不同種類芽孢桿菌凈化水質(zhì)試驗

張 博

不同種類芽孢桿菌凈化水質(zhì)試驗

張 博

水產(chǎn)養(yǎng)殖中，飼料的投喂量通常都會超過所蓄養(yǎng)水產(chǎn)動物的實際需要量，同時，水產(chǎn)動物對飼料的消化吸收效率也不可能達(dá)到完全消化，這就造成了養(yǎng)殖水體中會存在一定量的飼料及飼料殘渣的剩余。與此同時，浮游生物的繁殖和死亡，以及一定量的養(yǎng)殖動物在養(yǎng)殖過程中死亡后而未得到及時清理，也會造成生物來源的水體污染?？傊?，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，各種原因都可導(dǎo)致水體中氨氮類物質(zhì)、亞硝酸鹽物質(zhì)、水中溶解硫化氫等物質(zhì)富集。以上物質(zhì)以及水中的溶解氧、pH值等都會影響到水產(chǎn)動物的健康狀況及養(yǎng)殖的收益。為了改善水產(chǎn)動物的健康狀況、提高收益，就必須對這類物質(zhì)進(jìn)行處理，改善水體環(huán)境。

通常情況下，凈化水質(zhì)的方法大致有物理法、化學(xué)法以及生物法。物理法只是粗略地對水質(zhì)進(jìn)行懸浮物沉降、絮凝、過濾等，凈化效率不高；而化學(xué)法則是采用例如十二烷基磺酸鈉（SDS）等化學(xué)物質(zhì)，在水體中進(jìn)行一定化學(xué)反應(yīng)，將導(dǎo)致水體污染的物質(zhì)進(jìn)行分解處理，效率較高，但存在一定化學(xué)污染的風(fēng)險；現(xiàn)在國際最常使用的、最環(huán)保的水質(zhì)凈化的方法是用微生物的方法，將水體中的污染物進(jìn)行生物降解，將水體中不利于水產(chǎn)動物的物質(zhì)分解至對其生長危害性較小或者無害。在這其中，芽孢桿菌類是較常使用的一大類微生物。我國“十二五”經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃綱要專門就生物方法解決水體環(huán)境污染制定了要求和目標(biāo)，水體中污染物質(zhì)，特別是亞硝酸鹽類物質(zhì)的凈化是重點。本試驗基于此，設(shè)計并驗證了不同芽孢桿菌種類對養(yǎng)殖用水體的凈化效果。

1 試驗材料

枯草芽孢桿菌（100億CFU/g，以下簡稱枯草）、地衣芽孢桿菌（100億CFU/g，以下簡稱地衣）、短小芽孢桿菌（100億CFU/g，以下簡稱短小）、混合芽孢桿菌（100億CFU/g，枯草：地衣：短小=1：1：1，以下簡稱混合），以上菌株產(chǎn)品來自株洲智薈生物科技有限公司。同時選擇株洲智薈生物科技有限公司所售水質(zhì)凈化專用“派富”產(chǎn)品（100億CFU/g，枯草：地衣：短小=A：B：C，商業(yè)配方，以下簡稱派富）。

市售枯草芽孢桿菌產(chǎn)品（100億CFU/g，以下簡稱市售枯草）、市售地衣芽孢桿菌產(chǎn)品（100億CFU/g，以下簡稱市售地衣）。

試驗用養(yǎng)殖水體采集自北京市海淀區(qū)上莊水產(chǎn)養(yǎng)殖場。

2 試驗設(shè)計、器材及方案

2.1 試驗設(shè)計

本試驗采用單因子試驗設(shè)計，試驗共分8個組：T1枯草組、T2地衣組、T3短小組、T4派富組、T5混合組、T6市售枯草組、T7市售地衣組以及C空白對照組。

2.2 試驗器材及試劑盒

水浴鍋（上海精密儀器儀表有限公司生產(chǎn)）、溫控磁力攪拌器（上?？苾x生產(chǎn)）、精密pH計（上海精密儀器儀表有限公司生產(chǎn)）、1 ml和200 μl微量加樣器（Nelson）、氨氮檢測試劑盒（購自南京建成生物工程研究所）、亞硝酸鹽檢測試劑盒（購自南京建成生物工程研究所）。

