獨(dú)腳金內(nèi)酯(GR24)對(duì)微藻-真菌凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水效果的影響

弓忠孝

(呼和浩特市土默特左旗哈素海服務(wù)中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010100)

隨著生活水平的提高，我國(guó)人民對(duì)水產(chǎn)品的需求量正逐年增大，這也促進(jìn)了我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖總量超過(guò)5 000萬(wàn)t，占水產(chǎn)品總量的78%以上[1]。為保證養(yǎng)殖水的質(zhì)量，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中需定期且頻繁地進(jìn)行換水處理，其結(jié)果是造成大量含氮、磷、有機(jī)物廢水的外排。而養(yǎng)殖廢水未經(jīng)妥善處理即排放則會(huì)引發(fā)系列環(huán)境污染問(wèn)題，導(dǎo)致病害滋生并成為制約水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的限速環(huán)節(jié)。

微藻作為一種光自養(yǎng)型生物具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)速度快、生長(zhǎng)周期短、能有效降解有機(jī)物、固定水體氮磷等諸多優(yōu)點(diǎn)[2]。而水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中所富含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(含碳有機(jī)物、氮和磷)可為微藻的生長(zhǎng)提供廉價(jià)營(yíng)養(yǎng)原料。如Ansari等[3]利用3種微藻開展了對(duì)尼羅羅非魚養(yǎng)殖廢水的處理研究，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水中總氮(TN)、總磷(TP)和化學(xué)需氧量(COD)去除率可分別達(dá)到76%～81%、100%和42%～69%。呂俊平等[4]研究也發(fā)現(xiàn)，綠球藻能夠去除水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中96.92%的COD、98.08%的氨氮及98.36%的TP。值得一提的是，與傳統(tǒng)處理方法相比，利用微藻實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的凈化處理具有效率高、能耗低、無(wú)化學(xué)添加等諸多突出優(yōu)勢(shì)[5]。此外，在實(shí)現(xiàn)廢水生物凈化的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)微藻自身生物量的增殖，增殖的微藻通過(guò)深加工工藝還可轉(zhuǎn)化為生物燃料、化工原材料及動(dòng)物餌料等[6]。

真菌對(duì)廢水中的大多數(shù)有機(jī)污染物同樣具有較好的降解能力，因而可與微藻結(jié)合形成具有多種功能的微藻-真菌共生體系并應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域。而這一目標(biāo)之所以能實(shí)現(xiàn)是源于微藻-真菌能建立互利關(guān)系，即微藻通過(guò)光合作用有效固定真菌分解代謝過(guò)程中所產(chǎn)生的CO2及水中以碳酸鹽、重碳酸鹽形式存在的CO2，并將其轉(zhuǎn)化為真菌可利用的物質(zhì)如氨基酸、碳水化合物、脂肪及其他營(yíng)養(yǎng)素形式的碳源[7]；同時(shí)真菌可分泌微藻快速生長(zhǎng)所需的維生素、吲哚-3-乙酸等生長(zhǎng)激素[8]?，F(xiàn)有研究結(jié)果也證實(shí)了細(xì)菌、真菌介入后所形成的藻-菌共生體系對(duì)廢水處理有積極作用。如黃靜依等[9]研究發(fā)現(xiàn)，選用小球藻、隱藻分別構(gòu)建菌-藻共生系統(tǒng)，均表現(xiàn)出比純?cè)逑到y(tǒng)更高的生物量及對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中氮磷更高的去除率。此外，在微藻-真菌共生體系中，真菌的存在能輔助微藻進(jìn)行生物絮凝，并通過(guò)胞外多糖黏附、靜電中和及微藻與真菌菌絲表面蛋白質(zhì)相互作用，成功地形成藻-菌球，從而解決單一微藻處理廢水過(guò)程中微藻無(wú)法有效分離和回收的問(wèn)題[10]。

