微藻培養(yǎng)過(guò)程中生物污染及防治

趙 璐 張新明

日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院海洋工程學(xué)院，山東日照276826

微藻體積微小，但光合能力強(qiáng)，脂質(zhì)含量高，是當(dāng)今最具開(kāi)發(fā)前途的能源之一[1]。微藻營(yíng)養(yǎng)豐富，在水產(chǎn)養(yǎng)殖、環(huán)境治理、食品行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)中具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，常見(jiàn)的有價(jià)值的藻類(lèi)如小球藻、螺旋藻、鹽藻、雨生紅球藻、等邊金藻、三角褐指藻等，不同的藻類(lèi)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和營(yíng)養(yǎng)功用有所差異，在實(shí)際生產(chǎn)中通常需要進(jìn)行單一藻類(lèi)的規(guī)?；罅颗囵B(yǎng)，在培養(yǎng)過(guò)程中若遭遇生物污染就會(huì)造成培養(yǎng)失敗，給生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。本文綜述了微藻培養(yǎng)過(guò)程中常見(jiàn)的污染生物及控制方法，以期為相關(guān)人員提供有價(jià)值的參考。

1 微藻培養(yǎng)過(guò)程中的生物污染種類(lèi)

1.1 浮游動(dòng)物

藻類(lèi)大規(guī)模養(yǎng)殖中容易受浮游動(dòng)物的影響（如輪蟲(chóng)和枝角類(lèi)動(dòng)物），這些浮游動(dòng)物會(huì)嚴(yán)重影響藻類(lèi)的生長(zhǎng)，如果在培養(yǎng)過(guò)程中感染這些浮游動(dòng)物，培養(yǎng)的微藻在幾天之內(nèi)就會(huì)大量減少生物產(chǎn)量[2]。浮游動(dòng)物包括超微型浮游生物（<2 μm）、微型浮游動(dòng)物（2～20 μm）、小型浮游生物（20～200 μm），中型浮游生物（0.2～2 mm）和大型浮游生物（>2 mm）。在這些浮游生物當(dāng)中，纖毛蟲(chóng)[3]、輪蟲(chóng)[4]、枝角類(lèi)和橈足類(lèi)動(dòng)物[5]是微藻養(yǎng)殖中常見(jiàn)的侵染性物種。Li 等[6]用足量的杜氏鹽藻作為食物培養(yǎng)纖毛蟲(chóng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)2 d 之后，微藻的密度從2.7×104下降到1.2×104。Moreno-Garrido 等[7]發(fā)現(xiàn)捕食性纖毛蟲(chóng)可以使大量的杜氏鹽藻在2 d 之內(nèi)被食光，對(duì)經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失。

1.2 細(xì) 菌

一些稱(chēng)為浮游植物溶菌細(xì)菌對(duì)微藻的生長(zhǎng)有潛在的影響。他們最初是在赤潮的消亡中發(fā)現(xiàn)的[8-11]。后來(lái)被證實(shí)其對(duì)微藻生長(zhǎng)有不良影響，對(duì)微藻大量培養(yǎng)有破壞作用[12]。這些菌株主要包括噬胞菌（Cytophaga sp.）、粘細(xì)菌（Myxobacter sp.）[13]、芽孢桿菌（Bacillus sp.）和假單胞菌（Pseudomonas sp.）[14]等。這些細(xì)菌通過(guò)直接的細(xì)胞接觸或者間接通過(guò)胞外復(fù)合物對(duì)微藻產(chǎn)生影響[15]，以間接接觸為主。

1.3 其他微藻

在微藻規(guī)?；B(yǎng)殖中，其他微藻的交叉污染是不可避免的[16]。如果微藻培養(yǎng)體系不干凈，那么其他藻類(lèi)就會(huì)快速繁殖，并且其繁殖速度可能會(huì)超過(guò)要培養(yǎng)的藻株[17]，在實(shí)際生產(chǎn)中，污染藻株生長(zhǎng)狀況超過(guò)要培養(yǎng)藻株的情況經(jīng)常發(fā)生。

1.4 病 毒

在微藻培養(yǎng)過(guò)程中，病毒性感染往往會(huì)導(dǎo)致微藻產(chǎn)量明顯降低，或者導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)種發(fā)生改變[18]。病毒復(fù)制快、對(duì)宿主的感染率高，這些都是導(dǎo)致微藻的規(guī)?；B(yǎng)殖減產(chǎn)的重要原因。

