刺参池塘有机物降解菌固定化及其对水质净化作用研究

摘要

刺参(Apostichopus japonicus selenka)养殖业是我国新近迅速形成的一个经济效益很高的产业。2009年我国全国刺参养殖面积达到15.5万hm2,产量达到10.22万t,产值超过200亿元,成为我国北方海水养殖的重要特色支柱产业。然而,相对于其快速发展的养殖规模,与刺参养殖相关的相关研究、基础设施、养殖方式还相对滞后,相继出现了一系列问题,如种质退化、养殖环境恶化、病害频发等,严重阻碍了刺参养殖及其产业的持续、稳定、健康发展。研究刺参池塘养殖环境中残饵和粪便等有机污染物的快速、安全降解途径,对改善刺参池塘养殖环境条件、提高刺参的成活率和产量水平、促进该产业的健康持续发展具有重要的意义。目前,微生态制剂凭借其无残留、无毒副作用在水产养殖环境调控和生境修复中已得到了广泛应用。然而,在刺参养殖的水质环境调控中,微生态制剂的应用却还处于起步阶段。刺参池塘中的土著微生物为微生态制剂在刺参养殖中的应用提供了广阔的菌种资源,所以筛选出可以有效改善刺参池塘养殖环境的有益微生物菌株,并生产出效果好、易保存的微生态制剂产品应用到刺参池塘养殖环境调控中,有效改善并修复刺参养殖水体环境,对刺参健康养殖具有重要理论和实践意义。本论文研究了多株分离自刺参养殖池塘的有机物降解菌的生物学特性,并进行了分类鉴定。同时,针对刺参底栖习性,进一步对其中部分有机物降解菌的固定化方法进行了研究和优化,并比较了不同固定化方法对水质净化效果的影响。主要研究结果如下:
　　 1四株刺参池塘有机物降解菌生物学特性及其分类学鉴定
　　 结合采用形态学、生理生化指标测定以及16S rDNA序列分析等方法对从刺参池塘筛选出的4株细菌CD、304、S2、S3进行了分类学鉴定。其中,菌株CD被鉴定为蜡样芽孢杆菌(B.cereus),菌株S2、S3被鉴定为枯草芽孢杆菌(B.Subtilis),菌株304被鉴定为幼小芽孢杆菌(B.infantis)。进一步研究了各菌株之间的拮抗作用及温度、pH和盐度对各菌株生长的影响。结果表明,菌株CD、304和S2之间没有拮抗作用,但菌株S3对菌株304的生长具有一定抑制作用。菌株CD的适宜生长温度为21～39℃,最适生长温度为24℃;菌株304适宜生长温度为21～39℃,最适生长温度为27℃;菌株S2和S3的适宜生长温度为27～39℃,最适温度为27℃。菌株CD的适宜生长盐度范围为0～35,菌株304适宜生长盐度范围为0～15,最适生长盐度为5,菌株S2和S3盐度耐受范围最广,适宜盐度范围为0～40。菌株CD、304和S2适宜生长的pH值均为6.0～9.0之间,菌株S3适宜生长pH值为6.5～8.5之间。
　　 2刺参池塘有机物降解菌吸附法固定化研究
　　 本文以沸石粉等吸附剂作为固定化载体,对4株分离自刺参养殖池塘的有机物降解菌(菌株编号分别为DB11、304、S2和S3)的吸附法固定化技术进行了初步研究,并比较了固定化后有机物降解菌对主要水质参数的降解效果。结果表明,沸石粉对上述菌株菌体的吸附能力最强。固定化时间、温度、pH和摇床转速均显著影响沸石粉对低温菌株DB11的吸附率(P＜0.05)。在本研究条件下,固定化时间90min、温度16℃、pH值5.8和摇床转速180rpm/min为沸石粉对DB11菌株的最佳固定化条件。与游离菌体相比,固定化低温菌对COD、NH4+-N和NO2--N的降解率分别达到了56.2％、51.0％、78.3％,降解率则分别提高了11.2％、10.4％和5.29％;固定化常温菌组合对COD的降解率达到了65.3％,降解率提高了22.4％。因此,以沸石粉作为载体对菌体进行固定化的技术在刺参池塘养殖的水质和底质环境修复实践中可能具有较大的应用价值。
　　 3刺参池塘有机物降解菌包埋法固定化研究
　　 以聚乙烯醇(PVA)和海藻酸钠(SA)为包埋载体,并添加沸石粉、碳源,对2株分离自刺参养殖池塘的有机物降解菌(菌株编号分别为CD、DB11)的包埋法固定化技术进行了初步研究,并比较了固定化后有机物降解菌及不同形式细菌制剂对主要水质参数的降解效果。结果表明,固定化小球在添加碳源后能显著提高菌体对COD、NH4+-N和的NO2--N降解率(P＜0.05)。在本研究条件下,可溶性淀粉、细菌数量和沸石粉比例分别为12.5％、109cfu/g、1.5％时,固定化菌株CD对氨氮的降解率最高。与游离复合菌体相比,固定化复合菌对COD、NH4+-N和N02--N的降解率分别达到了62.4％、65.5％、62.2％,降解率则分别提高了17.5％、13.0％和12.8％。向养殖废水中添加沸石粉吸附的菌剂后,对COD、NH4+-N、NO2--N的降解率分别提高了11.03％,8.89％,17.5％,添加固定化微生物小球菌剂后,对COD、NH4+-N、NO2--N的降解率分别提高了14.92％,18.54％,16.53％。因此,以PVA、SA作为载体添加沸石粉和碳源对菌体进行包埋的技术在刺参池塘养殖的水质和底质环境修复实践中可能具有较大的应用价值。