全 文 ：第 ! 卷#第 $ 期 环 境 工 程 学 报 %&(! !)&($
* ! + 年 $ 月
,-./0102&34/5&67/8.4&/90/:57/;./004./;
23(* ! +
沼液中土著菌对斜生栅藻
去除污染物效果的影响
郭雪白!!!#杜志敏*
!(郑州工商学院!郑州 >#*(河南省科学院生物研究所有限责任公司!郑州 ><=$
摘#要#研究斜生栅藻对沼液的净化效果!并分析沼液中土著菌对污染物去除效果的影响% 在不同的初始藻细胞接
种量条件下!根据藻细胞干重&细菌总数及 ,Pc&EH和 E)浓度的变化趋势!比较斜生栅藻对原沼液和灭菌沼液的净化效
果% 在藻类培养初期!沼液中土著菌与斜生栅藻之间存在明显的共生关系!当初始藻细胞接种量为 (! ;^O!时!原沼液
中藻细胞干重达到最大值即 *(!! ;^O! % 在藻类对数生长阶段!沼液中土著菌与斜生栅藻在藻细胞生长量和污染物去除
方面表现出明显的协同作用% 研究结果表明!斜生栅藻与土著菌组成的共生系统对沼液具有较好的净化作用!且所得的藻
类生物量可以作为产能原料%
关键词#沼液#斜生栅藻#土著菌#藻类生物量#营养物去除
中图分类号 Q$M#文献标识码 R#文章编号 !+$MGF!=*!+$$GMF>MG+##!# !(!*MDS(TS00(*!<*<+
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收稿日期!*!< O* O+# 修订日期!*!< O+ O*>
作者简介!郭雪白!F=+*$!女!硕士!讲师!研究方向+环境污染与生态保护% 7G95.+*$>$F=M*dnn(T&9
!
通讯联系人
##藻类作为一种能源替代物受到研究者的广泛关
注!藻细胞不仅具有生长速率快&油脂含量高&固定
二氧化碳及处理污水等优点!而且具有较多的商业
应用价值!如生物能源&肥料&营养物&鱼和动物饲
料&化妆品及污水处理等 ,!G*- % 然而!较高的藻类培
养及收获成本限制了藻类的商业应用 ,M- !而使用营
养物含量较高的废水作为藻类的培养基!是解决这
一问题比较明智的选择 ,>- %
沼液是农业及畜牧业产生的废弃物经过厌氧发
酵后的产物!它富含大量的氨氮&有机氮&磷及各种
微量元素!如 ,5&N;&o&e0&,3 和 N/,<- % 目前!沼
液的处理难度较大!给现有的污水处理系统带来很
大的负担% 因此!利用沼液作为藻类培养的原料可
以达到双赢的效果!不仅提高了沼液的处理效率!而
且获得了大量的藻类生物量 ,+G$- %
然而!经厌氧发酵产生的沼液中含有大量的土
网络出版时间：2016-07-16 09:08:41
网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.5591.X.20160716.0908.004.html
环 境 工 程 学 报 第 ! 卷
著菌!它们会对藻细胞的生长量&油脂含量及沼液中
营养物的去除产生影响% 目前!关于细菌对藻类生
长的抑制或促进作用都有相关报道!一方面!细菌可
以通过释放某种酶导致藻细胞壁破裂而使其死
亡 ,=- #细菌的胞外分泌物可以使藻细胞裂解 ,F- #当
营养物如磷含量受限时!藻类与细菌之间产生竞争
从而抑制藻类的生长 ,!- % 另一方面!藻类与细菌之
间也会产生互利共生关系!细菌可以降解复杂有机
物!生成容易被藻类吸收的小分子物质!如氨氮&氮&
磷和二氧化碳 ,!!- #藻细胞也可以为细菌生长提供营
养物质!如维他命 C
!*
,!*-
#一些研究表明!细菌可以
促进小球藻的自养生长 ,!M- % 因此!藻类和细菌之间
存在一种复杂的关系!可能是互利&竞争及拮抗%
本研究以斜生栅藻为实验藻株!以原沼液和灭
菌沼液作为藻种的培养基!重点考察沼液中土著菌
对斜生栅藻生长量及污染物去除效果的影响!并且
分析了不同的藻细胞接种量对藻类生长&细菌数量
及沼液净化效果的影响%
;<材料与方法
;=;<实验材料
藻种+本实验所选的藻种为斜生栅藻 G676$621
<=2?H>0N==2$!购自于中国科学院武汉水生生物研
究所!采用 CB!! 培养基培养%
沼液+本实验采用的沼液取自于郑州市某养猪
场沼气池!取出后立即用纱布过滤去除大颗粒固体
悬浮物!然后将过滤后的沼液平均分成 * 份!一份直
接用做培养基!另一份经高压蒸汽灭菌后用作培养
基% 具体指标见表 !%
表 ;<原沼液和灭菌沼液的各项指标
@074-;0%5.140Q-::+-8505- 9;^
O!
