冰凍對硝化細菌制劑活性的影響
2014-07-08 02:22:42任杰周洋孔小蓉宋志文
河北漁業 2014年5期
任杰+周洋+孔小蓉+宋志文
DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.05.003
摘 要：在實驗室模擬條件下，研究冰凍對淡水型硝化細菌和海水型硝化細菌制劑中氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化細菌活性的影響。結果表明，冰凍對淡水型硝化細菌和海水型硝化細菌制劑活性均有較為明顯的抑制作用，且10 d處理組的抑制作用高于5 d處理組，對淡水型硝化細菌制劑活性的抑制作用大于海水型硝化細菌制劑。液體硝化細菌制劑在冬季運輸和保存過程中要采取保溫措施，以避免由于冰凍導致的菌劑活性降低。
關鍵詞：硝化細菌制劑；冰凍；活性；降解速率
硝化細菌是一類廣泛存在于自然界在氮循環中起到重要作用的微生物，包括氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化細菌兩類。前者將氨氧化成亞硝酸鹽，后者進一步將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽。由于通過硝化作用過程可將毒性較強的氨和亞硝酸鹽轉化為相對低毒的硝酸鹽，因此硝化細菌菌劑在污水處理、水產養殖和水族觀賞等領域的應用十分廣泛[1-2]。
近年來，硝化細菌已逐漸成為水產養殖和水族領域的熱門話題，它在水產養殖和水族中的重要性開始引起廣泛的注意?？梢哉f，迄今為止，在大規模、集約化的水產養殖模式中，如果沒有硝化細菌參與其中的凈水作用，想獲得成功養殖是難以實現的。目前市場上出售的硝化細菌制劑很多，其中相當一部分是液體制劑，在北方冬季運輸和儲存中存在冰凍現象，由于硝化細菌對溫度、pH等諸多環境因子敏感[3-5]，因此冰凍是否會影響其活性，一直是硝化細菌生產者和消費者較為關心的問題。
本課題組前期在硝化細菌菌劑制備及應用方面做了大量工作，在水族和水產養殖領域均取得較好的效果[6-9]。本研究以自行培養的淡水型和海水型硝化細菌制劑為研究對象，在通過實驗模擬確定冰凍對硝化細菌制劑中氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化細菌活性的影響，從而為硝化細菌制劑的推廣與應用提供依據。
1 材料與方法
1.1 實驗儀器
722型分光光度計、HZS-H水浴振蕩器、pHS-3C型精密酸度計等。
1.2 實驗材料
1.2.1 菌劑 淡水型和海水型硝化細菌，由本實驗室自行培養，為氨氧化細菌和亞硝酸鹽氧化細菌的混合培養物。
1.2.2 實驗試劑 無氨蒸餾水、碘化鉀、碘化汞、酒石酸鉀鈉、氯化銨。
1.2.3 人工海水 由海水素（青島通用海大海水素有限公司）人工配制而成。
1.3 研究方法
將淡水型硝化細菌和海水型硝化細菌制劑分別分成3組，I組在-20 ℃冰箱冷凍保存5 d，II組-20 ℃冰箱冷凍保存10 d，III組為常溫條件下保存的對照組。
1.3.1 冰凍對氨氧化細菌活性的影響 用氯化銨配制氨氮含量為50 mg/L的溶液（海水型硝化細菌用人工海水配制），加至250 mL錐形瓶中，每個錐形瓶加入100 mL，分別加入常溫保存硝化細菌制劑、冰凍5 d的硝化細菌制劑、冰凍10 d的硝化細菌制劑各5 mL。將錐形瓶置于水浴振蕩器中，25 ℃水浴溫度下，130 r/min搖瓶培養。每隔12 h測定樣品中氨氮含量。每組兩個重復。
