（环境工程专业论文）高效溶藻菌的选育及其溶藻机理研究.pdf

f i i l l l i i1ijilr l l l l1 1 11lu1 1 1 1 1 1 1 1iii 武汉科技大学 y 17 3 9 4 5 9 研究生学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研 究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的 工作外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：垒整日期：丝丝：生 研究生学位论文版权使用授权声明 本论文的研究成果归武汉科技大学所有，其研究内容不得以其它单位 的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向有关部门( 按照武汉科技大学关于研究生学位论文收录 工作的规定执行) 送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅， 同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行 检索和对外服务。 论文作者签名：叁鍪 指导教师签名：! 毖盆型 日期： 2 0 o 6 华 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 摘要 针对富营养化水体生物修复过程中有害藻类生物的控制，从自然富营养化水体中筛选 出了四株高效溶藻菌株g 3 、b 2 、p 1 、p 2 ，通过生理生化鉴定，初步判定四株菌分别属于： 气单胞菌属( a e r o m o n a s ) 、纤维单胞菌属( c e l l u l o m o n a s ) 、微球菌属( m i c r o c o c c u sc o h n ) 和黄杆菌属( f l a v o b a c t e r i u mb e r g e y ) 。以蓝藻中的铜绿微囊藻( m i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a ) 、 水华束丝藻( a p h a n i z o m e n o n f l a s - a q u a a e ) 及绿藻中的栅裂藻( s c e n e d e s m a c e a e ) 为受试藻株， 研究了四株菌的溶藻性能和影响因素，并通过实际富营养化水的溶藻实验，考察了菌株溶 藻能力的普适性。 结果表明，以直接接触为主要溶藻方式的g 3 菌、b 2 菌、p 1 菌，处于对数期时溶藻 能力最强。p 2 菌以分泌溶藻物质间接溶藻，处于静止和衰亡期时溶藻效果较好。菌液投 加量和藻液初始浓度也都会影响溶藻效果，在一定的藻细胞浓度条件下，菌液投加量越高， 溶藻效果越好；水中初始藻细胞浓度越低，溶藻效果越好。藻细胞浓度和菌的用量同步增 加时，可以保证溶藻效果。自然光照下， v 。g 3 - 藏，。辐水体，为1 时，6 d 后叶绿素的去 除率最高可达到9 6 7 4 ；v 。b 2 - 液c v 。实际水体，为2 5 时，第4 d ，叶绿素含量去除率达到8 3 1 ， 藻去除率达到了7 7 6 ；v 。p l - 液) 。安际水体) 为2 5 时，第2 d ，叶绿素降解率为8 9 3 ，藻 去除率为6 1 4 ；v 。p 2 曹蔽，v 。实际水体，为2 5 时，叶绿素去除率最高达到8 9 4 ，藻去除最 高达到8 1 6 。投加溶藻菌后水体藻群落结构改变了，水体中藻种减少，多样性降低。四 株溶藻菌对富营养化水中大部分微型藻具有良好的控制效果，溶藻性能的普适性较好，具 有一定的实用价值。 关键词：溶藻菌；藻；富营养化；水体修复；溶藻机制 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t i no r d e rt oc o n t r o lt h eh a r m f u la l g a ls p e c i e si nb i o r e m e d i a t i o no fe u t r o p h i c a t i o nw a t e r b o d i e s ，f o u rs t r a i no fe f f i c i e n ta l g i c i d a lb a c t e r i u mg 3 ，b 2 ，p 1a n dp 2w e r ei s o l a t e df r o m e u t r o p h i c a t i o nw a t e r o nt h eb a s i so fm o r p h o l o g ya n a l y s i sa n di t sp