聚球藻对镍的富集作用及影响因素

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.05.035 第27卷第5期 北京科技大学学报 VoL27 No.5 2005年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2005 聚球藻对镍的富集作用及影响因素 白慧卿》杜竹玮李浩然)孙春宝” 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京100080 摘要研究了环境因素与自身因素对聚球藻富巢镍的影响，聚球藻对镍的富集时间在80 mi山可以达到平衡：镍藻质量比最优值为16%~18%，此时宫集量达到最大值即饱和吸附范围： pH值是影响富集的一个重要因素，同样条件下随pH值的增加富集量会不断增加，但由于过 高pH会导致氢氧化镍生成，因此最佳pH值在9~I0:温度和光强是调节富集量的两个因素， 温度在35℃、照度在3000x左右是最佳的富集条件：同样条件下，死藻比活藻的富集量略高， 关键词聚球藻；镍；富集量；富集效率 分类号Q949.210 镍是水体中常见的一种金属污染物.随着工 右，THZ82型恒温摇床振荡器30℃，24hd'光照 业的发展，用镍量不断增加，使镍及其化合物在 摇瓶培养， 工业废水和废气中的污染日趋严重，因而有关镍 聚球藻富集镍前的预处理，取对数生长期的 污染问题的研究已引起人们的广泛重视.目前利 定量藻液，死藻则先将其新鲜藻液加入4%甲醛 用传统的方法还不能完全将金属离子从工业废 溶液，间断混匀300min彻底杀死藻体后"，用 水中去除.藻类可以有选择性地富集特定的金属 LDZ0.8医用离心机(2000rmin)进行离心，得 离子，其选择性优于目前使用的离子交换树脂，聚球藻藻体，用蒸馏水洗涤，反复进行3次后补 研究表明，藻类对金属的富集作用主要是通 充至原体积藻液，用WFZ UV-2系列(UV-2000 过藻体细胞中生物大分子对金属的物理吸附以 型)紫外可见分光光度计测其吸光度值，用文献 及细胞对金属的生物转化.微藻细胞种类和环境 [2]中的方法测定藻细胞干重浓度. 条件对富集能力有重要影响.除此之外，微藻本12聚球藻对镍元素的富集测定 身的生理活动也有助于其吸收金属元素，对富集 取一定量的1gL的Ni0NO,h溶液加入处理 的环境条件及镍藻本身因素进行整体优化调整 好的藻液中，在恒温30℃、无光照（研究温度和光 后，其藻类对金属离子的吸收能力可得到加强. 照条件实验除外)、pH值为10左右（研究pH值时 本文研究了聚球藻对金属镍的富集作用和影响 除外)、100rmin'的恒温摇床振荡器上振荡，进 因素. 行生物富集2h,后用LDZO.8医用离心机离心取 其上清液测定镍的浓度，并以此计算藻对镍的富 1 实验材料和方法 集量、富集效率， 11聚球藻的培养与预处理 镍(Ni(NO,)2)的浓度采用GB11910-89丁二酮 聚球藻由中国科学院过程工程研究所生化 肟分光光度法作镍的标准曲线进行测定.富集量 工程国家重点实验室提供.采用Zarrouk氏培养 9,及富集效率y的计算方法同文献[3]： 基，250mL三角瓶内加入150mL培养液，接种对 6M-6品 9。 mg'g 数生长期聚球藻，起始浓度为750m,吸收值为 0.05~0.10,呈微淡绿色，调整培养液pH值至10左 y-1-ex10o%, 式中，c为加入Ni(NO,)2溶液的质量浓度，mgL': 收稿日期：2004-09-16修回日期：2004-11-08 基金项目：国家自然科学基金资助项目No20176061):国家高 ,为加入NiNO)2溶液的体积，L;c2为富集后上 技术发展计划资助项目No.2001AA649030) 清液中Ni的质量浓度，mgL:V为最后藻液的 作者简介：白慧卿(1978一)，女，顾士研究生 总体积，L:m为富集镍前的藻细胞干重，g

第 2 7 卷 第 5 期 2 0 5 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U . vi e rs tiy o f S e le . e e a n d l七c h n o l o gy B jei ni g V b L2 7 N 0 . 5 o e t . 2 0 5 聚球藻对镍的富集作用及影响因素 白 慧卿 ” 杜竹 玮 ” 李浩 然 ” 孙春 宝 ” 1)北 京科技 大学 土木 与环境 工程 学 院 , 北 京 10 0 0 83 2) 中 国科 学 院过程 工程研 究所 生化 工程 国 家重 点实验 室 , 北京 10 0 0 80 摘 要 研 究 了环境 因素 与 自身 因素 对聚球 藻 富集 镍 的影 响 . 