有毒藍(lán)藻及藻毒素的生物降解初步

有毒藍(lán)藻及藻毒素的生物降解初步研究摘要：采用序批式生物膜反應(yīng)器,對(duì)有毒藻類Viridis及藻毒素RR、YR和LR進(jìn)行了生物降解試驗(yàn)研究。結(jié)果表明好氧生物處理對(duì)供試有毒藻及其毒素的降解遠(yuǎn)比缺氧生物處理工藝有效。同時(shí)，顯微鏡觀察結(jié)果表明好氧條件下，草履蟲(chóng)對(duì)有毒藻類和藻毒素降解起重要作用。研究成果提供了一種有效的富營(yíng)養(yǎng)化水的生物處理方法，也有助于進(jìn)一步闡明其處理機(jī)理。關(guān)鍵字：富營(yíng)養(yǎng)化藍(lán)藻與藻毒素水的生物處理富營(yíng)養(yǎng)化的的湖泊和水庫(kù)庫(kù)中，因藻類類的生長(zhǎng)而引引起的水污染染已成為全球球性困擾的問(wèn)問(wèn)題。有關(guān)報(bào)報(bào)導(dǎo)表明，中中國(guó)很多湖泊泊中有毒水華華的增長(zhǎng)已經(jīng)經(jīng)常性造成飲飲用水污染問(wèn)問(wèn)題[1]。美國(guó)國(guó)、日本、澳澳大利亞、印印度、芬蘭等等10余個(gè)國(guó)家的的研究人員也也報(bào)道了富營(yíng)營(yíng)養(yǎng)化水體中中有毒藻類的的危害[2,,3]。由于于家禽和動(dòng)物物飲用含有有有毒藻類的水水而死亡的事事故經(jīng)常發(fā)生生，專家們正正越來(lái)越多地地關(guān)注藻毒素素對(duì)人類健康康的影響。中國(guó)太湖湖（約2400kkm2）沿岸的一一些城市水廠廠一直受到湖湖水中過(guò)量生生長(zhǎng)藻類的困困擾。每年夏夏季，沿湖水水域藍(lán)藻瘋狂狂增長(zhǎng)時(shí)，沿沿湖自來(lái)水廠廠無(wú)法保證合合格的出水水水質(zhì)，甚至停停產(chǎn)。太湖沿沿岸的最大城城市無(wú)錫市的的自來(lái)水長(zhǎng)期期充滿霉嗅味味，水質(zhì)低劣劣。中國(guó)的其其它湖泊，如如巢湖、滇池池、武漢東湖湖富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)問(wèn)題也很嚴(yán)重重。日本同同樣也存在十十分嚴(yán)重的湖湖泊富營(yíng)養(yǎng)化化問(wèn)題。日本本的水處理專專家在這一領(lǐng)領(lǐng)域內(nèi)的研究究活動(dòng)十分活活躍。日本國(guó)國(guó)立環(huán)境研究究所稻森悠平平先生所領(lǐng)導(dǎo)導(dǎo)的研究室在在富營(yíng)養(yǎng)化水水體藻毒素的的防治研究方方面，取得了了突出成績(jī)[[4]。本研究究的目的在于于探索微囊藻藻和藻毒素在在不同生物處處理工藝條件件下的性狀，尋尋求從富營(yíng)養(yǎng)養(yǎng)化水源制取取安全飲用水水的處理方法法。1材料和和方法1.1有有毒藻試樣的的制備純種藍(lán)藍(lán)藻菌株Microocystiisvirridis取自日本國(guó)國(guó)立環(huán)境研究究所生物保存存棟，將此菌菌種接種于盛盛有250mL培養(yǎng)液（表1）的500mL三角燒瓶中中，培養(yǎng)液事事先在121℃條件下滅菌20min。表1有毒藍(lán)藻藻試驗(yàn)水樣培培養(yǎng)液Tablee1MeediumforMMicroccystissculttureNaNO3K2HPO4MgSO4·77H2OCaCl2·22H2ONa2CO3Fe-CitrrateNa2EDTAA·2H2O蒸餾水100mg10mg75mg40mg20mg6mg1mg1L接種后的三三角燒杯置于于搖床25℃條件,采用2000lux日光燈每12h明暗周期培培養(yǎng)。經(jīng)過(guò)大大約20d培養(yǎng)，當(dāng)三三角燒瓶中藻藻類濃度達(dá)到到108~109數(shù)量級(jí)，試試樣即可供試試驗(yàn)用。1.2降解解途徑試驗(yàn)方方法與裝置采用好好氧和缺氧兩兩種微型序批批式反應(yīng)器進(jìn)進(jìn)行了藍(lán)藻及及其毒素降解解途徑的研究究。