城市内河流藻类控制的研究

兰国谦，刘建秋

（1.河北省环境保护产业协会，石家庄 050090；2.河北工业职业技术学院，石家庄 050090）

城市内河流藻类控制的研究

兰国谦1，刘建秋2

（1.河北省环境保护产业协会，石家庄 050090；2.河北工业职业技术学院，石家庄 050090）

城市内河流藻类暴发会严重影响水体的水质。在阐述城市内河藻类控制必要性的基础上，提出了采用生物活性物质控制藻类繁殖的设想，并确定了实验研究路线和方法。通过初步实验，确定了生物活性物质在控制藻类方面具有良好效果。

城市河流污染；藻类控制；生物活性物质

城市内的河流具备供水、生物保护与景观等多种生态服务功能，其以社会、经济与环境价值推动了城市的发展。但随着城市的发展，大量生活污水、雨水、生活垃圾排入河流，导致水体富营养化严重，严重影响了河道及周围的生态系统，导致河流生态系统逐渐退化[1]。近年来，由于水体富营养化导致藻类过量繁殖，造成水华的出现，成为了影响水域生态系统安全以及附近居民健康的主要因素[2]。不少国内外研究者认为，水华的突然消亡可能与感染溶藻菌有关。溶藻菌作为防治水华的有效微生物引起了越来越多的关注[3]。其中，溶藻活性物质的研究是溶藻菌研究的热点[4]。

本文以石家庄市的民心河为研究对象，通过分离纯化溶藻细菌，提取溶藻物质，研究溶藻机理，为藻类的控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 藻种及溶藻菌

取民心河中富营养化的水体为研究对象，进行水华蓝藻的分离培养，选用BG11培养基培养藻种，藻种在25℃、光照强度为2500lx及光暗比为12h : 12h条件下培养。溶藻菌以牛肉膏蛋白胨培养，置于4℃冷藏保存，使用前活化。

1.1.2 培养基

溶藻细菌的基本培养基[5]：NH4H2PO41g，MgSO4·7H2O 0.2g，葡萄糖 5g， NaCl 5g，K2HPO41g，蒸馏水1000mL。改良培养基：NH4H2PO41g，MgSO4·7H2O 0.2g，柠檬酸三钠 0.5g，K2HPO41g，蒸馏水 1000mL。

藻类的培养采用BG11改良培养基：NaNO3150mg，K2HPO44mg，MgSO4·7H2O 7.5mg，CaCl2·2H2O 3.6mg，Na2SiO3·9H2O 5.8mg，柠檬酸0.6mg，柠檬酸铁铵0.6mg，EDTA 0.1mg，Na2CO32mg，A5溶液0.1mL，蒸馏水99.9mL。A5溶液：H3BO3286mg，MnCl2·4H2O 181mg，ZnSO4·7H2O 22mg，CuSO4·5H2O 7.9mg，Na2MoO4·2H2O 3.9mg，蒸馏水100mL.

1.2 实验方法

1.2.1 河流水质监测

测定指标有化学需氧量（COD）、五日生化需氧量

（BOD5）、总磷、总氮、悬浮物（SS）水质指标参照《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921-2002）标准对水质进行定级。

1.2.2 溶藻实验

（1）溶藻细菌的分离和纯化。采用对比实验方法，第一组实验是在基本培养基试验的基础上，分别每次减少基本培养基的一种成分，进行溶藻实验比较；第二组实验是把基本培养基中各成分按培养基中的量配成溶液，各组分别进行溶藻实验比较。溶藻实验中选取对数生长期的藻类，培养基与藻接入比例为1 : 10，每天定时取样，测藻叶绿素a含量。

（2）溶藻细菌的检测、筛选及筛选方法的优化。采集的水样首先经0.8μm的纤维滤膜过滤，滤液再经0.22μm的纤维滤膜过滤，收集0.22μm的纤维滤膜。把收集的0.22μm的纤维滤膜剪成小份，分别投入到供试藻种中，对照组投入未经使用的0.22μm的纤维滤膜，培养1～2周，将对照组生长正常及实验组黄化的藻液再转接入新鲜的供试藻种中，仍有黄化现象的藻液作为分离溶藻细菌的材料。