聚球 藻对 镍 的富 集 时间在 80 ~ 可 以达 到平 衡 ; 镍 藻质 量 比 最优值 为 16 % 一 1 8% , 此 时富集 量达 到最 大值 即饱 和吸 附范 围 : p H 值是 影 响富集 的一 个重 要 因素 , 同样 条件 下随 p H 值 的增 加 富集量 会 不断 增加 , 但 由于 过 高 p H 会导 致氢 氧化 镍生 成 , 因 此 最佳 pH 值 在 9一 1 0 ; 温 度和 光 强是 调节 富集 量 的两个 因素 , 温 度 在 35 ℃ 、 照度 在 3 00 h 左右 是最 佳 的富集条 件 ; 同样条 件下 , 死藻 比活 藻 的富集 量略 高 . 关键 词 聚球 藻 ; 镍 ; 富集量 ; 富集效 率 分类 号 Q 94 9 2 1 0 镍 是水 体 中常见 的一 种金 属 污染 物 . 随着 工 业 的 发展 , 用镍量 不 断增 加 , 使镍 及 其化 合 物在 工 业废 水和 废 气 中的污 染 日趋 严重 , 因而有 关镍 污 染 问题 的研 究 已 引起 人们 的广 泛重 视 . 目前利 用 传 统 的方 法 还 不 能完全 将 金 属 离子 从 工业 废 水 中去 除 . 藻类 可 以有选 择 性地 富集特定 的金属 离 子 , 其 选择 性优 于 目前 使用 的离子 交 换树 脂 . 研 究 表 明 , 藻类 对 金属 的 富集 作用 主 要 是通 过 藻体 细 胞 中生物 大分 子对 金 属 的物 理 吸 附 以 及 细 胞对 金属 的生物 转化 . 微 藻 细胞种 类 和环 境 条 件 对 富集 能 力有 重 要 影 响 . 除 此之 外 , 微 藻 本 身 的生理 活动 也 有助 于其 吸收 金属 元 素 . 对 富集 的环 境 条 件 及镍 藻本 身 因素 进 行整 体 优 化 调 整 后 , 其 藻类 对金属 离 子 的 吸收能 力可 得 到加 强 . 本 文 研究 了聚 球藻 对金 属 镍 的 富集 作 用 和 影 响 因 素 . 1 实 验材料和 方 法 L l 聚 球 藻 的培 养 与预 处 理 聚球 藻 由 中 国科 学 院过 程 工 程 研 究 所 生 化 工程 国家重 点 实 验室 提 供 . 采 用 Z a n ℃ uk 氏培 养 基 , 2 50 m L 三 角 瓶 内加 入 150 m L 培养 液 , 接种 对 数 生 长 期聚 球 藻 , 起 始浓 度 为 7 50 nI , 吸 收值 为 .0 05 司 . 10 , 呈 微淡绿 色 , 调 整培 养 液PH 值至 10 左 收稿 日期 : 2 0 4刁弘 16 修 回 日期 : 20 0-4 n 刁8 基金 项 目 : 国家 自然科学基金 资助项 目困 。 . 加17 6 0 6 1) ; 国家高 技术 发展 计划 资助 项 目 N( .o 2 0 1A A 64 9 0 3 0) 作者 简介 : 白慧卿 ( 19 7 8一) , 女 , 硕士 研究 生 右 , T HZ 一 82 型恒 温 摇床 振 荡器 30 ℃ , 24 h · d 一 ’ 光 照 摇瓶 培 养 . 聚球 藻 富集 镍 前 的预 处理 , 取对 数 生长 期 的 定量 藻 液 , 死 藻 则先 将 其 新鲜 藻 液加 入 4% 甲醛 溶 液 , 间 断混 匀 3 0 m in 彻 底 杀死 藻 体 后 `1 , 用 L D Z刁 . 8 医用 离 心机 (2 0 0 0 r · m in 一 今进 行 离心 , 得 聚 球 藻 藻体 , 用蒸 馏 水洗 涤 , 反 复进 行 3 次后 补 充 至 原 体积 藻液 . 用 W F Z U、 七 2 系 列 (U V ` 2 0 0 型 ) 紫 外 可见 分 光光 度 计 测其 吸 光度 值 , 用文 献 【2〕中 的方 法 测定 藻 细 胞干 重 浓度 . L Z 聚球藻 对镍 元素 的 富集 测 定 取 一 定量 的 1 9 · L 一 , 的 iN (N 0 3 ) : 溶 液 加 入处 理 好 的 藻液 中 , 在恒温 30 ℃ 、 无光 照 (研 究温 度和 光 照 条件 实 验 除外 ) 、 p H 值 为 10 左右 ( 研 究 p H 值 时 除 外 ) 、 l o r · m in 一 ,的恒 温摇 床振 荡 器 上振 荡 , 进 行 生物 富集 Z h , 后 用 L D Z刁 . 8 医用 离心机 离心 取 其 上 清液 测 定镍 的浓 度 , 并 以此计 算藻 对镍 的 富 集 量 、 富集效 率 . 镍伽i困0 3 ) 2 ) 的浓 度采 用 G B l l gl o - 8 9 丁 二 酮 肪 分 光光 度法 作镍 的标准 曲线进 行测 定 . 富集 量 q , 及 富集 效 率 y 的 计算 方 法 同文 献 【3] : c( t 。 一 。 : ) X q = 一一一一一几丁 —备一一 , m g ’ g , 一 【卜翩卜 ` o %, % 式 中 , c , 为加 入 N i(N 认 ) 2溶 液 的质 量 浓度 , mg · L 一 ’ ; 科为加 入 iN N( 认 ) 2 溶 液 的体 积 , L ; 。 为 富集 后 上 清 液 中 iN 的质量 浓 度 , m g . L 一 ` ; 矶为 最后 藻 液 的 总 体积 , L ; m 为 富集 镍前 的藻 细 胞干 重 , 9 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 05. 035

