脫氮除磷益生菌對養(yǎng)殖尾水處理的研究進(jìn)展

劉慶輝，余祥勇，張鶴千，李 禎，葉孝飛，唐匯娟

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，廣州 510642）

根據(jù)《2017中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》［1］，2016年我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)到5 142.39萬t，同比增長4.14%，占世界水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量的60%以上。漁業(yè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖向著高密度和高投入的集約化、規(guī)?；B(yǎng)殖模式轉(zhuǎn)變，大量投餌和濫用抗生素等使養(yǎng)殖水環(huán)境污染加劇，水生生物病害頻發(fā)?！兜谝淮稳珖廴驹雌詹楣珗蟆罚?］顯示，水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物排放量占農(nóng)業(yè)總排放量的4%，其中化學(xué)需氧量（COD）為55.83萬t，總氮（TN）為8.21萬t，總磷（TP）為1.56萬t。

益生菌是指由分離自宿主體內(nèi)的健康菌群制成的活菌制劑及微生物發(fā)酵產(chǎn)品。早在1965年，LILLY等［3］將益生菌定義為“一種可以分泌促進(jìn)其他生物生長物質(zhì)的微生物”，即“probiotic”。VERSCHUERE等［4］在2000年將水產(chǎn)益生菌的概念擴(kuò)展為“一種通過調(diào)節(jié)宿主相關(guān)菌群或周圍環(huán)境而對宿主產(chǎn)生有益作用的活的微生物”，并認(rèn)為益生菌作為飼料添加劑能夠增強(qiáng)飼料的營養(yǎng)價值和利用率，提高宿主免疫力并改善水體環(huán)境。近些年，關(guān)于益生菌凈化水質(zhì)、高效降解有機(jī)污染物等方面的研究成為熱點(diǎn)，BYOD等［5］指出益生菌可以促進(jìn)水體中有機(jī)物質(zhì)的分解，降低氮、磷濃度，增加溶解氧，控制氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫的含量，為水產(chǎn)生物提供健康的生存環(huán)境。本文將從氮磷毒性機(jī)理、益生菌脫氮除磷原理、益生菌對養(yǎng)殖尾水作用3個方面以及益生菌的應(yīng)用和展望進(jìn)行綜述，以期為益生菌應(yīng)用于養(yǎng)殖尾水處理提供參考。

1 氮、磷對水生生物的毒害機(jī)理

養(yǎng)殖水體中的主要污染物是動物尸體、糞便、殘餌等有機(jī)顆粒污染物以及氮、磷等無機(jī)污染物，細(xì)菌對糞便、殘餌等進(jìn)行分解之后會產(chǎn)生大量氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽以及活性磷酸鹽。FUNGE等［6］在精養(yǎng)蝦池的物質(zhì)平衡研究中發(fā)現(xiàn)，僅有10%的氮和7%的磷被蝦利用，其余皆以各種形式進(jìn)入水環(huán)境中。研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖過程中有約85%的污染物來自養(yǎng)殖本身，其中殘餌占35%，排泄物占50%［7］。WALLIN和HAKASON［8］認(rèn)為餌料中的磷只有5%～30%被魚吸收，16%～26%溶于水中，51%～59%以顆粒態(tài)存在。此外，濫用化學(xué)藥品和抗生素也會導(dǎo)致養(yǎng)殖水體氮磷負(fù)荷增加［9］。