提取于植物根系分泌物的獨(dú)腳金內(nèi)酯最初作為一種重要的激素類物質(zhì)，可用于調(diào)控植物的生理代謝過(guò)程及促進(jìn)植物的生長(zhǎng)[11]。現(xiàn)有深入研究發(fā)現(xiàn)，獨(dú)腳金內(nèi)酯的誘導(dǎo)還能刺激真菌線粒體代謝及促進(jìn)叢枝菌根真菌的分枝、繁殖[12]。而作為一種人工合成的獨(dú)腳金內(nèi)酯(GR24)，GR24被認(rèn)為可參與藻類細(xì)胞的生化反應(yīng)。如研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)體系中添加適量的GR24后，小球藻的相關(guān)生長(zhǎng)、光合性能參數(shù)指標(biāo)均得到增強(qiáng)，從而增強(qiáng)共培養(yǎng)體系對(duì)廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除性能[13]。此外，在藻-菌共生體系中添加GR24能有助于體系中形成穩(wěn)定且大小均一的藻-菌球[14]。

利用藻類技術(shù)處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水既具有生態(tài)效益又有一定的經(jīng)濟(jì)效益，但提高水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中污染物質(zhì)的去除效率是藻類技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化處理的關(guān)鍵。目前已有大量對(duì)藻類技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的相關(guān)研究報(bào)道，諸如涉及到藻種的選擇、光照培養(yǎng)條件的優(yōu)化、微藻-真菌共生體系的優(yōu)化等。目前，外源添加GR24，同時(shí)利用微藻或微藻-真菌共生體系處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的研究在國(guó)內(nèi)還鮮見報(bào)道。為此，本研究采用兩種藻類處理技術(shù)(小球藻單養(yǎng)、小球藻-靈芝菌共生)凈化處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水。研究過(guò)程中通過(guò)改變外源GR24的添加量，關(guān)注GR24濃度變化對(duì)兩個(gè)處理體系中微藻/藻-菌共生體生長(zhǎng)性能、光合性能、對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除性能的影響，并根據(jù)廢水凈化效果優(yōu)選出最佳的藻處理技術(shù)及GR24的最佳外源添加量。研究結(jié)論能為藻類技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化處理領(lǐng)域的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)涉及的儀器包括：TG-17型高速冷凍離心機(jī)，四川蜀科儀器有限公司；BKQ-B50II型全自動(dòng)數(shù)顯立式壓力蒸汽滅菌器，山東博科消毒設(shè)備有限公司；HT-12X2C型搖床，上海赫田科學(xué)儀器有限公司；202-2AB型臥式電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，廣東佛衡儀器有限公司；YJ-VS-1型超凈工作臺(tái)，無(wú)錫一凈凈化設(shè)備有限公司；UV5型紫外分光光度計(jì)，梅特勒-托利儀器(上海)有限公司；MS204/A型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；QL-866型旋渦混合器，海門市其林貝爾儀器制造有限公司。

實(shí)驗(yàn)所用材料和試劑包括：葡萄糖、丙酮、無(wú)水乙醇、濃鹽酸、濃硫酸、冰乙酸、氫氧化鈉、二水合磷酸二氫鈉、重鉻酸鉀、抗壞血酸、二水合氯化鈣、硫酸亞鐵銨、七水合硫酸鎂、鉬酸銨溶液、三水合磷酸氫二鉀、過(guò)硫酸鉀、尿素均購(gòu)置于上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。實(shí)驗(yàn)所使用的GR24(CAS No：76974-79-3)購(gòu)于上海懋康生物科技有限公司。所有試劑均為分析純。

1.2 藻種和真菌

小球藻Chlorellavulgaris(FACHB-8)購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院武漢水生生物研究所；靈芝菌Ganodermalucidum(5.765)從中國(guó)普通微生物菌種保藏管理中心獲取，并根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)制備小球藻和靈芝菌培養(yǎng)基，小球藻和靈芝菌的培養(yǎng)與擴(kuò)培參照相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行[15]。

將擴(kuò)培的靈芝菌球懸浮液(84.29 mg·L-1)5 mL加入到100 mL小球藻懸液(76.28 mg·L-1)中，使小球藻與靈芝菌共培養(yǎng)體系初始濃度約為89.63 mg·L-1。利用10%的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水將小球藻-靈芝菌混合體系于恒溫?fù)u床上(25±2)℃ 150 r·min-1馴化培養(yǎng)7 d。馴化后的小球藻-真菌顆粒將用于后續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的凈化處理。

