微囊藻（Microcystis）在不同培养基生长差异及其对N和P的去除效果研究

徐雨萌 蒋睿 马婧倩 周青 甄树聪

摘   要：为了研究微囊藻在BG11培养基、污水厂尾水和垃圾渗滤液中的生长情况以及对其中N、P的去除效果，采用顯微镜直接计数法计算铜绿微囊藻的密度，通过分光光度计法测定总氮、总磷和氨氮的浓度，进行微囊藻实验室培养。在总氮和总磷浓度不同的三种培养基中，微囊藻在污水厂尾水中的生长情况优于在BG11培养基和垃圾渗滤液中的生长，且微囊藻在污水厂尾水中对N、P的去除效果最好。在等氮磷浓度的三种培养基中，结果仍和上述类似。比较三种培养基中的氨氮浓度，三种培养基中的氨氮浓度不一致。从而可知氨氮浓度影响微囊藻的生长和对N、P的去除效果。

关键词：微囊藻  总氮  氨氮  总磷  去除效果

Abstract： In order to study the growth of Microcystis in BG11， sewage plant tail water and landfill leachate and the removal efficiency of Nitrogen and Phosphorus， the density of Microcystis was calculated by direct counting method under microscope， the concentrations of Total nitrogen， Total phosphorus and Ammonia nitrogen were determined by the spectrophotometry method， and the Microcystis was cultured in the laboratory. The growth of Microcystis in the effluent of wastewater treatment plant was better than that in BG11 and landfill leachate in the three different concentrations of Total nitrogen and Total phosphorus， the removal efficiency of Nitrogen and Phosphorus by Microcystis was the best. The results were similar in the three media with equal Nitrogen and Phosphorus concentrations. The concentrations of Ammonia nitrogen in three kinds of media were compared， and the concentrations of Ammonia nitrogen in three kinds of media were different. The results showed that the concentration of Ammonia nitrogen affected the growth of Microcystis and the removal of Nitrogen and Phosphorus.

Key Words： Microcystis; Total nitrogen; Total phosphorus; Ammonia nitrogen

近年来，我国水体富营养化问题日益严重，从国内较大湖泊如滇池、太湖及大明湖等与海湾如莱州湾的情况来看，频发的水体富营养问题造成极大地危害[1-4]，引发水体富营养化的主要原因是水中氮磷含量超标[5-6]，由于资金技术等原因，我国污水处理厂二级处理后大多无法达到正常的排放标准，利用微囊藻净化污水是十分髙效的处理方式。微囊藻指在只有在显微镜下才能分辨其形态的藻类，能够髙效利用光合作用。污水处理后回收的藻类可以进行资源化利用。微囊藻有巨大的经济开发潜力，可应用于各个领域。本实验通过观察在BG11培养基、污水厂尾水和垃圾渗滤液中微囊藻的生长情况以及不同培养基中N、P浓度的变化，研究培养基中NH4+-N的浓度对微囊藻的生长情况和N、P去除效果的影响，为微囊藻处理污水提供依据。

1  材料与方法

1.1 实验材料和仪器

铜绿微囊藻（购自中国科学院水生生物研究所）。磷酸二氢钾，纳氏试剂，硝酸钾（均为分析纯试剂）。紫外分光光度计（北京普析通用仪器公司），显微镜（凤凰光学股份有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 实验设置

铜绿微囊藻纯种培养，A组：在TN=53.75mg/L、TP=9mg/L的BG11培养基，TN=8.69mg/L、TP=2.78mg/L污水厂尾水和TN=276.35mg/L、TP=147.24mg/L垃圾渗滤液三种培养基中培养，分别在第1、3、5、7、9、11、13、15天观察微囊藻密度的变化以及测其总氮、总磷的浓度。B组：在TN=53.75mg/L、TP=9mg/L的BG11培养基、污水厂尾水和垃圾渗滤液三种培养基中培养。分别在第1、3、5、7、9、11、13、15天观察微囊藻密度的变化以及测其总氮、氨氮、总磷的浓度。

1.2.2 接种

将铜绿微囊藻以5000r/min离心10min，并用无菌水洗涤两次，然后再接入已灭菌的两组培养基中，在光照5000lx和温度25℃的环境中培养。初始藻密度约为1.46×106个/mL。

1.2.3 微囊藻的生长曲线

用显微镜和血球计数板计数生长时期培养液中的藻细胞密度，并绘制藻类生长曲线。

1.2.4 培养基中总氮浓度变化测定

采用纳氏试剂光度法，分别在220nm和275nm波长处测定吸光度。得到的回归方程为y=0.0872x+0.0011。

1.2.5 培养基中总磷浓度变化测定

采用钼酸铵分光光度法，在700nm波长处测定吸光度。得到的回归方程为y=13.459x+0.0666。

1.2.6 培养基中氨氮浓度变化测定

水杨酸-次氯酸盐光度法，在420nm波长处测定吸光度。得到的回归方程为y=0.0547x+0.0023。

2  结果与分析

2.1 以原水为培养基铜绿微囊藻生长曲线和氮磷浓度变化情况

铜绿微囊藻均能在BG11培养基、污水厂尾水和垃圾渗滤液中生长，且在污水厂尾水中微囊藻的生长要显著优于在BG11培养基和垃圾渗滤液中的生长（图1）。

铜绿微囊藻在污水厂尾水中对N、P浓度的去除效果要高于对BG11培养基和垃圾渗滤液中N、P浓度的去除效果（表1、表2）。不同的藻类对TN、TP浓度的需求不同，如大扁藻生长的前期对磷源的要求比较高，但过高的磷浓度不能使其以较快的速度增长，后期需求较小[7]。由实验数据推知，TN和TP浓度影响着微囊藻的生长情况，所以微囊藻在不同的培养基中对N、P的去除效果不同。有研究表明藻类对培养基中N、P的去效果与营养盐之间的比值有着重要的关系，尤其是氮磷比率，如四尾栅藻更适应于高氮磷比的环境[8]。铜绿微囊藻在TN=8.69mg/L、TP=2.78mg/L污水厂尾水中的生长条件与其他两种培养基相比更为适宜。

