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        微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)改良中的應(yīng)用

        2012-12-31 00:00:00高存川徐春厚
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年7期

        摘要:微生態(tài)制劑能有效降解養(yǎng)殖水體中的氨氮和亞硝態(tài)氮等污染物,是一種環(huán)保型的水質(zhì)改良劑。概述了微生態(tài)制劑作為水質(zhì)改良劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用,分析了影響其使用效果的因素,提出了進(jìn)一步發(fā)展水產(chǎn)微生態(tài)制劑的方向。

        關(guān)鍵詞:微生態(tài)制劑;水產(chǎn)養(yǎng)殖;水質(zhì)改良;固定化技術(shù)

        中圖分類號(hào):S949;X172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2012)07-1419-04

        Application of Probiotics in Aquaculture Water Improving

        GAO Cun-chuan,XU Chun-hou

        (Department of Animal Science, Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088,Guangdong,China)

        Abstract: Probiotics could effectively degrade the water contaminants such as ammonia and nitrite, and it is an environment -friendly water improving agent. The application and development of probiotics in the aquaculture were summarized, and the factors that influence its effectiveness were analyzed, and the further development of aquaculture probiotics direction was put forward.

        Key words: probiotics; aquaculture; water improving; immobilization technology

        近年來(lái),隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)集約化程度的提高和養(yǎng)殖密度的增加,大量的殘余餌料和水產(chǎn)動(dòng)物排泄物沉積于池底,導(dǎo)致水體溶解氧降低、氨氮和亞硝態(tài)氮的濃度增加以及有害微生物的大量繁殖[1];同時(shí),抗生素濫用使致病菌的耐藥性增加,嚴(yán)重破壞了養(yǎng)殖水體中正常微生物區(qū)系的平衡,造成二次污染,給水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)和水產(chǎn)品質(zhì)量安全帶來(lái)極大的隱患。

        為了減少因氨氮及亞硝態(tài)氮污染帶來(lái)的危害,在養(yǎng)殖過(guò)程中常采用換水、曝氣、投放藥物等方法處理,但由于這些方法成本高、作用效果持續(xù)時(shí)間短,具有很大的局限性。因此,尋求新型的健康養(yǎng)殖模式,開發(fā)具有水質(zhì)改良作用的環(huán)保型產(chǎn)品成為水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。微生態(tài)制劑是從天然環(huán)境中提取分離出來(lái)的微生物經(jīng)過(guò)培養(yǎng)擴(kuò)增后形成的含有大量有益菌的制劑,具有成本低、無(wú)毒副作用、無(wú)藥物殘留、無(wú)耐藥性等優(yōu)點(diǎn),可以用來(lái)改善養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境、凈化水質(zhì)、作為飼料添加劑等廣泛使用,成為替代抗生素的較為理想的產(chǎn)品[2]。文章對(duì)微生態(tài)制劑作為水質(zhì)改良劑的現(xiàn)狀進(jìn)行了概述,分析了影響其使用效果的因素,提出了進(jìn)一步發(fā)展水產(chǎn)微生態(tài)制劑的方向。

        1 水產(chǎn)養(yǎng)殖中的常用微生態(tài)制劑

        水產(chǎn)微生態(tài)制劑可分為單一菌群微生態(tài)制劑和復(fù)合微生物制劑兩大類。目前,在水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的有益微生物主要有芽孢桿菌(Bacillus)、乳酸桿菌(Lactobacillus)、酵母菌(Saccharomyces)、假單胞菌(Pseudomonas)、雙歧桿菌(Bifidobacterium)等種類以及光合細(xì)菌(Photosynthetic bacteria)、硝化細(xì)菌(Nitrifying bacteria)、反硝化細(xì)菌(Denitrifying bacteria)等,其中光合細(xì)菌、芽孢桿菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌作為微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)改良中應(yīng)用最廣泛。

