不同干燥法对微生物溶藻剂溶解铜绿微囊藻能力的影响

2018-08-16况世昌龙兴权欧阳潮李筱雯

中国资源综合利用 2018年7期

况世昌，龙兴权，欧阳潮，吴贝，李筱雯

（湖北华大瑞尔科技有限公司，湖北荆州 434000）

近年来，我国人口增长、城市规模扩大等人类活动加剧，加快了有机物和氮磷等营养元素进入河流和湖泊的速度，导致富营养化问题日益突出。富营养化导致水体藻类呈爆发性生长。在国内外多种除藻方法中，生物防治方法被认为是主要的蓝藻防治方法。其中，微生物控藻技术又被认为是最具前途且发展迅速的控藻方法之一，对藻类生物平衡的维持起到重要作用。朱叶飞等从芦苇池中分离得到2株溶藻效果明显的溶藻菌SS和CH-P，研究溶藻机理发现，溶藻菌SS与藻细胞直接接触溶藻，溶藻菌CH-P通过分泌物质来间接溶藻[1]。然而，国内外抑藻菌的应用研究多处于实验室研究阶段，尚未制成产品应用于河流和湖泊蓝藻水华治理。

本文以溶藻菌RIK为种子菌，发酵后采用离心喷雾干燥法和沸腾制粒干燥法制得2种微生物溶藻剂，研究不同干燥法对微生物溶藻剂溶解铜绿微囊藻的影响，为微生物溶藻剂实现工业化生产提供试验依据。

1 材料和方法

1.1 材料

溶藻菌RIK由湖北华大瑞尔科技有限公司保藏提供；铜绿微囊藻（microcystis aeruginosa，FACHB905）为实验室培养纯藻种，购自中科院水生生物研究所；BG11藻类改良培养基，方法可以参照晋利的相关研究[2]。

1.2 微生物溶藻剂的制备

以溶藻菌RIK为种子菌，接入发酵培养基中，温度保持在35～37℃，培养36 h，结束发酵，发酵液分为2份。

微生物溶藻剂A：1份发酵液采用离心喷雾干燥，活菌数含量为200亿个/g，由湖北华大瑞尔科技有限公司生产提供；微生物溶藻剂B：另1份发酵液采用沸腾制粒干燥，活菌数含量为100亿个/g，由湖北华大瑞尔科技有限公司生产提供。

1.3 微生物溶藻剂去除铜绿微囊藻试验方法

将铜绿微囊藻接种于BG11改良培养基，培养至生长对数期。分别取0.030 g、0.003 g微生物溶藻剂A，0.060 g、0.006 g微生物溶藻剂B加入到100 mL上述藻液中，使溶藻菌含量分别达到6×106个/mL、6×105个/mL，每组设三个重复及空白对照组。以对照组为参照，试验后观察拍照记录试验结果，检测藻细胞叶绿素a含量变化、超氧化物歧化酶（SOD）活性变化、丙二醛（MDA）含量变化。

1.4 检测分析方法

藻细胞叶绿素a检测，方法参考朱叶飞的相关研究[1]；超氧化物歧化酶活性检测，方法参考晋利的相关研究[2]；丙二醛含量检测，方法参考晋利的相关研究[2]。

2 结果

2.1 微生物溶藻剂溶解铜绿微囊藻的效果图

试验9 d后，观察拍照各瓶铜绿微囊藻的生长情况。对照组藻液呈绿色，与试验前颜色变化不明显。添加微生物溶藻剂A的两试验组藻液颜色均呈暗绿色，而添加微生物溶藻剂B的试验组呈黄色，表明微生物溶藻剂B的溶藻抑藻能力强于微生物溶藻剂A。

2.2 微生物溶藻剂对铜绿微囊藻叶绿素的影响

如图1所示，加入微生物溶藻剂A的两试验组，直至试验后第9 d两组的叶绿素含量与0 d相比无变化。藻液中加入微生物溶藻剂B，试验后第9 d，两组叶绿素含量较0 d分别下降94.95%、92.5%，藻液完全黄化。而对照组的藻液叶绿素含量呈上升趋势。