在間歇歇加料的缺氧氧和好氧500mL三角燒瓶反反應(yīng)器中，放放置立體網(wǎng)格格型水處理填填料，接種污污泥取自日本本國(guó)立建筑研研究所中試凈凈化槽，每天天加法入500mL采用前述培培養(yǎng)的含藻水水，稀釋后藻藻計(jì)數(shù)濃度為為106數(shù)量級(jí)。為為獲得大量的的微生物量，同同時(shí)在進(jìn)水中中加入20mg／L葡萄糖和20mg／L的酵母粉，進(jìn)進(jìn)行微生物培培養(yǎng)和馴化。1.3分析析方法采用高高壓液相色譜譜（HPLC）測(cè)定藻毒毒素RR、YR和LR；分光光度度法測(cè)定葉綠綠素a。2結(jié)果與與討論2.1藻藻毒素的好氧氧處理試驗(yàn)將前述述經(jīng)培養(yǎng)馴化化達(dá)40d左右的序批批式好氧反應(yīng)應(yīng)器中的水排排干（反應(yīng)器器尚存附著生生物膜的立體體網(wǎng)格型填料料），一次性性注入600mL（500mL三角燒瓶注注滿后的容積積）高濃度含含藻水（藻濃濃度為108~109數(shù)量級(jí)），采采用微型氣泵泵連續(xù)曝氣。間間隔不同時(shí)間間取樣進(jìn)行水水質(zhì)指標(biāo)分析析，所得結(jié)果果列于表2。圖1則是好氧反反應(yīng)器對(duì)總藻藻毒素(細(xì)胞內(nèi)外藻藻毒素之和)隨時(shí)間變化化的去除效果果。如表表2所示，試驗(yàn)驗(yàn)開(kāi)始后的12h，藻毒素RR、YR和LR的濃度分別別降至50.2、35.9和15.0mmg/L，去除率分分別達(dá)到86.2%、80.0%、和87.1%。隨著處理理時(shí)間的延長(zhǎng)長(zhǎng)，3種藻毒素的的去除率繼續(xù)續(xù)增加，在24h時(shí)已超過(guò)90%，48h時(shí)超過(guò)了99%，72h時(shí)已完全去去除（低于檢檢測(cè)濃度）。值得注意意的是：原水水的細(xì)胞外藻藻毒素非常低低，只占總藻藻毒素濃度的的0.6%~~4.4%，也即是說(shuō)說(shuō)明處表2好氧反應(yīng)應(yīng)器中藻毒素素的濃度變化化Tablee2Cooncenttratioonofmicroocystiininoxicreacttor藻毒素種類藻毒素濃度（μμg/L）處理前處理后12h處理后24h處理后48h處理后72h細(xì)胞外藻毒素細(xì)胞外藻毒素細(xì)胞外藻毒素細(xì)胞外藻毒素細(xì)胞外藻毒素RR2.3363.41.150.2026.703.400YR1.4178.30.435.9016.801.000LR5.1116.10.315.007.400.100于旺盛生長(zhǎng)長(zhǎng)期的藻毒素素基本上在藻藻細(xì)胞內(nèi)部。試試驗(yàn)結(jié)果表明明：此時(shí)藻毒毒素易被好氧氧氧化。從表表2還可以看到到盡管藻毒素素總濃度較高高，但在好氧氧生物反應(yīng)條條件下，細(xì)胞胞內(nèi)外的藻毒毒素均能得到到有效的降解解。2.2好氧與缺氧氧方法的效果果比較好氧和和缺氧兩種方方法處理藻毒毒素的結(jié)果如如表3所示。經(jīng)過(guò)24h處理后，好好氧反應(yīng)器對(duì)對(duì)總藻毒素去去除率分別為為RR922.7%、YR900.6%、LR933.6%；而在同樣樣處理時(shí)間條條件下的缺氧氧反應(yīng)器處理理效果則分別別為：RR5..2%、YR2..4%、LR144.6%。兩種反應(yīng)應(yīng)器處理效果果對(duì)比明顯，這這表明，好氧氧工藝去除藻藻毒素能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比缺氧有效效。從表3中還可以觀觀察到另一個(gè)個(gè)和好氧反應(yīng)應(yīng)器不同的特特點(diǎn)是缺氧反反應(yīng)器中藻毒毒素的細(xì)胞外外濃度在處理理24h后，反而增增加了，很明明顯，這是由由于在缺氧條條件下兼性厭厭氧菌的水解解作用，使藍(lán)藍(lán)藻細(xì)胞內(nèi)的的毒素溶解進(jìn)進(jìn)入水中而引引起的。