h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ， i tm a yb ei d e n t i f i e da sa e r o m o n a s 、c e l l u l o m o n a s 、m i c r o c o c c u sc o h na n df l a v o b a c t e r i u m b e r g e y t a k i n gt y p e b l u ea l g a l s p e c i e ss u c ha sm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a , a p h a n i z o m e n o f l a s - a q u a a ea n dg r e e na l g a ls p e c i e ss u c ha ss c e n e d e s m a c e a ea se x a m p l e s ，t h ea l g i c i d a le f f e c t a n dm e c h a n i s mo ff o u rb a c t e r i u mw e r es t u d i e d ，f u r t h e r m o r e ，t h eu n i v e r s a l i t yo fa l g i c i d a le f f e c t o ff o u rb a c t e r i aw a si n v e s t i g a t e db yt e s ti np r a c t i c a le u t r o p h i cl a k ew a t e r t h er e s u l t ss h o w e dt h a td u r i n gl o g a r i t h m i cp h a s e ，t h eb a c t e r i a ( g 3 ，b 2a n dp 1 ) w h i c h m a i n l yl y s e dt h ea l g a lc e l lb yd i r e c tc o n t a c th a dt h eb e s ta l g i c i d a le f f e c t b a c t e r i u mp 2l y s e dt h e a l g a lc e l lb yi n d i r e c tc o n t a c t ，a n dr e l e a s e das p e c i a ld i s s o l v e dl y r i ca g e n t ( s ) d u r i n gs t a t i o n a r y p h a s ea n dd e c l i n ep h a s eo fp 2 ，n om a t t e ra d d i n gl i q u i do fb a c t e r i u mo rs u p e r n a t a n t , a l g i e i d a l e f f e c tw a sg r e a t t h ea l g i c i d a le f f e c tw a si n f l u e n c e db yb a c t e r i a lc e l ld e n s i t ya n da l g a lc e l l d e n s i t y t h eg r e a t e rt h ei n i t i a lb a c t e r i a lc e l ld e n s i t y , t h eg r e a t e rt h ea l a g e - i y s i n ge f f e c tw i t h i n c e r t a i na l a g ec e l ld e n s i t yr a n g e ；t h eg r e a t e rt h ei n i t i a l a l g a lc e l ld e n s i t y , t h ew o r s et h e a l a g e - 1 y s i n g e f f e c t w h e nt h eb a c t e r i a lc e l l d c a n s i t ya n da l g a l c e l l d e n s i t y i n c r e a s e s i m u l t a n e o u s l y , i th a sas t a b l ea l g i c i d a le f f e c t u n d e ri l l u m i n a t i o no fn a t u r a ll i g h ta n do u t d o o r c o n d i t i o n , c h l o r o p h