1.3 兩種藻類處理技術(shù)體系的構(gòu)建

實(shí)驗(yàn)所使用的GR24使用前用二甲基亞砜(純度>99%)溶解后用水稀釋配制成一定濃度的溶液，稀釋法遵循Wang等[16]的研究方法。

處理體系1中小球藻-靈芝菌共培養(yǎng)液為1 L，最初的藻類和靈芝菌的生物量比為1∶10，其總懸浮固體濃度為0.82 g·L-1。處理體系2為小球藻單養(yǎng)。

1.4 光生物反應(yīng)器

光生物反應(yīng)器為1個(gè)16.8 L的玻璃罐(圖1)。實(shí)驗(yàn)處理前，預(yù)先向反應(yīng)器(帶LED燈管)中注入2.8 L水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，隨后分別采用兩種不同處理體系分別對(duì)該水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行處理。水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化處理光照強(qiáng)度為200 μmol·m-2·s-1，光暗比為12 h:12 h，反應(yīng)溫度為(25±2)℃。

圖1 光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)

1.5 水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水水質(zhì)特征

實(shí)驗(yàn)所用水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水取自內(nèi)蒙古呼和浩特市某水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)，并于4 ℃條件下儲(chǔ)存?zhèn)溆?。凈化處理前為避免原有水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中微生物的影響，預(yù)先使用0.45 μm尼龍微濾器過(guò)濾并進(jìn)行滅菌處理，經(jīng)處理后其COD含量為49.61 mg·L-1、TN含量為26.58 mg·L-1、TP含量為2.75 mg·L-1、pH 7.5±0.1。

1.6 處理設(shè)計(jì)

利用光生物反應(yīng)器，采用兩種不同的藻類體系分別對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水開展凈化處理。處理時(shí)，光生物反應(yīng)器中兩個(gè)處理體系中初始生物量均為89.63 mg·L-1。在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化處理前向各處理體系中添加GR24，共設(shè)置4個(gè)濃度水平(0、10-7、10-9和10-11mol·L-1)。光照反應(yīng)器運(yùn)行處理10 d，實(shí)驗(yàn)期間在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化處理的第3、7和10 天分別從反應(yīng)器采樣口采集樣品并開展相關(guān)指標(biāo)的分析檢測(cè)，以評(píng)判兩種藻類技術(shù)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化處理的效果，從而最終確定最佳藻類處理技術(shù)和GR24添加量。

1.7 分析方法及數(shù)據(jù)處理

參照文獻(xiàn)[17]分析方法，在處理的第3、7和10天分別測(cè)定兩種藻類處理技術(shù)體系中小球藻葉綠素a(CHL-a)含量。水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化處理的第10天，從光生物反應(yīng)器吸取50 mL處理液，參照Z(yǔ)hang[18]的方法測(cè)定生物質(zhì)的比生長(zhǎng)率和平均日產(chǎn)率。實(shí)驗(yàn)處理的第10天，從光生物反應(yīng)器取樣口取2 mL不同處理體系的混合液，置黑暗處適應(yīng)25 min后利用Aquapen手持式葉綠素?zé)晒鉁y(cè)量?jī)x測(cè)定葉綠素?zé)晒庾兓?OJIP open-JIP test)，并通過(guò)OJIP測(cè)定獲得相關(guān)熒光參數(shù)指標(biāo)，用以評(píng)價(jià)不同處理體系中小球藻的光合活性。實(shí)驗(yàn)處理的第3、7和10 天從光生物反應(yīng)器對(duì)不同體系處理后的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行取樣。參照相關(guān)分析方法，對(duì)采集廢水樣品進(jìn)行預(yù)處理及COD、TN和TP的分析測(cè)定[19]。

每組實(shí)驗(yàn)處理均設(shè)3個(gè)重復(fù)，所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果均為數(shù)據(jù)平均值，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0軟件。采用Duncan’s多重比較法檢驗(yàn)不同處理體系中GR24濃度變化對(duì)藻菌生長(zhǎng)、光合參數(shù)和對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化效果影響的顯著差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 GR24濃度對(duì)生物量的影響

