摘要

搖蚊幼蟲在自來水廠的過度繁殖是一個難題。失活蘇雲金芽孢杆菌亞種。israelensis以蒸餾水為試驗樣品，研究了不同齡期搖蚊幼蟲的Bti。此外，通過批量實驗分析了pH值、液氯、水溫和氨氮對Bti致搖蚊幼蟲滅活效率的影響。在此基礎上，評價了實際原水和預氯化混凝沉澱水對搖蚊幼蟲的去除效果。結果表明，Bti對搖蚊各齡期幼蟲均具有良好的滅活性能。Bti對搖蚊3齡幼蟲24 h半致死濃度為0.423 mg/L。pH 9.2時的失活率顯著高於pH 4.4和7.1時的失活率。當Bti濃度為0.5 mg/L時，液氯對菌體的失活有負麵影響，失活率從液氯濃度為0 mg/L時的74.22%下降到2.5 mg/L時的15.5%。水溫在15 ~ 35℃範圍內不影響Bti的失活效率。Bti濃度為0.125 mg/L時，氨氮濃度為0 mg/L時的17.32%顯著提高到6 mg/L時的53.26%。搖蚊幼蟲在實際原水中的滅活率顯著高於預氯化混凝沉澱水。 It could conclude static immersion with Bti solution in sedimentation tank is an effective method to control Chironomid larva.

關鍵字

Chironomid幼蟲;蘇雲金芽孢杆菌亞種。israelensis；失活;水

簡介

搖蚊是與蚊子密切相關的線蟲類雙翅目，是一個多樣的群體，占據了一係列的環境生態位，並利用了廣泛的食物來源。搖蚊常被用作水質指標，但有些種類是有害生物。搖蚊有四個生命階段:卵、幼蟲、蛹和成蟲。幼蟲階段包括4個齡期(幼期)，幼蟲脫落外骨骼，增大到下一個齡期。1齡幼蟲為浮遊生物，而大多數種類的較年長的幼蟲(2、3、4齡幼蟲)遷移到沉積物中，用碎屑、藻類和沉積物顆粒[1]建造管。搖蚊幼蟲可以在靜水和浮水環境中找到，通常在有機豐富的水域。水庫、淡水湖等水源富營養化導致搖蚊幼蟲密度迅速增加，導致水源中一齡幼蟲進入飲用水處理係統。英國、美國和中國的水處理係統都發生過搖蚊幼蟲嚴重汙染事故。雖然沒有跡象表明這些生物對公眾健康構成威脅，但它們的存在仍然不受重視，因為大多數人將這些生物與不衛生[3]聯係在一起。

一齡幼蟲由於其運動性，可以很容易地穿過砂濾進入自來水廠水庫和市政管道中[4,3]。一些研究人員研究了搖蚊幼蟲很難通過一般飲用水設施滅活[4,5]。為消滅蚊子而使用的化學殺蟲劑，如二氯二苯三氯乙烷(DDT)、丙二烷、馬拉硫磷和氯丹等，已引起其他嚴重問題[6]。據報道，不僅蚊子對這些化學品產生了抗藥性，而且殺蟲劑本身也對人類健康和生態係統構成了威脅。與化學殺蟲劑不同，作為殺幼蟲劑的殺蚊杆菌對動物和環境是安全的。目前,以色列蘇雲金芽孢杆菌(發言),芽孢杆菌sphaericus正在水生環境中用於控製伊蚊、庫蚊和按蚊幼蟲[6]的數量。Bti是一種普遍存在的孢子形成芽孢杆菌，它產生一種殺蚊晶體蛋白(6-內毒素)，由五種原蛋白(cry4A, cry4B, crylOA, cryllA和cytlA)組成，對蚊子和黑蠅[7]具有顯著的殺蚊活性。毒素通過以下級聯作用於易感幼蟲:(i)濾食性攝入毒素，(ii)毒素在中腸堿性pH下溶解，(iii)活性毒素的蛋白水解處理，以及(iv)活性毒素與腸道上皮細胞結合，導致細胞裂解，最終導致幼蟲死亡。結果表明，微生物控製對城市供水中搖蚊汙染的控製是有效和經濟的。

有限的文獻資料表明，Bti對飲用水處理中搖蚊幼蟲具有很好的滅活效果。通過實驗研究了Bti對搖蚊幼蟲的滅活作用。研究了Bti在自來水廠實際原水和預氯化混凝沉降水中對搖蚊幼蟲的滅活作用，考察了搖蚊幼蟲期、pH值、液氯、水溫和氨氮對搖蚊幼蟲滅活的影響。

材料與方法

Bti的製備

用蒸餾去離子水(DDI)稀釋商用Bti粉(中國湖北康鑫醫藥有限公司)製備Bti原液。為了便於向水樣中添加低濃度的Bti溶液，通常將原液Bti溶液稀釋至250 mg/L左右。