Vol.27 No.5 白慧卿等：聚球藻对镍的富集作用及影响因素 ·529 2结果与讨论 50 100 21富集时间及富集浓度的影响 0 图1为聚球藻富集镍随时间的变化.可以看 出，聚球藻对镍的富集平衡时间为80min左右. 30 60 在80min之前，富集速度较快，此时由于细胞壁 的阴离子特性及其特殊结构，镍快速通过表面反 20 0 应与藻细胞壁结合，细胞壁的主要成分是多糖和 蛋白质，因此快速吸附的过程可能是镍与多糖和 蛋白质中的分子基团直接发生作用，而细胞壁的 10 多孔结构更促进了这种富集进程.这样很快使细 细胞干重质量浓度：0.531gL 胞壁表面形成较高的离子浓度，之后逐渐通过新 0 6 10 14 18 陈代谢等作用进一步转移到细胞内部，使富集达 镍藻质量比% 到最终平衡 图2的质量浓度对聚球藻富集镍的影响 吃 Fig.2 Effect of the mass concentration of Ni on the accumulation of Ni on Synechcoccus 2.2pH值的影响 26 由图3可以看出，富集量随着碱性的增强而 增加，在pH值为I1左右，富集量达到最高值.中 '60 初始Ni质量浓度：0.127gL- 22 藻细胞干重质量浓度：1.663gL 性以下的富集量明显低于碱性状态下的富集量. 6 在pH值为11.08时，富集倍数达到了76倍，可见 18 pH值是影响聚球藻生物富集的一个重要因素. Zarrouk培养基的pH值为9左右，在酸性条件下， 14 H与N形成竞争吸附，H,O会占据大量的富集 100 200 300 400 t/min 活性点m,从而阻止N与吸附活性点的接触，导 图】时间对聚球藻富集镍的影响 致吸附量的下降：pH值为碱性时，会有较多的质 Fig.1 Effect of time on the accumulation of Ni on Synechcoccus 子从官能团上解离下来，有利于生物富集，但是 在不同初始浓度的镍溶液中，聚球藻的富集 碱性过高，N会与OH形成沉淀，不利于生物富 效果如图2所示.在较低质量浓度范围内，随着 集的进行.所以取pH最佳值为910 镍量的不断增加，聚球藻对镍的富集量会逐渐增 加，但是富集率会逐渐下降，镍藻质量比在 60细胞干重质量浓度：0.903gL 100 Ni初始质量浓度：0.091gL- 16%~18%范围内时，富集量达到最大值44.33 50 80 mgg',此时己经达到了饱和吸附，富集率也超 过50%.因此，聚球藻对镍的富集量与镍的质量 40 60 浓度成正比.但若超过一定质量浓度范围（饱和 吸附范围)，富集量会下降，原因可能与镍抑制 30 6 藻细胞的生长和影响酶的活性有关)，镍在藻细 胞中的浓度逐渐增多时，镍与蛋白质、氨基酸、 DNA和RNA结合，破坏DNA结构，使核酸的组 成发生变化，影响细胞生长和缩小细胞体积；而 且镍与酶蛋白的某些结合形成螯合物，使酶的结 0 3.64.66.07.19.110.011.】12.2 构与构型发生变化而影响了酶的活性，使聚球藻 pH 对镍的富集受阻，因此富集时间决定聚球藻的富 图3不同pH值下聚球藻对镍富集量的变化 集平衡状态，而调节好镍藻质量比则是达到最佳 Fig.3 Change in Ni bioaccumulation on Synechcoccus at different pH values 富集量的决定因素

V b l ` 2 7 N 0 . 5 白慧 卿等 : 聚球 藻 对镍 的富 集作 用及 影响 因 素 . 5 29 . 2 结 果 与 讨论 2. 1 富集 时 间及 富 集浓 度 的影 响 图 1 为 聚球 藻 富集 镍 随 时 间的变 化 . 可 以看 出 , 聚球 藻 对 镍 的富集 平 衡 时 间为 80 m in 左 右 . 在 80 m in 之前 , 富集 速 度较 快 , 此 时 由于 细 胞壁 的阴 离子特性及 其特 殊 结构 , 镍 快速 通过 表 面反 应 与藻 细胞 壁 结合 , 细 胞壁 的主 要成 分 是 多糖和 蛋 白质 , 因此快 速 吸 附的过程 可能是 镍 与 多糖和 蛋 白质 中 的分子 基 团直接 发 生作 用 , 而细 胞 壁 的 多孔结 构更 促进 了这 种 富集进 程 . 