y l l - ar e m o v a le f f i c i e n c yr e a c h e d9 6 7 4 w i t h i n6d a y sw h e nv o l u m er a t i o o fl i q u i do fb a c t e r i u mg 3t op r a c t i c a le u t r o p h i cl a k ew a t e rw a s1 o nt h ef o u r t hd a y , t h e r e m o v a lo fc h l o r o p h y l l - ah i g h e s tv a l u ew a su pt o8 3 1 ( v o l u m er a t i oo fl i q u i do fb a c t e r i u m b 2t op r a c t i c a le u t r o p h i cl a k ew a t e rw a s2 5 ) ，t h em o r t a l i t yo fa l g ar e a c h e d7 7 6 o nt h e s e c o n dd a y , t h er e m o v a lo fc h l o r o p h y l l - ah i g h e s tv a l u ei su pt o8 9 3 ( v o l u m er a t i oo fl i q u i do f b a c t e r i u mp1t op r a c t i c a le u t r o p h i cl a k ew a t e rw a s2 5 ) ，t h em o r t a l i t yo fa l g ar e a c h e d61 4 o nt h ee i g h t hd a y , w h e nv o l u m er a t i oo f l i q u i do f b a c t e r i u mp 2t op r a c t i c a le u t r o p h i cl a k ew a t e r w a s2 5 ，n e a r l y9 0 o fc h l o r o p h y l l - aw a sr e m o v e d t h em o r t a l i t yo fa l g aw a sh i g h e s t r e a c h e d81 6 t h em i c r o a l g a ec o m m u n i t ys t r u c t u r eo fe u t r o p h i cl a k eh a dc h a n g e da f t e ra d d t h ee f f i c i e n t a l g i c i d a lb a c t e r i u m ，f o re x a m p l e ，t h ea l g a es p e c i e sa n dt h et o t a ls h a n n o n s i n f o r m a t i o ni n d e xd e c r e a s e d t h e r e f o r e , f o u rb a c t e r i ah a v e a l g i c i d a la b i l i t y o nt h e m u l t i t u d i n o u s a l g a ls p e c i e s i n e u t r o p h i c a t i o nw a t e ra n dh a v ep o t e n t i a la p p l i c a t i o n i n b i o r e m e d i a t i o no fe u t r o p h i c a t i o nw a t e rb o d y k e y w o r d s ：a l g i c i d a lb a c t e r i u m ；a l g a e ；e u t r o p h i c a t i o n ；b i o r e m e d i a t i o no fw a t e rb o d ) r , a l g a l - l y s i n gm e c h a n i s m 武汉科技大学硕士学位论文第1 i i 页 目录 摘要i a b s 臼a c t i i 目录i i i 第一章概述1 1 1 藻类赤潮、水华的形成及其危害l 1 1 1 藻类赤潮、水华的形成1 1 1 2 赤潮、水华的危害。1 1 2 藻类水华控制的研究进展3 1 2 1 物理治理方法4 1 2 2 化学治理方法4 1 2 3 生物治理方法5 1 3 溶藻细菌的研究进展6 一一 1 3 1 直接接触溶藻6 1 3 2 间接溶藻7 1 3 3 细菌与藻竞争营养物抑制藻类生长7 黔 1 3 4 细菌协助病毒溶藻7 1 3 5 形成菌胶膜影响藻生长7 1 3 6 利用溶藻茵改进的溶藻方法7 。 