1、固定化浓缩光合细菌对养殖水环境的影响摘 要为探索养殖水环境的生物修复作用,进行了固定化光合细菌对养殖水环境的生物修复试验。结果表明,接种固定化光合细菌后 12d,养殖水体的 COD 值、氨氮分别降低 54.29%、80%,DO值上升 44%,pH 值上升到 8.8。表明,应用固定化光合细菌有利于降低水产养殖水体的污染,从而促进养殖业的健康发展。关键词固定化光合细菌;水产养殖;生物修复Effect of Immobilized Photosynthetic Bacteria onWater Environment in AquacultureAbstract:The effect of immo
2、bilized photosynthetic bacteria on water environment in aquaculture wasstudied to probe the bioremediation of water environment in aquaculture. The results showed that CODand ammonia nitrogen value of aquaculture water inoculated with immobilized photosynthetic bacteriareduced by 54.29% and 80% resp
3、ectively, and it.s DO and pH value went up by 44% and to 8.8, whichindicated that immobilized photosynthetic bacteria can improve water quality in aquaculture effectively forhealthy development of aquaculture.Key words:immobilized photosynthetic bacteria; aquaculture; bioremediation生物修复是国内外近 10a 发展起
4、来的最新环境工程技术,已被成功地应用于土壤、城市河湖、地下水、近海洋面、农业、畜牧业等多个领域,并成为20 世纪环境科技发展最快的高新技术领域之一1-2。与传统掠夺式养殖模式不同,生物修复技术应用于水产养殖,并非通过大量使用高营养的饵料和抗生素提高养殖产量,而主要通过生物-生态措施,修复受损的池塘生态系统,加速生态系统的物质循环和能量循环,增加水体溶氧,改善水质和池塘自净能力,提高水产养殖的产量和品质3。把生物修复技术应用到水产养殖环境修复中,对恢复和优化水产养殖环境,推动水产养殖业的可持续发展具有重大意义4-5。光合细菌(Photosynthetic Bacteria,PSB)是一类在厌氧条
5、件下进行光合作用的细菌总称。在水产养殖业中,光合细菌可改善水质,稳定养殖环境,增进鱼虾的免疫力,预防疾病。同时,光合细菌的菌体蛋白质含量高达 65%以上,各种维生素、辅酶等生物活性物质含量丰富,可以作为鱼虾的饵料及饵料添加剂。光合细菌作为重要的微生物资源,对其进行研究开发应用具有重要的意义。为此,笔者于2010 年进行了光合细菌固定化对养殖水体中化学需氧量(COD)值、溶解氧(DO)、氨氮及 pH 值的影响试验,以考查对养殖水环境的生物修复作用。1 材料与方法1.1 试验材料1.1.1 光合细菌菌种由红假单胞菌属的球形红假单胞菌和荚膜红假单胞菌组成,分离自洛河水域,洛阳师范学院微生物实验室保存
6、。1.1.2 试验水体水源取自洛阳师范学院水产研究所锦鲤育苗池塘,过滤,以减少杂质的影响。1.1.3 培养基光合细菌基础培养基(g/1000mL蒸馏水):CH3COONa 3.0g,NaCl 1.0g,(NH4)2SO40.3g,MgSO40.2g,KH2PO40.5g,K2HPO40.3g,CaCl250mg,酵母膏 0.1g,MnSO42.5mg,FeSO45mg,蛋白胨 10mg,谷氨酸 0.2mg,pH 值 7.4,121e 蒸汽灭菌 20min。1.2 试验方法1.2.1 光合细菌的培养用 250mL 磨口瓶,培养基装液量 200mL,温度 28e,接种量 5%,800lx 光照下静