这 样很 快 使细 胞 壁表 面形 成较 高 的离子 浓度 , 之后 逐渐 通 过新 陈 代谢 等作 用进 一步 转移 到 细胞 内部 , 使 富集 达 到 最 终平 衡 . 芝入 价à、的日钟b 细胞干 重质 量浓度 : 住 5 3 1 9 · L 一 , 之一一一一 _ . / 初始 iN 质量浓度 : “ · ’ 27 ” L - 一 ’ 细胞干重质量浓度 : 1 一 . 1 1 1 ǎ ū!且、钟助b ǎ 一一的 · à、日b 0 10 0 2 0() 3 0 0 4 0 0 t / m i n 图 l 时 间对聚 球藻 富集镍 的 影响 n g . I E到兔c t of it m e o . t卜e a c e u m u l a it 0 0 0 f N i o n sy 月 “ 为co e c 公 在 不 同初 始浓 度 的镍 溶 液 中 , 聚 球 藻 的 富集 效 果如 图 2 所 示 . 在 较 低质 量 浓度 范 围 内 , 随着 镍量 的不 断增 加 , 聚球藻对镍 的 富集量 会逐 渐增 加 , 但 是 富 集 率 会 逐 渐 下 降 . 镍 藻 质 量 比 在 16 % 一 18 % 范 围 内时 , 富 集 量 达 到 最 大 值 4.4 3 m g · g 一 , , 此 时 己 经达 到 了 饱 和 吸 附 , 富集 率 也超 过 50 % . 因此 , 聚球 藻对 镍 的富集 量 与镍 的质量 浓度成 正 比 . 但 若 超过 一定 质量 浓 度 范 围 (饱和 吸 附范 围) , 富集 量 会下 降臼 , , 原 因可 能 与镍 抑制 藻细 胞 的生 长和 影 响 酶 的活 性有 关 ’ 5] , 镍 在 藻 细 胞 中的浓 度 逐渐 增 多 时 , 镍 与 蛋 白质 、 氨 基 酸 、 D N A 和 R N A 结 合 , 破 坏 D N A 结构 , 使核 酸 的 组 成发 生变化 , 影响 细胞 生长和 缩 小细 胞体 积`6] ; 而 且镍 与酶 蛋 白的某 些结 合形 成 鳌合物 , 使 酶 的结 构与 构型 发生 变化 而影 响 了酶 的活性 , 使聚 球藻 对镍 的富集受 阻 . 因此 富集 时 间决 定聚 球 藻 的富 集平衡 状态 , 而调 节好 镍藻 质量 比 则是达 到最佳 富集 量 的决 定 因素 . 0 匕二一一一 — J 一 ~ - . 一 目 一一 一一-一一 一 一一 一一目 0 2 6 10 14 18 镍 藻质 量 比%/ 图 2 N i 的质 量浓度 对聚 球藻 富集镍 的影 响 iF g . 2 E fe e t o f t血e m a s s e o n e e n t r a it o n o f iN o . t h e a e e u m u l a 五o n o f N i o n sy 月 配丙co c 毋 .2 2 p H 值 的影 响 由 图 3 可 以看 出 , 富集 量 随着 碱 性 的增 强而 增 加 , 在 p H 值 为 1 左 右 , 富 集量 达 到最 高值 . 中 性 以下 的富集量 明显低 于碱 性状 态 下 的富集 量 . 在 p H 值 为 1 . 08 时 , 富集 倍数 达 到 了 76 倍 , 可 见 p H 值 是 影 响聚 球 藻 生物 富集 的 一个 重 要 因素 . z ~ uk 培养 基 的 p H 值 为 9 左 右 , 在 酸性 条 件下 , H + 与 N +iz 形 成竞 争 吸 附 , H 3 O 十 会 占据 大量 的 富集 活 性 点口, , 从 而 阻止 iN Z十 与 吸 附活 性 点 的接触 , 导 致 吸 附量 的下 降 ; p H 值 为碱 性 时 , 会有 较 多 的质 子 从 官 能团 上解 离 下来 , 有 利于 生 物 富集 , 但 是 碱 性 过 高 , N +iz 会 与 O H 一 形成 沉 淀 , 不利 于 生物 富 集 的进 行 . 所 以取 p H 最 佳值 为 9一 10 . O L月. L二 目. . L 上」. L -L J . 0 3 . 6 4 . 6 6 . 0 7 . 1 9 . 1 10 . 0 ] 1 . 1 12 2 P H 图 3 不 同 p H 值下 聚球 藻对镍 富集 量的 变化 F ig . 3 C h a n g e 恤 N i b io a e e u m u 肠it o n o n sy n e Ch c o c c 盯 a t d i幻兔比n t P H v a l u e s

