全 文 ：福建农林大学学报(自然科学版) 第 35卷 第 6期
Jou rna l of Fujian Agriculture and Fo restry Unive rsity (Na tu ra l Science Ed ition) 2006年 11月
收稿日期:2005 - 12 - 08　　修回日期:2006 - 09 -15
基金项目:福建省教育厅资助项目(K04042).
作者简介:胡开辉(1962 -),男 ,副教授.研究方向:微生物生态和食用真菌.
小球藻对水体氮磷的去除效率
胡开辉 , 朱　行 , 汪世华 , 刘　颖 , 林　旋
(福建农林大学生命科学学院 ,福建 福州 350002)
摘要:在小球藻液中分别添加不同含量的氮磷溶液 ,研究小球藻净化氮磷的能力.结果表明 , 氮磷组合含量不同对小球藻吸
收氮磷有一定影响 , 小球藻对氮磷的吸收随着培养时间的延长而逐渐升高 .氮的去除率在 70%左右 ,磷的去除率在 60%以
上;对 NO -3 的最大去除量为 1. 10 g L -1 , 最大去除率为 87. 6%;对 PO3 -4 的最大去除量为 0. 28 g L- 1 , 最大去除率为
100%.
关键词:小球藻;氮;磷;去除效率
中图分类号:Q938. 8 文献标识码:A 文章编号:1671-5470(2006)06-0648-04
The removal effect ofChlorella vulgaris grow th on nitrogen and phosphorus
HU K ai-hui, ZHU Hang, WANG Shi-hua, LIU Ying, LIN Xuan
(Co llege of L ife Science, Fujian Ag ricu lture and Forestry University, Fuzhou, Fu jian 350002, China)
Abstrac t:Differen t concentra tions o f N and P we re designed to study the adsorp tion ability o f N, P by Chlorella vulgaris. The re-
su lts show ed tha t different com bina tions o fN, P concen tra tion could take certa in e ffec t on adsorp tion ofN , P by C. vulgaris. The ad-
sorp tion o fC. vulgaris to N, P increased g radua lly w ith the pro longing o f culture tim e. The rem oval rate o f n itrogen w as about 70%,
wh ile tha t of phosphorus w asm ore than 60%. The max im um removed content o fNO -3 w as 1. 10 g L -1 , w ith a ra te of 87. 6%. The
m axim um rem oved content of PO3 -4 w as 0. 28 g L - 1 , w ith a rate o f 100%.
K ey words:Chlorella vulgaris;N;P;rem oval e ffect
小球藻是一种理想的蛋白质资源 ,富含蛋白质 、氨基酸 、不饱和脂肪酸 、维生素 、矿物质和色素等 ,是一
种重要的微藻资源 ,具有增强免疫 、降血脂和抗病原微生物等保健和药理作用 ,此外 ,该藻还可用于重金属
的生物吸附 、污水处理和环境评价等方面[ 1 - 5] . 近年来工业化步伐的加快 ,造成水体中氮磷含量过高 ,湖
泊 、河流富营养化.小球藻是氧化塘中的主要藻类之一 ,小球藻在生长过程中能为好氧菌提供氧气 ,使之能
将复杂的有机物质分解为简单的无机物 ,达到对富含养分的废水进行资源化处理目的. 因此 ,藻类的产量
和充氧系数直接影响污水的净化效果.近 20年来 ,人们致力于人工培养小球藻的生长条件和氮磷利用的
研究 ,采用藻类细胞固定化技术处理污水的研究更是受到广泛关注 [ 6 - 8] .但对自然水体条件下氮磷的营养
含量对小球藻生长的影响及对氮磷的利用状况研究尚不多见.本试验研究了小球藻对氮磷的利用状况 ,旨
在为利用小球藻进行高氮磷含量的污水处理提供参考.
1　材料与方法
1. 1　材料
试验用的小球藻为普通小球藻(Ch lorella vulgaris),由福建农林大学生命科学学院微生物实验室提供.
