沼澤紅假單胞菌R-3去除水體中氨氮的特性研究

文 剛，汪 彬，劉 標，賀月林

（湖南省微生物研究院，湖南 長沙 410009）

沼澤紅假單胞菌R-3去除水體中氨氮的特性研究

文 剛，汪 彬，劉 標，賀月林

（湖南省微生物研究院，湖南 長沙 410009）

為了降低養(yǎng)殖水體中的氨氮，以1株具有氨氮去除效果的沼澤紅假單胞菌R-3菌株為材料，通過單因素試驗，分別研究了初始氨氮濃度、溫度、pH值和光照強度對其降解氨氮能力的影響。結(jié)果表明：當(dāng)水體初始氨氮濃度在80 mg/L以下時，菌株R-3降解氨氮的效果較好，降解率均大于70%；該菌株在溫度為25～30℃，水體的pH值為6～9，光照強度為1 000～5 000 Lux的環(huán)境條件下對水體中的氨氮具有較好地降解效果，對氨氮的降解率最高可達85.7%。沼澤紅假單胞菌R-3具有高效去除水體中氨氮的能力，且適應(yīng)環(huán)境的能力相對較強，在實際生產(chǎn)中具有較大的潛在應(yīng)用價值。

沼澤紅假單胞菌R-3；氨氮降解；環(huán)境因素

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)?；陌l(fā)展，水體中的氮素大量積累，嚴重制約了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。水體中的氮素分為有機氮和無機氮，其中無機氮常指氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮，無機氮的積累使水質(zhì)惡化，抑制水產(chǎn)動物的正常生長，嚴重時會引發(fā)養(yǎng)殖動物患病或死亡[1-2]。微生態(tài)制劑是將從天然環(huán)境中分離篩選出來的微生物培養(yǎng)后制成含有大量有益菌的活性菌制劑。研究表明，向水體中合理投放微生態(tài)制劑可以有效地凈化養(yǎng)殖水體，促進養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展[3-4]。

沼澤紅假單胞菌（Rhodopseudomonas palustris）是我國農(nóng)業(yè)部允許使用的飼料級微生物之一，是近年來水質(zhì)凈化領(lǐng)域常用的菌種[5-6]。實驗室在前期研究中，從水體中分離獲得一株對氨氮具有良好去除能力的沼澤紅假單胞菌R-3菌株。為了考察該菌株在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用價值，在室內(nèi)開展了模擬試驗，探討了溫度、光照、水體的氨氮濃度和pH值等環(huán)境因素對菌株R-3去除氨氮能力的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 菌種來源 沼澤紅假單胞菌R-3由實驗室從長沙縣一養(yǎng)殖水體中馴化富集分離獲得。

1.1.2 沼澤紅假單胞菌發(fā)酵培養(yǎng)基 CH3COONa 2.0 g/L，乳酸鈉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 儀器設(shè)備 超凈工作臺、紫外分光光度計、滅菌鍋、離心機、人工氣候光照培養(yǎng)箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 菌株R-3菌液的制備 接種菌株R-3種子液到發(fā)酵培養(yǎng)基中，30℃、3 000 Lux光照厭氧培養(yǎng)4 d，離心收集菌體細胞，用無氨水反復(fù)洗滌3次，目的是去除菌株在生長過程中利用蛋白胨和酵母膏而產(chǎn)生的無機氮。最后加入適量的無氨水配成菌懸液（活菌數(shù)約為1.3×109CFU/mL），待用。

1.2.2 菌株在不同條件下對水體中氨氮的去除效率

從長沙縣一淡水養(yǎng)殖魚塘中取水樣，室溫靜置12 h，取樣測定水樣中的氨氮的初始含量。經(jīng)測定，水體中的氨氮含量為5.28 mg/L，為了模擬不同氨氮濃度的廢水，試驗時添加氯化銨試劑，使水體中的氨氮濃度分別達到大約為20、40、60、80、100和120 mg/L。模擬試驗采用3 L的藍蓋玻璃瓶，每個瓶中裝入2 L模擬水體，按5%的接種量接種1.2.1中制備的菌懸液。分別設(shè)置培養(yǎng)溫度為20、25、30、35和40℃，光照強度為1 000、2 000、3 000、4 000和5 000 Lux，調(diào)節(jié)水體的初始pH值為5.0、6.0、6.8（水體實際pH值）、8.0和9.0。每個處理重復(fù)3次，若無特殊說明，測定體系的水體中初始氨氮濃度為40 mg/L，起始pH值為6.8，30℃、3 000 Lux光照厭氧培養(yǎng)5 d，取樣測定水體中剩余的氨氮含量。

1.2.3 銨態(tài)氮含量的測定方法 氨氮的測定采用納氏試劑分光光度法（HJ 535—2009）。氨氮降解率（%）=（試驗前氨氮濃度-試驗后氨氮濃度）/試驗前氨氮濃度×100。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)利用SPSS 18.0和Excel 2003軟件進行統(tǒng)計分析和作圖，數(shù)據(jù)間差異顯著性比較采用Oneway ANOVA方法分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌株R-3對不同氨氮濃度水體中氨氮去除率