利用微藻或微藻-靈芝菌共生技術(shù)處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，其處理效果在很大程度上受限于體系中微藻或微藻-靈芝菌共生體的比生長(zhǎng)率，比生長(zhǎng)率高代表著體系中微藻或微藻-靈芝菌共生體的繁殖速率越快，也就意味著對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的凈化效果越好。在GR24設(shè)置的4個(gè)濃度水平(0、10-7、10-9和10-11mol·L-1)條件下，利用不同藻類處理體系對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行凈化處理，不同處理體系中微藻或微藻-靈芝菌共生體的比生長(zhǎng)速率和平均日產(chǎn)率結(jié)果見表1。

表1 GR24濃度對(duì)凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的影響

由表1數(shù)據(jù)可以看出，兩個(gè)處理體系中的小球藻均能正常存活。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，GR24添加量的變化對(duì)兩個(gè)處理體系中的小球藻的生長(zhǎng)均會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。與空白對(duì)照組(不添加GR24)相比，處理體系中添加GR24(≥10-9mol·L-1)均顯著促進(jìn)了小球藻的生長(zhǎng)。隨著GR24濃度的增加，兩個(gè)處理體系中小球藻的比生長(zhǎng)率和平均日產(chǎn)率均呈現(xiàn)先增大后降低的變化趨勢(shì)，當(dāng)GR24在體系中的初始濃度為10-9mol·L-1時(shí)生長(zhǎng)效果最佳，此時(shí)，小球藻的比生長(zhǎng)率分別為0.398(處理體系1)和0.341 d-1(處理體系2)；小球藻的平均日產(chǎn)率為0.189(處理體系1)和0.156 g·L-1·d-1(處理體系2)。

2.2 GR24濃度對(duì)微藻光合性能的影響

光合作用是藻類重要的生理活動(dòng)過(guò)程，而CHL-a則在光合過(guò)程中發(fā)揮重要作用，因此，CHL-a是評(píng)價(jià)微藻生長(zhǎng)的重要間接指標(biāo)。GR24濃度變化對(duì)兩種藻類技術(shù)處理體系中小球藻CHL-a濃度變化的影響結(jié)果如圖2所示。在水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水凈化處理的第3、7和10 天，處理體系1中的小球藻CHL-a含量相對(duì)高于處理體系2。在不同GR24濃度條件下，兩個(gè)處理體系中小球藻CHL-a含量均在處理的第7 天達(dá)到最大值。處理第7 天，在處理體系1和處理體系2中，當(dāng)GR24的濃度為10-9mol·L-1時(shí)小球藻CHL-a的含量最高，分別為226.84和189.69 μg·L-1。

同組柱上無(wú)相同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)，圖3同。

葉綠素a熒光瞬變技術(shù)(OJIP)是研究植物光合作用或外界脅迫作用時(shí)常采用的方法。當(dāng)生長(zhǎng)環(huán)境出現(xiàn)變化時(shí)微藻的光合活性等參數(shù)也會(huì)隨之發(fā)生響應(yīng)變化，這時(shí)也可以用OJIP技術(shù)進(jìn)行測(cè)試和表征。通過(guò)OJIP曲線可獲得相關(guān)光合參數(shù)如Fv/Fm、PIABS、ΨO、ΦEO等，其中Fv代表最大可變熒光；Fm代表OJIP峰值P處記錄的最大熒光強(qiáng)度；Fv/Fm代表了PSⅡ最大量子效率，該參數(shù)反映了PSⅡ反應(yīng)中心內(nèi)光能轉(zhuǎn)換效率；PIABS表征PSⅡ吸收光子的性能指數(shù)；ΨO代表了推動(dòng)QA還原激子的比率；ΦEO代表了和用于電子傳遞的量子產(chǎn)量[20]。

不同GR24濃度條件下，利用兩種藻類處理技術(shù)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理10 d后對(duì)小球藻的OJIP曲線進(jìn)行了測(cè)試(表2)。從表2數(shù)據(jù)可以看出，隨著GR24濃度的增加，兩個(gè)處理體系中Fv/Fm、PIABS呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)。當(dāng)體系中GR24濃度為10-9mol·L-1時(shí)，各處理體系中Fv/Fm、PIABS值均顯著高于其他GR24濃度添加水平。這說(shuō)明處理體系中添加適量的GR24(10-9mol·L-1)對(duì)處理體系中微藻PSⅡ的光促反應(yīng)有一定的促進(jìn)作用。ΨO、ΦEO可用于評(píng)判GR24濃度變化對(duì)藻類-真菌共生體的影響。從表2數(shù)據(jù)可以看出ΨO、ΦEO隨GR24濃度的變化趨勢(shì)與Fv/Fm和PIABS值的變化一致。說(shuō)明處理體系中適量添加GR24可以促進(jìn)微藻對(duì)光的吸收而提高電子轉(zhuǎn)移效率和強(qiáng)化最大電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)率。