2.3 試驗采樣時間

試驗采樣點選擇初始 0 min、30 min、1 h、2 h、3 h、4 h、6 h、8 h 以及 24 h。

2.4 試驗方案

從魚塘水體采集水質(zhì)樣本約16 L，經(jīng)8層紗布過濾后均分成8份，每份約2 L。測定初始水體中pH值、氨氮和亞硝酸鹽濃度，后將8份樣本置于30℃水浴鍋中預(yù)熱至30℃。

試驗用芽孢桿菌的活化：每組（除C組）各取約0.75 g對應(yīng)芽孢桿菌菌粉，混懸于含100 ml去離子水的200 ml燒杯中，每個燒杯中加入約20 g紅糖，將混懸好的含紅糖的菌液（7.5 g/l）置于30℃水浴鍋中2 h以待菌活化。

待菌活化完成后，將菌液用置于30℃預(yù)熱好的去離子水稀釋100 000倍，得到濃度為7.5×10-5g/l的工作液。從每個工作液燒杯中移取1 ml滴至對應(yīng)待檢預(yù)熱魚塘水燒杯中，置于30℃磁力攪拌器上混合均勻，轉(zhuǎn)移至30℃水浴鍋中。依次于30 min、1 h、2 h、3 h、4 h、6 h、8 h以及 24 h采樣測定水體中 pH 值、氨氮以及亞硝酸鹽含量。

3 試驗結(jié)果及分析

圖1、圖2、圖3中是不同種類芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體水質(zhì)凈化的結(jié)果。

圖1 不同種類芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體pH值的影響

由圖1可知，所有種類的芽孢桿菌均可顯著（P＜0.05）降低養(yǎng)殖水體的pH值。眾多文獻(xiàn)結(jié)果均表明，水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)節(jié)中，水體pH值越接近中性，水產(chǎn)動物健康狀況越好。偏酸或者偏堿性水質(zhì)均不利于水產(chǎn)動物的生長發(fā)育。而水體pH值其實是綜合因素的結(jié)果，水體中化學(xué)物質(zhì)的殘留、飼料被消化吸收生成的代謝產(chǎn)物以及水產(chǎn)動物的排泄產(chǎn)物等均直接或間接影響到水體的pH值，特別是水體中生成的硫化氫和亞硝酸鹽等均可直接影響pH值。本試驗中芽孢桿菌可分解利用水體中的某些影響pH值的物質(zhì)，使水體出現(xiàn)pH值“歸中”的現(xiàn)象，將最終有利于水產(chǎn)動物的健康，本試驗結(jié)果與張博（2009）、王偉偉（2009）研究結(jié)果類似。不同芽孢桿菌種類之間，尤以枯草芽孢桿菌表現(xiàn)最佳，其次是地衣芽孢桿菌和短小芽孢桿菌。智薈枯草、地衣與市售枯草、地衣對pH值的影響能力之間的有一定差別，但不顯著（P＞0.05），可能是菌株之間的差異所致。