幼蟲的培養

搖蚊卵團最初從中國深圳東湖水庫采集的種群中獲得，並在實驗室中保存了幾代。搖蚊幼蟲在充有充氣自來水的50 L不鏽鋼曝氣水族箱中培養。一個5厘米厚的人工沉澱層，由洗淨的沙子和纖維素組成，被引入水族館的底部。成年搖蚊使用覆蓋1毫米網目大小金屬網的木籠進行限製。將水族箱置於恒溫(25°C)和光周期(15h亮/ 9h暗)條件下。

實驗程序

為了研究搖蚊幼蟲期、pH值、液氯、水溫、氨氮等因素對Bti失活的影響，首先在蒸餾水溶液中進行了實驗。在此基礎上，研究了Bti在深圳水廠實際原水和預氯化混凝沉降水中的失活效率。水的特性如表1所示。

用1升燒杯作為試驗反應器。除搖蚊實驗幼蟲期不同外，用玻璃移液管將幼蟲期易取、觀察、不化蛹的第三種生物移液管轉移到各試驗瓶中。每個燒杯裝有100隻幼蟲。當用細鉗鉗抓時，如果幼蟲不能做出持續和協調的反應(至少兩個連續的波狀肌運動，涉及全身長度的25%或以上)，則視為死亡。使用雅培公式彙總死亡率數據並與對照平均死亡率進行校正。每個處理組進行5次重複，對照組燒杯中不添加Bti。氯化銨(NH₄氯)和次氯酸鈉(NaClO, 9%活性氯)組成蒸餾水溶液的氨氮和液氯。NaOH或H₂所以₄為試劑級，用於調節蒸餾水溶液的pH值。

結果與討論

Bti在蒸餾水中對搖蚊不同幼蟲期的滅活效果

在一定體積的蒸餾水溶液中加入不同劑量的Bti，暴露時間為24h。Bti濃度範圍為0 ~ 1.0 mg/L。Bti在25℃、pH 7.0條件下滅活搖蚊幼蟲的實驗結果如圖1所示。結果表明，搖蚊不同幼蟲期的滅活率存在顯著差異。從整體上看，Bti在幼蟲初生期的滅活效率明顯優於其他幾種。搖蚊1齡幼蟲滅活100%時，Bti濃度為0.5 mg/L, 4齡幼蟲抗性較強，Bti濃度為1.0 mg/L。Zhang和Jin[9]報道了Bti對搖蚊幼蟲的滅活率隨搖蚊幼蟲期的增加而降低。作者推測Bti對搖蚊幼蟲期較大的效率降低可能與被膜的增大有關。

搖蚊三齡幼蟲易采觀察，常用生物測定方法[10]。本研究中，24 h半致死濃度(LC₅₀)對搖蚊三齡幼蟲的Bti含量為0.423 mg/L，可作為不同水體搖蚊幼蟲防治的參考。

pH值對Bti失活的影響

通過台架實驗評價pH在4.4-9.2範圍內對Bti失活的影響。觀察了25°C的失活效果，結果如圖2所示。如圖2所示，在所有Bti濃度下，pH 9.2時的失活率均顯著高於pH 4.4和7.1時的失活率。Weiser[11]對蚊幼蟲進行了Bti滅活試驗，證明堿性環境有利於提高滅活效率。Goldberg和Margalit[12]推測，堿性溶液增加了蚊子幼蟲的堿性中腸環境，芽孢杆菌在產孢過程中產生的蛋白質晶體(非活性原xin)被目標昆蟲攝取，然後蛋白酶將原xin在堿性中腸環境中轉化為具有生物活性的毒素。最後，毒素與蚊幼蟲中腸上皮細胞的細胞表麵受體(糖蛋白)結合，擾亂細胞膜的滲透調節機製，使中腸細胞腫脹破裂。同樣，本研究中搖蚊幼蟲在pH值越高時滅活率越高

圖1:pH 7.0和25°C條件下Bti對搖蚊幼蟲的滅活作用

圖2:pH值對25℃Bti滅活搖蚊幼蟲的影響

圖3:液氯對Bti滅活搖蚊幼蟲的影響(25℃，pH 7.0)

液氯對Bti失活的影響

在一定體積的蒸餾水溶液中加入不同劑量的Bti和液氯，暴露時間為24 h。液氯從0 ~ 2.5 mg/L。Bti在25℃、pH 7.0條件下滅活搖蚊幼蟲的實驗結果如圖3所示。結果表明，無液氯條件下Bti的失活效率明顯提高，而液氯對Bti的失活有負麵影響，當Bti濃度為0.5 mg/L時，液氯對Bti的失活率由液氯濃度為0 mg/L時的74.22%下降到2.5 mg/L時的15.5%。據報道，作為水處理消毒劑之一的液氯可以有效地滅活Bti和搖蚊幼蟲等病原生物[13,5]。結果表明，液體氯可以抵消Bti對搖蚊幼蟲的滅活作用。

水溫對Bti失活的影響

Bti濃度分別為0、0.125和0.5 mg/L，暴露時間為24h。在水溫10 ~ 35℃範圍內對搖蚊幼蟲進行了滅活實驗。圖4顯示了水溫在Bti滅活搖蚊幼蟲過程中所起作用的實驗結果。如圖所示，在添加/不添加Bti的情況下，搖蚊幼蟲在10°C下的失活率為100%，因為它們無法在這個水溫[14]下存活。15℃~ 35℃水溫對Bti滅活搖蚊幼蟲無影響。Osano等．[15]報告失活殘雪。piliensBti在16℃~ 33℃範圍內穩定。水廠搖蚊幼蟲在夏季暴發。因此，用Bti防治搖蚊幼蟲是可行的。

