酵母菌治理水中藍藻污染的探究

2007年上半年，我們在互聯網上看到了一個震驚全國的事情——在太湖流域，存在著嚴重的飲水問題，繼而云南滇池也爆發了嚴重的水污染現象。在北方，吉林省長春市的南湖也出現了諸如此類的現象—·通過進一步了解，這些污染全部都是藍藻惹的禍!

而藍藻究竟是什么?為什么會引起如此嚴重的污染呢?在科技老師的指導下，我們開始了以下的研究。

首先，在互聯網上的多家網站中找到了關于藍藻的資料，在資料中我們明確了以下幾點：

1 藍藻的水污染主要是由于水的富營養化導致藍藻的大量繁殖造成的。

2 在相當長時間內，大量未經處理的農藥、化肥、人禽畜糞便直排水中，使水中氮含量猛增；同時，含磷洗衣粉源源不斷排入水體，水中氮、磷含量的超多，形成水體富營養化。遇到夏季攝氏30度的水溫、充足的陽光，藍藻得到呈數量級瘋長的最佳條件，水面便會在很短時間里出現大片“綠潮”。

一、提出問題：

在掌握了以上的資料信息后，我們結合生物課堂上學到的知識，提出了以下的問題：

1 酵母菌能否消除水中藍藻的污染?

2 能否在常溫狀態下通過投放生活狀態的酵母菌來消除水中的藍藻污染?

二、作出假設：

在進一步查閱了有關酵母菌的知識后，我們對上述提出的問題作出了以下的假設：在常溫狀態下通過投放生活狀態的酵母菌能夠消除水中的藍藻污染。

我們作出這個假設的依據為：

1 酵母菌是一大類單細胞真核微生物的總稱，其既具有細菌單細胞、生長快、能形成很好的絮體，又具有真菌細胞大、代謝旺盛，耐酸、耐高滲透壓、耐高濃度的有機底物等特性。在有藍藻污染的水質中，加入酵母菌，酵母菌首先能夠適應該水質，存活下來，進而與藍藻形成生物間競爭關系。

2 酵母菌在有氧的環境下，進行有氧呼吸，生成二氧化碳和水，在無氧的環境下，進行無氧呼吸，生成二氧化碳和乙醇(酒精)，或乳酸，這些產物通常能夠抑制藍藻的生活甚至將藍藻殺死。而且，乙醇(酒精)、乳酸如果回收起來，也是很好的工業原料。

3 在自然界中，真菌、細菌和其他微生物形成拮抗。酵母菌是真菌，而藍藻在結構上看屬于原核生物，與細菌相似，因此，從拮抗理論上推測，酵母菌能夠抑制藍藻。

4 酵母菌一生很短暫，個體最長壽命僅十幾小時，不超過20個小時，在其一生的新陳代謝中，沒有有害物質的產生，不會夠成二次污染。

三、可行性及應用前景的推測：

接著，我們進一步對該假設的可行性及應用前景做出以下推測：

1 可行性分析：

(1)在常溫的謄中，酵母菌與藍藻形成生物間競爭關系，呼吸作用的產物抑制藍藻的生活甚至將藍藻殺死。

(2)酵母菌在其一生的新陳代謝中，沒有有害物質的產生，不會夠成二次污染。因此，用來消除水中的藍藻污染在理論上是可行的。

2 前景推測：

(1)在有藍藻污染的水質中，加入適當數量的酵母菌，酵母菌首先能夠適應該水質，存活下來，進而與藍藻形成生物間競爭關系。并通過不斷的繁殖，使其數量增長(酵母菌在該富營養狀態下，預計將進行無性生殖——孢子生殖和出芽生殖，增殖速率高于有性生殖)。進而與藍藻形成生物間競爭關系，從而抑制或消滅藍藻。

(2)在有藍藻污染的水質中，氧氣已被藍藻消耗掉，而在無氧的環境下，酵母菌進行無氧呼吸，生成二氧化碳和乙醇[酒精)、或乳酸，這些產物通常是能夠抑制藍藻的生活甚至將藍藻殺死。并且有很好的工業價值。

