5種芽孢桿菌對水體中無機磷的去除效果

李文敏　關闊　李國強　殷蕊　宮春光

摘 要：在蒸餾水+ KH2PO4的環境條件下進行了地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、凝結芽孢桿菌（B. coagulans）、枯草芽孢桿菌（B. subtilis）、解淀粉芽孢桿菌（B. amyloliquefaciens）和膠凍樣類芽孢桿菌（Paenibacillus mucilaginosus）對水中無機磷的去除效果研究，結果表明，地衣芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌基本不具備除磷能力，解淀粉芽孢桿菌和膠凍樣類芽孢桿菌有一定除磷能力且除磷效果相近，均是從104 CFU/mL開始隨著菌液濃度的增加，除磷效果逐步提高，在107 CFU/mL濃度組達到最佳除磷效果；同時除磷效果與水力停留期間隨時間的演化規律相似，都是在處理6 h時基本達到最佳除磷效果，而6～8 h期間除磷效果明顯降低。

關鍵詞：無機磷；解淀粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）；膠凍樣類芽孢桿菌（Paenibacillus mucilaginosus）；除磷

芽孢桿菌是一類革蘭氏陽性菌，在水產養殖中，多用來調節腸道內微生態菌群平衡[1]、促進水產動物的生長、防控水產動物病害和改善養殖水質。已有的研究結果表明，多種芽孢桿菌具有分解水體有機質、降氮[2-3]、降硫[4]、降磷[5-7]的作用。雖然目前我國尚無養殖尾水排放的統一標準，但參考某些已發布或正在征求意見的地方標準，磷都是水產養殖尾水排放中的一個重要監測指標，例如，山東省《海水養殖尾水排放標準》征求意見稿中，將總磷的指標限定為0.2～0.3 mg/L；江蘇省在已發布《池塘養殖尾水排放標準》中將淡水養殖尾水中總磷的指標限定為0.4～0.8 mg/L，海水養殖尾水中總磷的指標限定為0.5～1.0 mg/L[8]。本試驗通過對水產養殖中常用的5種芽孢桿菌的除磷效果研究，力求找到適宜的除磷添加濃度和水力停留期間除磷效果與時間的演化規律，以為更好地設計水產養殖尾水處理方案提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取的5種芽孢桿菌來自河北農業大學海洋學院病害防控實驗室，分別為地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、凝結芽孢桿菌（B. coagulans）、枯草芽孢桿菌（B. subtilis）、解淀粉芽孢桿菌（B. amyloliquefaciens）和膠凍樣類芽孢桿菌（Paenibacillus mucilaginosus）。KH2PO4為分析純。

主要實驗儀器有高壓蒸汽滅菌鍋、超凈工作臺、生化培養箱、恒溫培養箱、烘箱、麥氏比濁儀、分析天平（萬分之一）、容量瓶、移液槍、離心管、錐形瓶、TP-1A型多參數水質分析儀等。

1.2 試驗方法

含磷水樣配制：KH2PO4經105 ℃烘干2 h后用蒸餾水溶解、定容，配制成濃度為0.5 mg/L的無機磷水樣，裝入100 mL錐形瓶中。

菌種活化：分別稱取1 g的各種芽孢桿菌干品，蒸餾水溶解，涂布到LB固體培養基上，生化培養箱中28 ℃活化培養24 h；再次接種到LB固體和液體培養基上，固體培養基生化培養箱28 ℃再次培養24 h，液體培養基搖床28 ℃培養24 h。

菌液配制：挑取菌落，蒸餾水溶解，比濁儀測定麥氏濁度，計算出5種芽孢桿菌菌液的濃度，按10倍稀釋法稀釋混勻，配制成104、105、106、107 CFU /mL和108 CFU /mL濃度梯度。

將濃度為108 CFU /mL的5種芽孢桿菌菌液搖勻后用移液槍吸取1 mL菌液分別加入錐形瓶中，對照瓶加1 mL 0.9%生理鹽水，分別于2、4、6、8 h后測定水樣中的無機磷含量。每個濃度菌液設3個平行，結果取平均數。

