不同種類芽孢桿菌凈化水質試驗

張 博

不同種類芽孢桿菌凈化水質試驗

張 博

水產養(yǎng)殖中，飼料的投喂量通常都會超過所蓄養(yǎng)水產動物的實際需要量，同時，水產動物對飼料的消化吸收效率也不可能達到完全消化，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谒a養(yǎng)殖過程中，各種原因都可導致水體中氨氮類物質、亞硝酸鹽物質、水中溶解硫化氫等物質富集。以上物質以及水中的溶解氧、pH值等都會影響到水產動物的健康狀況及養(yǎng)殖的收益。為了改善水產動物的健康狀況、提高收益，就必須對這類物質進行處理，改善水體環(huán)境。

通常情況下，凈化水質的方法大致有物理法、化學法以及生物法。物理法只是粗略地對水質進行懸浮物沉降、絮凝、過濾等，凈化效率不高；而化學法則是采用例如十二烷基磺酸鈉（SDS）等化學物質，在水體中進行一定化學反應，將導致水體污染的物質進行分解處理，效率較高，但存在一定化學污染的風險；現(xiàn)在國際最常使用的、最環(huán)保的水質凈化的方法是用微生物的方法，將水體中的污染物進行生物降解，將水體中不利于水產動物的物質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”經濟發(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，水體中污染物質，特別是亞硝酸鹽類物質的凈化是重點。本試驗基于此，設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凈化專用“派富”產品（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品（100億CFU/g，以下簡稱市售枯草）、市售地衣芽孢桿菌產品（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)上莊水產養(yǎng)殖場。

2 試驗設計、器材及方案

2.1 試驗設計

本試驗采用單因子試驗設計，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）、溫控磁力攪拌器（上?？苾x生產）、精密pH計（上海精密儀器儀表有限公司生產）、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樣本約16 L，經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滴至對應待檢預熱魚塘水燒杯中，置于30℃磁力攪拌器上混合均勻，轉移至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)殖水體水質凈化的結果。

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。眾多文獻結果均表明，水產養(yǎng)殖環(huán)節(jié)中，水體pH值越接近中性，水產動物健康狀況越好。偏酸或者偏堿性水質均不利于水產動物的生長發(fā)育。而水體pH值其實是綜合因素的結果，水體中化學物質的殘留、飼料被消化吸收生成的代謝產物以及水產動物的排泄產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，使水體出現(xiàn)pH值“歸中”的現(xiàn)象，將最終有利于水產動物的健康，本試驗結果與張博（2009）、王偉偉（2009）研究結果類似。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。氨氮類物質一般由水產動物飼料的代謝產物所構成，其中的氨氣（銨鹽）是改變水體酸堿度和溶解氧的直接因素。眾多文獻結果表明，減少養(yǎng)殖水體中氨氮類物質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動物直接應用，可間接補充水產飼料的蛋白源。本試驗中隨著時間的推移，水體中氨氮類物質的含量趨向于減少即證明了這一點，這將最終有利于水產動物的健康。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值結果有一定一致性的是，智薈的派富產品以及地衣、短小和枯草單菌種產品均優(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。同氨氮類物質一樣，亞硝酸鹽類物質一般由水產動物對飼料的不完全代謝產物所產生，而通常情況下，亞硝酸鹽具有一定毒性，對于水產動物的神經系統(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的濃度將有助于改善水體環(huán)境，這一點體現(xiàn)了其強大的反硝化作用。同時，類似于對氨氮類物質的作用，芽孢桿菌還可以利用亞硝酸鹽類物質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動物直接應用，可間接補充水產飼料的蛋白源。但由于亞硝酸鹽類物質本身結構上的不穩(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 結語

綜上所述，不同種類芽孢桿菌對水體中有害物質的處理效果表現(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，技術總監(jiān)，412007，湖南株洲。

2011-05-02

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（編輯：王 芳，xfang2005@163.com）