酵母菌治理水中蓝藻污染的探究_张欣彧

发明与创新发明与创新2010.09酵母菌治理水中蓝藻污染的探究INVENTION&INNOVATION研究性学习吉林省吉化二中2006级3班张欣彧邢宇欣2007年上半年，我们在互联网上看到了一个震惊全国的事情———在太湖流域，存在着严重的饮水问题，继而云南滇池也爆发了严重的水污染现象。在北方，吉林省长春市的南湖也出现了诸如此类的现象——通过进一步了解，这些污染全部都是蓝藻惹的祸！而蓝藻究竟是什么？为什么会引起如此严重的污染呢？在科技老师的指导下，我们开始了以下的研究。首先，在互联网上的多家网站中找到了关于蓝藻的资料，在资料中我们明确了以下几点：1.蓝藻的水污染主要是由于水的富营养化导致蓝藻的大量繁殖造成的。2.在相当长时间内，大量未经处理的农药、化肥、人禽畜粪便直排水中，使水中氮含量猛增；同时，含磷洗衣粉源源不断排入水体，水中氮、磷含量的超多，形成水体富营养化。遇到夏季摄氏30度的水温、充足的阳光，蓝藻得到呈数量级疯长的最佳条件，水面便会在很短时间里出现大片“绿潮”。一、提出问题：在掌握了以上的资料信息后，我们结合生物课堂上学到的知识，提出了以下的问题：1.酵母菌能否消除水中蓝藻的污染？2.能否在常温状态下通过投放生活状态的酵母菌来消除水中的蓝藻污染？二、作出假设：在进一步查阅了有关酵母菌的知识后，我们对上述提出的问题作出了以下的假设：在常温状态下通过投放生活状态的酵母菌能够消除水中的蓝藻污染。我们作出这个假设的依据为：1.酵母菌是一大类单细胞真核微生物的总称，其既具有细菌单细胞、生长快、能形成很好的絮体，又具有真菌细胞大、代谢旺盛，耐酸、耐高渗透压、耐高浓度的有机底物等特性。在有蓝藻污染的水质中，加入酵母菌，酵母菌首先能够适应该水质，存活下来，进而与蓝藻形成生物间竞争关系。2.酵母菌在有氧的环境下，进行有氧呼吸，生成二氧化碳和水，在无氧的环境下，进行无氧呼吸，生成二氧化碳和乙醇(酒精)，或乳酸，这些产物通常能够抑制蓝藻的生活甚至将蓝藻杀死。而且，乙醇(酒精)、乳酸如果回收起来，也是很好的工业原料。3.在自然界中，真菌、细菌和其他微生物形成拮抗。酵母菌是真菌，而蓝藻在结构上看属于原核生物，与细菌相似，因此，从拮抗理论上推测，酵母菌能够抑制蓝藻。4.酵母菌一生很短暂，个体最长寿命仅十几小时，不超过20个小时，在其一生的新陈代谢中，没有有害物质的产生，不会够成二次污染。三、可行性及应用前景的推测：接着，我们进一步对该假设的可行性及应用前景做出以下推测：1.可行性分析：（1）在常温的水中，酵母菌与蓝藻形成生物间竞争关系，呼吸作用的产物抑制蓝藻的生活甚至将蓝藻杀死。（2）酵母菌在其一生的新陈代谢中，没有有害物质的产生，不会够成二次污染。因此，用来消除水中的蓝藻污染在理论上是可行的。2.前景推测：（1）在有蓝藻污染的水质中，加入适当数量的酵母菌，酵母菌首先能够适应该水质，存活下来，进而与蓝藻形成生物间竞争关系。并通过不断的繁殖，使其数量增长（酵母菌在该富营养状态下，预计将进行无性生殖———孢子生殖和出芽生殖，增殖速率高于有性生殖），进而与蓝藻形成生物间竞争关系，从而抑制或消灭蓝藻。（2）在有蓝藻污染的水质中，氧气已被蓝藻消耗掉，而在无氧的环境下，酵母菌进行无氧呼吸，生成二氧化碳和乙醇(酒精)、或乳酸，这些产物通常是能够抑制蓝藻的生活甚至将蓝藻杀死。并且有很好的工业价值。（3）目前，市场上酵母菌是一种廉价的原料，如果应用于治理污染方面，将是低成本的投入。四、实验探究：接下来，我们进行以下的实验探究：1.模拟蓝藻的生活环境，培养蓝藻：23发明与创新发明与创新2010.09方法是：取一个实验用水槽，盛满自来水，放置阳光下一天，然后放入一条小鱼，在以后的一个月内，不断地向水槽中投放鱼食和添加新水，但是不更换水槽中的陈水，水槽中的水逐渐变绿，表明水中已经有大量藻类植物繁生。然后，取出小鱼，向水中加入一些复合化肥，以创造水体“富营养”状态。两周以后，水体已经呈蓝绿色，水体表面形成一层“绿色浮渣”，水体的水质开始恶化，水体的透明度降低，浊度增加，并有明显的臭味散发出来，说明蓝藻已经在水体中大量繁生。这一结果证实了资料中关于蓝藻大量繁盛的论述：营养元素（特别是氮和磷）是造成水体富营养化的重要条件。在产生富营养化后，藻类急剧繁殖，同时，在同一片水域，蓝藻和绿藻是竞争关系。随着藻类的数量越来越多，水中氮会被消耗殆尽，缺氮限制了绿藻的生长，却不能限制蓝藻的繁衍，因为蓝藻可以通过生物固氮的方式获得空气中的氮气，于是蓝藻大量繁盛。2.蓝藻污染实验：我们从市场上买回50条鲜活的野生小鱼（野生小鱼具有较强的抗逆性，对恶劣的环境具有一定的抵抗力），将这50条鲜活的野生小鱼放入蓝藻繁生的水槽中。过了20个小时，就有44条死去，仅剩下6条存活。又过了24个小时，又有5条死