真菌生物质联合Plackett-Burman设计修复水产养殖废水：机制优化与生态应用

《Biodegradation》：Bioremediation of aquaculture wastewater using the fungal biomass integrating Plackett–Burman design

语 针对水产养殖废水富营养化问题，本研究通过筛选本地真菌菌株（如Aspergillus niger和Aspergillus flavus），结合Plackett-Burman设计优化环境参数，显著降低了总磷（TP）、总氮（TN）、化学需氧量（COD）等污染物。结果表明，真菌处理可提升脱氢酶活性及蛋白合成，关键因子KH2PO4和MgSO4对TP去除影响显著。该策略为低成本、绿色修复水产废水提供了新思路，对保护湖泊生态系统（如埃及Burullus湖）具有重要实践意义。

　　

随着全球水产养殖业的快速发展，其排放的废水中富含氮、磷等营养盐及有机污染物，已成为水体富营养化的主要诱因之一。若未经处理直接排放，会导致藻类暴发、溶解氧耗竭、生物多样性丧失等严重生态问题。埃及Burullus湖作为尼罗河三角洲重要的滨海泻湖，因其生态脆弱性，尤其易受周边养殖废水的影响。传统物理化学处理方法虽有效，但成本高昂且可能产生二次污染。相比之下，生物修复技术凭借其经济、环保的特性备受关注。其中，真菌修复（Mycoremediation）因丝状真菌具有强大的代谢适应性和酶系统（如水解酶、氧化酶），能够降解复杂有机物并吸收无机养分，展现出独特优势。然而，真菌在水产养殖废水处理中的应用仍待深入探索，尤其缺乏对关键环境参数的优化研究。

本研究通过整合Plackett-Burman统计设计，系统评估了本地真菌菌株（Aspergillus niger和Aspergillus flavus）及白腐真菌Ganoderma mbrekobenum对水产养殖废水的修复潜力，旨在开发高效、低成本的生物处理策略。

关键技术方法

研究从埃及Baltim站养殖池采集废水样本，分离并形态学鉴定了两种Aspergillus菌株。通过设置pH调整（6.5±0.2）与未调整组，分别接种真菌进行12天培养，定期监测污染物浓度及酶活性。利用Plackett-Burman设计筛选影响总磷去除的关键变量（如温度、pH、营养盐等），并建立回归模型验证优化条件。酶活性通过脱氢酶（TTC法）和总蛋白（Bradford法）测定，污染物浓度采用标准方法（如钼酸盐法测TP、凯氏定氮法测TN）。

研究结果

1. 真菌鉴定与污染物去除效率

分离的两种真菌经形态学确认为Aspergillus niger（F1）和Aspergillus flavus（F2），二者均显著降低废水中的TP、TN、COD和可氧化有机物（OOM）。

A. niger在未调整pH条件下对TP去除率最高（93.6%，第6天），而A. flavus在pH调整后对COD去除效果更优（35.9%）。OOM去除率在A. niger（pH调整组）达100%，表明其强降解能力。

2. 酶活性与代谢响应

脱氢酶和总蛋白水平在培养后期（9-12天）显著上升，印证真菌代谢活跃期与污染物降解同步。A. niger产酸特性（如柠檬酸）可能增强磷的溶出与吸收。

3. Plackett-Burman设计优化

模型分析显示，在真菌存在时，KH₂PO₄和MgSO₄对TP去除呈正效应（贡献度最高），而酵母提取物和蛋白胨在无真菌系统中作用更显著。回归模型预测精度高（R²>0.99），验证了优化可靠性。

结论与意义

本研究证实了Aspergillus niger和Aspergillus flavus作为本土真菌资源，能够高效去除水产养殖废水中的营养盐和有机负荷。通过Plackett-Burman设计量化了关键操作参数（如磷源、镁盐）对修复效果的调控作用，为工艺优化提供了数据支撑。Ganoderma mbrekobenum的引入进一步拓展了白腐真菌在磷回收中的应用潜力。该策略不仅降低了处理成本，避免了化学药剂的生态风险，还为敏感水域（如Burullus湖）的保护提供了可行方案。未来研究可聚焦于真菌-藻类耦合系统、酶固定化技术及田间中试，以推动真菌修复技术的规模化应用。

本文发表于《Biodegradation》（2026年卷37期），由埃及国家海洋与渔业研究所及Damietta大学团队合作完成，突出了真菌生物技术在可持续环境管理中的前沿价值。