氮磷含量超標(biāo)會引起水生生物出現(xiàn)應(yīng)激狀態(tài)并引發(fā)一系列生理響應(yīng)。氨氮過高會引起魚類代謝狀態(tài)發(fā)生變化，非離子氨會與肌膜中的K＋進(jìn)行競爭，影響肌肉的正常收縮；非離子氨具有神經(jīng)毒性，通過誘導(dǎo)神經(jīng)元去極化和ATP腺甘三磷酸耗竭，導(dǎo)致細(xì)胞死亡［10］。亞硝酸鹽是氮循環(huán)中的天然成分，通常以低濃度存在于水環(huán)境中，然而在高密度的養(yǎng)殖模式下，養(yǎng)殖水體中亞硝酸鹽含量嚴(yán)重超標(biāo)。高濃度亞硝酸鹽會刺激骨骼肌細(xì)胞和紅細(xì)胞中K＋的流出，擾亂細(xì)胞內(nèi)外的K＋水平；血紅細(xì)胞中的二價鐵會被亞硝酸鹽氧化成三價鐵，導(dǎo)致形成高鐵血紅蛋白，從而降低血液的攜氧能力；最后，亞硝酸鹽能夠產(chǎn)生并能模仿NO，干擾激素的調(diào)節(jié)過程［11］。KIM等［10］以牙鲆（Paralichtliysolivaceus）為實(shí)驗(yàn)對象，證明了不同形態(tài)無機(jī)氮對牙鲆的毒性大小為：氨氮＞亞硝酸鹽＞硝酸鹽。磷酸鹽是水生微藻進(jìn)行光合作用合成有機(jī)物的原料之一，磷酸鹽過量會導(dǎo)致藍(lán)藻等有害微藻加速生長，形成藻華，微藻在大量繁殖死亡后被微生物分解產(chǎn)生羥胺、硫化氫等有毒物質(zhì)，間接威脅水生生物的生長。

2 益生菌脫氮除磷作用原理

2.1 氮元素的去除途徑

微生物對氮元素降解和轉(zhuǎn)化途徑主要分為兩種：硝化與反硝化作用，同化性硝酸還原作用。硝化作用是指由硝化細(xì)菌作用產(chǎn)生硝酸鹽的過程，該過程在好氧情況下發(fā)生，主要分為兩個階段［12］：首先，在亞硝酸細(xì)菌（即氨氧化細(xì)菌）的作用下，將氨氮經(jīng)羥胺轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，由氨單加氧酶（ammoniamonooxygenase，AMO）和羥胺氧化還原酶（hydroxylamine oxidase，HAO）催化；其次，硝酸細(xì)菌（即亞硝酸鹽氧化細(xì)菌）利用亞硝酸鹽氧化酶（nitrite oxidase，NIO）將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為毒性較低的硝酸鹽，總反應(yīng)式為：NH4＋＋2O2＝NO3－＋2H＋＋H2O。在自然環(huán)境中，除自養(yǎng)細(xì)菌硝化作用外，部分細(xì)菌、真菌和放線菌可以進(jìn)行異養(yǎng)硝化作用，將銨鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，但其對銨鹽的氧化效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于自養(yǎng)硝化細(xì)菌。HOOPER等［13］研究發(fā)現(xiàn)，異養(yǎng)硝化菌進(jìn)行代謝時，具有與硝化細(xì)菌相似的反應(yīng)酶系統(tǒng)，即由AMO氧化銨鹽生成羥胺，再由HAO氧化得到亞硝酸鹽。反硝化作用是指反硝化細(xì)菌作用于亞硝酸鹽和硝酸鹽生成N2或者N2O的過程，該過程在厭氧情況下發(fā)生。反硝化細(xì)菌多為異養(yǎng)菌且種類較少，其以有機(jī)物作為碳源進(jìn)行無氧呼吸，其反應(yīng)式可表示為：6 NO3－＋5CH3OH＝5CO2＋3N2＋7H2O＋6OH－，此過程在還原亞硝酸鹽和硝酸鹽的同時，還可以使有機(jī)物氧化分解，降低水中生化需氧量（BOD）。

同化性硝酸還原作用指異養(yǎng)細(xì)菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氨氮，氨氮再經(jīng)一系列反應(yīng)被同化為細(xì)菌蛋白的過程，即：硝酸鹽→亞硝酸鹽→氨氮→有機(jī)態(tài)氮［14］。自然環(huán)境中氨氮可以直接被細(xì)菌同化吸收，而硝酸鹽和亞硝酸鹽需要還原成氨氮才可被利用，所以細(xì)菌以硝酸鹽作氮源合成有機(jī)物需要消耗更多的能量［15］。