1 4 本文的研究内容及意义8 第二章材料与方法9 2 1 藻种培养条件及测定方法9 2 1 1 藻种培养9 2 1 2 藻浓度测定1 0 2 2 高效溶藻菌的筛选、鉴定与保存l o 2 2 1 溶藻菌的筛选1 0 2 2 2 溶藻菌的鉴定与保存1 0 2 3 人工光照下，细菌对藻的溶解作用l o 2 3 1 菌液投加量对溶藻效果的影响l o 2 3 2 藻细胞浓度对溶藻效果的影响1 1 2 3 3 细菌生长期对溶藻效果的影响1 l 2 3 4 细菌的溶藻机理1 1 2 4 自然光照下，细菌的溶藻实验1 l 第三章溶藻菌的鉴定、溶藻效果影响因子研究及溶藻机理分析1 3 第页武汉科技大学硕士学位论文 3 1 溶藻菌的溶藻性能与鉴定1 3 3 2 人工光照下，菌株的溶藻效果研究1 8 3 2 1 菌液投加量对溶藻效果的影响1 8 3 2 2 藻细胞浓度对溶藻效果的影响2 l 3 2 3 菌株生长期对溶藻效果的影响2 3 3 2 4 菌株溶藻机制研究2 5 3 3 讨论：1 8 第四章溶藻菌的实际应用3 0 4 1 溶藻菌对富营养化水体中藻类的控制研究。3 0 4 ：! 讨论3 7 第五章结论。3 9 致谢。4 0 研究生期间发表论文4 5 武汉科技大学硕士学位论文第1 页 1 1 藻类赤潮、水华的形成及其危害 第一章概述 1 1 1 藻类赤潮、水华的形成 在特定的环境下，海域环境条件的改变会促使海洋浮游生物中一些单细胞微小生物爆 发性繁殖，并高度聚集在一起，因而可能会引起海水变色，并造成灾害，这种现象叫做赤 潮【1 1 。c o c h l o d i n i u mp o l y k r i k o i d e s 赤潮就在日本的西海岸和韩国的东海岸大肆爆发过【2 】。工 农业迅猛发展使得大量城市污水和农业废水被排放到湖泊、河流中，引起了水质的污染， 造成了水体富营养化现象的发生。当水体所含氮磷达到某一浓度，气温、光照、水文、气 象等外部条件又恰好适宜时，浮游生物( 特别是蓝藻) 就会爆发性繁殖，甚至在水体表面 聚合成数厘米厚的蓝绿色的藻浆，也就是水华f 3 】。 1 1 2 赤潮、水华的危害 无论是藻类水华还是赤潮都给生态环境，人类的公共安全带来极大的危害，也会给发 生这一现象的国家和地区带来巨大的经济损失。 ( 1 ) 破坏生态环境及农业，渔业 有害藻类的过度生长，尤其产毒素蓝藻的过度繁殖抑制了湖泊、河流等水体中其他生 物种群生长，造成种群单一化【4 ，5 】，破坏了生态环境的多样性和平衡性。 进行光合作用自养的绿藻能够给水生庄稼的培养环境带来污染，它们和植物体竞争消 耗培养环境中的营养物质，致使水生庄稼萎蔫死亡【6 】。 硅藻属的s t e p h a n o d i s c u sh a n t z s c h i i 藻和甲藻属的p e r i d i n i u m b i p e ss t e i n 藻每年都能周期 性地在韩国低温水库和湖泊环境中被发现【7 8 】。p e r i d i n i u m 藻能够给饮用水带来让人难以忍 受的气味，并能给农业生产带来巨大的影响【8 9 】。1 9 9 5 年的9 到1 0 月间，由c o c h l o d i n i u m p o l y k r i k o i d e s 引起的影响范围最广，持续时间最长的水华现象发生了，从韩国的西南海岸 遍及到东海岸。从那以后，水华现象每年在同样的季节发生一次，对渔业产生了严重的危 室【1 0 1 口 o ( 2 ) 破坏船只和管道 军舰和渔船上常常附着生长大量藻类，造成船体的腐蚀和行驶的困难【1 1 1 ，也有一些硅 藻、蓝藻和微藻类附着在石油砖塔、管道上，污染并腐蚀这些物体。另外，由于这些藻体 繁殖速度极快，聚集生长后水流阻力增加，造成了供水网络的严重堵塞，引起清理费用增 加f 1 2 】。在饮用水生产中，高藻水源水会堵塞滤池【，增加反冲洗水量，影响混凝沉淀效果 【1 4 】，其混凝络合物有时会穿透滤池，造成出水浊度增高，管网的腐蚀和二次污染。 ( 3 ) 产生藻毒素 第2 页武汉科技大学硕士学位论文 已知的有毒藻类有蓝藻、甲藻、金藻中的一些种。许多能够引起水华和赤潮的藻类都 是有毒的，例如铜绿微囊藻、水华束丝藻、水华鱼腥藻、居氏腔球藻等。r a p h i d o p h y c e a n ， 海洋褐胞藻，是在世界范围内所知的所有红藻有机体里面毒性最大的之一。这类具有毒素 的有害藻类一般生活在亚热带海湾地带，在韩国、日本及周边其他国家均有分布【l5 1 。有害 水华藻类能够产生神经毒素、肝毒素、非专一毒素、脂多糖内毒素和皮肤毒素等藻毒素【l j 。 这些有毒物质进入水体时会给动物和人类造成危害。历史上人畜因饮用含有藻毒素的水而 中毒的事件已多次发生过。