氨氮對Bti失活的影響

通過多種實驗研究了不同氨氮濃度下Bti的滅活效果。Bti濃度分別為0、0.125和0.5 mg/L，暴露時間為24h。由圖5可知，氨氮對搖蚊幼蟲的Bti滅活影響顯著，對搖蚊幼蟲有滅活作用。Bti濃度為0.125 mg/L時，氨氮濃度為0 mg/L時的17.32%顯著提高到6 mg/L時的53.26%。原因可能是當氨氮濃度升高時，氨的濃度同時升高，氨對水生生物有失活作用。

圖4:pH值7.0時溫度對Bti滅活搖蚊幼蟲的影響

圖5:pH 7.0時氨氮對Bti滅活搖蚊幼蟲的影響

圖6:搖蚊幼蟲在不同水體中Bti失活的研究

Bti在不同水體中的滅活效果

為了更好地了解失活過程的行為，還選取了深圳自來水廠的實際原水和預氯化混凝沉澱水作為試驗樣品。在不同濃度的Bti下進行對比實驗，結果如圖6所示。無論水質如何，隨著Bti濃度的增加，搖蚊幼蟲的去除效率逐漸增強。但搖蚊幼蟲在實際原水中的失活率明顯高於在預氯化混凝沉澱水中的失活率。Sun等[16]報道當氨氮濃度超過1.0 mg/L時，搖蚊幼蟲死亡率增加。本試驗實際原水氨氮濃度為1.36 mg/L時，Bti對搖蚊幼蟲的滅活效果最好。預氯化混凝沉降水中存在餘氯(消毒劑之一)，對Bti(上述研究)和搖蚊幼蟲[13]無活性影響。預氯化混凝沉降水中存在許多外來的需氧物質，包括有機物、藻類、細菌等。由於大多數Bti比搖蚊幼蟲更容易被餘氯氧化，因此氯與Bti的反應總是先於搖蚊幼蟲發生。這一結果可以從搖蚊幼蟲的身體結構上加以解釋。 Contrasted to common bacteria or virus, Chironomid larva have a special surface structure consisting of seven layers cell tissue, such as bottom membrane, epithelium, calcific layer, etc [5]. The body surface provides Chironomid larva stronger protection against chlorine. Chironomid larva cannot be effectively inactivated unless the oxidant destroys its surface structure by oxidation or directly penetrates through it into the body as to oxidize inner protein to lose the enzyme activity. So penetration of chlorine on surface structure of Chironomid larva is the key to thoroughly inactivate Chironomid larva [5]. At lower dose conditions, chlorine cannot effectively penetrate surface structure of Chironomid larva, but has inactivity effect on Bti, which led to the inactivation efficiencies of Bti on Chironomid larva was low in pre-chlorination coagulation sedimentation water. In view point of the inactivation of Bti on Chironomid larva of drinking water treatment, it is necessary not to use pre-chlorination for raw water, which on the other hand also decreases the efficiency of Bti. From the study, we could conclude that in the large-scale outbreak of chironomid larva, static immersion with Bti solution in sedimentation tank is an effective method to control them.

結論

通過實驗對Bti對搖蚊幼蟲的滅活效果進行了廣泛的研究。結果表明，Bti對搖蚊各齡期幼蟲均有較好的滅活效果。24h半致死濃度(LC₅₀)對搖蚊三齡幼蟲的Bti含量為0.423 mg/L。堿性環境有利於提高Bti對搖蚊幼蟲的滅活效率。液氯濃度越高，滅活率越低。氨氮可提高Bti的失活效率。15℃~ 35℃的水溫對Bti對搖蚊幼蟲的滅活率無影響。與不同Bti濃度的預氯化混凝沉降水相比，實際原水的滅活效率更高。考慮到水處理中Bti對搖蚊幼蟲的滅活作用，原水不應采用預氯化處理，另一方麵也會降低Bti的效率。Bti溶液在沉澱池中靜態浸泡是夏季防治搖蚊幼蟲的有效方法。

確認

本研究得到國家自然科學基金(No.41001321)(No.41471394)、沈陽師範大學重大原創項目(ZD201403)、沈陽師範大學生態與環境研究中心主任基金(EERC-T-201501)資助。感謝匿名審稿人對稿件的認真審閱和寶貴意見。

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條信息

Aritcle類型:研究文章

引用:潘健，於玲，遲珊瓊，於建新，郭玉軍(2015)蘇雲金芽孢杆菌亞株滅活水中搖蚊幼蟲的研究。Israelensis。國際J水廢水處理1(1):doi http://dx.doi。org/10.16966/2381 - 5299.103

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出版的曆史:

收到日期:2015年6月12日

接受日期:2015年7月20日

發表日期:2015年7月27日