2.2 磷元素的去除途徑

國內(nèi)外公認(rèn)的微生物除磷機(jī)理包括好氧聚磷細(xì)菌和兼性厭氧反硝化聚磷細(xì)菌除磷機(jī)理。聚磷菌（PAOs）在好氧條件下大量吸收磷酸鹽合成自身核酸和ATP，并將過量磷酸鹽合成多聚物存于體內(nèi)，供其內(nèi)源呼吸作用。主要包括兩個階段：厭氧時放磷并合成大量β 羥基丁酸聚合物（PHAs）；好氧時PHAs減少，聚磷增加［16］。厭氧條件下，聚磷菌分解體內(nèi)的多聚磷酸鹽（Poly P）產(chǎn)生ATP，促進(jìn)乙酸活化產(chǎn)生乙酰輔酶A，并進(jìn)一步生成PHAs，同時將ATP中的磷酸鹽釋出。好氧條件下，合成的PHAs被菌體分解，其內(nèi)部貯藏的能量被釋放產(chǎn)生質(zhì)子推動力（pmf），pmf將胞外磷酸鹽運(yùn)輸?shù)桨麅?nèi)合成ATP和核酸，并將過剩磷酸鹽合成Poly P，以維持pmf穩(wěn)定。好氧時Poly P的合成取決于厭氧時PHAs的合成情況，二者呈正相關(guān)，所以聚磷菌高效除磷主要是因?yàn)閰捬鯒l件下合成大量的PHAs在好氧條件下分解，導(dǎo)致菌體過量吸收胞外磷酸鹽以供自提代謝所需［17］。聚磷菌磷代謝過程如圖1所示［18］：

圖1 聚磷細(xì)菌磷代謝過程Fig.1 Phosphorusmetabolism of phosphorus accumulating bacteria

反硝化除磷現(xiàn)象由OSBORN等［19］于1977年首次發(fā)現(xiàn)，并逐步成為生物除磷領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。COMEAU［20］和VLEKKED［21］發(fā)現(xiàn)一些聚磷細(xì)菌能夠利用硝酸鹽作為電子受體吸收磷；KUBA［22］研究指出，在厭氧／好氧交替狀態(tài)下，容易培養(yǎng)出一類以硝酸鹽作為電子受體進(jìn)行反硝化吸磷作用的優(yōu)勢菌種；隨后有學(xué)者證明亞硝酸鹽也可以作為電子受體進(jìn)行反硝化除磷［23］。關(guān)于反硝化除磷現(xiàn)象，學(xué)者們提出3種假說進(jìn)行闡釋［24］：1）一類菌屬學(xué)說，指在生物除磷系統(tǒng)中僅存在一種具有反硝化能力的聚磷菌，其反硝化作用的強(qiáng)弱取決于厭氧／缺氧狀態(tài)的交替情況；2）兩類菌屬學(xué)說，指生物除磷系統(tǒng)中存在兩類聚磷菌，其中一類僅可以氧氣作為電子受體進(jìn)行吸磷，另一類既能以氧氣作為電子受體，又能以硝酸鹽作為電子受體，在吸磷的同時能進(jìn)行反硝化作用；3）三類菌屬學(xué)說，指在生物除磷系統(tǒng)中，還存在以亞硝酸鹽為電子受體的聚磷菌。當(dāng)厭氧／缺氧狀態(tài)得到強(qiáng)化時，一些聚磷菌反硝化作用增強(qiáng)，其利用硝酸鹽為電子受體，分解PHAs釋放能量并大量攝取胞外磷合成ATP和Poly P，硝酸鹽則被還原成N2釋放。由此可見，聚磷菌的反硝化作用可以使水體中氮、磷元素皆被去除，而PHAs則是反硝化除磷的關(guān)鍵物質(zhì)。

3 益生菌脫氮除磷研究進(jìn)展

近年來，利用有益菌對養(yǎng)殖水環(huán)境進(jìn)行修復(fù)逐漸成為研究的重點(diǎn)。養(yǎng)殖水體主要以無機(jī)氮磷污染為主，其次為殘餌、生物代謝物等有機(jī)顆粒污染，污染成分相對簡單，而這些“污染成分”對細(xì)菌來說，是絕佳的營養(yǎng)來源。細(xì)菌能夠快速分解水中有機(jī)物，并能通過自身代謝實(shí)現(xiàn)對水體中氮磷元素的高效吸收。目前，關(guān)于益生菌處理養(yǎng)殖尾水的研究主要分為單菌株作用、復(fù)合菌株作用、益生菌與水生植物共同作用3個方面。

3.1 單種益生菌的作用效果研究

針對益生菌脫氮除磷的特性，很多學(xué)者將其應(yīng)用到養(yǎng)殖尾水的治理，且效果顯著優(yōu)于物理化學(xué)等傳統(tǒng)治理方法。單一菌株在養(yǎng)殖水體治理中應(yīng)用比較廣泛的主要有芽孢桿菌（Bacillus）、光合細(xì)菌（photosynthetic bacteria，PSB）以及硝化細(xì)菌（nitrifying bacteria）。

