生物催化硒化菌株在近海养殖水体环境中运用的研究

胡 锐，公维洁

(琼州学院理工学院，海南三亚572022)

0 前言

我国是世界上唯一养殖产量超过捕捞产量的渔业第一大国，而三亚市三面环海，海洋资源十分丰富，且海岸线绵长，浅海滩涂面积广阔，气候温和，水温适度，水质优良，是发展海产养殖业的理想之地。然而在水产养殖飞速发展、养殖产量日益提高的同时，也带来一系列的环境问题。多年来以牺牲环境为代价、片面追求高产高效的生产经营模式，不仅对渔业环境资源造成了严重破坏，同时也影响到水产品的质量安全。

近年来，国内外围绕重金属和有机农药污染环境的生物修复进行了卓有成效的研究，目前，重金属和有机农药污染的生物修复主要采用物理化学修复技术和生物修复技术。2004年Chaudhry T M和2007年Khan A G［1，2］分别采用微生物和植物相结合的系统，研究了重金属污染土壤的生物修复，结果表明:微生物的活动，降低了重金属对植物的毒性，提供了对植物根系的保护，有利于土壤的生物修复。Kuyucak、Volesky、Brady和Guibal等［3－7］分别采用红外光谱和X射线光电子能谱等方法，系统研究了微生物对重金属的离子交换、表面络合、氧化还原以及微沉淀等过程，初步阐明了重金属生物吸附的机理;而在此基础上采用生物催化实现近海养殖水体环境中重金属的有机硒化和有机农药的硒化是一种新的尝试，至今未见报道。

课题组在三亚附近水域将筛选到的具有生物催化硒化作用的高效功能菌株引入养殖水体，完成近海养殖池塘生物增长量的实验，为课题组进一步合成四种硒氨基酸，硒化类胡萝卜素及多种金属硒络合物，为构建硒转化生物模型奠定相关理论基础。该研究是对污染物资源化改造和利用的新尝试，有利于发展海南省生态农业建设，实现可持续发展具有积极的作用。

1 实验部分

1.1 实验池塘选择近海养殖池塘水域实验的面积约3300 m2左右，平均池水深度约为1.5m，长宽比为5:3，坡比为1:2.5，为常规鱼类养殖池。实验前的水色较差，pH范围7.5～8.1。

1.2 实验材料实验所用菌为分离得到的具有生物催化硒化作用的高效降解菌包括:光合细菌，枯草芽孢杆菌，放线菌的液体培养液。有机物降解菌每升培养液中含有109个菌体;光合细菌每升培养液中含有109个菌体;枯草芽孢杆菌，放线菌每升培养液中含有1010个菌体。

1.3 实验设计实验从2009年6月23日开始，至7月7日结束，水样采自水面下0.5 m处。6月23日10时采本底样(第一天)，然后施入微生物菌液，于24日10时采样一次，以后每隔一天后的同一时间采样一次，实验期间均为晴天。

水质指标测定方法:pH(玻璃电极法)、溶氧DO(碘量法)、NO3－(锌镉还原法)、NO2－(盐酸奈乙二胺法)、NH4+(次溴酸钠氧化法)、总氮TN(凯氏定氮法)。

浮游生物采集:浮游植物、原生动物及轮虫采水样l000 mL，加鲁哥氏碘液固定，然后静置24 h以上，浓缩至30 mL左右，加甲醛固定保存。浮游甲壳类采集5L水样，用25号网过滤、浓缩，加甲醛固定保存。浮游生物按其平均湿重计算生物量。

2 结果与分析

2.1 施入微生物对养殖池塘水质的影响施入具有生物催化硒化作用的高效降解菌后，养殖池塘水质变化结果如表1:

表1 养殖池塘水质变化

由表1可知，在实验期间的近海养殖水域的NH4+－N、NO3－－N、NO2－—N浓度在前10天有明显的增长效果，这是由于加入的微生态制剂中有机物降解均参与有机质的分解所致，在第一周增长不十分显著，可能与菌对养殖水体的适应有关，从第8天开始，明显表现出增加趋势，表明微生物已经开始快速增殖，有机质开始迅速分解。经过约2周的时间，水体中NH4+－N、NO3－－N、NO2—N浓度达到最高，溶解N、的浓度也呈增高趋势，水体中总N的含量也增加。这是由于微生物对水体中有机质的分解达到高峰所致。之后这些指标开始下降，在第23天达到较低水平，这是由于光合细菌，放线菌，枯草芽孢杆菌的脱氮作用以及浮游植物和浮游动物大量繁殖所致，从此开始水质保持良好，说明达到一种新的菌藻平衡。

