沼泽红假单胞菌R-3去除水体中氨氮的特性研究

文 刚，汪 彬，刘 标，贺月林

（湖南省微生物研究院，湖南 长沙 410009）

沼泽红假单胞菌R-3去除水体中氨氮的特性研究

文 刚，汪 彬，刘 标，贺月林

（湖南省微生物研究院，湖南 长沙 410009）

为了降低养殖水体中的氨氮，以1株具有氨氮去除效果的沼泽红假单胞菌R-3菌株为材料，通过单因素试验，分别研究了初始氨氮浓度、温度、pH值和光照强度对其降解氨氮能力的影响。结果表明：当水体初始氨氮浓度在80 mg/L以下时，菌株R-3降解氨氮的效果较好，降解率均大于70%；该菌株在温度为25～30℃，水体的pH值为6～9，光照强度为1 000～5 000 Lux的环境条件下对水体中的氨氮具有较好地降解效果，对氨氮的降解率最高可达85.7%。沼泽红假单胞菌R-3具有高效去除水体中氨氮的能力，且适应环境的能力相对较强，在实际生产中具有较大的潜在应用价值。

沼泽红假单胞菌R-3；氨氮降解；环境因素

随着水产养殖规模化的发展，水体中的氮素大量积累，严重制约了水产养殖业的健康可持续发展。水体中的氮素分为有机氮和无机氮，其中无机氮常指氨氮、硝态氮和亚硝态氮，无机氮的积累使水质恶化，抑制水产动物的正常生长，严重时会引发养殖动物患病或死亡[1-2]。微生态制剂是将从天然环境中分离筛选出来的微生物培养后制成含有大量有益菌的活性菌制剂。研究表明，向水体中合理投放微生态制剂可以有效地净化养殖水体，促进养殖业的健康发展[3-4]。

沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris）是我国农业部允许使用的饲料级微生物之一，是近年来水质净化领域常用的菌种[5-6]。实验室在前期研究中，从水体中分离获得一株对氨氮具有良好去除能力的沼泽红假单胞菌R-3菌株。为了考察该菌株在实际生产中的应用价值，在室内开展了模拟试验，探讨了温度、光照、水体的氨氮浓度和pH值等环境因素对菌株R-3去除氨氮能力的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 菌种来源 沼泽红假单胞菌R-3由实验室从长沙县一养殖水体中驯化富集分离获得。

1.1.2 沼泽红假单胞菌发酵培养基 CH3COONa 2.0 g/L，乳酸钠2.0 g/L，(NH4)2SO41.0 g/L，蛋白胨0.5 g/L，酵母膏1.0 g/L，NaCl 1.0 g/L，KH2PO41.0 g/L，K2HPO40.5 g/L，pH值7.0。

1.1.3 仪器设备 超净工作台、紫外分光光度计、灭菌锅、离心机、人工气候光照培养箱。

1.2 试验方法

1.2.1 菌株R-3菌液的制备 接种菌株R-3种子液到发酵培养基中，30℃、3 000 Lux光照厌氧培养4 d，离心收集菌体细胞，用无氨水反复洗涤3次，目的是去除菌株在生长过程中利用蛋白胨和酵母膏而产生的无机氮。最后加入适量的无氨水配成菌悬液（活菌数约为1.3×109CFU/mL），待用。

1.2.2 菌株在不同条件下对水体中氨氮的去除效率

从长沙县一淡水养殖鱼塘中取水样，室温静置12 h，取样测定水样中的氨氮的初始含量。经测定，水体中的氨氮含量为5.28 mg/L，为了模拟不同氨氮浓度的废水，试验时添加氯化铵试剂，使水体中的氨氮浓度分别达到大约为20、40、60、80、100和120 mg/L。模拟试验采用3 L的蓝盖玻璃瓶，每个瓶中装入2 L模拟水体，按5%的接种量接种1.2.1中制备的菌悬液。分别设置培养温度为20、25、30、35和40℃，光照强度为1 000、2 000、3 000、4 000和5 000 Lux，调节水体的初始pH值为5.0、6.0、6.8（水体实际pH值）、8.0和9.0。每个处理重复3次，若无特殊说明，测定体系的水体中初始氨氮浓度为40 mg/L，起始pH值为6.8，30℃、3 000 Lux光照厌氧培养5 d，取样测定水体中剩余的氨氮含量。

1.2.3 铵态氮含量的测定方法 氨氮的测定采用纳氏试剂分光光度法（HJ 535—2009）。氨氮降解率（%）=（试验前氨氮浓度-试验后氨氮浓度）/试验前氨氮浓度×100。

1.3 数据统计分析

试验数据利用SPSS 18.0和Excel 2003软件进行统计分析和作图，数据间差异显著性比较采用Oneway ANOVA方法分析。

2 结果与分析

2.1 菌株R-3对不同氨氮浓度水体中氨氮去除率

如图1所示，在设定的不同氨氮浓度的废水中，沼泽红假单胞菌R-3均能将体系中的氨氮降解。初始氨氮浓度在80 mg/L水平以下，各处理的氨氮降解率无显著性差异，均大于70%；随着初始浓度的继续升高，氨氮降解率显著下降，但降解率仍能保持在50%以上。这说明体系中不同的氨氮浓度会影响菌株的生长和代谢，从而影响其降解氨氮的效果。