7、置培养 8d 左右(菌液 OD660 可达 2.0 以上,其中光合细菌含量达 3109cfu/mL)。将培养菌液作为种液,在 10L 的透明塑料桶内(温度 28e,60W 白炽灯距离 20cm)光照培养 710d,培养液便由无色变为深红色且浑浊,若是夏季将菌液直接贵州农业科学 2011,39(6):152154Guizhou Agricultural Sciences 放置于室外培养即可。1.2.2 光合细菌固定化称取一定量的海藻酸钠加水加热,配成 5%的海藻酸钠溶液,灭菌后冷却到室温。光合细菌的浓缩采用 6000r/min 离心法,即经无菌蒸馏水洗涤、离心 10min,弃去上清液,洗涤2 次
8、,与海藻酸钠溶液以 1B2 的体积比混合,在磁力搅拌器上搅拌使菌体均匀,然后在 CaCl2 溶液中交联 2h 后用蒸馏水冲洗,最终得到直径约为 3mm的固定化小球。使用前将固定化浓缩光合细菌在培养基中活化 24h,使海藻酸钠内光合细菌的活性得到恢复和强化。1.2.3 生物修复试验用桶装试验水体 10L。对照组不投放光合细菌,试验组添加固定化浓缩光合细菌,浓度 50mg/L,设 3 次重复。温度控制在 28e左右,从加入菌开始每隔 3d 从桶中取水样,每次采样时间固定在上午 8:00,将无菌的带玻璃塞瓶瓶口向下浸入距水面 10cm 的深层水中,然后翻转过来,除去玻璃塞,水即流入瓶中,取完水样后将
9、瓶塞塞好(采样瓶内水面与瓶塞底部间留些空隙,以便在测定时可充分摇匀水样),再从水中取出,检测水体中光合细菌的数量和化学需氧量(COD)、溶解氧(DO)、氨氮及 pH 值,试验 12d 后结束(共测定 4 次)。光合细菌的计数采用平板菌落计数法6,先破坏小球,使菌释放出来。试验参数测定根据标准水和废水监测分析方法,COD 值测定采用碱性高锰酸钾法,DO测定采用碘量法,氨氮测定采用苯酚-次氯酸盐法,pH 值测定采用 pH 计7。2 结果与分析2.1 光合细菌数量经测定,接种当天光合细菌数量为(2.65?1.54)107cfu/mL,第 3 天为(2.74?0.73)107cfu/mL,第 6 天为
10、(2.72?0.72)107cfu/mL,第 9天为(2.68?0.95)107cfu/mL,第 12 天为(2.66?0.60)107cfu/mL。表明,水体中光合细菌的数量没有明显变化,为有效使用浓度。2.2 光合细菌对水体中 COD、氨氮、pH 和 DO 的影响2.2.1 化学需氧量(COD)从图示看出,与对照组相比,光合细菌固定化可以降低水体中的 COD含量,前 3d 降低明显。试验结束时,COD 下降至16mg/L,去除率为 54.29%。COD 的降低原因之一主要是依靠光合细菌对其中碳源的利用。光合细菌在降低水体有机物含量方面有着显著的作用,这样可以避免由于水体中的 C/N 过高,
11、异氧微生物繁殖过快抑制硝化菌生长,影响微生物的脱氮作用8。2.2.2 氨氮从图示看出,试验组的氨氮含量一直呈下降趋势,试验结束时氨氮的去除率为 80%。因为光合细菌可以直接利用水体中的硝酸盐作为自身的氮源进行生长繁殖,所以能有效去除氨氮。图示固定化光合细菌对养殖水体中 COD、氨氮、pH 和 DO 的影响Fig. Effect of immobilized photosynthetic bacteriaon COD, ammonia nitrogen, pH and DO valueof aquaculture water2.2.3 pH 由图示可知,光合细菌可使水体的pH 值上升,到试验结束
12、时 pH 值上升到 8.8。因为光合细菌的光合作用消耗掉 CO2 分子,改变水体中CO2、HCO-3、CO2-3 之间的平衡,进而对水体的 pH产生影响。在连续光照作用下,光合细菌的光合作用消耗 CO2 的速率远大于其呼吸作用产生 CO2 的速率,导致 CO2-3/HCO-3 值增大,因此 pH 值上升。较高的 pH 值有利于降低系统中磷的可溶性和生物有效性。2.2.4 溶解氧(DO)从图示看出,对照组 DO 值先下降后上升,试验组 DO 值较对照组有明显提高。由于光合细菌在白天进行光合作用,释放部分氧气,所以体系中的 DO 值上升,在第 6 天达到最高值4.2mg/L。试验结束时趋于稳定,为