指标 原沼液 灭菌沼液
,Pc * +*<(= j*=(F * $!<(= j*(=
E) !> j(= !<< j*(>
EH !$< jM(+ !> j*(!
)@
h
>
G)
F< jM(< F= j*(+
;=><实验方法
本实验采用 *< 9^ 的锥形瓶作为藻类培养装
置!并均分成两个系列!其中一系列加入 ! 9^ 原
沼液!另一系列加入 ! 9^ 灭菌沼液!然后将新鲜
的藻细胞按照不同比例接种于指定培养装置中进行
静态培养!使初始藻细胞干重分别为 k*&k<&
k! 和 k* ;^O!% 在装置一侧安装 * 盏 * U的
荧光灯管提供光照!光照强度为 M < Z!光暗比
!>r!!室温% 每个实验组均设置 M 个平行样!且每
隔 *> - 取样!测定藻细胞干重&污染物含量&Y@值
及细菌总数%
;=?<测定方法
藻细胞干重+取 M 9^ 藻液置入已称重的称量瓶
中!将称量瓶放入烘箱中 * - 后!取出放入干燥器
中!待冷却至室温后称量!根据前后差值计算斜生栅
藻的相对生长量%
污染物含量+取 < 9^ 藻液置于离心管中!在
< 49./
O!下离心 !< 9./!将上清液移出并按一
定比例稀释!用于测定各污染物浓度% 其中!,Pc
的测定采用快速消解分光光度计法#参考 @2DEMFFG
*$#EH的测定采用钼酸铵分光光度法!参照 BC
!!=FMG!F=F#)@
h
>
G)的测定采用纳氏试剂分光光度
法!参考 @2消解紫外分光光度法!参考 @2+M+G*!*#细菌总数+
取 ! 9^ 样品悬浮液并以一定比例稀释后接种于培
养皿中!置于 M$ i恒温培养箱中培养 !* - 后测定
细菌总数%
><结果与分析
>=;<沼液中土著菌对斜生栅藻生长的影响
由图 ! 可以看出!不同接种量的斜生栅藻在原
沼液和灭菌沼液中表现出的生长规律不尽相同% 在
灭菌沼液中!斜生栅藻经过 ! ] 的适应期进入对数
生长期!但仅持续 * ] 后开始进入稳定期!一直到实
验结束!且经过 $ ] 的培养!藻细胞干重从初始的
k*&k<&k! 和 k* ;^O!分别增加到 k+=&
k$!&k$! 和 k$+ ;^O!% 在原沼液中!当藻细胞
接种量大于 k* ;^O!时!斜生栅藻仅经过 k*< ]
的适应期即进入对数生长期!且在第 * 天达到最大
生物量!之后藻细胞生长缓慢降低达到一个稳定阶
段% 经过 * ] 的培养!藻细胞干重从初始的 k<&
k! 和 k* ;^O!分别增加到 !k!+&*k!! 和 !kM<
;^
O!
