶尖速率下发状念珠藻细胞生长速率及培养16天细胞干重

由以上结果可以看出，不同转速下发状念珠藻细胞最终浓度与干重并不成正比，叶尖速率为0．8m· s^－1时细胞浓度显著高于0．3m· s^－1 和0．5m· s^－1速率下，但三个速率下细胞干重却基本相同，这表明不同叶尖速率下发状念珠藻细胞的形态结构可能有所不同。

不同叶尖速率下收获时发状念珠藻细胞形态如图6－31所示，叶尖速率为0．3m· s^－1时，藻丝形态的发状念珠藻细胞数量极少，细胞主要为细胞团状，细胞外有致密的黏液层包被，形成球形或不规则形状的细胞团（图6－31 A）；叶尖速率为0．5m· s^－1时，发状念珠藻细胞多为链状，细胞外有黏液层包被，形成具荚膜的藻丝（图6－31 B、C）；叶尖速率为0．8m· s^－1和1．0m· s^－1时，发状念珠藻细胞形态基本相同，为无包被的链状细胞，细胞链较长，通常超过20个细胞，并有一定程度的弯曲（图6－31 D）； 1．5m· s^－1速率下发状念珠藻细胞也呈无包被的细胞链，但细胞链较短，长度一般不超过10个细胞（图6－31 E）。

A： 0．3m· s^－1； B、C： 0．5m· s^－1； D： 0．8m· s^－1，1．0m· s^－1； E： 1．5m· s^－1

图6－31　不同搅拌桨叶尖速率下培养16天发状念珠藻细胞形态

由于在0．3m· s^－1和0．5m· s^－1速率下发状念珠藻细胞外有黏液层包被，因此所测定的细胞干重实际是细胞和其外被胶质物质的重量之和，使得细胞浓度较低时其干重并未降低。0．3m· s^－1和0．5m· s^－1速率下得到的细胞浓度较低，这可能是当细胞表面有黏液粘附时，造成对营养物质吸收和气体交换的障碍，同时光强在穿过黏液层后会发生一定程度的衰减，以及荚膜和黏液层结构所产生的机械阻碍，这些因素造成了发状念珠藻细胞生长受到抑制。1．5m· s^－1速率下培养初期细胞生长速率与0．8m· s^－1和1．0m· s^－1速率下基本相同，但培养4天后细胞生长速率有所下降，该速率下最终细胞浓度甚至低于0．5m · s^－1，表明持续高转速所产生的剪切力对细胞生长不利。

在Nostoc和其他蓝细菌中，产生胞外包被（investment）是一个很稳定的形态特征。然而发状念珠藻细胞在液体培养条件下，其细胞形态会由于搅拌速率的不同而发生改变，较高搅拌速率下无包被藻丝的出现，说明发状念珠藻胞外分泌物需要在一个低剪切的环境下才能稳定的粘附于细胞外，形成包被。对于陆生蓝细菌，胞外胶质鞘的存在有助于创造一个较好的生活环境，如吸收和保持水分，并可鳌和阳离子有助于细胞代谢。然而在液体培养条件下，荚膜或黏液层的存在则在一定程度上阻碍了细胞的生长。