重復上述操作，測定加入其他4種濃度梯度菌液后水樣中的無機磷含量。

本次試驗加入各種濃度菌液經100 mL蒸餾水稀釋后的最終菌液濃度為102、103、104、106 CFU /mL和106 CFU /mL。

2 結果與分析

2.1 試驗結果

不同濃度的5種芽孢桿菌在2、4、6 h和8 h對無機磷的去除效果見表1—表5。

2.2 分析

從試驗結果可以看出，5種芽孢桿菌中，解淀粉芽孢桿菌和膠凍樣類芽孢桿菌具有一定除磷作用，而地衣芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌的除磷效果非常差，基本不具備除磷能力。解淀粉芽孢桿菌和膠凍樣類芽孢桿菌的除磷效果相近，沒有明顯區別，均是從104? CFU/mL開始隨著菌液濃度的增加，除磷效果逐步提高，在107 CFU/mL濃度組達到最佳除磷效果；而108 CFU/mL濃度組的除磷效果有所下降，推測可能與它們的次生代謝產物有關。解淀粉芽孢桿菌和膠凍樣類芽孢桿菌的除磷效果與水力停留期間隨時間的演化規律相似，都是在處理6 h時基本達到最佳除磷效果，隨后到8 h時除磷效果明顯降低。解淀粉芽孢桿菌和膠凍樣類芽孢桿菌在107 CFU/mL濃度組8 h時，均將無機磷的濃度從0.5 mg/L降低到0.19 mg/L，以目前已發布的各省地方標準看，已達到最嚴格的限定要求。

本次試驗是在實驗室中使用蒸餾水完成的，試驗環境相對潔凈，條件單一，試驗結果只能簡單驗證解淀粉芽孢桿菌和膠凍樣類芽孢桿菌具有一定除磷效果，而水產養殖中的水環境則明顯不同，其由多種微生物構成的微生態系統極為復雜且變化多端，某種細菌的繁衍增殖受多因素的影響，因此，如何能夠在生產中更好地利用微生態制劑對養殖尾水中的磷進行有效降解尚需要進一步研究。

參考文獻：

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[8] 江蘇省生態環境廳，江蘇省市場監督管理局.池塘養殖尾水排放標準：DB 32/4043-2021[S]. 2021：1-3.

Studies on the removal of five Bacillus spp. on inorganic phosphorus in water

LI Wenmin1， GUAN Kuo2， LI Guoqiang1， YIN Rui3， GONG Chunguang4

（1. Cangzhou municipal Aquatic Technology Promotion Station，Cangzhou 061000，China; 2. Chengde municipal Aquatic Technology Promotion Station，Chengde 067000，China; 3. Hebei Academy of Ocean and Fishery Sciences，Qinhuangdao 066200，China; 4. Ocean college of Hebei Agriculture University， Qinhuangdao 066003，China）

Abstract：The removal effect of Bacillus licheniformis， B. coagulans， B. subtilis， B. amyloliquefaciens and Paenibacillus mucilaginosus on inorganic phosphorus in water was studied under the environment of distilled water + KH2PO4. The results showed that B. licheniformis， B. coagulans and B. subtilis basically could not remove phosphorus， while B. amyloliquefaciens and Paenibacillus mucilaginosus have certain phosphorus removal ability and similar phosphorus removal effect. With the concentration increased from 104 CFU/mL onwards， the phosphorus removal effect gradually increased， and the best phosphorus removal effect was achieved at 107 CFU/mL group; meanwhile， their phosphorus removal effect to the evolution law of hydraulic retention period over time was similar， both reaching the max phosphorus removal at 6 h after treatment， while the phosphorus removal effect significantly decreased during 6-8 h.

Key words：inorganic phosphorus; Bacillus amyloliquefaciens; Paenibacilli mucilaginosus; phosphorus removal

（收稿日期：2023-06-24）