f r a n c i e s 一百多年前第一次发表了某些蓝藻水华引起动物中毒 的报告【1 6 】。1 9 9 0 年就有水华束丝藻引起牛中毒的事件。6 0 年代中期又报道了许多关于蓝 藻水华引起动物甚至人中毒。s c h w i m m e r 多次提及北美洲大平原的湖泊、水库和池塘引起 动物中毒事件。在欧洲，亚洲，非洲，大洋洲及南美洲都有类似的动物中毒情况发生阴。 目前已知蓝藻对哺乳动物、飞禽、鱼类是有毒的，也能引起人类发生疾病。表1 1 列举了 近三十年来文献报道的蓝藻毒素引起人类中毒的事件【1 6 】。 表1 1 蓝藻毒素引起的人类中毒的事件 铜绿微囊藻能分泌一种环状多肽内毒素。毒性的程度因微囊藻种群的不同而不一样。 有的微囊藻藻株毒素能在l h 内造成试验老鼠死亡睁1 1 1 。在蓝藻水华污染中微囊藻毒素 ( m i c r o c y s t i n smc ) 出现频率最高、产生量最大，造成危害也最严重。水体中的毒素浓度 会因为大面积严重的藻类水华的发生而上升到m g l 水平，部分毒素还会跟着藻细胞和悬 武汉科技大学硕士学位论文第3 页 浮物沉淀进入沉积物中，给水底动植物造成危害【4 】。 塔玛亚历山大藻( a l e x a n d r i u mt a m a r e n s e ( l e b o u r ) b a l e c h ) 属于涡鞭毛藻纲，是一种 可产生p s p ( 麻痹性贝毒) 毒素的海洋甲藻，适应能力强、生存范围广，在美国、欧洲、 南美、菲律宾、香港等地区有着较高的赤潮发生频率，在我国北至胶州湾、南至大鹏湾都 有发现。1 9 8 6 年，台湾发生过因食用含a t a m a r e n s e 的蛤而中毒的事件【l r l 。 水华束丝藻引起的水华每年都在过度富营养化的滇池( 3 0 6 k m 2 ，位于中国西南部) 中 发生着，是造成甲壳类中毒( p s p ) 的主要因烈墙】。 脊刺藻水华在世界范围内的温暖海水域爆发，并影响水体内的鱼的死亡率。这5 年来， 四个种属的藻类在南加利福利亚沿海水域爆发了，主要发生在暴风雨泻湖形成的滞留池。 四种藻类的每一种在南加利福利亚海域都非常丰富，藻细胞浓度接近或者超过1 0 5 个m l ， 已经证实了这些藻类能与鱼类的死亡有关系，并产生微量毒性毒害壳类动物。这个池是南 加利福利亚沿海区域城市化发展的结果，它是作为污染物的集水池。这些污染物主要来自 于家用肥料和高尔夫球场维护产生的高“营养物质。这些池子会给环境带来潜在的危害。 更确切的说，在这种富营养化的条件下，这些池子可能会成为河口微藻包括来自于有害藻 类繁殖的“温床 。他们的飘移是和河湾的潮汐涨落相关的，可能会给当地河湾地区的生 态系统带来负面影响【1 9 】。 k a r e n i ab r e v i s ( d a v i s ) h a n s e na n dm o e s t r u p 是在墨西哥海湾发现的大概3 0 种有毒藻类 中的一种，被证明能够使鱼类和海洋哺乳动物死亡。这种藻能够产生一种毒素p b t ) 【，是一 种类似阶梯形的具有热稳定性和酯溶性的多环醚混合物。kb r e v i s 是福罗里达州赤潮产生 的主要原因，并与1 8 8 4 年鱼类的死亡率有关系【2 0 1 。 ( 4 ) 带来巨大的经济损失 无鞘的k a r e n i ab r e v i sg h a n s e na n dm o e s t r u p 是一种能引起墨西哥海湾鱼类和哺乳动 物死亡的有毒藻类。结果，在kb r e v i s 红潮期间，观光旅游业损失了超过上百万【2 1 1 。 c o c h l o d i n i u m p o l y k r i k o i d e sm a r g a l e f 被认为是赤潮中最毒的微藻，它能够致使家养和野 生的鱼类和无脊椎动物大量死亡，这种现象在日本的西海岸和韩国的东海岸尤为严重【2 2 1 。 报道过的最大的一次由c p o l y k r i k o i d e s 产生的赤潮发生在2 0 0 0 年的日本y a t s u s h i r o 海域， 给日本的渔业带来总计4 0 亿日元( 计3 5 0 万美元) 的损失【2 2 】。此外，这一水华现象在1 9 9 5 年给韩国渔业造成超过7 6 0 亿韩元( 计8 0 0 万美元) 的损失【2 】。 藻类水华控制的研究进展 社会的进步与城市的发展，使得人们面临的环境问题越来越多。藻类水华是现阶段影 响较大，危害范围遍及全世界每一个水域的严重的环境污染问题。由于生活及工业废水的 日益排放，这一问题的严峻性越来越凸显。因此，对于藻类水华及其引起的灾害问题开展 控制技术研究是非常迫切的。许多研究都把研究重点放在找出一种短期与长期内控制和减 弱有害藻类生长的方法上。