1. 2　培养基及不同含量梯度氮磷营养液的配制
小球藻的培养液采用克氏培养基 ,含 1. 0 g L - 1 Ca(NO3)2、0. 2 g L- 1 K 2HPO 4、0. 2 g L -1 MgSO 4
7H2O、0. 12 g L - 1KC l、10mg L -1 FeC l3、1 g L -1酵母提取物 、2 g L -1葡萄糖.硝酸盐 NO -3 含量设置为
0. 5、1. 0、1. 5、2. 0 g L -1 ,分别设为 N 1、N 2、N3 、N4处理;磷酸盐 PO 3 -4 含量设置为 0. 1、0. 2、0. 3、0. 4 g L -1 ,
分别设为 P1 、P2 、P3 、P4处理. 4种不同含量的 NO -3 和 PO3 -4 组成 16种不同含量梯度的营养液组合(表 1).
DOI牶牨牥牣牨牫牫牪牫牤j牣cnki牣j牣fafu牗nat牣sci牣牘牣牪牥牥牰牣牥牰牣牥牪牥
　表 1　培养基中的不同氮磷组合
　Tab le 1　The com binations of N and P concen trations in the medi-
um
ρ(NO -3 )
g L- 1
ρ(PO 3 -4 ) /(g L - 1)
0. 1 0. 2 0. 3 0. 4
0. 5 N 1 P1 N 1 P2 N 1 P3 N 1P4
1. 0 N 2 P1 N 2 P2 N 2 P3 N 2P4
1. 5 N 3 P1 N 3 P2 N 3 P3 N 3P4
2. 0 N 4 P1 N 4 P2 N 4 P3 N 4P4
每组 3次重复 , pH调至 7. 0,于 121℃灭菌 30m in,用于
测定小球藻对氮磷的去除能力.
1. 3　小球藻分离 、纯化及培养
配制 MS培养基 ,通过划线分离得到的小球藻纯种
接种到克氏培养基进行扩大培养.按 10%接种量分别接
种在不同氮磷含量的培养基进行自然光照 (室内靠窗 )
培养 ,室温控制在 20 ℃,每天定时摇 2次 ,每隔 48 h测
定氮磷和叶绿素含量.
1. 4　小球藻生物量及比生长速率测定
采用血球计数板计算法.取 1 mL藻液 ,用无菌水稀释 100倍后 ,采用血球计数板计算小球藻的细胞
数 ,通过对数生长期藻细胞数的变化计算比生长速率(k). k =( lnX t - lnX 0) /t,式中 , X0表示初始细胞数
量 ,X t表示 t天后的细胞数量 .
1. 5　叶绿素含量的测定
采用丙酮提取比色法.取 5mL藻液离心洗涤 ,在藻体沉淀中加入 5 mL体积分数为 80%的丙酮 ,于 4
℃冰箱提取 24 h,离心分离丙酮提取液 ,分别测定其在 663 nm和 645 nm处的光密度值 [D (663 nm)、
D(645 nm)] ,根据公式计算叶绿素含量. 叶绿素含量 =8. 02×D(663 nm)+20. 2×D(645 nm).
1. 6　NO -3 和 PO3 -4 含量的测定
采用文献 [ 9]的水杨酸法和钼蓝比色法分别测定 NO -3 和 PO3 -4 含量.
2　结果与分析
2. 1　氮磷含量对小球藻生长的影响
不同 NO -3 和 PO3 -4 含量下小球藻的生长情况如图 1、2所示.从图 1可以看出 ,在小球藻培养的最初 2
d,小球藻的细胞数量缓慢增加 ,进入延缓期之后细胞数量增加加快 , 7 - 8 d细胞数量最大 ,达到稳定期.
N 1处理的小球藻初期细胞增加较快 ,比增长速率略低(表 2);当细胞进入稳定期之后 , N2处理的生长情况
最好;而 N3处理的细胞数量明显低于其他处理. N2处理细胞最高数量为 4. 34×107个 mL- 1 , N 4处理细
胞数量 (2. 98×107个 mL -1)和比生长速率 (表 2)都低.从图 2可以看出 ,在各种 PO3 -4 含量下 ,接种后 2
d细胞进入对数生长期 , P2处理生长最快 ,细胞数量达到 4. 77×107个 mL -1 , P4处理最终的细胞数量最
低 ,比 P2处理减少了 55%,说明高含量的 NO -3 和 PO 3 -4 对小球藻的生长有抑制作用.