如圖1所示，在設(shè)定的不同氨氮濃度的廢水中，沼澤紅假單胞菌R-3均能將體系中的氨氮降解。初始氨氮濃度在80 mg/L水平以下，各處理的氨氮降解率無顯著性差異，均大于70%；隨著初始濃度的繼續(xù)升高，氨氮降解率顯著下降，但降解率仍能保持在50%以上。這說明體系中不同的氨氮濃度會影響菌株的生長和代謝，從而影響其降解氨氮的效果。

圖1 不同初始氨氮濃度下菌株R-3的氨氮降解效果

2.2 水體的初始pH對菌株R-3氨氮去除率的影響

由圖2可知，菌株R-3在pH值為5.0時，7 d后水體中的氨氮降解率為40.3%；當(dāng)水體中pH值為6.0～9.0之間時，菌株R-3對氨氮的降解能力隨pH值的增加而降低，但降解率均在76%以上。這說明菌株R-3更適宜于在中性和稍偏堿性的環(huán)境下發(fā)揮其去除氨氮的作用。在適宜的pH值范圍內(nèi)，微生物的生長代謝最旺盛，過酸或過堿的環(huán)境中，微生物的活性會受到抑制。

圖2 pH值對菌株R-3氨氮降解率的影響

2.3 溫度對菌株R-3氨氮去除率的影響

養(yǎng)殖水體的溫度隨著季節(jié)的不同而變化，是影響微生物生長與代謝的重要因素。由圖3可知，溫度在20～30℃時，菌株R-3對氨氮的降解率隨溫度的升高而增大，在30～35℃時對氨氮的降解效果最佳，降解率最高達82.3%。但當(dāng)溫度增大到40℃時，其氨氮降解率顯著降低，僅為52.7%。

圖3 溫度對菌株R-3氨氮降解率的影響

2.4 光照強度對菌株R-3氨氮去除率的影響

如圖4所示，沼澤紅假單胞菌在1 000～5 000 Lux范圍內(nèi)，各處理的氨氮降解率無顯著性差異（P＞0.05），均達到75%以上，表明在此范圍內(nèi)，沼澤紅假單胞菌R-3能夠較好地降低水體中的氨氮濃度。

3 結(jié)論與討論

圖4 光照強度對菌株R-3氨氮降解率的影響

在前期研究中，實驗室從養(yǎng)殖水體中分離篩選到一株具有氨氮降解能力的菌株R-3，經(jīng)鑒定為沼澤紅假單胞菌。研究通過單因素試驗，對菌株R-3降解氨氮的影響因素進行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)水體初始氨氮濃度在80 mg/L以下時，菌株R-3降解氨氮的效果較好，降解率均大于70%。在氨氮濃度為40 mg/L的模擬水體中，溫度為25～30℃，水體的pH值為6～9，光照強度為1 000～5 000 Lux范圍內(nèi)，該菌株對水體中的氨氮具有較好的降解效果，對氨氮的降解率最高可達85.7%。

利用微生物凈化水質(zhì)，主要是通過微生物自身的生長代謝來降解轉(zhuǎn)化水體中的污染物。沼澤紅假單胞菌去除氨氮主要依靠體內(nèi)的脫氮酶系，該酶系均是可溶性酶，且存在于周質(zhì)空間中，因而其脫氮過程均在細胞膜的外側(cè)進行，因此理論上該菌去除氮素具有反應(yīng)速度快、不易受外界影響等優(yōu)點[7]。前人的研究結(jié)果表明，部分沼澤紅假單胞菌菌株在較寬范圍的光照、溫度、pH值等環(huán)境條件下，具有較好地凈化水質(zhì)的能力[8-10]。此研究結(jié)果表明，菌株R-3在不同的環(huán)境條件下（初始氨氮濃度、水體pH值、溫度、光照強度）對水體中氨氮的去除能力有差異，但均表現(xiàn)出較高的降氨氮效率，這與已有的研究結(jié)果基本一致。該菌株環(huán)境適應(yīng)力相對較強，適用于不同氨氮濃度的養(yǎng)殖廢水的處理與凈化，進一步豐富了凈化養(yǎng)殖水質(zhì)的菌種資源。

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（責(zé)任編輯：夏亞男）

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

湖南省生豬產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系生豬產(chǎn)業(yè)規(guī)模養(yǎng)殖與環(huán)境控制崗位；湖南省農(nóng)業(yè)委員會“一化四體系”建設(shè)（湘財農(nóng)指〔2010〕109號）；湖南省科技廳重點研發(fā)計劃（2016NK2208）

文 剛（1966-），男，湖南長沙市人，助理工程師，主要從事環(huán)境微生物研究。

賀月林