        1.1 單一菌群微生態(tài)制劑

        1.1.1 光合細(xì)菌 光合細(xì)菌是指能在厭氧條件下進(jìn)行光合作用但不產(chǎn)生氧氣的一類革蘭氏陰性細(xì)菌。根據(jù)營(yíng)養(yǎng)方式,光合細(xì)菌可分為光能自養(yǎng)型和光能異養(yǎng)型。光合細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有類似于植物葉綠體的細(xì)菌葉綠素,以光為能源,以水產(chǎn)動(dòng)物的排泄物、氨氮、有機(jī)酸以及硫化氫等污染物作為碳源和供氫體進(jìn)行光合作用,不僅可以去除水體中的有機(jī)物、提高溶氧量,還能抑制致病菌和有害藻類的生長(zhǎng)繁殖。因此,光合細(xì)菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有良好的水質(zhì)調(diào)控作用。

        付保榮等[3]的研究表明,光合細(xì)菌能明顯降解鯉魚養(yǎng)殖水體中有機(jī)物和氨氮的含量、增加溶氧量、穩(wěn)定水體pH,對(duì)水體中致病菌和有害藻類也有明顯的抑制作用。劉芳等[4]用紫色非硫光合細(xì)菌凈化魚塘養(yǎng)殖水體也得到了類似的結(jié)果,結(jié)果表明其可以有效地降低水體中亞硝態(tài)氮的含量,降解率為41.18%。王蘭等[5]用海藻酸鈉固定光合細(xì)菌,發(fā)現(xiàn)固定化大大提高了光合細(xì)菌的生長(zhǎng)速率,且固定化菌對(duì)養(yǎng)殖水體的凈化能力明顯優(yōu)于懸浮態(tài)菌,試驗(yàn)結(jié)果顯示固定化光合細(xì)菌的氨氮去除率可達(dá)89.7%,化學(xué)需氧量去除率達(dá)75.3%,而游離菌的氨氮去除率和化學(xué)需氧量去除率分別為68.9%和48.9%。

        1.1.2 芽孢桿菌 芽孢桿菌絕大部分為革蘭氏陽(yáng)性菌,是一類好氧或兼性厭氧的桿狀細(xì)菌,能產(chǎn)生抗逆性內(nèi)生孢子,具有耐高溫、耐酸堿等特點(diǎn),廣泛分布于土壤和水中。芽孢桿菌能迅速降解養(yǎng)殖水體中的有機(jī)物,包括殘余餌料、水產(chǎn)動(dòng)物的排泄物、死亡生物殘?bào)w及池底淤泥,還能降低氨氮與亞硝態(tài)氮的含量、增加溶氧量,從而有效地改良水質(zhì),營(yíng)造良好的養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用較多的是枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)和地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis),這兩種芽孢桿菌都被農(nóng)業(yè)部列為安全使用菌株。

        陳靜等[6]研究枯草芽孢桿菌對(duì)水質(zhì)的凈化作用,結(jié)果表明添加枯草芽孢桿菌后,試驗(yàn)組池水中氨氮和亞硝態(tài)氮的含量顯著低于對(duì)照組。杭小英等[7]在羅氏沼蝦養(yǎng)殖池塘中投放枯草芽孢桿菌,結(jié)果顯示,枯草芽孢桿菌能顯著降低水體的化學(xué)需氧量以及氨氮和亞硝態(tài)氮的含量,其中氨氮的最大降解率為59.61%,亞硝態(tài)氮的最大降解率為86.70%。芽孢桿菌還能提高水產(chǎn)動(dòng)物的免疫力和生產(chǎn)性能。劉克琳等[8]研究發(fā)現(xiàn),地衣芽孢桿菌能促進(jìn)鯉魚胸腺、脾臟的生長(zhǎng)發(fā)育及抗體的產(chǎn)生。Ziaei等[9]研究芽孢桿菌對(duì)南美白對(duì)蝦生產(chǎn)性能的影響,結(jié)果表明試驗(yàn)組對(duì)蝦的生長(zhǎng)速率和成活率以及消化道中的淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶的活性顯著高于對(duì)照組。