长期的解决方法以减少富营养物的输入作为治理计划的主要目 第4 页武汉科技大学硕士学位论文 的【2 3 】，通过监视有害的海藻源和毒素，人造卫星监控【2 4 】等方法并结合排污工程和水生物净 化方法来控制水域内的污染源、流域点源和面源污染，但这需要投入巨大的资金而且短期 内很难获得很好的控藻效果，限制了它们直接控制有害藻体的能力。因此，研究的重点应 放在短期内抑制藻体生长或者溶解杀死藻体的方法上。短期的治理方法有机械除藻等物理 方法，投加化学药剂杀藻等化学方法和生物处理方法。 1 2 1 物理治理方法 物理法除藻主要有机械清除、吸附、磁聚除藻、超声波和电磁波除藻、遮光、过滤、 挖掘底泥、人工打捞等多种方法。 ( 1 ) 机械除藻是从湖泊中移出物质的一种方式，一般使用在蓝藻富集区，利用固定式 除藻设施对区域内湖水进行循环处理，及时有效地清除浮藻层。如固顶式、移动式抽藻， 人工围捕及流动式除藻、打捞等机械清除等物理措施。采用此类方法清除蓝藻水华，能够 直接大量清除湖面蓝藻【3 1 ，可作为蓝藻大面积爆发时的应急处理措施，并且没有明显的负 面影响。富营养湖泊爆发蓝藻水华时可集聚浓度达n x l 0 3 9 c e l l l ，沈银武等利用重力振动、 旋振和离心等方法收集富藻水，逐次浓缩、脱水后得到藻泥；根据需要还对藻泥进行干燥， 得到干藻粉 2 5 】。 ( 2 ) 活性炭等吸附剂对藻类、藻毒素的吸附去除效果很好，但水中的有机物会影响吸 附剂吸附，而且吸附剂再生也很困难，造成了处理成本的提高。另外，深水曝气也不能从 源头上解决水体富营养化问题。例如，美国在1 9 8 7 - 1 9 9 2 年曾对m e d i c a l 湖进行深水曝气， 发现底层水体中n h 3 、t p 浓度下降。当曝气量很充足时，d o 浓度有所上升，但叶绿素a 含 量并没有明显变化1 3 1 。 ( 3 ) 超声波除藻主要根据力学机制：局部高压、强烈冲击波、高速声流和高剪切力。 但辐照超声波是否会因为破坏藻类而导致水体中藻毒素升高，这至今也没有确切的研究证 明【2 6 1 。 ( 4 ) 过滤、遮光、挖掘底泥、人工打捞等措施效果不明显，操作复杂，处理量较小， 需要投入大规模的人力物力，并且只适合于小范围除藻。因此，这些方法要达到很好的效 果需要很高的成本【3 1 。 1 2 2 化学治理方法 化学除藻的方法主要包括施用除草剂、杀藻剂絮凝剂沉淀法等。 ( 1 ) 硫酸铜和过氧化氢被认为是有效的溶藻物【1 5 】，硫酸铜是海洋和湖沼中最古老的杀 藻剂，是最早选用的治理水华研究中的试剂之一。其方法是将一个装满硫酸铜的布袋放在 小船后面拖曳，也可用飞机或其他工具喷洒硫酸铜溶液，让硫酸铜慢慢的溶解在水中以杀 死水华生物【1 4 1 。水体中易分解，污染轻的氧化物，例如高锰酸钾、次氯酸钠、臭氧等的氧 化作用也能破坏藻细胞以达到去除水华生物的作用。近年来，硫酸胺，b i q u a t e m a r y a n u n o n i u ms a l t 和二氧化氯也被研究出具有溶藻活性【2 7 1 。t e r u on o n o m u r a 等发现3 丁酸能 武汉科技大学硕士学位论文第5 页 抑制绿藻的生长【6 1 。a l a m s j a h 等【2 明和w a n g 等【2 9 】都分别发现了绿藻u l v af a s c i a t a 和u l v a p e r t u s a 有很强的溶藻活性。这些年，研究者发现很多中国的药草也可以制成溶藻剂，例如 g o l d e nt h r e a d 和槟榔种子【3 0 1 ，z h o ul h 等利用洋葱的杀菌性来溶藻t 2 7 。这些药剂优点在于 剂量低而效率高，可能毒性也较低，但是大多数这类药剂都还处于实验室研究阶段，没有 广泛投入实际使用。而一般的化学药剂虽具有较强的杀菌作用，但有的有很强的毒性，专 一性较差，而且容易富集在食物链中造成二次污染，极大的影响了水体中其他的生物体及 水体坏境。 ( 2 ) s h i r o t a 提出用絮凝剂控制赤潮，即把水体中包括微生物细胞在内的粒子絮凝并 沉底。在日本，中国，韩国，瑞典，美国，澳大利亚【3 l 】均采用过利用粘土絮凝沉淀除藻。 在日本和韩国的水产业中广泛使用粘土除藻。但沉淀的粒子的去向，还有是否对海底生物 产生毒性以及是否间接影响了相关联的藻类的死亡，絮凝沉降的速率和消耗的溶解氧的量 都要进行检测【2 j 。 1 2 3 生物治理方法 物理方法是主要的传统的治理方法，通常受到成本和环境安全问题等许多因素的限 “ 制，处理能力也有限。化学药剂除藻虽然快速高效，但会带来水体的二次污染，直接应用 在作为饮用水源的湖泊、水库等必须小心谨慎。生物控藻技术是利用藻类的天敌和某些生 。 物产生的特殊物质对藻类的生长、繁殖进行抑制，以达到控制藻类数量、防治富营养化的 。 目的【5 1 。生物除藻法包括：栽种香根草、水葫芦等水生高等植物，养殖吞食藻类的鲢、鳙 等滤食性水生生物和浮游动物；投加光合细菌及复合高效微生物制剂或者利用原位物理、。+ 。