%当藻细胞接种量为 k* ;^O!时!斜生栅
藻的生长曲线略有不同!在第 < 天达到最大生物量
即 !k*M ;^O!% 而在第 $ 天!藻类生物量分别为
k+<&k><&k尽管在实验结束时!灭菌沼液中的藻细胞干重
要高于原沼液中的藻细胞干重!然而!在原沼液中的
>>FM
第 $ 期 郭雪白等+沼液中土著菌对斜生栅藻去除污染物效果的影响
最大藻细胞干重远远高于在灭菌沼液中的生物量!
说明土著菌在藻类的对数生长期对其的生长起到积
极作用!但由于培养基中营养成分的限制使得稳定
阶段藻细胞干重呈现降低趋势%
图 !#不同接种量条件下原沼液5$和
灭菌沼液a$中藻细胞干重的变化
e.;(!#,-5/;0&65;5;4&W:- ;4&W/ ./ 45W].;01:5:05$ 5/]
53:&T580] ].;01:5:0a$ W.:- ].6040/:./.:.55;5./&T3391
>=><细菌总数的变化
原沼液中细菌总数随着培养时间的变化如图 *
所示% 由图可知!不同藻细胞接种量及空白实验
未接种藻细胞$的细菌总数变化趋势相近% 初始
细菌总数约为 M(F f!< 个9^ O!!在培养初期!细
菌总数迅速增加!在第 * 天达到最大值!随后培养液
中的细菌总数开始迅速降低!< ] 后保持在一个较
低水平!约为 !( f!> 个 9^ O!% 当初始藻细胞
干重分别为 &(*&(<&(! 和 (* ;^O!时!细
菌总数最大值分别为 $(! f!<&!(* f!+&F(+ f
!
<
&=( f!
< 和 $(< f!< 个9^ O!% 以上结果表
明+!$接种藻类的培养液中细菌总数高于未接种藻
类的培养液!说明藻细胞可以促进菌种生长#*$当
接种量越高时!细菌总数的最大值越低!表明藻细胞
与菌种之间存在竞争关系!可能藻类能够产生某种
物质用于限制菌种生长% 当接种量为 (* ;^O!
时!细菌总数的最大值约是空白实验的 !(+ 倍!说明
较低的藻细胞生物量最适于菌种的生长!但会破坏
藻细胞的生长%
图 *#不同接种条件下原沼液中细菌总数的变化
e.;(*#,-5/;0&6:&:5/39a04&6a5T:04.5./ 45W].;01:5:0
W.:- ].6040/:./.:.55;5./&T3391
以上结果表明!沼液中存在的土著菌对藻类的
生长方式和生物量的积累具有显著影响!在原沼液
中!除了接种量为 (* ;^O!的培养液外!土著菌
的生长都伴随着藻细胞生物量的变化!它们均在第
* 天达到最大值!这表明藻类在前 * 天可以促进土
著菌的生长!呈现出互利关系% 有文献称藻类与细
菌属于不同微生物群落!所以高藻细胞浓度可能抑
制菌种生长 ,!>- % 但本实验结果表明!藻类与沼液中
的土著菌之间存在协同关系!可能存在以下原因+首
先!当藻细胞处于快速生长阶段时!细菌可以为其提
供充足的二氧化碳!在适宜的环境中!细菌可以在饱
和状态下传递大量的二氧化碳% 大量的研究表明!