对黄化藻液进行稀释，制成10-3，10-4，10-5稀释液。将已灭菌尚未凝固的固体培养基分别倒入培养皿内，待凝固后将不同稀释度的菌悬液混匀，各吸取一定量置于相应编号的无菌培养皿内，涂布在平板上，倒置于30℃生化培养箱培养24h，在分离细菌的平板上挑取单菌落，再次采取划线法，使菌种进一步纯化，保存纯培养菌株。纯化菌株接种于培养基培养至对数期，收集细菌细胞并用生理盐水洗涤3次制成目的菌。

（3）筛选菌株的鉴定和溶藻特性的研究。在改良培养基中培养12h的菌培养液，细菌浓度为5×108cfu/mL，分别取10mL接入到90mL的供试藻种中，对照组均加入10mL的改良基本培养基，观察溶藻效果：取菌培养液10mL，5mL，1mL接入到90mL的铜绿微囊藻中，菌液接入量不足10mL的以改良基本培养基补足，对照组加入10mL的改良基本培养基，观察溶藻效果。

2 结果

2.1 民心河水质监测

河流普遍存在水体水质超标，富营养化，藻类繁殖产生臭味，城市环境状况令人担忧。表1是水质监测结果，对照《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/ T18921-2002）标准可知，COD、BOD5、总氮、悬浮物超标严重，水质属于Ⅴ类水标准，为水体藻类繁殖创造了有利条件，藻类控制研究势在必行。

表1 民心河水质指标分析表 （单位mg/L）

2.2 主要水华藻类的分离及鉴定

通过分离纯化得到若干株蓝藻，经鉴定有铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、水华鱼腥藻（Anabaena flosaguas）和聚球藻（Synechococcus sp1）。

2.3 菌种的筛选与培养

原准备通过藻类培养，提取其产生的活性物质，因此，从河水采集一定量的水样，通过在容器中静置沉淀，除去其中的杂质，然后筛选单一菌种，放在发酵液中进行培养。采取的条件是30℃条件下培养，光强4000lx，3d后提取上清液，用于铜绿微囊藻的抑制实验，但效果不够理想；将基础培养基进行初步改良，培养后的溶藻细菌进行抑菌试验，效果也不够理想。分析原因可能是因为藻类本身产生的活性物质受到各种影响，因此在实验室现有的培养条件下不能产生更多的活性物质所致。

2.4 采购活性物质进行溶藻实验

基于水样藻类自己不能很好地提取活性物质，故采购了蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus），以牛肉膏蛋白胨培养，基于4℃冷藏保存。使用前对其进行培养，其分泌的胞外活性物质对铜绿微囊藻进行控制实验。

研究设计了6组试验，即用活性物质加入后，经过连续培养6d，测定藻类的含量，由此确定抑藻效果。加入前后测定铜绿微囊藻的含量，采用的方法是丙酮法。即用丙酮提取叶绿素a，用叶绿素a的含量表示藻类的含量。分别测定杀藻效果，查看抑藻作用效果。经过实验研究确定的6d前后数据对比见表2。

表2 蜡状芽孢杆菌活性物质溶解铜绿微囊藻实验结果

3 讨论

3.1 城市内河流水质生物控制措施

城市内河流具有空间相对封闭、与外界的交换缓慢；水体人工化、生物种类少、生态系统脆弱；容易受到人类活动干扰，恢复困难等特点。对于藻类的繁殖，可以采取置换河水、人工打捞水面漂浮物、加大清淤力度、化学方法灭藻、投放鱼苗吃藻和种植水体植物吸收营养物质等措施，生态修复作用显著。

生态修复是指利用大自然的自我修复能力在适当的人工措施辅助下，恢复其原有的生态功能的过程。河流生物修复工程包括植物净化工程、生物净化工程、化学净化处理和微生物技术运用等[6]。具体处理技术如下。

3.1.1 植物净化工程

利用生态浮床技术，在水面上用泡沫塑料搭建浮床，种植经过专门筛选和培育的植物，如：美人蕉、水竹、空心菜、水稻、香蒲、水葱、前屈菜、黄菖蒲、睡莲，利用其发达的根系，有效地吸收和分解水体中的有毒物质，起到净化水体的作用。