        1.1.3 硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌 硝化細(xì)菌為革蘭氏陰性、專性好氧的化能自養(yǎng)菌。硝化細(xì)菌可分為兩大類群:亞硝化菌屬(Nitrosomonas)和硝化菌屬(Nitrobacter)。亞硝化細(xì)菌將水體中的氨氮氧化為亞硝態(tài)氮;硝化細(xì)菌將亞硝態(tài)氮氧化為對(duì)水生動(dòng)物無(wú)害的硝態(tài)氮,同時(shí)還可以利用硫化氫合成自身物質(zhì),從而達(dá)到調(diào)控水質(zhì)的目的,但其繁殖速率很慢,其主要原因是硝化細(xì)菌需要在體內(nèi)利用無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物。硝化細(xì)菌適宜在有機(jī)物濃度低的水體中生長(zhǎng),過(guò)多的有機(jī)物會(huì)抑制硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)[10]。

        反硝化細(xì)菌是指一類能將硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮的細(xì)菌群,大部分為異養(yǎng)、兼性厭氧菌,能利用池底淤泥中的有機(jī)物作為碳源,將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)?。硝化?xì)菌和反硝化細(xì)菌能克服光合細(xì)菌對(duì)亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化率較低和芽孢桿菌對(duì)氨氮轉(zhuǎn)化率低的缺點(diǎn),被認(rèn)為是降解養(yǎng)殖水體中硝態(tài)氮和氨氮最為有效的微生物,在水產(chǎn)養(yǎng)殖中有著廣泛的應(yīng)用。

        目前,生物過(guò)濾系統(tǒng)已成為水族箱養(yǎng)殖中不可或缺的重要組成部分,但生物過(guò)濾系統(tǒng)的成熟往往需要花費(fèi)好幾個(gè)月的時(shí)間,Gross等[11]報(bào)道,在生物過(guò)濾系統(tǒng)中加入高效硝化細(xì)菌,可縮短生物過(guò)濾系統(tǒng)成熟的時(shí)間,并能使水體中的氨氮含量快速下降,同時(shí)提高了魚類的存活率和生長(zhǎng)速度。生物過(guò)濾系統(tǒng)中硝化細(xì)菌的硝化作用速率受到很多因素的影響。研究發(fā)現(xiàn),生物過(guò)濾池水體中溶解氧與總氨氮濃度及碳氮摩爾比(C/N)的不同會(huì)影響硝化作用速率[12,13]。張小玲等[14]從土壤中分離到一株高活性反硝化細(xì)菌,并對(duì)其進(jìn)行了反硝化特性的研究,結(jié)果表明,當(dāng)養(yǎng)殖水體中碳氮摩爾比達(dá)到8.0∶1、菌體濃度達(dá)到108 CFU/L時(shí),能充分發(fā)揮其反硝化特性,硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的降解率可分別達(dá)到94.79%和99.94%。全為民等[15]研究反硝化細(xì)菌對(duì)不同濃度硝態(tài)氮的去除率,結(jié)果表明在硝態(tài)氮初始濃度為1 mg/L時(shí),1 d內(nèi)硝態(tài)氮去除率達(dá)到70%;而硝態(tài)氮為100 mg/L時(shí),在7 d內(nèi)能去除水體中90%的硝態(tài)氮。

        1.2 復(fù)合微生態(tài)制劑

        復(fù)合微生態(tài)制劑是以光合細(xì)菌、芽孢桿菌、硝化細(xì)菌等多種有益微生物復(fù)合而成的微生態(tài)制劑。采用單一菌群微生態(tài)制劑來(lái)調(diào)控水質(zhì)存在一定的局限性,而復(fù)合菌群能通過(guò)互利共生關(guān)系組成復(fù)雜而又相對(duì)穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng),發(fā)揮各種菌群的不同功能,可以通過(guò)協(xié)同作用有效地降低養(yǎng)殖水體中的有害物質(zhì),從而改善池塘的生態(tài)環(huán)境。黃永春[16]研究復(fù)合微生態(tài)制劑對(duì)養(yǎng)蝦水體水質(zhì)的影響,結(jié)果表明水體中溶解氧提高11.0%,化學(xué)需氧量降低8.0%,氨氮含量降低20.7%,亞硝態(tài)氮含量降低10.0%。由于不同微生物菌群的生長(zhǎng)繁殖條件不同,但是,同一水質(zhì)條件能否同時(shí)滿足所有復(fù)合菌群發(fā)揮作用,它們之間是否存在拮抗作用,這些都需要進(jìn)一步的深入研究。