微藻可以在富营养化的废水中以混合营养的方式较
好的生长!并得到较高的生物量和较高的脂肪含
量 ,!<- % 而细菌在呼吸作用下产生的二氧化碳可以
促进藻细胞的生长!使藻细胞在培养过程中没有表
现出明显的停滞期#其次!细菌可以参与污染物的降
解过程!且能使复杂的有机物转化为小分子的有机
酸及铵盐!使藻细胞能够更好地利用 ,!!- #另外!细菌
呼吸作用产生的大量二氧化碳会在藻细胞和菌细胞
表面富集!当这些细胞紧密连接时!会形成有利于藻
类生长的富二氧化碳环境% 藻类可以利用细菌未代
谢完全的产物!同时!藻细胞又可以为细菌提供维生
素及较好的生长环境%
当接种量为 (* ;^O!时!藻细胞生长量增加
缓慢!在第 < 天达到最大生物量!在这种情况下!由
于藻细胞数量的限制!使细菌能够更好地吸收营养物
而抑制藻类的生长% 因此!藻细胞的最初的生长较为
<>FM
环 境 工 程 学 报 第 ! 卷
迟缓!且在第 < 天仅达到 !(** ;^O!% 然而当接种
量为 (! ;^O!时!藻细胞与细菌呈现出明显的共生
效应% 而生长在灭菌沼液中的藻细胞并没有表现出
类似的结果% 当接种量为 (* ;^O!时!藻细胞与细
菌之间的就没有明显的互利共生关系% 因此!为了获
得较高的藻细胞生物量!应选择最优的藻细胞接种
量!即 (! ;^O!!最优的沼液停留时间应为 * ]%
>=?<沼液中土著菌对斜生栅藻去除污染物效果的
影响
从图 M 可以看出!原沼液和灭菌沼液中 ,Pc浓
度随时间的变化!在不同藻细胞接种量的条件下!*
种培养液中 ,Pc浓度的变化趋势基本相同% 在原
沼液中!接种量分别为 k*&k<&k! 和 k* ;
^
O!
!初始 ,Pc浓度均为 * +*< 9;^O!!且在第 *
天!各培养液的,Pc浓度迅速降低到 <<&F< 和
>F 9;^
O!
!在实验结束时!,Pc的最终去除效率分
别为 =>k*L&=>k*L&=>k*L和 =>k*L% 在灭菌沼液
中!同样在第 * 天!各培养液的 ,Pc浓度从初始的
* $!+ 9;^
O!迅速降低到 =&+!&+* 和 < 9;
^
O!
!在实验结束时!,Pc的最终去除效率分别为
=>k+L&=>k=L&=>kFL和 =图 M#不同接种量条件下原沼液5$和
灭菌沼液a$中 ,Pc浓度的变化
e.;(M#,-5/;0&6,PcT&/T0/:45:.&/ ./ 45W].;01:5:05$ 5/]
53:&T580] ].;01:5:0a$ W.:- ].6040/:5;5./&T3391
一般情况下!在原沼液和灭菌沼液中!较高的藻
细胞接种量可以达到较高的 ,Pc去除效率!而且在
原沼液中!藻类和细菌的互利共生作用可以提高
,Pc的去除如图 M 中第 ! 天所示$!* ] 后!,Pc浓
度已经降低很多!培养液中剩余部分难降解的有机
碳!不能为藻类的生长提供充足的营养物% 先前的
研究表明!细菌能够使复杂的有机物分解成简单的
小分子有机物!这些小分子可以作为营养物质被藻
类吸收利用!这就可以进一步解释在培养的初级阶
段!细菌和藻类的互利共生关系可以使 ,Pc的去除
效率增加% 在灭菌沼液中!较高的接种量获得较高
的 ,Pc去除效率!表明藻类的吸收和降解对营养物
的去除贡献最大%
原沼液和灭菌沼液的最终 ,Pc去除效率差别
较小!说明细菌对 ,Pc的去除贡献不大!这与先前
的研究结果相符合 ,!+- % 然而!在实验开始的前 * 天
内!原沼液中 ,Pc的去除效率高于灭菌沼液的去除
效率!这说明细菌参与了有机物的代谢过程!并将有
机物作为其生长的碳源%
实验中 EH的变化趋势如图 > 所示!在原沼液
中!与 ,Pc的降解类似!EH的降解也主要在实验的
图 >#不同接种量条件下原沼液5$和
灭菌沼液a$中 EH浓度的变化
e.;(>#,-5/;0&6EHT&/T0/:45:.&/ ./ 45W].;01:5:05$ 5/]
53:&T580] ].;01:5:0a$ W.:- ].6040/:5;5./&T3391
+>FM
第 $ 期 郭雪白等+沼液中土著菌对斜生栅藻去除污染物效果的影响
前 * 天!从初始的 !$< 9;^O!迅速降低到 << 及 >$ 9;^O!!随后 EH浓度有较小的升高!然后
稳定在一定水平直到实验结束!EH的最终去除效率
分别为 +*(*L&++(FL&+<((*L% 在灭菌
沼液中!EH的降低趋势缓慢!在 $ ] 的实验中!EH的
浓度从初始的 !> 9;^O!分别降低到 >M&>!&><
和 >* 9;^O!!最终的 EH去除效率分别为 +>(*L&
+$(*L&+>(ML和 +<(L% 虽然原沼液与灭菌沼液
中EH的最终去除效率相近!然而!在实验的第 * 天!
