以PLA、PHBV为碳源的生物絮团技术在海水养殖中的应用

析》 [15] ,总氨氮检测方法为纳氏试剂法,亚硝酸盐 检测方法为盐酸萘乙二胺法,硝酸盐检测方法为 锌镉还原法,磷酸盐检测方法为磷钼蓝分光光度 法,COD 检测方法为高锰酸钾氧化法。 1. 3. 3. 2 生物絮团指标测定
取 100 ~ 200 mL 水 样 使 用 沉 淀 漏 斗 ( 量 程 1 000 mL,精度 0. 01,Nalgene) 经过 30 min 沉淀, 统计生物絮团沉积量[2] ,总固体颗粒悬浮物采用 CJ / T 52—1999《 城市污水悬浮固体的测定》 [16] , 取水样 50 ~ 100 mL,使用 0. 45 μm 混合滤膜抽滤 后,于 105℃ 烘箱烘干后称重。 1. 3. 3. 3 微生物群落分析
1 材料与方法
1. 1 试验装置 本研究采用 6 个 PE 材料反应器( 下口入水,
上口出水) 并联运行的方式,每个反应器有效容 积约 2 L,内部悬挂添加 PLA 或 PHBV 20 g,设置 水体盐度为 10、20、30,共设 6 个试验组,反应器 盐度设置如表 1。 反应器内采用纳米管持续曝 气,保证水体中溶氧为 5. 30 ~ 6. 00 mg / L ,利用加 热棒将温度控制在 21. 87±0. 29℃ ,试验用水为人 工配制的海水养殖废水。
每 3 d 在早上 9:00 到 9:30 采用取样管分别 在反应器周边和中心选取 5 个点进行取样,每次 取样 50 mL,使用离心机离心(4 000 r / min) 5 min 后进行水质指标检测。 使用 YSI 检测水环境中的 温度、盐度、pH、溶氧( DO) 。 总氨氮、亚硝酸盐、 硝酸盐、磷酸盐以及化学需氧量( COD) 指标测定 参照 GB 173784—2007 《 海 洋 监 测 规 范 海 水 分
反应器采用纳米管曝气,利用蠕动泵( 设置
博看网 . All水R力i停gh留t时s间R为es5edr)v补ed充.自然蒸发水和养殖物
耗水, 设置海水养殖废水中的氨氮质量浓度为 2 mg / L,为加快反应器中生物絮团的产生,分别 在反应器中加入 2 g 复合芽孢杆菌,稳定 4 d。 1. 3. 2 探究 PLA 与 PHBV 的碳源添加规律
2 结果
2. 1 不同盐度下以 PLA 与 PHBV 为碳源的系统 中水质指标的变化
不同盐度下以 PLA 与 PHBV 为碳源的系统 中,水质指标氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐和磷酸盐质 量浓度及相关性见表 2,变化情况见图 1。
Hale Waihona Puke 第1期李晓蕊等:以 PLA、PHBV 为碳源的生物絮团技术在海水养殖中的应用
生物絮团( Biofloc Technology,BFT) 是以异养
博看网 . All细R菌i为gh主t,s同时Re与s原er生v动ed物.、藻类等水体成分混合
形成的具有调节水质功能的絮状悬浮物[1] 。 在 生物絮团养殖系统中,需要通过外加碳源以维持 异养细菌的生长,碳源的种类和数量很大程度上 决定了絮体的形成[2] 。 传统碳源如葡萄糖[3] 、米 糠[4] 、木薯粉[5] 、蜜糖[6] 、玉米淀粉[7] 、淀粉[8] 、甘 蔗渣[9] 等降解速度快,需要频繁添加,容易出现 碳源不足或过量情况,对养殖水体造成新的污染, 对系统处理造成过高的负荷。 生物可降解聚合物 如 3-羟基丁酸 - co - 3 - 羟基戊酸共聚物( poly3 hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate,PHBV) 、聚 -β-羟丁酸( poly -hydroxybutyrate,PHB)、聚己内酯 (polycaprolactone,PCL)可缓慢释放有机碳源,被证 明能 够 为 生 物 絮 团 建 立 提 供 稳 定 的 有 机 碳 源[10-11] 。 研究表明,生物絮团系统中添加 PHB, 可促进罗非鱼( Oreochromis mossanbicus) [12] 、南美 白对虾( Litopenaeus vannamei) [13] 等的生长和抗病 性的提高,但在碳源添加规律和海水养殖中的应 用却鲜有研究。 若将生物可降解聚合物作为碳源