表3好氧、缺缺氧反應(yīng)器處處理藻毒素效效果比較Taable33Compparisoonofmicroocystiinremmovalbyoxxicanndanooxicttreatmment藻毒素種類藻毒素濃度（mmg/L）處理前好氧處理后244h缺氧處理后244h細(xì)胞外總毒素細(xì)胞外總毒素細(xì)胞外總毒素RR2.3363.4026.716.0344.6YR1.4178.3016.89.3174.1LR5.1116.107.47.899.2還進(jìn)行了葉葉綠素a的處理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)（表4）,也同樣表明明好氧反應(yīng)器器的降解效率率（87.4％）遠(yuǎn)高于于缺氧反應(yīng)器器（42.7%）。表4好氧、缺缺氧反應(yīng)器處處理葉綠素-a效果比較Taable44Compparisoonofmicroocystiinremmovalbyoxxicanndanooxicttreatmment反應(yīng)器處理前濃度（mg/L）處理24h后濃濃度（mg/L）去除率（%）好氧缺氧2847.52847.5358.71631.587.442.72.3微微生物鏡檢觀觀察在試試驗(yàn)開(kāi)始后的的不同時(shí)刻，從從批量式反應(yīng)應(yīng)器中取樣在在顯微鏡下進(jìn)進(jìn)行生物觀察察，發(fā)現(xiàn)到一一些有趣現(xiàn)象象。好氧反應(yīng)應(yīng)器的樣品在在顯微鏡下，可可觀察到大量量草履蟲(chóng)的存存在，并且清清晰可見(jiàn)草履履蟲(chóng)以很快的的速度吞食藍(lán)藍(lán)藻，草履蟲(chóng)蟲(chóng)也吞食細(xì)菌菌和顫體蟲(chóng)（后后生動(dòng)物）的的分泌物，顫顫體蟲(chóng)的分泌泌物是其吞食食藍(lán)藻后尚未未被完全消化化，分泌物顏顏色仍為藍(lán)綠綠色，明顯含含有大量葉綠綠素。而這種種含有葉綠素素的分泌物仍仍可被草履蟲(chóng)蟲(chóng)所利用。草草履蟲(chóng)吞食藍(lán)藍(lán)藻后，其分分泌物也是藍(lán)藍(lán)綠色，說(shuō)明明也含有葉綠綠素，且可能能藻毒素降解解也不會(huì)十分分徹底。這些些分泌物進(jìn)而而被細(xì)菌利用用分解。多次觀察和和對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果表明反應(yīng)應(yīng)器中草履蟲(chóng)蟲(chóng)多時(shí)，藍(lán)藻藻和藻毒素去去除效果好。這這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于于解釋含藻水水處理的機(jī)制制有積極意義義，但仍需做做進(jìn)一步的研研究加以確認(rèn)認(rèn)。這些觀觀察現(xiàn)象尚需需進(jìn)一步的研研究加以確認(rèn)認(rèn)證實(shí)，但可可以得到的初初步結(jié)論是以以草履蟲(chóng)為主主的微生物鏈鏈可以很好解解釋藍(lán)藻及其其毒素的降解解途徑。3結(jié)論好氧反應(yīng)器器降解藍(lán)藻和和藻毒素遠(yuǎn)比比缺氧反應(yīng)器器有效，這一一成果對(duì)于選選擇富營(yíng)養(yǎng)化化水處理工藝藝有重要參考考價(jià)值。在好氧狀態(tài)態(tài)下，維持大大量草履蟲(chóng)吞吞食藍(lán)藻對(duì)藍(lán)藍(lán)藻和藻毒素素降解起重要要作用。而同同時(shí)共生的細(xì)細(xì)菌也是分解解藻毒素不可可少的一個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)。參考文獻(xiàn)1.王紅紅兵,朱惠剛.淡水浮游藻藻類污染及其其毒性.上海環(huán)境科科學(xué)，1995,,14(8）:384112.T..W.Laambedtt,etal.MMicroccystinnclasssoftoxinns:hhealthheffeectsaandsaafetyofdrrinkinngwattersuuppliees.Ennvironn.Revv.,19994,2:116718553.稻森悠平,秋元里乃.生物膜の有有用微生物ににょゐァォココの分解高度度凈化.水環(huán)境學(xué)會(huì)會(huì)志，1994,,17(9))4.xiiwuLuu,YuhheiInnamoriiandGuojiiDingg.Degg