530· 北京科技大学学报 2005年第5期 23温度与光照对富集量的影响 95%,比活藻富集率高5%左右，最大富集量达到 在聚球藻的培养过程中已经证明，30~35℃ 61.6mgg',镍藻质量比也在16%左右更好.死亡 有利于聚球藻的生长.温度是调节藻类生长快慢 细胞在对镍的富集中，主要是通过与代谢无关的 的因素之一，也是调节富集量多少的因素之一· 生物吸附富集镍离子，死藻比活藻富集量大的原 光照是聚球藻必需的生长因素，普通条件下，藻 因可能是由于在用甲醛杀死活藻的过程中，破坏 类需要的照度约为3000x即可快速生长，在聚 了其细胞壁，使更多的内部官能团暴露出来，并 球藻富集镍的实验中证明，温度和光强是聚球藻 且原生质膜的通透性增大，此时虽然丧失了主动 生物富集过程中可调节的两个因素（如图4和 运输等富集途径，但生物的吸附能力却显著升 图5所示).温度在25~38℃之间时，富集量会随温 高，镍离子更容易进入细胞内部，使其内部沉积 度的升高有所增加，但在38℃以上富集量又会有 量增加，所以总的富集量有所增加.因此死亡藻 所减少：而照度在3000x时，富集量会高于无光 细胞在实际应用中比活藻细胞更有优势，而且由 照或是光照太强或太弱的情况.从聚球藻的生长 于死藻细胞对金属离子的吸附与生物的新陈代 方面来看，由于聚球藻对光能的利用率可以高达 谢作用无关，所以经过一定的处理可以使其具有 20%以上，如果光照充足，而在温度在30℃左右 一定的粒度、硬度及稳定性，而且较活藻细胞便 时，聚球藻在3~5d即可增殖1倍，所以在富集过 于贮存、运输和实际应用 程中，适宜的温度和光强导致藻细胞生长较快， 80 100 细胞干重质量浓度：0.616gL 藻细胞增加的同时富集量增加；另一方面，适宜 70 ☑Z☑活藻g恩死藻q 98 的光照和温度，可以影响藻细胞的活性，尤其是 一活藻y ◆一死藻y 酶的活性，这样也可以增加富集量，温度和光照 96 太高或太低都会或多或少地影响聚球藻对镍的 a504 富集量，最佳的富集条件为温度35℃，照度为 3000lx左右. 40 2.4聚球藻在不同状态下对镍的富集 由图6可以看出，死藻在4组对照组中，富集 量和富集效率都略大于活藻，死藻富集率都大于 40 35 ◆ 8.3 10.014.3 16.2 30 镍藻质量比：12% 镍藻质量比% 细胞干重质量浓度：1663gL 图6不同状态下聚球藻对镍的富集量对比 25 Fig.6 Contrast of Ni bioaccumulation under different Synechcoc- 25 35 为 cus states 温度℃ 图4温度对富集量的影响 3结论 Fig.4 Effect of temperature on the accumulation of Ni on Syn- echcoccus 聚球藻在富集镍的过程中，由诸多环境因素 40 与自身因素的影响，所以在这个复杂的包括物 理、化学、生物富集过程中，只有分析结合藻类的 35 ◆ 自身因素调节好富集中的环境因素，才能使整个 富集过程达到最佳的处理结果， 像藻质量比：12%， (1)聚球藻对镍的富集时间在80min时可以 细胞干重质量浓度：1.663gL 达到平衡，之后镍离子逐渐通过新陈代谢等作用 0 2 3 进一步转移到细胞内部，使富集达到最终平衡， 照度/1031x) (2)聚球藻对镍的富集量随镍藻质量比值的 图5光照对富桌量的影响 Fig.5 Effect of illumination intensity on the accumulation o of Ni 变化而变化.镍藻质量比约在16%~18%富集量达 on Synechcoccus 到最大值，此时为饱和吸附范围，如果比值继续

. 5 3 0 . 北 京 科 技 温2. 度3 与 光 照对 富集量 的影 响 在 聚球 藻 的培 养 过程 中 己 经 证 明 , 3 0一35 ℃ 有 利于 聚球 藻 的生 长 . 温度 是 调节 藻类 生长 快慢 的因素 之 一 , 也是 调 节 富集量 多少 的 因素 之 一 光 照 是聚 球 藻必 需 的 生长 因 素 , 普 通条 件下 , 藻 类 需要 的照度 约 为 3 0 0 坟 即 可快 速 生长 . 在 聚 球 藻富 集镍 的 实验 中证 明 , 温度 和光 强 是聚 球藻 生 物 富 集过 程 中可 调 节 的 两个 因素 ( 如 图 4 和 图 5 所 示 ) . 温度 在 25 一38 ℃ 之 间 时 , 富集 量会 随温 度 的升 高有 所增 加 , 但 在 38 ℃ 以上 富集 量又 会有 所减少 ; 而 照度 在 3 0 0 lx 时 , 富集 量会 高 于 无光 照或 是光 照 太 强或太 弱 的情 况 . 从 聚球 藻 的生长 方 面来看 , 由于 聚球 藻对 光 能 的利用 率 可 以高达 20 % 以上 , 如 果光 照 充足 , 而在 温 度在 30 ℃ 左 右 时 , 聚 球 藻在 3一 s d 即可增 殖 1 倍 , 所 以在 富集 过 程 中 , 适 宜 的温 度和 光 强 导致 藻 细胞 生 长较 快 , 藻细 胞增 加 的 同时 富集 量增 加 ; 另一 方 面 , 适 宜 的光 照 和温度 , 可 以影 响 藻细 胞 的活 性 , 尤其 是 酶 的活性 , 这 样 也 可 以增加 富集 量 . 