        2 微生物固定化技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)改良中的應(yīng)用

        微生物固定化技術(shù)是通過(guò)化學(xué)或物理的手段將游離微生物定位于限定的空間區(qū)域內(nèi),使其仍保持活性并能反復(fù)利用的方法。固定化微生物的制備方法大致可以分成吸附法、共價(jià)結(jié)合法、交聯(lián)法和包埋法4大類。其中,包埋法操作簡(jiǎn)單,對(duì)微生物活性影響較小,制作的固定化微生物球的強(qiáng)度高,其應(yīng)用也最廣泛。目前,微生態(tài)制劑在我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用大部分采取直接投加游離菌的方式,這種方式存在很多弊端:①游離菌對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力差,導(dǎo)致活菌大量死亡;②池塘換水時(shí),游離菌易被流水沖走;③游離菌易被水中其他生物所捕食;④游離菌菌體較輕,不易于自然沉降,限制了其降解下層水體有機(jī)物的能力[17]。

        使用微生物固定化技術(shù)可以克服上述缺點(diǎn),從而可以穩(wěn)定高效地發(fā)揮水質(zhì)改良的作用。劉毅等[18]采用海藻酸鈉包埋光合細(xì)菌,比較了固定化菌和懸浮態(tài)菌的生理特性和降解能力,結(jié)果表明,固定化光合細(xì)菌生長(zhǎng)速率明顯提高,對(duì)養(yǎng)殖水體的凈化速率也明顯優(yōu)于懸浮態(tài)菌,固定化小球粒徑3.5 mm、活菌初始密度0.12 mg/L為最佳固定化條件。黃正等[19]用硝化細(xì)菌富集培養(yǎng)基搖床馴化污泥,選用聚乙烯醇(PVA)作為包埋載體,添加活性炭粉末包埋固定化硝化污泥,馴化后處理養(yǎng)殖廢水中的氨氮,結(jié)果表明化學(xué)需氧量去除率為74.9%,氨氮去除率達(dá)82.5%。Nagadomi等[20]研究結(jié)果表明,用聚乙烯醇固定化球凈化魚塘水質(zhì)比海藻酸鹽固定化球的效果好。聚乙烯醇凝膠具有強(qiáng)度大、價(jià)格低廉、生物毒性小等優(yōu)點(diǎn),是有效的固定化載體之一。近幾年,國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛紛研究利用新載體,Manju等[21]報(bào)道,將密度較小的軟木粉碎成木屑(木屑具有較大的表面積)作為載體固定硝化細(xì)菌降解對(duì)蝦育苗水體中的氨氮取得了滿意的效果。Saliling等[22]利用木屑、麥秸稈、塑料作為載體,評(píng)估它們?cè)诜聪趸に囂幚眇B(yǎng)殖廢水中的性能,結(jié)果顯示,3個(gè)試驗(yàn)組對(duì)氨氮的降解率都達(dá)到99%,并可以提高水體的pH,但木屑與麥秸稈在140 d的試驗(yàn)過(guò)程中損耗率為16.2%和37.7%。余林娟等[23]以沙礫和沸石粉作為載體固定芽孢桿菌,結(jié)果顯示試驗(yàn)組的亞硝態(tài)氮含量約為對(duì)照組的1/3。Shan等[24]采用多孔黏土固定硝化細(xì)菌,結(jié)果表明固定化菌可以有效地降低水體中的總氮。Menasveta等[25]在生物膜反應(yīng)器中添加不同載體,分別對(duì)斑節(jié)對(duì)蝦(Penaeus monodon)養(yǎng)殖水體進(jìn)行了反硝化凈化的研究。結(jié)果表明,反硝化后可保證養(yǎng)殖水體中氨氮和亞硝酸鹽質(zhì)量濃度在養(yǎng)殖水質(zhì)要求范圍內(nèi)(小于0.5 mg/L和小于0.2 mg/L),而且以碎牡蠣殼作為載體時(shí)效果最明顯,硝酸鹽質(zhì)量濃度由160 mg/L降至25 mg/L以下。因此可以預(yù)見(jiàn),研制開發(fā)性能優(yōu)良的載體材料仍是微生物固定化技術(shù)的重要課題。