原沼液的 EH去除率达到最大值!且细菌总数也达
到最大值如图 * 所示$!说明藻细胞与细菌的互利
共生关系促进了 EH的降解% 而根据先前的研究表
明!藻细胞对磷的吸收与磷的沉淀都可以带来 EH
浓度的降低!当 Y@值在 F K!! 的范围内时!容易发
生磷沉淀 ,!$- !通过对实验中 Y@值的测定 如图 <
所示$!在实验结束时!培养液的 Y@值并没有超过
=(要的磷是作为营养物被藻细胞吸收!这与之前藻细
胞生物量的变化一致%
图 <#不同接种量条件下原沼液5$和
灭菌沼液a$中 Y@的变化
e.;(<#,-5/;0&6Y@8530./ 45W].;01:5:05$ 5/]
53:&T580] ].;01:5:0a$ W.:- ].6040/:5;5./&T3391
E)的变化趋势如图 + 所示!在原沼液中!同样
在实验的前 * 天!E)浓度从初始的 !> 9;^O!迅
速降低到 +F&++&+* 和 几天中!E)的浓度有渐进的增加趋势!最终的 E)
浓度分别为 !!*&!!&!= 和 !!* 9;^O!% 在灭菌
沼液中!与其他营养物去除相似!E)浓度的降低趋
势缓慢!曲线平滑!在 $ ] 的实验中!E)的浓度从初
始的 !<< 9;^O!分别降低到 =*&F&=M 和 == 9;
^
O!
% 在培养的初期阶段!原沼液中 E)的去除高于
灭菌沼液!这说明细菌参与了 E)的降解!促进 E)
的去除!而 * ] 后!原沼液中细菌的数目降低!同时!
E)浓度开始增加!因此!死亡的细菌如图 * 所示$
会导致 E)含量的增加!这也进一步说明藻类与细
菌之间存在共生关系%
图 +#不同接种量条件下原沼液5$和
灭菌沼液a$中 E)浓度的变化
e.;(+#,-5/;0&6E)T&/T0/:45:.&/ ./ 45W].;01:5:05$ 5/]
53:&T580] ].;01:5:0a$ W.:- ].6040/:5;5./&T3391
?<结<论
研究了藻类与沼液中土著菌之间的共生关系!
在最佳的初始藻细胞接种量条件下!藻类可以促进
细菌的繁殖% 同时!在藻类对数生长阶段!细菌可以
提高藻细胞生长速率和污染物去除效率% 在连续或
半连续的藻类培养系统中!为了获得最大的藻类生
长量!沼液的最佳水力停留时间应为 * ]% 这为藻类
在高浓度有机废水的处理及藻类生物量的能源应用
$>FM
环 境 工 程 学 报 第 ! 卷
奠定基础%
参 考 文 献
,!- e?R),gA,Pq(,(!)7%7A c(C(!2R,PCG^PH7A 7(!0:
5(N.T4&5;5051600]1:&Tb 6&4a.&].010Y4&]3T:.&/+,54a&/
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,$- 李博!颜诚!王东!等(小球藻 D9>?:6>8 R=>;8:02$净化沼
液和提纯沼气(环境工程学报!>G;?!$ +$+*MF+G*>
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