3.1.2 生物净化工程

在河流沿岸建设生物--生态水质净化设施，去除COD等化学物质和营养物质，减少藻类生长所需要的营养物质，通过控制食物减少藻类繁殖，保持良好水质[7]。

3.1.3 化学净化处理

对于藻类等生物物质可以采取加入化学药剂杀藻，或加入铁盐促进磷的沉淀，或加入石灰进行脱氮，减少营养物质或直接杀死微生物，控制藻类繁殖，保证水体稳定。

3.1.4 微生物技术运用

采用复合酶技术治污。在水底喷洒一种含有多种生物酶、非离子型表面活性剂、营养成分及蛋白质的浓缩液体，促进有机物在水体中的乳化和溶解，并刺激和加速微生物的生化反应。或利用微生物技术。在水体中投放经过培养和筛选的好氧、兼氧和厌氧微生物菌群，通过微生物的呼吸发酵，将有机物等容易造成水体黑臭的物质迅速分解为二氧化碳和水。

从以上分析可知，符合生态规律的生物控制技术是未来发展的方向，采用生物活性物质控制藻类是一项新的生物控制技术，必将得到很好的应用。

3.2 生物活性物质控制藻类的研究

化感作用在水生态系统中普遍存在，存在于植物之间以及植物和微生物之间，包括相互刺激作用和相互抑制作用。植物化感作用是通过向环境释放化学物质而实现的，这些起作用的化学物质称为化感物质。但是，由于自然条件各种因素的影响，如营养物质和光照的竞争、温度和pH值的变化都会对水生植物的化感作用产生干扰[8]。

溶藻细菌的作用方式一般分为两种：1）直接溶藻，即直接进攻宿主，其需要细菌与溶藻细胞直接接触，甚至侵入藻细胞内；2）间接溶藻，即间接进攻宿主，主要包括细菌同藻竞争有限营养或细菌分泌胞外物质溶藻。其中，间接分泌胞外物质溶藻是溶藻细菌的主要作用方式。

细菌可以通过释放特异性或非特异性的胞外物质，如：蛋白质、多肽、氨基酸、抗生素和羟胺等杀死藻细胞。常见的该类细菌有弧菌、假单胞菌、黄杆菌、交替单胞菌、假交替单胞菌等。

假交替单胞菌A28（Pseudoalteromona sp.A28）能产生细胞外大分子物质，杀死骨条藻，靠的是蛋白质活性物质溶藻，一旦加热，蛋白质失去活性就会降低或失去溶藻作用。鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas sp.）能够分泌一种对微囊藻有强烈杀灭活性的多肽argimicin A物质，对绿色微囊藻（Microcystis viridis NIES-102）和铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）具有很强的杀藻活力。弧菌属等细菌能产生具有杀藻作用的生物活性物质氨基酸，能控制颤藻（Oscillatoria amphibian NIES-361）的繁殖。铜绿假单胞菌能释放低分子质量、热抗性物质，对绿藻和蓝藻的生长有强烈的抑制作用。硝化细菌通过氧化铵或其他还原性的氮化合物释放的羟胺含氮化合物能抑制小球藻。另外，假交替单胞菌可分泌细胞外物质溶藻，葡萄球菌、芽孢杆菌、节球杆菌均可释放出某种物质溶藻[9]。

4 结论

实验表明，加入活性物质的试管培养液的颜色相对透明清澈，铜绿微囊藻出现明显的色素减褪，部分细胞出现严重的破碎现象，部分细胞出现抱团现象；加入量对溶解藻类影响较大，通过实验表明，保持活性物质浓度在25mg/kg左右效果最佳。而对照组液体逐渐变绿，铜绿微囊藻的生长没有受到任何抑制。

该实验表明：微生物活性物质对藻类有很好的控制效果，最大抑制率达到85%以上。但藻类控制的条件还需要进一步实验研究确定。

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Study on Alga Control in Inner Rivers of Cities

LAN Guo-qian, LIU Jian-qiu
(1. Hebei Association of Environmental Protection Industry, Shijiazhuang 050090, China; 2. Hebei Institute of Industry Vocational Technology, Shijiazhuang 050090, China)

Based on the necessity of alga control in inner rivers of the cities, the paper puts forward the considerations in adopting bio-active compounds to control alga proliferation and confirm the experimental research route and methods. Through the primary experiments, the paper confirms the good effects of bio-active compounds in controlling alga.

river pollution of city; alga control; bio-active compound

X524

A

1006-5377（2015）12-0043-04