温 度和 光 照 太 高或 太 低 都会 或 多或 少 地 影 响 聚球 藻 对 镍 的 富集 量 , 最 佳 的富 集 条件 为 温 度 35 ℃ , 照 度 为 3 0 00 坟 左右 . .2 4 聚球 藻 在 不 同状 态下 对 镍 的 富集 由图 6 可 以看 出 , 死 藻 在 4 组 对照 组 中 , 富集 量 和富集 效 率 都略 大于 活藻 , 死 藻 富集 率都 大于 大 学 学 报 2 00 5 年 第 5 期 95 % , 比 活 藻 富集 率高 5% 左 右 , 最 大 富集 量 达 到 61 . 6 m g . g 一 ’ , 镍 藻质 量 比也 在 16% 左 右 更 好 . 死亡 细胞 在对 镍 的 富集 中 , 主要 是通 过 与代谢 无 关 的 生物 吸 附富集镍离子 . 死 藻 比活 藻 富集量 大 的 原 因可 能 是 由于在 用 甲醛 杀死 活藻 的 过程 中 , 破坏 了其 细 胞壁 , 使 更 多 的 内部 官能 团暴露 出来 , 并 且原 生质 膜 的通 透性 增大 , 此 时虽然 丧 失 了主动 运 输等 富集 途 径 , 但 生物 的吸 附能 力 却 显 著升 高 , 镍 离 子更 容 易进 入 细 胞 内部 , 使其 内部 沉积 量增 加 , 所 以总 的 富集 量 有所 增 加 . 因此 死 亡藻 细胞 在实 际应 用 中 比活藻 细 胞更有 优 势 , 而 且 由 于 死藻 细 胞 对 金 属 离 子 的吸 附与 生 物 的 新 陈代 谢作用 无 关 , 所 以经 过一 定 的处 理可 以使 其 具有 一定 的粒 度 、 硬度 及 稳 定性 , 而 且较 活 藻 细胞 便 于贮 存 、 运 输 和 实 际应 用 . - 二 . 镍 藻质 量 比 : 12% 细 胞干 重质 量浓度 : 1 . 6 3 9 · L 一 , 芝入 ǎ ō l的 · à 、日b 8 . 3 10 . 0 1 4 3 16 . 2 镍 藻质量 比 %/ 图 ` 不 同状 态下 攘球旅 对镍 的 富集 t 对 比 树.9 6 C o n t r a s t o f iN b io a c u m u l a iot n u . d e r d i月er er n t sy 月配几亡口` . C I心 , t 扭 t此 ǎ "一 à称钟的日 温度 /℃ 图 4 温度 对 富集量 的影 响 叭 .g 4 E取 e t o f et m P e ar tU 碑 o n th e a c e u m u l a it o n o f N i o n 匀书 - 巴C几c 口亡亡别浮 令 今 今 ` 镍 藻质量 比: 12% , 细胞 干重 质量 浓度 : 1 . 6 63 ’g L 一 , 照度 l(/ 护 lx) 图 5 光 照对 富集t 的影 响 F ig . S E目er c t o f 川u m i . a it o . in et n s iyt o n th e a e e u m u l a 幼o n 0 Of iN on sy ” ` 动 ` 口` ` us 3 结 论 聚 球藻 在 富集 镍 的过 程 中 , 由诸 多环境 因素 与 自身 因 素 的 影 响 , 所 以在 这 个 复 杂 的包 括 物 理 、 化 学 、 生物 富集 过 程 中 , 只有分 析 结合 藻类 的 自身 因素调 节好 富集 中的环 境 因素 , 才 能 使整 个 富 集过 程 达 到最 佳 的处 理 结 果 . ( l) 聚 球 藻对 镍 的 富集 时 间在 80 m in 时可 以 达 到平衡 , 之后 镍 离子 逐渐 通过 新 陈代谢等 作用 进 一步 转 移 到细 胞 内部 , 使富集达 到最 终 平 衡 . (2 ) 聚 球藻 对 镍 的 富集 量 随镍 藻 质量 比 值 的 变化 而变 化 . 镍藻 质 量 比 约在 16% 一 18% 富集 量达 到最 大值 , 此 时为饱 和 吸 附范 围 , 如 果 比 值 继续

Vol.27 No.5 白慧卿等：聚球藻对镍的富集作用及影响因素 ·531· 增加，富集量则会降低 藻体中的分布.植物生理学通讯，2001,37(1)：12 (3)pH值是影响富集的一个重要因素.在酸 [2)李志勇，郭祀远，李琳，等.气升式内环流光生物反应器中 的螺旋藻生长特性与模型.郑州粮食学院学报，1998,19 性条件下聚球藻对镍的富集量远小于碱性条件 (2:24 下的富集量.在碱性条件下富集量也会在逐渐升 [3)李志勇，李元广，郭祀远，等.钝顶螺旋藻生物富巢C) 高到一定程度后有所降低，最佳pH值为9~10. 影响因素的研究.