2 控制生物污染的主要方法

科學(xué)家做了大量的工作來(lái)研究控制生物污染物的方法。一些學(xué)者嘗試用過(guò)濾藻液的方法或者是加入藥物來(lái)阻斷生物污染，還有一些人試圖改變微藻養(yǎng)殖的環(huán)境來(lái)控制生物污染[19]。

2.1 過(guò)濾法

由于微藻較小，過(guò)濾被認(rèn)為是在微藻的大規(guī)模養(yǎng)殖中除去微生物的最有效的方式，例如可以有效去除輪蟲(chóng)和橈足類(lèi)動(dòng)物，在微藻制備過(guò)程和藻液回收過(guò)程中，常用尼龍網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾，以除去這些體型較大的浮游動(dòng)物[20]。成年輪蟲(chóng)因?yàn)槠潴w型較大，可以通過(guò)該尼龍網(wǎng)過(guò)濾的方式去除，但是輪蟲(chóng)卵以及體型較小的個(gè)體則不能通過(guò)這種方式完全去除。所以，要連續(xù)過(guò)濾幾天才能從根本上除去污染生物。

2.2 化學(xué)防治法

化學(xué)藥劑可有效控制生物污染，但有可能對(duì)微藻生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。通過(guò)添加化學(xué)物抑制或殺滅污染生物的研究較多。在螺旋藻培養(yǎng)液中加入10 mg/L的硫酸鈣可以抑制輪蟲(chóng)的繁殖[21]。Moreno-Garrido等[6]報(bào)道，在杜氏藻(Dunaliella salina)培養(yǎng)過(guò)程中，奎寧對(duì)纖毛蟲(chóng)污染有明顯的殺滅作用，而對(duì)細(xì)胞本身影響不大。

2.3 改變培養(yǎng)條件

由于浮游動(dòng)物對(duì)環(huán)境因素的響應(yīng)不同，可以將環(huán)境因素調(diào)到一個(gè)合適的水平，以降浮游動(dòng)物的繁殖。限制浮游動(dòng)物對(duì)微藻的捕食活動(dòng)，同時(shí)保證在該條件下微藻能快速地增長(zhǎng)，這樣就能實(shí)現(xiàn)微藻的高速培養(yǎng)。有機(jī)體正常的生命活動(dòng)需要適宜的pH值，可以調(diào)節(jié)微藻養(yǎng)殖環(huán)境的pH 值，這樣既能保證微藻快速地繁殖，同時(shí)又能殺死或者抑制浮游動(dòng)物的污染。Becher[22]建議將微藻培養(yǎng)液的pH 瞬間降低至3.0，并持續(xù)1～2 h 就可以阻止輪蟲(chóng)的污染。在杜氏鹽藻的培養(yǎng)池中，當(dāng)鹽濃度降低至20%以下時(shí)，變形蟲(chóng)和纖毛蟲(chóng)將很難再對(duì)微藻造成污染[23]。

2.4 充CO2 法

浮游動(dòng)物和單細(xì)胞的藻類(lèi)營(yíng)養(yǎng)方式不同，因此對(duì)氧氣的需求也不同。單細(xì)胞藻類(lèi)一般是自養(yǎng)型植物，能吸收光能和二氧化碳進(jìn)行光合作用，而浮游動(dòng)物多為異養(yǎng)型動(dòng)物，只進(jìn)行呼吸作用，吸入氧氣，釋放二氧化碳。在微藻的培養(yǎng)池中，充入大量的二氧化碳，水中就會(huì)嚴(yán)重缺氧。這樣就有利于微藻的生長(zhǎng)，從而抑制浮游動(dòng)物的繁殖。但是，大量地充入二氧化碳會(huì)降低培養(yǎng)液的pH 值，對(duì)藻的生長(zhǎng)繁殖也會(huì)產(chǎn)生影響。

2.5 篩絹過(guò)濾法

單細(xì)胞藻類(lèi)體型較小，一般在幾到十幾微米之間。如小球藻（C.vulgaris）直徑一般在5～10 μm，微擬球藻在3～5 μm。所以，通常采用網(wǎng)孔小于60 μm的篩絹過(guò)濾，并連續(xù)過(guò)濾2～3 d，很多大型的原生動(dòng)物，例如草履蟲(chóng)（Paramoecium，180～280 μm）、大變形蟲(chóng)（Amoeba proteusPallas， 200～600 μm）等除盡。

在微藻規(guī)模化培養(yǎng)過(guò)程中，為防止生物污染源的侵染和污染，可以靈活采用過(guò)濾法、化學(xué)法、改變培養(yǎng)環(huán)境的方法，只有對(duì)生物污染源與微藻之間相互作用的機(jī)制很了解，防治生物污染的方法才能被更好地應(yīng)用[24]。