图1 不同初始氨氮浓度下菌株R-3的氨氮降解效果

2.2 水体的初始pH对菌株R-3氨氮去除率的影响

由图2可知，菌株R-3在pH值为5.0时，7 d后水体中的氨氮降解率为40.3%；当水体中pH值为6.0～9.0之间时，菌株R-3对氨氮的降解能力随pH值的增加而降低，但降解率均在76%以上。这说明菌株R-3更适宜于在中性和稍偏碱性的环境下发挥其去除氨氮的作用。在适宜的pH值范围内，微生物的生长代谢最旺盛，过酸或过碱的环境中，微生物的活性会受到抑制。

图2 pH值对菌株R-3氨氮降解率的影响

2.3 温度对菌株R-3氨氮去除率的影响

养殖水体的温度随着季节的不同而变化，是影响微生物生长与代谢的重要因素。由图3可知，温度在20～30℃时，菌株R-3对氨氮的降解率随温度的升高而增大，在30～35℃时对氨氮的降解效果最佳，降解率最高达82.3%。但当温度增大到40℃时，其氨氮降解率显著降低，仅为52.7%。

图3 温度对菌株R-3氨氮降解率的影响

2.4 光照强度对菌株R-3氨氮去除率的影响

如图4所示，沼泽红假单胞菌在1 000～5 000 Lux范围内，各处理的氨氮降解率无显著性差异（P＞0.05），均达到75%以上，表明在此范围内，沼泽红假单胞菌R-3能够较好地降低水体中的氨氮浓度。

3 结论与讨论

图4 光照强度对菌株R-3氨氮降解率的影响

在前期研究中，实验室从养殖水体中分离筛选到一株具有氨氮降解能力的菌株R-3，经鉴定为沼泽红假单胞菌。研究通过单因素试验，对菌株R-3降解氨氮的影响因素进行了研究。结果表明，当水体初始氨氮浓度在80 mg/L以下时，菌株R-3降解氨氮的效果较好，降解率均大于70%。在氨氮浓度为40 mg/L的模拟水体中，温度为25～30℃，水体的pH值为6～9，光照强度为1 000～5 000 Lux范围内，该菌株对水体中的氨氮具有较好的降解效果，对氨氮的降解率最高可达85.7%。

利用微生物净化水质，主要是通过微生物自身的生长代谢来降解转化水体中的污染物。沼泽红假单胞菌去除氨氮主要依靠体内的脱氮酶系，该酶系均是可溶性酶，且存在于周质空间中，因而其脱氮过程均在细胞膜的外侧进行，因此理论上该菌去除氮素具有反应速度快、不易受外界影响等优点[7]。前人的研究结果表明，部分沼泽红假单胞菌菌株在较宽范围的光照、温度、pH值等环境条件下，具有较好地净化水质的能力[8-10]。此研究结果表明，菌株R-3在不同的环境条件下（初始氨氮浓度、水体pH值、温度、光照强度）对水体中氨氮的去除能力有差异，但均表现出较高的降氨氮效率，这与已有的研究结果基本一致。该菌株环境适应力相对较强，适用于不同氨氮浓度的养殖废水的处理与净化，进一步丰富了净化养殖水质的菌种资源。

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[4] 王 震，陈 薇，刘 标，等. 高效氨氮降解菌酿酒酵母培养条件初步研究[J]. 安徽农业科学，2013，41（29）：11615-11616，11669.

[5] 张晓波，朱笔通，熊 慧，等. 沼泽红假单胞菌CQV97对无机三态氮共存水体中氮素的去除效率及其影响因素[J]. 氨基酸和生物资源，2015，37（4）：38-45.

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[10] 陈 慧，张德民，王龙刚，等. 一株反硝化光合细菌的生物学特性及系统发育分析[J].微生物学报，2011，51（2）：249-255.

（责任编辑：夏亚男）

Ammonia Nitrogen Removal Efficiency from Aquaculture Water by Rhodopseudomonas palustris R-3

WEN Gang，WANG Bin，LIU Biao，HE Yue-lin
（Hunan Institute of Microbiology, Changsha 410009, PRC）

In order to remove the ammonia nitrogen in aquaculture water, we used Rhodopseudomona palustris R-3, an ammonia removal bacterium, to study its ammonia nitrogen removal effciency with different initial ammonium concentrations, temperature, pH and illumination. The results showed that the ammonia nitrogen could be effective decreased by strain R-3 while the initial ammouium concentration lower than 80 mg/L. Strain R-3 could remove ammonium effectively when cultured under the conditions of 25-30℃, pH 6-9 and 1 000-5 000 Lux and the highest ammonia nitrogen degradation capacity was up to 85.7%. Rhodopseudomona palustris R-3 exhibited good potential for future applications of ammonia nitrogen emission for its high ammonium removal effciency and strong adapation to complicated water environment.

Rhodopseudomonas palustris R-3; ammonia nitrogen removal; environmental factors

X172

：A

：1006-060X（2017）06-0049-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.006.015

2017-04-13

湖南省生猪产业技术体系生猪产业规模养殖与环境控制岗位；湖南省农业委员会“一化四体系”建设（湘财农指〔2010〕109号）；湖南省科技厅重点研发计划（2016NK2208）

文 刚（1966-），男，湖南长沙市人，助理工程师，主要从事环境微生物研究。

贺月林