表2 處理第10 天凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的光合性能參數(shù)變化

2.3 GR24濃度對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除效果的影響

整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段在不同GR24濃度下，兩種藻類處理技術(shù)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的凈化效果見表3。處理體系1凈化處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水第3、7和10 天，廢水中COD、TN和TP去除效率隨GR24濃度變化的結(jié)果見圖3。

從表3數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)處理體系中GR24濃度發(fā)生變化時(shí)，不同處理體系對(duì)COD的去除效率存在差異。與空白對(duì)照組(不添加GR24)相比，當(dāng)GR24的濃度為10-9～10-7mol·L-1時(shí)GR24對(duì)該水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水COD的去除具有促進(jìn)作用，這說(shuō)明適量添加GR24能誘導(dǎo)小球藻同化更多廢水中的含碳營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這一結(jié)果與小球藻的生長(zhǎng)速率和平均日生產(chǎn)率變化規(guī)律相一致(表1)。當(dāng)GR24的濃度為10-9mol·L-1時(shí)COD的平均去除效果最佳，分別為92.5%(處理體系1)和87.9%(處理體系2)。從圖3可以看出，從第3 天到第7天在處理體系1(小球藻-靈芝菌)中COD的去除率增大，然后從第7 天到第10 天COD的去除率下降。在處理的第7 天，當(dāng)GR24濃度為10-9～10-7mol·L-1時(shí)COD去除效果最佳(93.7%～96.3%)。

表3 不同GR24濃度下水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中COD、TN和TP去除效率

圖3 不同GR24濃度下處理體系1COD、TN和TP的去除率

與空白對(duì)照組(不添加GR24)相比，當(dāng)GR24的濃度為10-9～10-7mol·L-1時(shí)GR24對(duì)沼液TN的去除存在明顯促進(jìn)作用(表3)。當(dāng)GR24的濃度為10-9mol·L-1時(shí)TN的平均去除效果最佳，分別為94.9%(處理體系1)和90.6%(處理體系2)。在處理體系1中TN去除率隨時(shí)間的變化趨勢(shì)與COD去除率的變化趨勢(shì)相一致。在處理的第7 天，當(dāng)GR24濃度為10-9mol·L-1時(shí)TN去除效果最佳(98.3%)。

TP的去除是衡量藻類技術(shù)營(yíng)養(yǎng)鹽去除效率的重要指標(biāo)之一。從表3可以看出，當(dāng)GR24的濃度為10-9mol·L-1時(shí)TP的平均去除效果最佳，分別為97.1%(處理體系1)和92.8%(處理體系2)，依然表現(xiàn)為處理體系1>處理體系2。在處理體系1中TP去除率隨時(shí)間的變化仍表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢(shì)，類似于COD和TN去除率的變化。在處理的第7 天，當(dāng)GR24濃度為10-9～10-7mol·L-1時(shí)TP去除效果最佳(96.5%～98.1%)。

以上分析結(jié)果表明，在不同GR24濃度下，借助不同的處理體系，水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除效率存在差異。其中，利用小球藻-靈芝菌的共生體系(處理體系1)，在GR24濃度為10-9mol·L-1時(shí)廢水中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除效率表現(xiàn)最佳，說(shuō)明GR24的外源添加量具有最適值。