        3 影響微生態(tài)制劑使用效果的因素

        由于微生態(tài)制劑是含有大量有益微生物的活菌制劑,而且養(yǎng)殖水體環(huán)境具有復(fù)雜多樣性的特點(diǎn),其作用易受多種環(huán)境因子(如水溫、pH、溶氧量等)的影響。不同菌種受環(huán)境因子的影響也有所不同,如光合細(xì)菌需要光照進(jìn)行光合作用,然而,強(qiáng)烈光照會(huì)影響硝化細(xì)菌的生長(zhǎng),在pH偏高的水體中使用芽孢桿菌制劑的效果不明顯。

        另外,飼料成分對(duì)微生態(tài)制劑的使用效果也有很大的影響。飼料中的維生素、寡糖、酸化劑、中草藥等與微生態(tài)制劑有很好的協(xié)同作用;而在飼料中添加抗生素對(duì)微生態(tài)制劑則有明顯的抑制作用[26]。尤其值得注意的是,在水體中投消毒劑會(huì)嚴(yán)重降低微生態(tài)制劑的活性。因此,微生態(tài)制劑在保存和使用過(guò)程中應(yīng)遵循產(chǎn)品說(shuō)明,選擇合理的使用方法,才能達(dá)到改良水質(zhì)的目的。

        4 小結(jié)與展望

        目前,微生態(tài)制劑作為水質(zhì)改良劑在我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖中已得到廣泛應(yīng)用,在消除養(yǎng)殖水體有機(jī)污染、降解水體氨氮和亞硝態(tài)氮等方面取得了良好的效果,形成了“水產(chǎn)養(yǎng)殖-生物修復(fù)”的綠色健康養(yǎng)殖新模式,對(duì)促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。但是與國(guó)際水平相比,我國(guó)在微生態(tài)制劑研究應(yīng)用方面還比較落后,仍存在很多問(wèn)題亟待解決。

        由于微生態(tài)制劑的特殊性和養(yǎng)殖水體環(huán)境的復(fù)雜多樣性,使得微生態(tài)水質(zhì)改良劑產(chǎn)品的應(yīng)用效果存在一定的不穩(wěn)定性。因此,未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)研究益生菌的生理特性與作用機(jī)制等方面的基礎(chǔ)理論,為養(yǎng)殖水環(huán)境的調(diào)控提供理論依據(jù)。另一方面,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)益生菌分子生態(tài)學(xué)及分子生物學(xué)的研究,利用現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)對(duì)菌株進(jìn)行快速鑒別,并對(duì)微生態(tài)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè),以確保質(zhì)量和安全。Wang等[27]也認(rèn)為微生態(tài)產(chǎn)品在出廠前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),以防有害菌的擴(kuò)散。此外,應(yīng)盡快建立微生態(tài)制劑菌種保藏與認(rèn)定中心,制定相關(guān)的質(zhì)量指標(biāo)、檢測(cè)方法等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),完善檢測(cè)體系,這對(duì)保證微生態(tài)制劑產(chǎn)品的質(zhì)量有著重要的意義??梢灶A(yù)見(jiàn),隨著微生物固定化技術(shù)的迅速發(fā)展,尤其是新的包埋載體和包埋方法的推廣應(yīng)用,必將大幅度地提高益生菌對(duì)不良環(huán)境的耐受力及其產(chǎn)品的穩(wěn)定性,為微生態(tài)制劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用提供更廣闊的前景。

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