生物工程学报，2000,16(1)片108 (4)温度和光照是调节富集量的两个因素，温 [4]Margoshes M,Vallee BL.A cadmium protein from equine kid- ney cortex.J Am Chem Soc,1957,79:4813 度在35℃、照度在3000x左右是最佳的富集 [5]Devi PP V,Devi P P S.Effect of cadmium,lead and nickel on 条件. threc freshwater green algae.Water Air Soil Pollut,1982,17: (5)在聚球藻两种不同的状态下，死藻比活藻 263 [6]姜彬慧，林碧琴.重金属对藻类的毒性作用研究进展。辽 的富集量略高.死藻富集镍的最佳镍藻为16%. 宁大学学报，2000,27(3：281 参考文献 [)王建龙，韩英健，钱易.微生物吸附金属离子的研究进展 微生物学通报，2000,27(6：449 []黄峙，向军俭，郑文杰，等.钝顶螺旋藻官集转化硒及硒在 Influencing factors on Ni bioaccumulation by Synechcoccus BAI Huiqing",DU Zhuwer,LI Haoran,SUN Chunbao" 1)Civil and Environmental Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory of Biochemical Engineering,Institute of Process Engineering,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080,China ABSTRACT Influencing factors on Ni bioaccumulation by Synechcoccus were studied.The equilibration time of Ni bioaccumulation was about 80 min in aqueous solution.The bioaccumulation quantity reached a maximum when the mass ratio of Ni to Synechcoccus was between 16%-18%,and increased with the increasing of pH.The optimum pH was 9-10 because high pH would lead to precipitation of Ni(OH)2.The bioaccumulation quantity was also influ- enced by temperature and illumination intensity and the optimal condition was 35'C and 3000 Ix.The bioaccumula- tion of nonliving algae was lager than that of living algae. KEY WORDS Synechcoccus;Ni;bioaccumulation quantity;bioaccumulation efficiency

叭 , L 2 7 N 0 . 5 白慧卿 等 : 聚球 藻对镍 的 富集作 用 及影 响 因 素 53 1 增 加 , 富集量 则 会 降低 . (3 ) p H 值 是 影 响富集 的一 个重 要 因素 . 在 酸 性 条件 下 聚 球 藻对 镍 的富 集 量 远 小 于碱 性 条件 下 的富 集量 . 在 碱性 条件 下 富集 量也 会在 逐渐 升 高 到一 定程 度 后有 所 降低 , 最佳 p H 值 为 9一 1 0 . (4 )温度和 光 照是 调节 富集 量 的两个 因 素 , 温 度 在 35 ℃ 、 照度 在 3 0 0 lx 左右 是 最 佳 的 富集 条件 . (5 )在聚球 藻 两种 不 同的状 态下 , 死 藻比 活藻 的 富集量 略 高 . 死 藻 富集 镍 的最 佳镍 藻为 16% . 参 考 文 献 【1 黄峙 , 向军俭 , 郑文 杰 , 等 . 钝顶 螺旋 藻富集 转化 硒及 硒在 藻 体中 的分布 . 植物 生理 学通 讯 , 2 001 , 3 7( :l) l2 2[ 〕 李志 勇 , 郭 祀远 , 李琳 , 等 . 气升 式 内环流 光生物 反应 器 中 的螺 旋藻 生长特 性 与模型 . 郑州粮 食学 院学报 , 19 98 , 19 ( 2 ) : 2 4 3[ 〕 李 志勇 , 李元广 , 郭 祀远 , 等 . 钝顶 螺旋 藻生物 富集 C式1 ) 影 响 因素 的研 究 . 