由圖2可知，所有種類的芽孢桿菌均可顯著（P＜0.05）降低養(yǎng)殖水體中的氨氮濃度。氨氮類物質(zhì)一般由水產(chǎn)動物飼料的代謝產(chǎn)物所構(gòu)成，其中的氨氣（銨鹽）是改變水體酸堿度和溶解氧的直接因素。眾多文獻(xiàn)結(jié)果表明，減少養(yǎng)殖水體中氨氮類物質(zhì)的濃度將有助于改善水體環(huán)境。同時，芽孢桿菌還可以利用氨氮物質(zhì)和水體中未分解完全的硫化氫為原料重新合成小肽或者氨基酸等，供水體中浮游生物或水產(chǎn)動物直接應(yīng)用，可間接補(bǔ)充水產(chǎn)飼料的蛋白源。本試驗中隨著時間的推移，水體中氨氮類物質(zhì)的含量趨向于減少即證明了這一點，這將最終有利于水產(chǎn)動物的健康。不同芽孢桿菌種類之間，派富組和混合芽孢桿菌組對氨氮的消化利用效果最佳，其次是地衣芽孢桿菌和短小芽孢桿菌組。與之相比，枯草芽孢桿菌盡管也有減少氨氮的作用，但表現(xiàn)不佳。同之前pH值結(jié)果有一定一致性的是，智薈的派富產(chǎn)品以及地衣、短小和枯草單菌種產(chǎn)品均優(yōu)于市售枯草、地衣，但不顯著（P＞0.05），同樣可能是菌株之間的差異所致。

圖2 不同種類芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體氨氮濃度的影響

圖3 不同種類芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體亞硝酸鹽含量的影響

由圖3可知，除極個別時間點外，所有種類的芽孢桿菌均可降低養(yǎng)殖水體中的亞硝酸鹽濃度。同氨氮類物質(zhì)一樣，亞硝酸鹽類物質(zhì)一般由水產(chǎn)動物對飼料的不完全代謝產(chǎn)物所產(chǎn)生，而通常情況下，亞硝酸鹽具有一定毒性，對于水產(chǎn)動物的神經(jīng)系統(tǒng)和腸道健康有不良影響。芽孢桿菌可以迅速減少養(yǎng)殖水體中亞硝酸鹽類物質(zhì)的濃度將有助于改善水體環(huán)境，這一點體現(xiàn)了其強(qiáng)大的反硝化作用。同時，類似于對氨氮類物質(zhì)的作用，芽孢桿菌還可以利用亞硝酸鹽類物質(zhì)和水體中未分解完全的硫化氫為原料重新合成小肽或者氨基酸等，供水體中浮游生物或水產(chǎn)動物直接應(yīng)用，可間接補(bǔ)充水產(chǎn)飼料的蛋白源。但由于亞硝酸鹽類物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)上的不穩(wěn)定，其在水體中的含量也表現(xiàn)為濃度上的起伏性。本試驗中不同時間點的亞硝酸鹽的濃度出現(xiàn)了起伏也證明了這一點。不同芽孢桿菌種類之間結(jié)果差異較大，派富組、短小組和地衣組表現(xiàn)出對亞硝酸鹽的較佳處理效果，其次是枯草芽孢桿菌。但市售枯草、地衣組均表現(xiàn)不佳。同時，不同芽孢桿菌種類對養(yǎng)殖水體中亞硝酸鹽類物質(zhì)的處理速度也有所不同，枯草芽孢桿菌相對比地衣芽孢桿菌和短小芽孢桿菌處理速度慢些，但處理最終效果無顯著差異（P＞0.05）。

4 結(jié)語

綜上所述，不同種類芽孢桿菌對水體中有害物質(zhì)的處理效果表現(xiàn)不盡相同，其中從綜合效果來考量，不同芽孢桿菌的混合配伍的凈化效果優(yōu)于單一菌種，不同菌株之間的表現(xiàn)也有差異。盡管效率不一，但利用微生物方法對受到養(yǎng)殖污染影響的水體環(huán)境的凈化在一定程度上有較好效果，同時可以預(yù)見的是，可以通過微生物發(fā)酵和篩選等手段和基因工程的方法優(yōu)選出表現(xiàn)最佳的微生物應(yīng)用于水體環(huán)境的凈化。

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張博，株洲智薈生物科技有限公司，博士，技術(shù)總監(jiān)，412007，湖南株洲。

2011-05-02

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（編輯：王 芳，xfang2005@163.com）