二 生物、生化修复技术等【3 】。 ( 1 ) 在水体中引进合适的其他生物，如鱼苗，甲壳类动物或漂浮性的被子植物等，他 们均直接或间接以藻类为食，消耗水中的营养物质，影响藻类的光合作用，从而控制藻类 的过度生长，降低危害的程度。近年来，利用对湖泊的生物操纵技术控制藻类异常增殖的 研究与应用在国内外相继开展了，日本就在开发利用微小动物去除丝状蓝藻1 5 j 。 ( 2 ) 很多研究者也研究出利用其他藻类分解目标藻体。k a k i s a w a 第一个利用海藻中的 微藻来进行试验，利用来自于海藻c l a d o s i p h o no k a m u r a n u s 的八价溶藻物质鱼酸( o d t a ) 来i 正n 2 1 种浮游生物的抗毒性【3 2 】。n a g a y a m a 证明了褐藻舶刀肠k u r o m e 对于那些赤潮浮游 生物的毒性效果，并从中提炼出了活性元素【3 3 】。l e e 等研究发现了a 甘露糖甘酶能够抑制 g y m n o d i n i a l e 的生长，这包括影响了韩国水产业的有毒的c o c h l o d i n i u m p o l y l o q k o i d e s p 4 j 。 j e o n g 等发现有些海藻汁能够抑制包括cp o l y k r i k o i d e s 和其他g y m n o d i n i u mm i k i m o t o i 和g s a n g u i n e u m 在内的藻类的生长【”娜】。 ( 3 ) 溶藻微生物作为自然水环境生态系统的重要组成部分，对维持藻类生物量，以至 生态平衡均起着重要的作用。相关研究表明，某些水华的突然消亡可能就与溶藻微生物有 关【3 7 ，3 引。近年来，从爆发水华的水体中分离出安全、高效的溶藻微生物，并用于水污染生 第6 页武汉科技大学硕士学位论文 态治理的研究思路，得到了越来越多的关注，有望成为生物防治水华的有效手段。 由于在水华和产毒蓝藻中的藻细胞常发现含有病毒和v l p s ，所以考虑到病毒和v l p s 可能能用于控制和抑制水华和有毒藻类的生长。病毒或病毒类粒子是潜在的海洋生态调节 因子。病毒能够造成藻溶解，导致微藻群落的死亡，研究者越来越广泛的关注和认可它能 够作为藻种群的显著控制因素，例如调节藻种的遗传基因库、控制有机溶解物质的水平【l 。 控制挪威北海由e m i l i a n i ah u x i 秒和c h r y s o c h r o m u l i n as p 引起的赤潮上病毒就发挥了关键 作用【5 1 。有的病毒或v l p s 有“专一的宿主 ( c o s p e c i f i ch o s t ) ，能够特异性地感染亲缘 关系相近的藻，因此这类病毒可作为转移致死基因的载体，杀死有害的藻类【1 1 1 。 真菌也可以影响藻类生长，有两种方式：释放抗生素或抗生素类物质和寄生溶藻【b j 。 最常见的就是青霉菌分泌青霉素和支顶孢真菌的品系及一些丝孢壳种类产生头孢菌素c 。 用头孢菌素c 以及支顶孢属的a c r e m k i l i e n c e ( a l f 6 2 ) 的滤液作用于水华鱼腥藻后，能在 电镜下观察到球形体和原生质体的形成。测试头孢菌素c 的致敏浓度时，只使用0 0 2 m l 的浓 度为l o p 咖l 头孢菌素溶液，水华鱼腥藻的周围就有溶藻圈的形成【l l 】。真菌寄生藻类是比 较普遍的，报道最多的寄生宿主是水绵属s p i o g y r as p 的藻类，寄生物有卵菌纲o o m y c e t e s ； 噬藻丝水霉，细长霉属等真菌。 细菌在水生生态系统平衡过程中有着很重要的作用，例如参与了碳循环及营养物的再 生。这些细菌在分解淡水中藻类方面起着很积极地作用，同样也影响海洋水体中藻体的产 生，繁殖，稳定和死亡过程。更确切的是在溶藻细菌的量相对充足时，一组细菌能够抑制 或者刺激水华爆发期间藻类的生长。特别是能缩短藻类的生长期。由于这些溶藻菌能够对 藻类的生长产生负面影响或者给藻类带来一些其他方面的影响，例如产生压力或者营养物 竞争，因此基本上菌群落浓度或者种类的变化都能够造成藻体的死亡【2 l 】。另外，众所周知， 细菌和浮游植物有很密切的关系，很容易观察到细菌和浮游植物的数量是有联系的。对有 害藻类水华的研究表明了，海洋细菌能够刺激或者抑制浮游植物的生长，杀死浮游植物， 改变它们的生理特征。许多研究给出了细菌和浮游植物之间相互作用的有力证据，因而我 们可以得到细菌在控制水华方面起t重要的作用【3 8 】。在韩国，p e r i d i n i u m 藻通常在冬天 泛滥，此时的浮游生物和原生生物相对夏天较少。所以，此时的浮游生物不适合作为生物 试剂。对比来说，溶藻菌的生长状况不受水温波动的影响。因此，溶藻茵更适合作为控制 和治理础口，l d 以，渊藻和心r f c 加f 姗z 藻的有效试剂【9 1 。