氨氮降解菌的篩選及降解氨氮條件研究*

蔡盡忠，張慧美，邱彩玲，范淑捷，鄧 盈

(1 廈門華廈學院 環境與公共健康學院，福建 廈門 361024;

近年來，隨著城市化和工農業生產的發展，大量富含氮、磷等營養物質的城市污水、工農業廢水流入自然水域，進而導致水體的富營養化[1]。同時因富營養化水中含有硝酸鹽和亞硝酸鹽，人畜長期飲用這些物質含量超過一定標準的水，也會中毒致病[2-3]。隨著水環境污染和水質富營養問題的日益尖銳以及公共環境意識的日益增強，污水脫氮問題在全球范圍內引起了廣泛的重視。因此采取一定措施降低水中的氨氮含量對于城鎮居民生活環境的治理有著重要作用。處理氨氮的方法一般有物理、化學、生物等處理方法。魯秀國等[4]使用解氨劑-超重力法處理氨氮廢水，探索了處理脫氮過程的最佳工藝條件，論證了解氨劑-超重力法處理氨氮廢水技術上的可行性。在化學沉淀法處理氨氮廢水方面，華南理工大學、蘭州化學工業公司環保所等進行了較系統研究，處理后的廢水氨氮含量小于1×10-6，沉淀物可以作為復合肥回收利用。生物降解法中常用的添加劑是微生態制劑，由于它安全高效、綠色環保，不僅僅能改善水體環境，還可以減少動物因飲用此類富營養化水體而造成疾病的發生。由于生物降解方法成本低、運作簡單、不會造成二次污染、安全環保等特點，備受大眾的青睞與推崇[5]。本研究從廈門華廈學院天鵝湖底泥中，分離篩選出能降解氨氮的菌株，研究菌株降解氨氮的最適條件，為水體氨氮污染的生物降解提供應用基礎。

1 實 驗

1.1 實驗材料

1.1.1 培養基

富集培養基(g): 葡萄糖 5.0，NaCl 2.0，(NH4)2SO42.0，K2HPO41.0，FeSO4·7H2O 0.4，MgSO4·7H2O 0.5，水1000 mL。

分離培養基(g): 葡萄糖 5.0，NaCl 2.0，(NH4)2SO42.0，K2HPO41.0，FeSO4·7H2O 0.4，MgSO4·7H2O 0.5，瓊脂粉15.0，水1000 mL。

1.1.2 儀 器

7230可見分光光度計，廈門星鯊;CT15RT多用途冷凍離心機，廈門萊勝;PHX-280H生化培養箱，寧波萊福;SHZ-82A氣浴恒溫震蕩器，常州華普達。

1.2 實驗方法

1.2.1 氨氮降解菌的富集

取1 g廈門華廈學院天鵝養殖處天鵝湖中的水底污泥加入9 mL無菌水制成懸液，接種至100 mL富集培養基中，在轉速為120 r·min-1，溫度為30 ℃的搖床中培養7 d，這期間每天向培養基中加入1 mL5%的(NH4)2SO4溶液，用于富集可以利用氨氮的微生物。

1.2.2 降解氨氮菌的分離純化及降解氨氮效率檢測

將富集培養后的菌液稀釋至合適的濃度后在分離培養基中涂布，放置于30℃的生化培養箱中倒置培養至長出菌落后，用連續劃線法接種到分離培養基中，反復分離純化至同一平皿只出現同種形態的菌落。將篩選分離后的各菌株分別接種到含有氨氮含量為120 mg·L-1的液體篩選培養基(模擬高濃度氨氮水樣)，在溫度為30 ℃、轉速為120 r·min-1搖瓶培養24 h后取培養液放置于離心機中以3000 r·min-1離心10 min，取其上清液，采用納氏試劑分光光度法[6]測氨氮含量，計算出各個降解菌的氨氮降解率。選出一株降解能力最強的氨氮降解菌株作進一步研究。

1.2.3 培養時間對氨氮降解能力的影響

將篩選出的最優菌種在轉速120 r·min-1，溫度30 ℃的搖床中培養24 h。每隔2～4 h對培養基進行一次氨氮含量的檢測，研究降解氨氮的最佳培養時間。

單一語種詞典可以給學習者提供更為準確的釋義，其中包括翻譯無法完美而徹底地傳達的含義，但是由于沒有學習者的母語，它不太適合初學者。雙語詞典可以給初學者提供一目了然的解釋，但是詞語的釋義囿于目的語的緣故，很多詞的文化內涵不能完美闡釋。