2.3 微生物溶藻剂对铜绿微囊藻抗氧化系统的影响

试验0 d，试验各组的SOD活性与MDA含量均与对照组相当，如图2、图3所示。按照试验方案，分别加入不同量的微生物溶藻剂A和B。试验结束，微生物溶藻剂A对铜绿微囊藻SOD活性影响不显著。而微生物溶藻剂B对SOD活性影响显著，处理3 d后，分别增加257%、256%，处理9 d后，SOD活性显著下降，但仍高于对照组（见图2）。从图3可见，随着微生物溶藻剂B处理时间的延长，铜绿微囊藻MDA含量也不断增加，处理9 d后，微生物溶藻剂B试验组MDA含量分别增加383.01%、381.1%。而微生物溶藻剂A对MDA的影响不显著。

3 讨论

溶藻细菌的溶藻作用方式一般分为2类：直接溶藻和间接溶藻；直接溶藻是细菌与藻细胞直接接触，破坏藻细胞结构；间接溶藻是通过分泌胞外溶藻物质或与藻细胞竞争营养物质等方式溶藻。牛丹丹等从池塘中分离一株溶藻细菌YZ，研究发现，按10%的体积比向藻液中接入YZ无菌滤液溶藻效果最佳，溶藻机理研究表明YZ分泌亲酯性溶藻活性物质，为间接性溶藻[3]。本试验结果表明微生物溶藻剂B可以有效去除铜绿微囊藻，使用微生物溶藻剂B第9 d，可使铜绿微囊藻叶绿素含量较0 d分别下降94.95%、92.5%，藻液完全黄化；而观察微生物溶藻剂A溶藻能力不足。动植物在生长代谢过程中受到生理性或非生理性损伤时细胞内产生大量的氧自由基，造成极大的细胞毒害，SOD是第一参与氧自由基清除反应的保护酶[4]。SOD的酶活高低反映出铜绿微囊藻的损失程度。MDA含量是生物细胞膜脂过氧化的重要指标，表明细胞膜被破坏程度[5]。

图1 微生物溶藻剂对铜绿微囊藻叶绿素的影响

图2 微生物溶藻剂对铜绿微囊藻SOD活性的影响

图3 微生物溶藻剂对铜绿微囊藻丙二醛的影响

晋利等研究溶藻细菌J1对铜绿微囊藻抗氧化系统的影响，结果表明用J1菌株无菌滤液作用2 d后，相比对照组，SOD酶活显著升高，试验9 d后，SOD酶活迅速下降，仅为试验第2 d酶活的15.53%；而试验组MDA含量在试验过程中逐步增加，9 d后MDA含量高对照组150%[2]。从本试验结果可知，藻液中加入不同量微生物溶藻剂B，SOD酶活随着试验进行在3 d达到最高，分别比对照组增加257%、256%，在试验第9天下降；MDA含量在试验中呈持续上升趋势，9 d后比对照组增加383.01%、381.1%。而微生物溶藻剂A对铜绿微囊藻SOD酶活和MDA含量影响不显著，结果表明，微生物溶藻剂B具有溶藻作用，而微生物溶藻剂A无溶藻活性。两种微生物溶藻剂在溶藻作用上的巨大差异，可能与溶藻剂不同的干燥方法有关。

离心喷雾干燥法是采用雾化器将料液分散为细小雾珠，在喷雾干燥器内直接用热干燥介质（通常为热空气）将细小雾珠干燥，并使用旋风分离器等将干燥介质分离而获得干燥产品的一种干燥方法，该法进风温度为220～350℃，出风温度为80～90℃[6]。本试验中，微生物溶藻剂A采用离心喷雾干燥法制得，进风温度设置为230℃，出风温度为80℃。沸腾制粒干燥法的原理是把辅料装入容器中，从床层下部通过筛板吹入适宜的气流，使物料在流化状态下混合均匀，然后开始均匀喷入雾化液体（作为黏合剂），物料开始聚结成粒[7]。唐雪梅等在研究以水为黏合剂制粒时，发现进风温度113～116℃，出风温度56～58℃制得中药颗粒性状好且质量稳定[8]。本试验中微生物溶藻剂B采用沸腾制粒干燥法干燥，进风温度为85～110℃，出风温度50～60℃。本试验中沸腾制粒干燥法的进出风温度均低于离心喷雾干燥，微生物溶藻剂A的使用终溶度与微生物溶藻剂B相同，溶藻能力弱于微生物溶藻剂B，故而判断溶藻菌RIK分泌溶藻物质间接溶藻，同时溶藻物质对温度敏感。