2.2 等氮磷浓度培养基铜绿微囊藻生长曲线和氮磷浓度变化情况

污水厂尾水中的TN和TP浓度小于BG11培养基中的TN和TP浓度，所以向污水厂尾水中加硝酸钾和磷酸二氢钾，使污水厂尾中TN和TP浓度与BG11培养基中TN和TP浓度相同。垃圾渗滤液中的TN与TP浓度高于BG11培养基中的TN和TP浓度，所以先将垃圾渗滤液稀释，使垃圾渗滤液中的TP浓度与BG11培养基中的TP浓度一致，再加入硝酸钾使垃圾渗滤液中TN浓度与BG11培养基中TN浓度相同。铜绿微囊藻在B组实验中，藻细胞密度呈现先上升后下降的趋势，且在污水厂尾水和BG11培养基中培养的微囊藻在前期藻细胞密度差别较小，第7天时在污水厂尾水中微囊藻的生长要显著优于在BG11培养基中的生长（图2）。而在垃圾渗滤液中微囊藻的藻细胞密度与在污水厂尾水和BG11培养基中培养的微囊藻的藻细胞密度相差较大，微囊藻在垃圾渗滤液中并不利于生长。

在测定15d内微囊藻生长情况的同时，记录BG11培养基、污水厂尾水和垃圾渗滤液中总氮（表3）、总磷（表4）和氨氮（表5）的浓度。通过比较可知，在TN和TP浓度相同的情况下，NH4+-N浓度的不一致导致了微囊藻在这三种水体中生长情况的不同。

根据表3，在原始TN浓度相同的條件下，BG11培养基中的TN浓度由初始的53.74mg/L降低到40.78mg/L。污水厂尾水中的TN浓度由初始的53.74mg/L降低到40.66mg/L。垃圾渗滤液中的TN浓度由初始的53.74mg/L降低到49.06mg/L。由数据分析，微囊藻更容易去除污水厂尾水中的TN，所以微囊藻在污水厂尾水中对TN的去除效果最好，其次是BG11培养基，在垃圾渗滤液中的去除效果最差。

根据表4，同上诉TN分析一致，微囊藻在污水厂尾水中对TP的去除效果最好，其次是BG11培养基，在垃圾渗滤液中的去除效果最差。

根据表5，在等氮磷浓度的条件下，NH4+-N浓度在BG11培养基中从1.89mg/L降低到1.46mg/L。在污水厂尾水中NH4+-N浓度从1.36mg/L降低到0.23mg/L。在垃圾渗滤液中NH4+-N浓度从10.98mg/L降低到9.22mg/L。通过数据比较可知，微囊藻对N、P的去除效果在初始氨氮浓度为1.36mg/L的污水厂尾水中最好，其次是初始氨氮浓度为1.89mg/L的BG11培养基中，最后是初始氨氮浓度为10.98mg/L的垃圾渗滤液中。

2.3 微囊藻生长差原因分析

微囊藻在原始的三种培养基中培养，生长情况由高到低依次为：污水厂尾水、BG11培养基、垃圾渗滤液。将原始的三种培养基调整到等氮磷浓度后，生长情况由高到低依次仍为：污水厂尾水、BG11培养基、垃圾渗滤液。在原始的三种培养基中，比较N/P，污水厂尾水的N/P=3.13，BG11培养基中N/P=5.97，垃圾渗滤液中N/P=1.88。根据研究所知，N/P=300～3时微囊藻的生长曲线拟合系数呈现出随氮磷比下降微囊藻生长更迅速的趋势[9-11]。当N/P=6～3时，微囊藻的细胞密度随N/P的减小而增大，当N/P小于3时，微囊藻的细胞密度随N/P的减小而减小，所以不同的N/P影响微囊藻在不同培养基中的生长情况。在等氮磷浓度的三种培养基中，由于初始N/P都为5.97，所以N/P不再是微囊藻生长差异的原因。通过图2可知，微囊藻在三种培养基中的生长情况与图1中原始的三种培养基的生长情况类似，考虑是否是其他形态的氮磷浓度影响了微囊藻的生长情况。根据表5，污水厂尾水中的氨氮浓度为1.36mg/L，BG11培养基中的氨氮浓度为1.89mg/L，垃圾渗滤液中的氨氮浓度为10.98mg/L，三种培养基中的氨氮浓度不同，微囊藻在这三种培养基中的生长情况也不相同。综上所述，N/P影响微囊藻的生长情况，不同形态的氮磷浓度如氨氮浓度同样也影响着微囊藻的生长情况。

3  结语

本文采用污水厂尾水、BG11和垃圾渗滤液作为培养基，按原液和调整氮磷浓度方式分别作为培养基进行微囊藻的培养，通过实验可知，藻在普适培养基BG11中并不如污水厂尾水中生长的好，因此，针对富营养化水体藻类大量繁殖普遍关注的水体中氮磷浓度的问题，还应关注排入水体的水的来源和性质，才能更好地控制藻类水华。

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