(3)目前，市場上酵母菌是一種廉價的原料，如果應用于治理污染方面，將是低成本的投入。

四、實驗探究：

接下來，我們進行以下的實驗探究：

1 模擬藍藻的生活環境，培養藍藻：

方法是：取一個實驗用水槽，盛滿自來水，放置陽光下一天，然后放人一條小魚，在以后的一個月內，不斷地向水槽中投放魚食和添加新水，但是不更換水槽中的陳水，水槽中的水逐漸變綠，表明水中已經有大量藻類植物繁生。然后，取出小魚，向水中加入一些復合化肥，以創造水體“富營養”狀態。

兩周以后，水體已經呈藍綠色，水體表面形成一層“綠色浮渣”，水體的水質開始惡化，水體的透明度降低，濁度增加，并有明顯的臭味散發出來，說明藍藻已經在水體中大量繁生。

這一結果證實了資料中關于藍藻大量繁盛的論述：營養元素(特別是氮和磷)是造成水體富營養化的重要條件。在產生富營養化后，藻類急劇繁殖，同時，在同一片水域，藍藻和綠藻是競爭關系。隨著藻類的數量越來越多，水中氮會被消耗殆盡，缺氮限制了綠藻的生長，卻不能限制藍藻的繁衍，因為藍藻可以通過生物固氮的方式獲得空氣中的氮氣，于是藍藻大量繁盛。

2 藍藻污染實驗：

我們從市場上買回50條鮮活的野生小魚(野生小魚具有較強的抗逆性，對惡劣的環境具有一定的抵抗力)，將這50條鮮活的野生小魚放人藍藻繁生的水槽中。

過了20個小時，就有4_4條死去，僅剩下6條存活。又過了24個小時，又有5條死去，剩下了1條，但僅僅又過去了4個小時，最后一條魚也死去了。

這個殘忍的實驗，證明了水體中藍藻污染已經很嚴重了，并且產生了大量的毒素MC。

3 觀察藍藻：

我們試圖用顯微鏡觀察藍藻：

步驟是：用滴管在藍藻水樣中抽取一些含有藍藻的水樣，滴在載玻片中央。制成臨時玻片標本，先選擇5×10的放大倍數觀察，后又改用15×40的放大倍數，進行觀察。結果，出乎我們的意料，竟然沒有觀察到藍藻。

在科技老師的幫助下，我們找到了答案：原來藍藻很小，在結構上看屬于原核生物，與細菌相似，因此，在15×40的放大倍數下是看不到藍藻的。

由于我們學校條件有限，現有的顯微鏡最大放大倍數就是15×40，因此我們暫時不能直接在顯微鏡下觀察藍藻。

4 藍藻與酵母菌的拮抗實驗：

取10個50ml的小燒杯，等量盛入50ml的舍有藍藻的水樣。

分別稱取1克干酵母菌，放人1至5號小燒杯中。再先后分別稱取0.5克、1.5克、2克、2.5克、3克干酵母菌分別放入6至10號小燒杯中。

6天后，各杯中水體藍綠色消退。明顯變清，在顯微鏡下可見酵母菌。

又過了6天，各杯中水體呈淡黃色，明顯有發酵的氣味，在顯微鏡下可見大量酵母菌。

由此證明：酵母菌與藍藻的拮抗作用確實存在，而且在此拮抗過程中，酵母菌是獲勝者。

、

同樣受學校條件所限制，不能直接在顯微鏡下觀察藍藻。因此無法進行定量分析。

5 新的問題產生：

9天后，10個小燒杯中的水體黃色繼續加深，均明顯發酵，水質未得以恢復。推測：酵母菌還繼續利用水體中的“富營養”，于是產生新的疑問：在酵母菌消耗掉水體中的“富營養”，以后會發生什么情況?是否真的不會產生二次污染?