1.2.4 培養條件對氨氮降解能力的影響

將最優菌株接種到20 mL篩選培養基中，分別在不同溫度(26.0、28.0、30.0、33.0、35.0、37.0 ℃)，不同初始 pH值(5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0)，不同搖床轉速(90、120、150、180、200 r·min-1) 的條件下，培養1.2.3確定的時間后測定氨氮降解率，確定最佳氨氮降解條件。在最佳氨氮降解條件下測定其對模擬高濃度氨氮水樣和廈門華廈學院天鵝湖實際水樣的氨氮降解率。

1.2.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2010和SPSS18.0進行數據處理和分析，均值差異性分析采用LSD法，顯著性水平為P< 0.05。

2 結果與討論

2.1 氨氮降解菌的分離與篩選結果

天鵝湖水底污泥經富集、分離、純化，獲得7株氨氮降解菌，編號分別為TEH-03、TEH-04、TEH-05、TEH-06、TEH-08、TEH-12、TEH-13。這7株菌對氨氮的降解率如圖1所示，TEH-03菌株對氨氮的降解率顯著高于其它菌株(P<0.05)，因此對該菌株作進一步研究。

圖1 7株氨氮降解菌的氨氮降解率

2.2 最優菌TEH-03的氨氮降解能力的初步測定

通過圖2的TEH-03菌株對氨氮的降解率曲線，可以發現該菌從14h以前對氨氮的降解率快速升高，14 h以后對氨氮的降解率差異不顯著(P>0.05)，確定降解氨氮的最佳培養時間為14 h。

圖2 培養時間對最優菌TEH-03氨氮降解能力的影響

2.3 溫度對氨氮降解能力的影響

從圖3可知氨氮降解能力隨溫度變化出現先緩慢升高后快速降低的趨勢，這可能是菌株TEH-03會產生大量的活性酶，溫度升高有利于提高微生物酶活性，但過高的溫度會使酶活性降低甚至失活。在溫度為30 ℃時對氨氮的降解率最高，但是26、28和30 ℃條件下對氨氮的降解率差異不顯著(P>0.05)，考慮到節約能源，將最適培養溫度確定為26 ℃。

圖3 溫度對氨氮降解能力的影響

2.4 初始pH 值對氨氮降解能力的影響

從圖4可知菌株對氨氮的降解率隨pH值變化出現快速升高后又快速降低的趨勢，當外界環境中的氫離子濃度高于或低于微生物酶的適應范圍，不僅會抑制酶的活性還會降低酶促反應效率，并且微生物對營養物質的吸收也會變弱，代謝功能也會受到影響。當pH值為7.0時菌株TEH-03對氨氮的降解率顯著高于其它pH條件(P<0.05)，因此初始pH值應控制在7.0最佳。

圖4 初始pH值對氨氮降解能力的影響

2.5 轉速對氨氮降解能力的影響

由圖5可以看出隨著轉速的增加，菌株對氨氮的降解率出現快速升高后又快速降低的趨勢，過高或者過低的氧氣量都不利于菌株TEH-03降解氨氮。當轉速達到120 r·min-1時對氨氮的降解效率顯著高于其它轉速 (P<0.05)，因此最佳轉速為120 r·min-1。

圖5 轉速對氨氮降解能力的影響

2.6 最適培養條件下對模擬水樣和實際水樣的氨氮降解率

將TEH-03菌株在最適培養條件即溫度為26 ℃、pH為7.0、轉速為120 r·min-1下培養14小時后測定其對模擬高濃度氨氮水樣的降解率為86.83%，但是對廈門華廈學院天鵝養殖處天鵝湖實際水樣的氨氮降解率僅為77.78%，其原因可能是由于模擬水樣中的氨氮含量較高，菌株可以高效的發揮其降解效果，而天鵝湖水樣中可能含有其它有毒物質對菌株產生抑制作用，從而降低菌株在實際水樣中的適應性，使得對氨氮降解效果不如模擬水樣。

3 結 論

本實驗通過對廈門華廈學院天鵝湖中的污泥微生物分離純化，以硫酸銨為唯一氮源篩選得到1株對氨氮具有較好降解作用的菌株TEH-03。研究結果表明TEH-03菌株的最適降解條件為溫度26 ℃，初始pH值為7.0，轉速為120 r·min-1，該菌在14 h 就可達到最佳的對氨氮降解率達到86.83%。以天鵝湖的污水作為實際水樣，菌株TEH-03對實際水樣中氨氮降解率為77.78%，該菌株是對自然水體的治理有一定效果的，但如果用于改善城市、工業污水還得進一步優化條件提高該菌株對氨氮降解的效率。