图 1　NO -3 含量对小球藻生长的影响
F ig. 1　E ffects of N con cen tration on th e grow th of
C. vu lgaris
图 2　PO 3 -4 含量对小球藻生长的影响
Fig. 2　E ffects of P concentrat ion on the grow th of
C. vulga ris
2. 2　氮磷含量对小球藻叶绿素含量的影响
从表 3可以看出 ,小球藻培养 2 d之前 ,细胞中叶绿素含量增长缓慢 ,之后增长速度加快. 随着培养基
中 NO -3 含量的增加 ,叶绿素含量明显增加 ,特别是在初期 N4处理下小球藻细胞叶绿素含量明显高于 N1
649 第 6期 胡开辉等:小球藻对水体氮磷的去除效率
和 N 2处理 ,之后 N 1和 N2处理的叶绿素含量增加更快 ,甚至超过 N 4处理. N 1处理下 ,随着 PO 3 -4 含量的增
加 ,叶绿素含量的变化并不明显.而在高含量的 NO -3 和 PO 3 -4 条件下 ,叶绿素含量明显减少 ,表明在此条
件下 ,小球藻的细胞数量减少.
表 2　小球藻在不同氮磷含量下的比生长速率
Tab le 2　Specific grow th rate ofC. vu lgaris in d ifferentN and P concent ration s
处理 比生长速率 处理 比生长速率 处理 比生长速率 处理 比生长速率
N 1P1 0. 30 N 2 P1 0. 36 N3 P1 0. 34 N 4P1 0. 31
N 1P2 0. 32 N 2 P2 0. 38 N3 P2 0. 36 N 4P2 0. 31
N
1
P
3 0. 30 N 2 P3 0. 38 N3 P3 0. 33 N 4P3 0. 32
N 1P4 0. 31 N 2 P4 0. 29 N3 P4 0. 29 N 4P4 0. 26
表 3　氮磷含量对小球藻叶绿素含量的影响
Tab le 3　E ffect ofN and P concen tration on ch lorophy ll conten t ofC. vu lgaris
处理 ρ(叶绿素) /(m g L
- 1)
0 d 2 d 4 d 6 d 8 d
处理 ρ(叶绿素) /(m g L
-1)
0 d 2 d 4 d 6 d 8 d
N 1P1 2. 10 3. 95 16. 90 9. 51 10. 40 N3 P1 2. 10 5. 47 16. 10 37. 11 40. 07
N 1P2 2. 10 4. 14 15. 91 13. 74 10. 59 N3 P2 2. 10 5. 11 18. 57 22. 74 36. 30
N 1P3 2. 10 3. 74 13. 84 23. 06 18. 63 N3 P3 2. 10 5. 32 14. 55 23. 32 27. 78
N 1P4 2. 10 3. 97 16. 25 28. 32 26. 74 N3 P4 2. 10 5. 25 9. 60 9. 23 9. 01
N 2P1 2. 10 4. 87 17. 80 36. 52 31. 36 N4 P1 2. 10 5. 63 17. 64 17. 10 22. 81
N 2P2 2. 10 4. 29 16. 19 39. 35 35. 57 N4 P2 2. 10 5. 14 18. 86 17. 32 21. 75
N 2P3 2. 10 5. 05 15. 55 36. 11 35. 47 N4 P3 2. 10 5. 38 9. 05 10. 94 12. 07
N 2P4 2. 10 4. 18 17. 20 33. 90 25. 03 N4 P4 2. 10 6. 40 7. 92 9. 65 9. 58
2. 3　氮磷含量对小球藻去除氮磷效率的影响
小球藻对氮的去除率随不同氮磷含量而有很大差异 (表 4). NO -3 含量低时 ,小球藻细胞对氮的吸收
率最高 ,随着 NO -3 含量的增加 ,吸收率很快下降.在低氮低磷条件下 ,小球藻对氮的利用率达到 87. 6%左
右 ,说明低含量的氮磷组合有利于小球藻对氮的去除. PO3 -4 含量低时 ,小球藻对磷的去除率达到 89%以
上 , PO3 -4 含量高时 ,对磷的去除率低.