2.2 微生物对养殖池塘浮游植物数量和生物量的影响向养殖水体中施入微生物后，水体中浮游植物数量和生物量变化如图1、图2、图3所示:

由图1可知，实验期间蓝藻门藻类的数量平均每天增长36.68%，最低增长量为6.60%，最高可达64.3%，而其生物量平均每天只增长25.15%，最低增长量为4.62%，最高增长量为58.45%。即浮游植物的日平均生物量增长量低于其日平均数量的增长量，这主要是由于不同大小的种属的变化趋势的差异造成的。绝大部分小型种属，包括色球藻、棒条藻、粘杆藻均表现为增长，且增长幅度较大，如色球藻的数量及生物量每日平均增长分别达257.65%和373.60%，最高增长率分别可达824.86%和650.30%，而较大型属包括平裂藻、螺旋藻、项圈藻，或有所下降，或有所增长，即使增长，其增幅也较小，如平裂藻的数量和生物量每日平均增长分别只有12.38% 和9.37%，而较大型的螺旋藻的数量和生物量都下降了0.98%。

图1 蓝藻门数量(N)和生物量(B)变化

由图2知，绿藻门中藻类数量和生物量表现出一定程度的增长，其中数量平均每天增长1.87%，而其生物量平均每天增长达到18.20%，要高于数量的平均增长。微生物的施入促进了绿藻门中藻类的增长。在其优势种属中，除胶鞘藻略有下降外，小球藻、弓形藻、栅藻、月牙藻均表现出不同程度的增长，尤其小球藻和弓形藻的增长达50%以上，其数量平均每日增长分别达76.46%和106.66%，其生物量平均每日增长分别达65.47%和98.71%。

由图3可知，硅藻门在实验中期表现出了一定的增长，但是总体上呈下降趋势，其数量平均每天下降3.07%，而其生物量平均每天下降到25.90%，其中不同大小的藻类表现出不同的变化趋势。小型的菱形藻的数量和生物量平均每天增长分别为33.73%和36.92%;而相对较大型的针杆藻，其数量和生物量平均每天都下降了34.95%，因而微生物的施入促进了小型藻类的增长，而抑制了较大型种类的增长。

图2 绿澡门数量(N)和生物量(B)变化

图3 硅藻门数量(N)和生物量(B)变化

3 结论

浮游植物总量从以上各门的分析可以得知，微生物的施入，促进了浮游植物的增长，而且对各门表现出的作用不同。在浮游植物总体上，其数量平均每天增长26.53%，而其生物量乎均每天仅仅增长8.20%。本实验中除硅藻门中的针杆藻外，其余藻类均表现出不同程度的增长，而且主要为小型藻类的增长，有学者认为在一定范围内，小型藻类的增长是水质净化的标志。因而微生物的施入，使浮游植物群落小型化，使浮游植物多样性发生改变，调整优化了浮游植物的种群结构。有利于建立了硒转化生物模型，该研究是对污染物资源化改造和利用的新尝试，有利于发展海南省生态农业建设，实现可持续发展具有积极的作用。

［1］郭子武.有机氯农药生物修复菌剂对雷竹生长及土壤化学性状的影响［J］.农业环境科学学报，2010，(07):1290－1295.

［2］张溪.金属矿山土壤重金属污染生物修复研究进展［J］.环境科学与技术，2010，(03):106－112.

［3］N.Kuyucak，B.Volesky.Biosorbents for recovery of metals from industrial solutions［J］.Biotechnology Letters，1988，(2):137 －142.

［4］Gabin V，Jacques B，Dominique L B，Jean－Marc M，Daniel T.The novel disaccharides by a newly isolated fructosyl transferase from Bacillus subtilis［J］.Enzyme and Microbial Technology，1998，11:212 ～218.