收稿日期:2021- 07- 10 基金项目:国家重点研发计划项目“ 虾参循环水养殖工艺研究与清洁生产系统构建(2019YFD0900505) ” 作者简介:李晓蕊(1995—) ,女,硕士研究生,研究方向:设施渔业。 E-mail:1436332642@ qq. com 通信作者:宋协法(1964—) 男,教授,博士,研究方向:设施渔业。 E-mail:yuchuan@ ouc. edu. cn
第 49 卷第 1 期 2022 年 2 月
渔业现代化
FISHERY MODERNIZATION
DOI:10. 3969 / j. issn. 1007-9580. 2022. 01. 001
Vol. 49 No. 1 Feb. 2022
以 PLA、PHBV 为碳源的生物絮团技术在海水养殖中的应用
试验前期(11 月 15 日) 、中期(12 月 20 日) 、 后期(1 月 27 日) 系统稳定时在 6 个反应器周边 和中心取生物絮团质量浓度较高的底层水样,置 于沉淀漏斗中,取沉淀物进行抽滤后,留取抽滤后 滤膜,共取样 18 个。
利用 1%琼脂糖凝胶电泳检测抽提的基因组 DNA,进行 PCR 扩增,按指定测序区域,合成带有 barcode 的特异引物。 为保证后续数据分析的准 确性及可靠性,尽可能使用低循环数扩增;保证每 个样本扩增的循环数一致。 随机选取具有代表性 的样本进行预试验,确保在最低循环数中使绝大 多数样本能够扩增出据记录与处理
设备稳定 4 d 后,从第 5 天开始,进行样品采 集和检查。 根据水体中各项指标的变化,通过加 入碳酸钠控制水体中的 pH 在 8. 0 以上,通过后 期添加相应的 PLA 或 PHBV 以调节 C / N( 用 COD 表示水体中的碳含量,用氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸 盐氮的总和表示水体中的氮含量)。 在试验进行 到 45 d 时对水体中的沉积生物絮团清理,试验持 续 90 d。 1. 3. 3 样品采集与检测 1. 3. 3. 1 水质检测
用于海水养殖中,盐度对其有机碳的释放势必是 最为关键的一环。 本研究选取聚乳酸( PLA) 和 3 -羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚物( PHBV) 作为 外加碳源,探究在模拟海水生物絮团养殖中,不同 盐 度 下, 碳 源 有 机 碳 释 放 规 律, 以 及 PLA 与 PHBV 对于海水生物絮团养殖中水质、微生物群 落多样性及其结构的影响,为生物可降解聚合物 作为外加碳源的生物絮团技术在海水养殖中的应 用提供参考。
试验数据使用 Excel 与 SPSS 20. 0 记录和处 理,并作图。 微生物群落分析使用 Flash 1. 2. 11 进 行 pair - end 双 端 序 列 拼 接 处 理, 使 用 Qiime 1. 9. 1 生成 各 分 类 学 水 丰 度 表, 进 行 beta 多样 性 距 离 计 算, 使 用 Uparse 7. 0. 1090 和 Usearch 7. 0 进行 OTU 聚类与 OTU 统计分析,使 用 RDP Classifier 2. 11 进行序列分类注释,使用 Mothur 1. 30. 2 进行 alpha 多样性分析,微生物数 据 库 选 择 SILVA132 rRNA 数 据 库, 利 用 Fastp 0. 19. 6 进行质控。
3
表 2 不同盐度下以 PLA 与 PHBV 为碳源的系统中水质指标 Tab. 2 Water quality index values in different salinity systems with PLA and PHBV as carbon sources respectively
月份
组别
NH
+ 4
/
(
mg
/
L)
NO
2
/
(
mg