13、 3.6mg/L,上升率为 44%。3 小结与讨论1)试验结果表明,第 12 天时,养殖水体 COD值、氨氮分别降低 54.29%、80%,同时 DO 值上升44%。表明,固定化光合细菌应用于水产养殖有利于降低环境污染,建立高效率的循环式高密度养殖系统,降低生产成本,从而促进养殖业的发展。2)光合细菌直接以游离细胞的形式应用,在流水条件下易被水流冲走,在静水条件下易被其他生物所食用,并且缺乏吸附和生长繁殖的载体时其难以稳定地长期发挥功能。在水产养殖中,养殖池表层水质一般较好;底层则积累了鱼虾排泄物和食物残料,造成微生物大量繁殖,消耗水中大量的氧气,形成无氧环境,并产生有毒害作用的硫化氢、酸性物
14、质等。养殖池底层的这种环境正好适于固定化光合细菌生存的条件:一是具有厌氧环境,二是光线通过上面覆盖的有氧水层这个光线过滤器,使光合细菌可以吸收到适宜生长的波长光。对光合细菌进行固定化后,可明显提高其沉降性能。由于细胞被固定在载体上,可以使反应器内菌体浓度和纯度大大提#153# 第 6 期易 力等 固定化浓缩光合细菌对养殖水环境的影响高,稳定性也在一定程度上得到提高,可以使之不溶于水但仍具有较高生物活性。固定化细胞能够克服游离细胞的不足,具有良好的发展前景9。采用海藻酸钠对菌体进行处理,可以兼顾吸附固定和包埋固定 2 种方式,具有制作简单、同时还具有抗环境因子影响能力强,并可长期保持包埋菌占优势
15、而限制其他有害菌生长,稳定性强、生产成本低等优点,不必再经常培养和投放光合细菌,从而降低养殖成本并提高养殖过程的稳定性,适合在水产养殖业中进行推广使用。3)在含有丰富溶解氧的环境中,通过固着在生物床上的光合细菌的一系列作用,水体中的有机物、氨氮、亚硝酸盐等有害物质被及时降解或转化成为硝酸盐。刘毅等10研究表明,经过 1 周,固定化细菌组平均氨氮去除率可达 89.7%,COD 去除率达75.3%;常会庆等11研究表明,19d 的处理时间中固定化光合细菌对 TN、NH4-N、硝酸盐、TP 和COD 的去除率分别达到 65. 94%、79. 84%、78.80%、62.95%和 78.06%。与本试
16、验进行到第12 天时的结果一致。参考文献 1 牛佰慧,刘海洲,刘均洪.微生物细胞表面展示技术在污染环境生物修复中的应用及展望J.生物技术世界,2008(5):29-32. 2 岳明,李法松.生物修复技术在养殖水环境中的研究进展J.河北农业科学,2008,18(7):98-99. 3 胡青云.水环境污染的生物修复技术研究进展J.西南给排水,2010,32(4):13-17. 4 侯勤成.生物修复技术在水产养殖中的应用J.安徽农学通报,2009,15(2):29-30. 5 郝民杰,周文宗,张平.养殖水体生物修复研究进展J.河南农业科学,2009(1):18-24. 6 沈萍.微生物学M.北京:高
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18、,藻类毒素变化,水质的总氮、总磷和叶绿素a 含量变化,不同种类蝌蚪偏食性对不同藻类生长的影响等。3.3.3 提高蝌蚪治理蓝藻效果的措施进行两栖动物群落演替与水体净化功能模型研究,内容包括清除藻类效果较好的蝌蚪种类和放养密度,不同时间段放养蝌蚪的种类组合及适宜密度与清除藻类效果的关系。参考文献 1 Shapiro J.Blue green algae:why they become dom-inant J.Science,1972,179:382-384. 2 王嘉学,刘丛强,王锐良.滇池及其入湖河道富营养化治理中的人工辅助增氧J.地球与环境,2008,36(2):183-191. 3 彭永岸,
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