芽孢桿菌是好氧或兼性厭氧的革蘭氏陽性菌，在生長過程中分泌大量胞外酶，如蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等，通過這些酶快速分解有機(jī)物以供自身代謝所需［25］。楊世平等［26］研究表明，產(chǎn)乳酸芽孢桿菌對對蝦水質(zhì)有明顯的凈化效果，處理組水體中的氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽及有害弧菌數(shù)均顯著低于對照組。LIANG等［27］將地衣芽孢桿菌應(yīng)用到草魚（Ctenopharyngodonidellus）水體治理中，亞硝酸鹽含量較對照組降低88.8%，硝酸鹽降低72.37%，總氮降低35.95%，但是氨氮含量卻較對照組有所增加。芽孢桿菌能夠分泌多種胞外活性物質(zhì)，抑制有害藻菌滋生，提高動物免疫力［28－29］。張睿等［29］認(rèn)為，枯草芽孢桿菌可以通過直接接觸、分泌胞外活性物質(zhì)及營養(yǎng)資源競爭等多種方式抑制微囊藻等有害微藻的增殖。關(guān)于芽孢桿菌和微藻之間的關(guān)系，JI等［30］作了更深入的機(jī)理研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)小球藻和地衣芽孢桿菌按比例（1∶3）共存時，環(huán)二鳥苷酸（c di GMP）和自動誘導(dǎo)胎（AIP）濃度最高，細(xì)胞間的粘附作用增強(qiáng)，藻菌細(xì)胞間的信號交流最為頻繁，且小球藻細(xì)胞干重、葉綠素相關(guān)基因及細(xì)菌rRNA的拷貝數(shù)最高，其對模擬養(yǎng)殖尾水中的溶解性COD（sCOD）、溶解性總磷（TDP）、溶解性總氮（TDN）的去除率皆顯著高于同比例下的銅綠微囊藻和地衣芽孢桿菌組合，而在后者組合中未發(fā)現(xiàn)藻菌細(xì)胞間的粘附作用。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明地衣芽孢桿菌和小球藻共存時，二者之間不存在消耗和破壞，c di GMP和AIP濃度的增加促進(jìn)了藻菌細(xì)胞群的形成。由此可見，芽孢桿菌對微藻的抑制和破壞作用可能僅針對有毒有害微藻。

光合細(xì)菌是指一類在厭氧條件下進(jìn)行不放氧光合作用的細(xì)菌。光合細(xì)菌能夠利用光能同化CO2，固定無機(jī)氮，同時對水體底層的有機(jī)物進(jìn)行分解，產(chǎn)生有機(jī)酸、硫化氫和氨等合成菌體的基礎(chǔ)物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)對水體的凈化［31］。ZHANG等［32］探究了PSB對草魚養(yǎng)殖水體水質(zhì)及其微生物的結(jié)構(gòu)和多樣性的影響。結(jié)果表明，加菌處理組水體中各態(tài)氮的含量都顯著低于對照組，其中氨氮、亞硝酸鹽及硝酸鹽的最大去除率分別為80.92%、94.90%、29.81%，且處理組擁有較高的微生物多樣性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。陸家昌等［33］用PSB處理凡納濱對蝦（Litopenaeusvannamei）養(yǎng)殖水體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)PSB投菌濃度為3×103個·mL－1時，水體中的COD、氨氮和亞硝酸鹽含量分 別 比 對 照 組 降 低31.59%、43.42%和52.20%，且凡納濱對蝦的抗氧化酶活性及其他生理指標(biāo)都達(dá)到最佳效果，顯著提高了凡納濱對蝦抗病能力。PSB分解吸收水體中污染物進(jìn)行自身增殖的同時，還可以有效控制水中的病原微生物和浮游藻類的大量增殖。鄭亞君等［34］將光合細(xì)菌接種至富營養(yǎng)化水體，總氮和總磷分別降低了76%和30%，且有效控制了水體中藍(lán)藻和綠藻的生物量。在一定條件下，光合細(xì)菌對弧菌具有抑制作用［35］。為了探究不同狀態(tài)光合細(xì)菌凈水能力的差異性，劉毅等［36］將懸浮態(tài)和固定化PSB的凈水效果作了比較，結(jié)果證明固定化PSB對對蝦養(yǎng)殖尾水具有更好的凈化效果。光合細(xì)菌自身生長受環(huán)境影響較大，所以其分解代謝污染物的能力也會隨環(huán)境條件的變化而變化。ZHI等［37］研究了不同光暗循環(huán)下，PSB的生長代謝和水質(zhì)凈化情況，在24 h光暗循環(huán)條件下，PSB生物量最高，氨氮去除率為48%，顯著高于其他組；3 h循環(huán)時，蛋白質(zhì)和輔酶Q60濃度最高；不同循環(huán)下廢水中COD和TP去除效果差異不明顯。固氮紅細(xì)菌適應(yīng)性強(qiáng)，在不同碳源影響下均可有效去除無機(jī)三態(tài)氮，可作為養(yǎng)殖水體治理的優(yōu)先選擇［38］。