/
L)
NO
3
/
(
mg
/
L)
PO34- / ( mg / L)
11 月
PLA( sal 10)
12. 82±1. 51
0. 13±0. 02a
0. 14±0. 03a
0. 23±0. 03
PLA( sal20)
15. 80±1. 48
0. 20±0. 06a
0. 19±0. 05a
李晓蕊1,宋协法1,周广军2,董登攀1
(1 中国海洋大学水产学院,山东 青岛 266003; 2 烟台市海洋经济研究院,山东 烟台 264004)
摘要:本研究以聚乳酸( PLA) 和 3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚( PHBV) 作为外加碳源,探究在模拟海水 生物絮团养殖中,高、中、低盐度下 PLA 与 PHBV 碳源释放规律以及对海水生物絮团养殖中水质、微生物多 样性及其群落结构的影响。 结果显示: PHBV 碳源要优于 PLA 碳源,中盐度更有利于各种营养盐的转化,氨 氮质量浓度最终保持在 3. 22 ~ 6. 23 mg / L 之间,磷酸盐质量浓度最终保持在 0. 01 mg / L 以下;在生物絮团系 统建立方面,盐度越低越有利于生物絮团系统的快速建立,试验前期,低盐度系统中,PLA、PHBV 环境平均 氨氮质量浓度最低,分别为 12. 82 mg / L、8. 08 mg / L,PHBV 碳源组的生物絮团系统建立速度要快于 PLA 碳 源组;在微生物群落建立中,在高盐度系统中会出现象牙白栖东海菌属( Donghicola) 与芽孢杆菌属( Bacillus) 相互配合形成稳定系统的情况。 研究表明,PLA 和 PHBV 两种碳源都可以用于海水生物絮团养殖中,且 PHBV 作用效果更佳。 关键词:生物絮团;海水养殖;微生物群落;盐度;水质净化 中图分类号:S967. 9 文献标志码:A 文章编号:1007-9580(2022)01-0001-10
PLA( sal20)
6. 63±0. 57
7. 75±1. 58
4. 14±1. 20
0. 01±0. 00b
PLA( sal 30)
6. 43±0. 60
1. 93±0. 83
2
渔业现代化
2022 年
表 1 生物反应器条件设置 Tab. 1 Condition setting of bioreactor
反应器 碳源 设置 编号 种类 盐度
实际 盐度
初始氨氮质量 浓度 / ( mg / L)
① PLA 10 13. 48±1. 703
2
② PLA 20 24. 21±2. 392
2
③ PLA 30 37. 43±3. 774
2
④ PHBV 10 13. 90±2. 015
2
⑤ PHBV 20 25. 20±3. 635
2
⑥ PHBV 30 34. 04±2. 693
2
1. 2 人工配制的海水养殖废水 残饲粪便取自威海圣航水产科技有限公司的
大菱鲆养殖系统,经自然风干后于烘箱内 65℃ 烘 干 12 h,烘干后的残饲粪便使用研磨机粉碎。 配 水时取 500 g 溶于少量水后发酵 3 d,经 300 目筛 绢过滤,将浸出液倒入体积约 65 L 的水桶中混 匀,弃去残渣,测定水质指标后按照比例用来自青 岛近海经砂滤的纯净海水稀释作为试验用水[14] 。 1. 3 试验过程 1. 3. 1 反应器搭建
0. 26±0. 08a
0. 15±0. 05a
0. 02±0. 01ab
PHBV( sal30)
14. 50±1. 06
0. 08±0. 02a
0. 08±0. 02a
0. 04±0. 01
12 月
PLA( sal 10)
7. 01±0. 81
2. 52±0. 91
2. 35±0. 10
0. 01±0. 00
0. 06±0. 03ad
PLA( sal 30)
16. 02±1. 44
0. 15±0. 03a
0. 15±0. 03a
0. 06±0. 04d
PHBV( sal 10)
8. 08±1. 12
0. 05±0. 01a
0. 03±0. 01
0. 02±0. 01
PHBV( sal 20)
10. 63±0. 87