细菌溶藻不仅效果很理想，而且操 作简单，也不易造成二次污染，适用范围也较广。 1 , 3 溶藻细菌的研究进展 早在1 9 2 4 年，g e i f l e r 就报道过一种粘细菌p o l y a n g i u m p a r a s i t i u m 溶藻【l l 】。2 0 世纪6 0 年代以后，研究者开始了病毒、真菌溶藻的研究。此后，溶藻细菌在国内外文献中的报道 陆续增多，主要有：交替单胞菌( a l t e r o m o n a s ) 【3 9 1 ，杆菌属( f l a v o b a c t e r i u m ) ，弧菌属 ( h b r i o ) t 4 0 。一般来说，细菌对藻生长的抑制和藻细胞溶解的作用方式和可能机理主要 武汉科技大学硕士学位论文第7 页 有直接接触溶藻、释放有毒物质到环境中，非选择性地杀伤藻细胞、同藻细胞竞争环境中 有限的营养物质抑藻、协助病毒溶藻、形成菌胶膜杀梨4 0 4 1 1 。一般来说，细菌对藻生长的 抑制和藻细胞溶解的作用方式和可能机理有直接接触溶藻、细菌释放有毒物质到环境中， 非选择性地杀伤藻细胞、细菌同藻细胞竞争环境中有限的营养物质抑藻、细菌协助病毒溶 藻、形成菌胶膜杀藻【柏 4 1 1 。 1 3 1 直接接触溶藻 有些种类的粘细菌可直接与藻细胞接触，通过分泌溶解纤维素的酶来消化宿主的细胞 壁，进而溶解整个藻细胞。噬胞菌属( j 1 8 m 0 1 ) 和腐生螺旋体属( s s 9 8 5 ) 能够特异性 地与横裂甲藻和硅藻直接接触，溶解藻细胞。 1 3 2 间接溶藻 溶藻细菌能够通过释放特异性或者非特异性的胞外物质使藻细胞致死。目前报道的细 菌胞外溶藻活性物质主要有蛋白质、多肽类物质、含氮化合物、氨基酸等。常见的细菌有 弧菌、假单胞菌、黄杆菌、假交替单胞菌等。 1 3 3 细菌与藻竞争营养物抑制藻类生长 ? _ 一 有些细菌可通过营养物质( c 、n 、p 、k 等) 与藻类产生直接或间接联系。如芽孢杆“。 菌的生长需要利用氮磷等物质，从而使微囊藻的生长所需要的水体中的氮磷含量不足，微 囊藻不能正常生长。同时芽孢杆菌还可以把微囊藻藻体作为c 源【4 l 】。 ：4 1 3 4 细菌协助病毒溶藻 氯霉素可以抑制蓝藻的蛋白质合成，亚致死的抗生素浓度就能使藻细胞处于“亚致死 状态 ，协助了噬藻体l p p 1 d 和l p p 2 的溶藻；同时丝裂霉素c ( m i t o m y c i nc ) 可以诱导 藻病毒溶解鲍氏织线靴c t m o n e m ab o r y a n u m 1 1 】。 1 3 5 形成菌胶膜影响藻生长 单细胞藻类培养物在腐败菌、亚硝酸菌、枯草杆菌等大量出现时，会产生沉淀，颜色 变黄，进而发出氨臭味；另外，这些细菌可在静止的水面形成菌胶膜，阻碍气体交换和光 线的透射，致使藻类不能进行正常的呼吸和光和作用而发生死亡【4 l 】。 1 3 6 利用溶藻菌改进的溶藻方法 自然水体中溶藻菌的除藻作用受到细菌浓度较低的限制。人工介质固定化溶藻菌后， 局部水环境中的溶藻菌浓度能够得到极大提高，从而使除藻效率得到提高。固定化载体溶 藻菌的溶藻活性可通过以下2 个途径提高：高吸附性载体导致溶藻菌和藻易富集在表面 或内部，增加藻菌接触的机会，使得溶藻菌更容易以直接或间接的方式溶藻，提高溶藻效 第8 页武汉科技大学硕士学位论文 率；载体上的溶藻菌大量聚集，可能分泌大量具有微生物絮凝剂，这种链状高分子聚合 物有很强的絮凝沉降作用，能通过“吸附架桥 作用去除藻液中包括藻在内的悬浮物，进 而减少藻液中的藻细胞数量【4 2 】。于光等将从太湖水体中分离到的溶藻菌假单胞菌属固定化 在聚己内酯纳米纤维膜( n m p ) 上，在n m p 吸水率、孔隙率、拉伸强度分别为( 8 1 3 34 - 1 5 8 ) 、( 7 8 6 8 “8 5 ) 、( 8 9 8 士7 5 ) m p a ，n m p 固定化溶藻菌的数量为5 6 5 1 07 g m 2 时， n m p 固定化溶藻菌对藻细胞的溶藻率和对m c l r 的降解率在4 8 h 内分别为8 5 6 8 和 6 0 1 6 ；溶解藻细胞可重复利用4 次【4 2 】。母锐敏等以水华爆发常见蓝、绿藻为受试藻株， 从活性污泥微生物系统中分离出了一株溶藻细菌芽孢杆菌作为实验菌株，并将该芽孢杆菌 固定于以焦炭为填料的反应器内，研究其溶藻效果。结果表明：该溶藻细菌7d 挂膜成功； 最佳水力停留时间( h l 盯) 为4h ；在h r t 为4h 时，对藻密度的平均去除率为8 3 1 1 ，对 藻类叶绿素a 的平均去除率为8 0 3 8 ，对n h 3 n 的平均去除率为6 3 0 5 ，对c o d m n 的平 均去除率为3 9 0 3 t 4 3 j 。 1 4 本文的研究内容及意义 有害藻类在化学环境及生物环境中的交互作用的种类最终决定着它们的丰富性和分 布面积。一种藻类的生物容积分类( 如盐分、温度及光照) 和固有