硝化細(xì)菌是一種化能自養(yǎng)菌，包括亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌。該菌以CO2作為唯一碳源，通過硝化作用氧化無機(jī)氮化合物獲取能量，合成有機(jī)物，以供自身代謝所需。硝化細(xì)菌通過硝化作用，將氨氮和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，然后在反硝化細(xì)菌的配合下，將無機(jī)氮化合物轉(zhuǎn)化為N2釋放。SHAN和OBBARD［39］研究發(fā)現(xiàn)，硝化細(xì)菌處理組氨氮含量顯著低于對照組，并在第5天降為0 mg·L－1，硝酸鹽含量則從第5天開始呈現(xiàn)上升趨勢，說明該硝化細(xì)菌進(jìn)行硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。硝化細(xì)菌屬于化能自養(yǎng)細(xì)菌，無法分解水體中的有機(jī)污染物。高金偉等［40］基于此對硝化細(xì)菌的凈化能力和枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)二者對氨氮和亞硝態(tài)氮皆有很好的去除效果，前者去除COD效果不明顯。不同狀態(tài)硝化細(xì)菌的脫氮能力有所不同，槐創(chuàng)鋒和陳華［41］對粉末狀和濃縮液態(tài)硝化細(xì)菌的脫氮效果進(jìn)行比較，證明二者對水質(zhì)皆有顯著凈化效果，粉末狀菌株效果更優(yōu)，其氨氮去除率高達(dá)95%，亞硝酸鹽去除率接近100%。

芽孢桿菌、PSB和硝化細(xì)菌等應(yīng)用較為廣泛，但弊端明顯。芽孢桿菌代謝好氧，增殖過度會引起水體缺氧；PSB的使用對水環(huán)境條件要求較為苛刻，且容易被浮游動物捕食；硝化細(xì)菌生長緩慢，平均世代時間在10 h以上，易受外界環(huán)境影響，培養(yǎng)難度大［42］。因此，為了尋找更合適的菌種，其他新生代益生菌也漸漸受到重視（表1）。由 表1可 知，有 效 微 生 物 群（effective microorganisms，EM）、酵母菌（Saccharomyces）以及乳酸菌（Lactobacillus）逐步成為研究重點(diǎn)，而且對養(yǎng)殖水體凈化效果顯著。

表1 其他益生菌對養(yǎng)殖水體中各態(tài)氮磷的去除情況Tab.1 Removal of nitrogen and phosphorus in aquaculture water by other probiotics

