巢湖蓝藻衰亡过程中颜色及形态变化的室内模拟研究

巢湖蓝藻衰亡过程中颜色及形态变化的室内模拟研究孟泽婧，李玉成*，吴涓，王宁（安徽大学资源与环境工程学院，安徽合肥230039）摘要［目的］研究蓝藻在巢湖湖湾处经过好氧、厌氧处理的衰亡降解过程。

［方法］首先将蓝藻进行7d 自然水解，然后向其中加入3种好氧微生物和2种厌氧微生物，进行蓝藻微生物降解，分析整个过程中蓝藻的颜色、形态及荧光变化，并与自然条件下蓝藻的衰亡过程进行对比。

［结果］新鲜蓝藻呈绿色，衰亡5d 后变为黄绿色，衰亡22d 后变为浅黄色，衰亡50d 后变为白色；新鲜蓝藻内的藻蛋白含量最高，经过108d 的微生物处理，藻蛋白可基本被降解；蓝藻衰亡的第3天，色素释放量最大。

［结论］为巢湖蓝藻应急打捞及资源化应用提供科学依据。

关键词蓝藻；颜色；形态变化；巢湖中图分类号X131．2文献标识码A 文章编号0517－6611（2011）17－10348－05Laboratory Simulation Study of Color and Morphological Changes in the Decay Process of Cyanobacteria in Chaohu Lake MENG Ze-jing et al （School of Resource and Environmental Engineering ，Anhui University ，Hefei ，Anhui 230039）Abstract ［Objective ］The whole degradation process of the algae was studied through aerobic treatment and anaerobic treatment．［Method ］First ，the natural hydrolysis of algae for seven days ，and then three kinds of aerobic microorganisms and two kinds anaerobic microorganisms were added to the reactor ．the entire process of cyanobacteria was analyzed in the color ，morphological and fluorescence changes ，and com-pared with the natural conditions ．［Result ］The results showed that the fresh algae was green ，after five days was yellow-green ，and after twenty-two days the color was light yellow while after 50days turned into white．In fresh algal the content of phycobiliprotein was the highest ，after one hundred and eight days of microbial treatment ，the protein might be complete degradation．After three days ，the pigment was re-leased．［Conclusion ］The study provided the scientific basis for salvage and emergency response ，resource applications．Key words Cyanobacteria ；Color changers ；Morphological changes ；Chaohu Lake基金项目国家自然科学基金资助项目（40972092）；国家水专项巢湖项目（2008ZX07103-005-001）。

作者简介孟泽婧（1984－），女，河北承德人，硕士研究生，研究方向：水体环境化学与污染治理。

*通讯作者，教授，博士，硕士生导师，从事环境同位素地球化学和生物地球化学研究，E-mail ：liyc1988@yahoo．com．cn 。

收稿日期2011-04-21巢湖是我国五大淡水湖之一，地处长江和淮河流域之间，是沿湖地区工农业生产和人民生活用水的重要水源地，同时也是渔业生产的重要基地［1］。

20世纪80年代以来巢湖富营养化引起了研究者的关注。

刘贞秋等［2］对巢湖浮游蓝藻进行了研究，表明巢湖已属蓝藻型富营养化湖泊。

2006 2009年《中国环境状况公告》显示，巢湖水质总体为V 类，西半湖处于中度富营养化状态，东半湖处于轻度富营养化状态，全湖富营养化状态指数约为60，富营养化状态总体较严重。

吴晓东等［3］、李阔宁等［4］、孔繁翔等［5］研究表明，蓝藻的生长与水华的形成可以分为休眠、复苏、生物量增加、上浮和积聚形成水华4个主要阶段。

因此，蓝藻大范围爆发后，若不及时从湖体中打捞出来，随着蓝藻的衰亡分解，营养元素将再次进入水体，变为内源污染。

且蓝藻衰亡会产生二次污染和毒素物质的释放［6］，严重影响环境安全，因此加大对巢湖蓝藻的科学治理、应急打捞及综合应用，显得尤为重要。

降解程度不同的蓝藻，所含的活性物质不同，在资源化利用中，要对不同的蓝藻分类利用。

但在自然条件下，衰亡程度不同的蓝藻往往混在一起，这为分析、研究蓝藻的衰亡程度带来了困难。

因此笔者采用新鲜蓝藻［7］，在实验室中模拟其衰亡降解过程，并分析此过程中的变化规律，为蓝藻应急打捞及资源化利用提供支持。

1材料与方法1．1试验材料1．1．1藻种。

试验所用蓝藻于2009年8月22日采自巢湖西半湖塘西河口（117ʎ34'E ，31ʎ67'N ），采样时水体pH 为8.94，DO 为7．34mg /L ，COD Mn 为4．4mg /L ，NH 3-N 为0．27mg /L 。