6 繼續觀察：

12天后觀察發現：各小燒杯水體仍在明顯發酵。但已經出現差別：

1至7號小燒杯水體呈黃色、水表面浮有粘沫，鏡檢：已不見酵母菌，卻見大量的桿狀、球狀細菌(15×40倍)還有一些原生動物。

8、9、10號小燒杯水體呈深黃色水表面浮有厚的粘沫，水底有較厚棕色的沉渣，鏡檢：仍見大量酵母菌，但同時也有桿狀、球狀細菌，還有一些原生動物。

分析：10個小燒杯中的水體中均不見藍藻，說明酵母菌的確成功地抑制了藍藻。

然而，酵母菌在抑制、消除藍藻之后，接下來會怎樣?明顯有兩個結果：

1至7號小燒杯說明酵母菌也消失了，取而代之的是大量的細菌和原生動物。而8、9、10號小燒杯說明，在酵母菌數量龐大的情況下，酵母菌仍然是優勢種。

分析：

1至7號小燒杯中的現象說明：一定數量的酵母菌在抑制完藍藻之后，其物種也會消失，由細菌還有一些原生動物取代。

而在酵母菌數量龐大的情況下，酵母菌仍然是優勢種。

對此，我們專門請教了東北師范大學生命科學學院著名的藻類學專家肖洪興教授。

肖洪興教授肯定了我們之前的探究和結果，并對我們做出了以下指點：

前面一系列實驗證明：在藍藻污染的情況下，可以用酵母菌來抑制藍藻，但當藍藻消除之后，水體仍然是富營養狀態，微生物大量繁殖，是不可避免的。

各種水生生物在藍藻肆虐時大量死亡，它們的尸骸會被細菌和真菌分解掉，由于生物體內含有大量的蛋白質，蛋白質的分解是由不同批的細菌類微生物接替完成的，在分解過程中產生大量的氨，使氨參與生態系統中的物質循環。于是，原來缺氮的環境又富含有氮，因此，在藍藻污染過后的水體中，大量的細菌取代了藍藻。

經過肖教授的指點和啟發，我們明白了：用酵母菌來抑制藍藻，只是治理水體污染的第一步，接下來還要對水的凈化、自然降解繼續做工作，而該如何進行工作，需要進一步的實驗研究。

肖教授又進一步指出，在前幾個階段，需分別對水體中的藍藻和酵母菌進行定量分析，還要分別對水體中的成份進行檢測，尤其是酵母菌投放之后，應分階段檢測水體中的成份的變化。

由于受我們學校條件和我們自身能力的限制，上述工作我們尚不能獨立完成，因此，建議我們先用手中的條件繼續觀察下去，待時機成熟后，再給我們以相關的技術援助。

7 再次觀察：

在接下來的時間里，我們把上述水樣放在科技教室的一個角落里(為避免水份蒸發，我們特意用培養皿將盛有水樣的小燒杯蓋上)，堅持每天觀察水體的變化。

漸漸地，我們發現水樣開始沉淀，上面出現了清的液體，整整3個月后，我們把10個水樣的上清液收集到一個小水槽中。繼續沉淀，又過了整整一個月，集中的水樣變化為上面清澈，在水槽底部和周圍壁上沉淀下棕黃色沉淀。

我們試著把兩條小金魚放入這個水樣中(之所以要選擇小金魚，是因為金魚由于長期被人工喂養，對水質非常挑剔，在被污染的水質下難以存活)，觀，察金魚的狀況，我們發現，兩條小金魚生活得很安祥，沒有表示出對環境的難以忍受，24小時后，兩條小金魚仍然很好地活著。

從兩條小金魚的生活狀況來看，經過長達4個月的沉淀后，實驗的水質以達到金魚能夠生活的程度，這種程度估計對環境對人類和其他生物已經不構成危害。因此，我們認為：我們這次實驗研究取得了成功。

我們這次實驗研究證實了以下兩點：

①在藍藻污染的情況下，可以用酵母菌來抑制藍藻、消除藍藻。

②在藍藻消除之后，水體仍然是富營養狀態，微生物大量繁殖，是不可避免的。這種狀態，在自然界中是能夠恢復的。

我們計劃在將來的時間里，進行以下的工作：

1 把上述的實驗在再重做一遍，與第一次實驗進行比較，看結果是否相同，如果不同，找出原因。

2 再一次向肖洪興教授請教，在他的幫助下，完成對不同實驗階段的水質的分析和不同實驗階段的藍藻、酵母菌還有其他微生物的生活狀態和定量分析，讓這種方式能夠真正有效地運用于生產實踐中。