蛋白核小球藻—硝化微生物共培养及在对虾养殖水质净化中的应用

作     者：黄山 

作者单位：青岛理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋志文

授予年度：2022年

学科分类：090801[农学-水产养殖] 0908[农学-水产] 09[农学] 

主      题：蛋白核小球藻 硝化微生物 藻菌共培养 响应面优化 凡纳滨对虾 水质净化 

摘      要：我国对虾养殖业发展迅速,其规模与产量已多年居世界第一,然而粗放式的养殖模式制约了对虾养殖业的可持续发展。养殖水体中的氨氮和亚硝态氮是主要有毒物质,其有效去除是对虾养殖系统水质净化的关键。微藻和细菌是调节水生态系统的两类重要微生物,二者存在从共生到寄生等非常复杂的相互关系,并在水环境生态修复中发挥重要作用。硝化微生物(Nitrifying microorganism)为好氧自养微生物,包括氨氧化细菌(Ammonium-oxidizing bacteria,AOB)、氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea,AOA)和亚硝酸氧化细菌(Nitrite-oxidizing bacteria,NOB)。AOB和AOA将氨氮转化成亚硝态氮,NOB将亚硝态氮转化成硝态氮,从而降低氨氮和亚硝态氮对水生生物的伤害。微藻可同化吸收氮磷营养盐,作为天然饵料,可提高水生动物免疫力和存活率。目前,用于水产养殖系统的藻种主要有小球藻(Chlorella sp.)、微绿球藻(Nannochloropsis sp.)、栅藻(Scenedesmus sp.)和螺旋藻(Spirulina sp.)等。本研究以氮磷营养盐去除为目标,采用单因素和响应面实验进行蛋白核小球藻(C.proteinosa)与硝化微生物共培养条件优化(藻菌比、p H、光照强度、光照时间),确定藻菌共培养物及其固定化对凡纳滨对虾养殖系统水质及对虾生长状况的影响。通过研究得到如下结论:(1)单因素实验结果表明,蛋白核小球藻和硝化微生物共培养具有明显协同作用,在初始藻菌比2:1,初始p H 8.0、光照强度6000 lux、光照时间18.0 h条件下,共培养物中蛋白核小球藻生长情况最好,培养14 d后,氨氮、硝态氮和总磷去除率分别为99.64%、94.38%和98.99%。(2)通过建立响应面模型,确定了两两因素交互作用对氨氮、亚硝态氮和总磷浓度的影响。结果表明,藻菌比和p H、藻菌比和光照时间以及p H和光照强度的交互作用对氨氮浓度影响显著,其中p H和光照强度的交互作用影响最大;藻菌比和光照时间的交互作用对亚硝态氮影响显著;藻菌比和p H以及p H和光照强度的交互作用对总磷浓度影响显著,其中藻菌比和p H交互作用影响最大。(3)响应面模型确定最佳培养条件为:初始藻菌比2:1,初始p H 7.8,光照强度6109 lux,光照时间17.6 h,预测此条件下氨氮浓度为0.00 mg·L,亚硝态氮浓度为0.03 mg·L,总磷浓度为0.19 mg·L。通过验证实验得到该条件下氨氮、亚硝态氮和总磷浓度分别为0.00 mg·L、0.04 mg·L和0.19 mg·L,与预测值绝对误差均小于6%,表明该模型可以用来预测藻菌共培养物对氮磷的去除效果。(4)分别将悬浮态、聚氨酯海绵吸附固定化和海藻酸钠包埋固定化的蛋白核小球藻-硝化微生物共培养物投加到凡纳滨对虾养殖系统中,进行40天实验,结果表明,悬浮态与固定化藻菌共培养物对凡纳滨对虾养殖系统水质净化效果有显著差异,其中聚氨酯海绵固定化藻菌系统氮磷去除效果最佳,在整个养殖周期,氮磷未出现明显升高,氨氮、亚硝态氮、硝态氮和总磷平均浓度分别为0.02 mg·L、0.24 mg·L、15.87 mg·L和0.04 mg·L,峰值分别为0.03 mg·L、0.42 mg·L、26.73 mg·L和0.07 mg·L。(5)悬浮态与固定化藻菌共培养系统中凡纳滨对虾生长状况存在差异。空白系统、悬浮态藻菌系统、聚氨酯海绵固定化藻菌系统和海藻酸钠固定化藻菌系统中凡纳滨对虾平均体重分别为5.13±0.15 g、6.38±0.44 g、8.27±0.18 g和7.83±0.14g,成活率分别为66.67%、73.33%、86.67%和80.00%。