生物 工程 学报 , 2 0 0 , 16 (:1) 10 8 [ 4 ] M a 堪o s h e s M , Va l e e B L . A c a id m i um Por te in if D m e qu ine 匕 d - n e y e o rte x . J A m C 卜e m S o e , 19 5 7 , 79 : 4 8 13 [ 5 ] D e v i P P V, D e vi P P 5 . E fe ct o f e a山叮 i um , l e a d a n d n i e ke l on t hle e 触 s hw at e r 解 e n al g ae . w 如t e r A i r S o U P o U u t , 19 82 , 17 : 2 63 6[ l 姜彬 慧 , 林 碧琴 . 重金 属对 藻类 的毒性 作用研 究进 展 . 辽 宁 大学 学报 , 2 00 0 , 2 7 (3 ) : 2 8 1 口} 王建龙 , 韩 英 健 , 钱易 . 微 生物 吸附金 属 离子的 研究进 展 . 微生 物 学通报 , 2 0 0 0 , 2 7 ( 6 ) : 4 9 I n fl u e n c i n g fa c t o r s o n N i b i o a e e u m u l a t i o n b y yS n e c h c o c us 刀月了万扮iq i ng . ), D U hZ uw e尹), IL H d o r an ,气S UN hC u n b a o , , l ) C i v il 阳 d Evn 如址。 e n at l nE g in e e ir n g S e h o o l , U n i v e sr iyt o f s e i e n e e an d 介 c恤 。 l o gy B e ij in g , B e ij 1n g 10() 0 8 3 , C hi n a 2 ) S t a t e K e y L ab o r a t o yr o f B i o e h e ha e al E n g ine e ir n g , 恤it tu t e o f P m c e s s E n g ine e n n g , C h i n e s e A e a d e m y o f s e i e cn e s , B e ij in g l 0 00 8 0 , C h in a A B S T R A C T nI fl u en e ign acf ot rs on N i b i o a e e um l at i on b y yS n e e h c o e e us w e re s tu d i e d . hT e e q u ili b r iat on t im e o f N i b i o ac e u 〔n u l at i o n w a s ab o ut 8 0 m in i n a q u e o u s s o lut ion . T七e b i o a e e u r o u l iat o n qu a n t ity re a e h e d a m ax im u m w h e n ht e m as s art i o o f N i t o yS n e ch e o e c us w a s b e tw e e n 16% 一 18% , an d in e er a s e d w iht ht e in e er a s in g o f PH . T h e o tP 加 um PH w a s g 一 10 b e e au s e h igh PH w ou dl l e ad ot 衅 e iPiat ti o n o f N i(O H ) 2 . hT e b i o a e e um l at i o n qu ant i yt w a s a l s o in fl u - e n e e d by et m P e r a ut le a n d ill um i n at i o n i n t e n s i yt an d ht e o P t im al e o n d iit on w a s 3 5 oC an d 3 0 0 0 坟 . hT e b i o ac e u m u l a - ti o n o f n o n li v in g al g ae w a s l a g e r ht a n ht at o f li v i n g a l g ae . K E Y W O R D s 匀摊 e ch e o e哪; N i: bi o ac e um u l a it on q aun it yt ; b i o a e e um u l iat o n e if e i e n 叮