藻样的含水量为98．63%，经镜下观察，样品中99%以上藻种均为蓝藻门微囊藻属。

藻密度为24000万个/L 。

1．1．2菌种。

好氧菌种包括：氨化细菌A5、硝化细菌X5、好氧脱硫菌S4；厌氧菌种包括：反硝化细菌F3、硫酸盐还原菌M3。

以上5株菌株均为安徽大学环境研究所实验室自有菌株，其中脱氮类菌株从巢湖底泥中筛选分离而得，脱硫类菌株从火力发电厂周围土壤及污水处理厂的活性污泥中筛选分离得到［8］。

1．1．3培养基［9］。

氨化细菌A5的培养基：牛肉膏3．0g /L ，蛋白胨10．0g /L ，NaCl 5．0g /L ，pH 7．0 7．2，0．100MPa ，121．3ħ灭菌20min 。

固体培养基加入20%琼脂粉制得。

硝化细菌X5的培养基：（NH 4）2SO 40．5g /L ，葡萄糖5g /L ，NaCl 0．3g /L ，K 2HPO 41．0g /L ，MgSO 4·7H 2O 0．3g /L ，FeSO 4·7H 2O 0．03g /L ，CaCl 2·H 2O 0．03g /L ，pH 7．2 7．4。

加入20%的琼脂即得固体培养基，用于菌种的分离纯化。

试验中以（NH 4）2SO 4作为氨氮的来源。

反硝化细菌F3的培养基：KNO 32．0g /L ，柠檬酸钠10．0g /L ，K 2HPO 41．0g /L ，KH 2PO 41．0g /L ，MgSO 40．2g /L ，微量盐2ml ，蛋白胨15g /L ，牛肉膏3g /L ，pH 7．2 7．4，0．100MPa ，121．3ħ灭菌20min 。

固体培养基加入20%琼脂粉制得。

好氧硫化菌S4的培养基：KH 2PO 42．0g /L ，Na 2HPO 42．0g /L ，NaCl 3．0g /L ，蛋白胨15g /L ，牛肉膏3g /L ，DBT 4ml /L 。

固体培养基加入20%琼脂粉制得。

硫酸盐还原菌M3的培养基：K 2HPO 40．5g /L ，NH 4Cl 1.0g /L ，MgSO 40．06g /L ，NaSO 42．5g /L ，CaCl 20．06g /L ，柠檬酸三钠0．3g /L ，乳酸钠4．0g /L ，酵母膏1．0g /L 。

固体培养基加入20%琼脂粉制得。

1．1．4蓝藻微生物降解试验的反应装置。

试验装置选用圆责任编辑李占东责任校对傅真治安徽农业科学，Journal of Anhui Agri．Sci．2011，39（17）：10348－10352柱形反应器，装置见图1，有效容积为40L ，加入所采蓝藻藻样30L 。

菌剂由反应器顶部加入，反应器配有搅拌装置，底部设置取样口。

将蓝藻反应装置置于（30ʃ2）ħ恒温培养箱中，不加任何营养元素，避光处理。

试验中蓝藻先进行自然水解，然后依次加入氨化细菌A5、硝化细菌X5、好氧脱硫菌S4、反硝化细菌F3及硫酸盐还原菌M3，模拟蓝藻的衰亡降解过程，即新鲜蓝藻需要经过自然水解、氨化、硝化、好氧脱硫、反硝化、厌氧脱硫等过程，最终被降解。

注：①为进样口；②为搅拌装置；③为取样口。

Note ：①Injection port ；②Stirrer device ；③Sample connection．图1蓝藻反应器装置Fig．1Cyanobacteria reactor device1．2方法1．2．1蓝藻微生物降解过程中加入菌种的时间。

蓝藻在微生物降解过程中，加入的菌株种类及加入时间见表1。

1．2．2蓝藻微生物降解试验的加菌过程。

按照蓝藻衰亡降解过程中微生物作用的不同阶段，加菌顺序为：氨化细菌A5、硝化细菌X5、好氧脱硫菌S4、反硝化细菌F3和硫酸盐还原菌M3。

将安徽大学环境研究所自行筛选所得的保存菌株取出活化培养，按照氨化细菌、硝化细菌、好氧硫化菌、反硝化细菌与硫酸盐还原菌的顺序，进行扩大培养［10］，并将培养菌剂接入到蓝藻反应装置中，定期取样观察蓝藻颜色、形态等。

1．2．2．1好氧微生物部分。

以氨化细菌为例，将细菌A5接种至氨化细菌固体斜面上进行活化培养，35ħ培养2 3d ，后挑取斜面上生长的菌落接种于1000ml 氨化细菌液体培养基中进行扩大培养，130r /min 摇床培养2 3d 。

待培养基中菌体培养完成后，进行低速离心（3000r /min ），弃上清液，将菌体加入蓝藻反应装置中，同时混合均匀。

每隔3d 接种同样的培养菌剂，氨化阶段为7d 左右。

1．2．2．2厌氧微生物部分。

以反硝化细菌为例，将反硝化菌F3取出活化，于厌氧培养箱中35ħ培养5 7d ，后挑取反硝化菌株纯菌落接种至装有反硝化细菌液体培养基的磨口三角瓶中，向瓶中充氩气驱氧，加磨口塞密封，于35ħ下进行扩大培养5 7d 。