3.2 復(fù)合菌作用效果研究

單菌種凈水研究比較多，但存在較多不足。單一菌種在養(yǎng)殖水體的增殖容易受其他微生物或者水環(huán)境的制約，且不同菌種對不同氮磷化合物的去除能力差異明顯，所以采用單菌種進(jìn)行水質(zhì)調(diào)控具有很大局限性。復(fù)合菌可以通過菌種間互利共生關(guān)系組成穩(wěn)定的生態(tài)微系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)菌種協(xié)同配合，提高環(huán)境耐受性的同時有效降低水體中各態(tài)污染物，凈水效果大大優(yōu)于單菌種作用［49］。徐 帥 琳［50］對 沼 澤 紅 假 單 胞 菌（Rhodopseudomonaspalustris）、枯草芽孢桿菌和細(xì)黃鏈霉菌（Streptomycesmicroflavus）3種微生物制劑的脫氮效果進(jìn)行了探究，結(jié)果顯示3株菌對氨氮都有很高的去除率，沼澤紅假單胞菌最高為94.3%，其次是枯草芽孢桿菌72.9%以及細(xì)黃鏈霉菌71.9%。而將3株菌按比例混合接種對氨氮和亞硝態(tài)氮去除率高達(dá)99.6%和94%，效果大大優(yōu)于單菌或雙菌作用，證明了復(fù)合菌株的優(yōu)勢。JANEO等［51］將含有多種益生菌、脂肪酶和蛋白酶的生物增強(qiáng)劑應(yīng)用于斑節(jié)對蝦（Penaeus monodon）的養(yǎng)殖中，發(fā)現(xiàn)其能夠有效改善養(yǎng)殖水質(zhì)和微生物結(jié)構(gòu)，且對斑節(jié)對蝦的生長起正向促進(jìn)作用?？祩骼诘龋?2］研究了3株異養(yǎng)硝化 好氧反硝化細(xì)菌對圓斑星鰈（Veraspervariegates）養(yǎng)殖水質(zhì)的凈化效果，3株菌分別是花津?yàn)┭挎邨U菌（Bacillus hwajinpoensis）、嗜 堿 鹽 單 胞 菌（Halomonasalkaliphila）和麥?zhǔn)辖惶鎲伟ˋlteromonasmacleodii）。結(jié)果顯示，3菌株混合處理組凈水效果最佳，雙菌組合次之，單菌作用效果最差，且實(shí)驗(yàn)菌株對圓斑星鰈無毒害和副作用。宋協(xié)法等［43］以生物膜法為基礎(chǔ)，以枯草芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌為實(shí)驗(yàn)對象，研究了單菌及混合菌作用時凈水效果的差異，結(jié)果顯示3菌株處理組氨氮和亞硝態(tài)氮去除率均達(dá)90%以上，COD去除率接近77%，顯著高于單菌株處理組和對照組。綜上可見，復(fù)合菌株能相互補(bǔ)足，提高對環(huán)境的適應(yīng)能力，在水質(zhì)調(diào)控方面具有單菌株無法替代的優(yōu)勢。

3.3 益生菌和浮游植物共同作用效果研究

微藻和水生植物是自然界的第一生產(chǎn)者，通過光合作用固定CO2，釋放氧氣，并吸收水體中氮磷元素合成有機(jī)物。而細(xì)菌作為分解者，能夠利用植物所釋放的氧氣來進(jìn)行自身的分解代謝活動，將水體中的有機(jī)物分解成無機(jī)物，再被植物吸收利用，實(shí)現(xiàn)代謝方面的互補(bǔ)（圖2）［53］。劉娥等［42］以蛋白核小球藻（Chlorellapyrenoidesa）和PSB為研究對象，探討了固定化菌藻的凈水效果。結(jié)果顯示，固定化菌藻對氮和磷的去除率高達(dá)95%和84%，顯著高于單菌或單藻作用。因此，合理的固定和使用菌藻結(jié)合體可顯著提高對養(yǎng)殖廢水的凈化效率。共生菌藻在生長過程中，彼此會分泌一些胞外產(chǎn)物來促進(jìn)對方的生長。細(xì)菌會分泌類維生素物質(zhì)、分解有機(jī)質(zhì)的酶類以及促進(jìn)微藻生長的糖肽類物質(zhì)；而微藻主要分泌溶解態(tài)氨基酸，用以刺激細(xì)菌的生長［54］。陳書秀和王偉偉［55］研究發(fā)現(xiàn)，EM菌能夠促進(jìn)硅藻、金藻和綠藻的生長，其中對金藻和硅藻的促生長作用更加明顯，生長率可提高20%～50%。GOMEZ GIL等［56］將牟氏角毛藻（ChaetocerosMuelleri）和解藻酸弧菌C7b（VibrioalginolyticusC7b）共培養(yǎng)時發(fā)現(xiàn)，解藻酸弧菌C7b增殖迅速，9 d內(nèi)始終保持穩(wěn)定的高濃度，而當(dāng)該菌株單獨(dú)進(jìn)行培養(yǎng)時，其菌株濃度很快開始降低。由此可見，形成共生關(guān)系的菌藻會促進(jìn)彼此的生長，繼而增加對水體中污染物的分解和吸收，凈化效果會顯著優(yōu)于菌藻單獨(dú)作用。