表 4　小球藻对氮磷的去除能力
Tab le 4　The rem oval effect ofC. vu lgaris on N and P
处理 初含氮量
g L- 1
终含氮量
g L- 1
除氮率
%
初含磷量
g L- 1
终含磷量
g L - 1
除磷率
% 处理
初含氮量
g L- 1
终含氮量
g L - 1
除氮率
%
初含磷量
g L- 1
终含磷量
g L - 1
除磷率
%
N
1
P
1 0. 5 0. 062 87. 6 0. 1 0. 000 100. 0 N 3 P1 1. 5 0. 720 52. 0 0. 1 0. 000 100. 0
N1 P2 0. 5 0. 134 73. 2 0. 2 0. 023 88. 5 N 3 P2 1. 5 0. 726 51. 6 0. 2 0. 034 83. 0
N1 P3 0. 5 0. 157 68. 6 0. 3 0. 164 45. 7 N 3 P3 1. 5 0. 687 54. 2 0. 3 0. 075 75. 0
N1 P4 0. 5 0. 183 63. 4 0. 4 0. 172 57. 0 N 3 P4 1. 5 0. 764 49. 1 0. 4 0. 099 75. 4
N2 P1 1. 0 0. 324 67. 4 0. 1 0. 003 97. 0 N 4 P1 2. 0 1. 030 48. 5 0. 1 0. 011 89. 0
N2 P2 1. 0 0. 317 68. 3 0. 2 0. 044 78. 0 N 4 P2 2. 0 1. 140 43. 0 0. 2 0. 078 61. 0
N2 P3 1. 0 0. 297 70. 3 0. 3 0. 077 74. 4 N 4 P3 2. 0 0. 900 55. 0 0. 3 0. 089 70. 3
N2 P4 1. 0 0. 336 66. 4 0. 4 0. 123 69. 2 N 4 P4 2. 0 1. 330 33. 5 0. 4 0. 127 68. 3
3　讨论
近年来人们致力于建立一个藻类培养 —废水净化—水产养殖的联合体系 ,以实现水产养殖的清洁生
产 ,找出低成本的适宜快速降污的藻类是解决上述问题的关键.小球藻能充分利用水体中的氮磷 ,净化水
质 ,同时快速增殖 ,而且藻体稳定不易自溶 ,是较理想的藻源之一 [ 1, 10] . 小球藻属单细胞绿藻 ,内含细胞核
及杯状叶绿体 ,氮和磷都是藻类细胞的主要营养成分 ,其中叶绿体所含的叶绿素分子中含有相当部分的 N
元素.叶绿素含量的提高必定提高了转化成叶绿素分子中 N元素的转化率 ,此氮源的初始 N元素无疑是
来自培养基中的 NO -3 [ 7] . 小球藻在生长过程中通过吸收外部的氮磷等营养物质而不断生长繁殖的同时 ,
也降低了外部环境中的氮磷含量 ,这就是藻类细胞能够去除污水中氮磷的原因所在.
650 福建农林大学学报(自然科学版) 第 35卷
本试验结果表明:叶绿素的形成与不同氮含量存在一定的关系 , NO -3 含量为 1. 0 -1. 5 g L - 1时 ,叶绿
素合成加快;而 NO -3 含量低于 1. 0 g L - 1或高于 1. 5 g L -1 ,叶绿素合成减缓.随着培养时间的推移 ,叶
绿素含量逐步提高 ,可见 ,叶绿素的加速合成阶段在小球藻培养的中后期.小球藻培养过程中氮磷含量的
衰减可以反映出小球藻的去除氮磷等富营养化物质的能力. 本试验结果还表明 ,培养基中不同的氮磷含量
对小球藻的比生长速率有一定影响 ,特别对小球藻的生物量和小球藻叶绿素含量影响较大 ,但对小球藻初
期生长影响不明显.小球藻对 NO -3 和 PO 3 -4 的最大吸收量分别为 1. 10和 0. 28 g L -1 ,低含量氮磷组合有
利于小球藻对氮磷的吸收 ,对氮的去除率达到 87. 6%左右 ,对磷的去除率达 89. 0%. 对 PO 3 -4 的去除率与
磷的初始含量有关 ,磷的初始含量越低 ,去除率越低.可见培养基中的氮磷含量是影响藻类生长及其去除
效率的重要环境因素.
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(责任编辑:施晓棠 )　　
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