3 小結(jié)與討論

Song等[21]研究認(rèn)為，獨(dú)腳金內(nèi)酯的存在對(duì)微藻的生長(zhǎng)不會(huì)產(chǎn)生明顯的促進(jìn)作用，這與本研究結(jié)論不一致。這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中用到的獨(dú)腳金內(nèi)酯成分、選擇的藻種、藻菌共生體系、光照處理?xiàng)l件、處理對(duì)象存在差異。Zhang等[13]的研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外源添加GR24濃度為10-9mol·L-1時(shí)，藻-菌共生體系中微藻的生長(zhǎng)狀態(tài)處于較好水平。這與本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)論相一致。相關(guān)研究認(rèn)為，這主要是源于體系中存在適量的GR24(10-9～10-7mol·L-1)能通過(guò)調(diào)控相關(guān)基因來(lái)促進(jìn)微藻細(xì)胞的生長(zhǎng)[22]。兩種藻類處理技術(shù)相較而言，小球藻的比生長(zhǎng)率和平均日產(chǎn)率均表現(xiàn)為處理體系1>處理體系2。

在兩種藻類技術(shù)處理體系中，外源添加GR24的最佳濃度為10-9mol·L-1。這與前人的研究結(jié)果相一致[23]。這說(shuō)明適量添加GR24對(duì)體系中小球藻的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，從而促進(jìn)CHL-a含量的增加。這可能是因?yàn)橥庠刺砑拥腉R24能促進(jìn)共生體系中微藻葉綠素合成基因表達(dá)的增強(qiáng)[13]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)體系中添加GR24能促進(jìn)真菌菌絲的生長(zhǎng)，從而能進(jìn)一步增加藻類生物間的接觸頻率，促進(jìn)微藻-真菌球的形成[24]。OJIP的分析結(jié)果與CHL-a的含量變化結(jié)果(圖2)相一致，這也間接說(shuō)明了CHL-a在光合作用過(guò)程中所發(fā)揮的重要作用[25]。相較而言，在不同GR24濃度添加水平條件下，不同處理體系中小球藻相關(guān)光合參數(shù)值的高低順序均表現(xiàn)為處理體系1>處理體系2。

微藻細(xì)胞中的基本元素碳約占其生物總量的50%，而碳同化作用是利用微藻技術(shù)去除水體中碳的主要機(jī)制[26]。除了對(duì)水體中碳源的利用，微藻在光合作用過(guò)程中還能將廢水中的氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成復(fù)雜的有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體氮、磷的去除。其中氮的去除主要是源于微藻在繁殖過(guò)程中需要利用氮來(lái)合成大量的核酸和蛋白質(zhì)類組分[27]。陳海敏等[28]利用小球藻單養(yǎng)和小球藻+光合細(xì)菌聯(lián)合技術(shù)處理甲魚養(yǎng)殖廢水時(shí)也發(fā)現(xiàn),藻菌聯(lián)用技術(shù)對(duì)廢水中TN的去除效果要優(yōu)于微藻單養(yǎng)技術(shù)。此外，處理體系中添加適量的GR24(10-9mol·L-1)有利于體系中藻-菌共生體的增殖，因而除氮效果好；而添加量過(guò)多(10-7mol·L-1)、過(guò)少(10-11mol·L-1)或不添加(0 mol·L-1)均存在不利影響，因而導(dǎo)致除氮效果表現(xiàn)相對(duì)較差。磷既是微藻細(xì)胞膜組分磷脂的構(gòu)成元素，也是為藻細(xì)胞功能發(fā)揮提供能量物質(zhì)三磷酸腺苷的必要組分，因而同樣可以在微藻的增殖過(guò)程中從廢水中去除[29]。另一方面，靈芝菌(真菌)分泌的胞外多糖有助于微藻細(xì)胞被真菌顆粒捕獲或附著在真菌菌絲上，使得真菌可以為微藻的生長(zhǎng)提供更大的接受面，從而提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除效率[30]。

本研究在改變GR24濃度添加水平條件下，研究了小球藻-靈芝菌、小球藻單養(yǎng)兩種藻類技術(shù)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的生物凈化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，外源添加GR24的最佳濃度水平為10-9mol·L-1；兩種藻類技術(shù)處理體系相比較而言，小球藻-靈芝菌共培養(yǎng)系統(tǒng)顯著提高了光合速率、生物量、廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除效果。在最佳條件下(GR24濃度為10-9mol·L-1)，水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中COD、TN和TP的平均去除率分別為92.5%、94.9%和97.1%。本研究為微藻生物水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水提供了切實(shí)可行的微藻-真菌共培養(yǎng)策略。