圖2 菌藻共生關(guān)系圖Fig.2 Picture of symbiotic relationship between bacteria and algae

除菌藻組合以外，益生菌和大型水生植物協(xié)同作用治理廢水也是研究的熱點(diǎn)之一。大型水生植物通過光合作用來吸收無機(jī)物以轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放氧氣，供益生菌利用。水生植物在生長的過程中，在其根系附近會形成好氧微環(huán)境，并附著大量微生物，間接促進(jìn)植物和微生物的 生 長 代 謝［57］。許 國 晶 等［58］將 水 葫 蘆（Eichhorniacrassipes）與EM菌組合應(yīng)用于養(yǎng)殖水環(huán)境改善中，其對氨氮、亞硝態(tài)氮、TN和TP以及COD的去除率分別為81.82%、89.8%、40.35%、73.81%和55.91%，顯著高于EM菌處理組以及對照組。集約化養(yǎng)殖水體經(jīng)該協(xié)同體系凈化處理之后，TN、TP水平降至淡水養(yǎng)殖池塘排放水一級標(biāo)準(zhǔn)，NH4＋ N水平降至0.6 mg·L－1以下，NO2－ N水平則降至0.1 mg·L－1以下?？点y等［59］作 了 類 似 的 研 究，將EM菌 和 水 雍 菜（Ipomoeaaquatica）共同作用于草魚養(yǎng)殖水體，高效脫氮除磷的同時，增加水雍菜的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的雙重效益。

4 問題和展望

綜上所述，益生菌不僅可以分解有機(jī)物使其轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，且對氨氮、亞硝態(tài)氮等無機(jī)污染物同樣具有高效吸收能力。此外，益生菌能夠抑制水體中有害菌藻的大量增殖，優(yōu)化微生物群落結(jié)構(gòu)，減少水產(chǎn)疾病的發(fā)生。利用益生菌進(jìn)行養(yǎng)殖水環(huán)境調(diào)控符合水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)健康發(fā)展的要求。但是，目前關(guān)于益生菌的研究還不夠深入，仍然存在很多急需解決的問題。首先，單菌株凈水作用機(jī)理研究較多，而關(guān)于復(fù)合菌株和菌藻之間的協(xié)同作用機(jī)理尚不清楚。其次，復(fù)合菌或菌藻進(jìn)行養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控，效果明顯優(yōu)于單菌株作用，但是各微生物之間的最佳配比以及用量用法還不能確定，現(xiàn)有的研究僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室層面，無法進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。再次，除光合細(xì)菌、芽孢桿菌等常用益生菌外，新生代益生菌品種開發(fā)不足，而且部分新開發(fā)菌株的安全性有待考究。最后，益生菌的發(fā)酵生長跟其所處環(huán)境密切相關(guān)，自然環(huán)境變化限制其凈水能力的發(fā)揮，目前高環(huán)境耐受性和廣譜適應(yīng)性菌株較為缺乏。因此，在益生菌未來的研究當(dāng)中，應(yīng)該從以下幾點(diǎn)出發(fā)：

1）開發(fā)具有特定功能的轉(zhuǎn)基因工程微生物，使其具有高環(huán)境耐受性和全面有效降解污染物的能力；

2）著重分離篩選天然漁業(yè)水域中固有的益生菌株，并對已篩選的天然菌株進(jìn)行安全性驗(yàn)證；

3）加強(qiáng)對復(fù)合菌、菌藻之間的協(xié)同作用機(jī)理和最佳配比研究，篩選出最合適的菌菌或菌藻組合并對其實(shí)用性進(jìn)行考究。

4）選用具有高營養(yǎng)價值和高凈水效率的菌株進(jìn)行水環(huán)境調(diào)控研究，菌株增殖后可直接作為水產(chǎn)動物的生物餌料，降低菌液分離的成本，兼顧生態(tài)和經(jīng)濟(jì)雙重效益。

盡管在益生菌的研究和應(yīng)用中存在諸多問題，但其仍然受到養(yǎng)殖從業(yè)者的青睞。相信隨著科學(xué)的發(fā)展和微生物領(lǐng)域研究的不斷深入，這些問題都會迎刃而解?？梢灶A(yù)見，益生菌應(yīng)用前景極其廣闊，將會給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。