1.3.2 冰凍對亞硝酸鹽氧化細菌活性的影響 用亞硝酸鈉配制含量為20 mg/L的溶液（海水型硝化細菌用人工海水配制），加至250 mL錐形瓶中，每個錐形瓶加入100 mL，分別加入常溫保存硝化細菌制劑、冰凍5 d的硝化細菌制劑、冰凍10 d的硝化細菌制劑各5 mL。將錐形瓶置于水浴振蕩器中，25 ℃水浴溫度下，130 r/min搖瓶培養。每隔1 d測定樣品中亞硝酸鹽含量。每組兩個重復。
1.4 分析方法
水中氨氮采用納氏試劑分光光度法測定；亞硝酸鹽氮采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法測定[10-11]。
2 結果與討論
2.1 冰凍對氨氧化細菌活性的影響
冰凍對淡水型硝化細菌中氨氧化細菌活性的影響見圖1。從圖1中可以看出，冰凍對氨氧化細菌活性有一定程度影響，對照組中氨氮下降速率明顯快于實驗組，50 mg/L氨氮經84 h即降至檢測不出。而冰凍5 d的實驗組和冰凍10 d的實驗組經144 h處理后氨氮含量還分別為23.3 mg/L和34.6 mg/L。
經計算，對照組氨氮降解速率為1 628 mg NH3-N/gMlvss?d，冰凍5 d組的氨氮降解速率為507 mg NH3-N/gMlvss?d，冰凍10 d組氨氮降解速率為292 mg NH3-N/gMlvss?d，冰凍對淡水型硝化細菌制劑中氨氧化細菌的活性有較為明顯的抑制作用。
圖1 冰凍對淡水型硝化細菌制劑
中氨氧化細菌活性的影響
冰凍對海水型硝化細菌中氨氧化細菌活性的影響見圖2，從圖2中可以看出，冰凍對氨氧化細菌活性有一定程度影響，對照組中氨氮下降速率明顯快于實驗組，50 mg/L氨氮經84 h即降至檢測不出。而冰凍5 d的實驗組和冰凍10 d的實驗組經144 h處理后氨氮含量還分別為22.4 mg/L和25.4 mg/L。
經計算，對照組的氨氮降解速率為2 455 mg NH3-N/gMlvss?d，冰凍5 d組氨氮降解速率為790 mg NH3-N/gMlvss?d，冰凍10 d組氨氮降解速率為704 mg NH3-N/gMlvss?d，冰凍對海水型硝化細菌制劑中氨氧化細菌的活性有較為明顯的抑制作用。
圖2 冰凍對海水型硝化細菌制劑中
氨氧化細菌活性的影響
2.2 冰凍對亞硝酸鹽氧化細菌活性的影響
冰凍對淡水型硝化細菌中亞硝酸鹽氧化細菌活性的影響見圖3，從圖3中可以看出，對照組亞硝酸鹽氮下降明顯快于實驗組，20 mg/L亞硝酸鹽經4 d即可降至檢測不出。而冰凍5 d的實驗組經7 d處理后，亞硝酸鹽氮降至1.2 mg/L；冰凍10 d的實驗組經7 d處理后亞硝酸鹽氮仍為15.0 mg/L。
圖3 冰凍對淡水型硝化細菌制劑中
氨氧化細菌活性的影響
經計算，對照組亞硝酸鹽氮降解速率為360 mg NO2--N/gMlvss?d，冰凍5 d組亞硝酸鹽氮降解速率為193 mg NH3-N/gMlvss?d，冰凍10 d組氨氮降解速率為51 mg NO2--N/gMlvss?d，冰凍對淡水硝化細菌制劑中亞硝酸鹽氧化細菌的活性有較為明顯的抑制作用。
冰凍對海水型硝化細菌中亞硝酸鹽氧化細菌活性的影響見圖4，從圖中可以看出，對照組亞硝酸鹽氮下降明顯快于實驗組，20 mg/L亞硝酸鹽經7 d即可降至0.7 mg/L。而冰凍5 d的實驗組經7 d處理后，亞硝酸鹽氮降至4.7 mg/L；冰凍10 d的實驗組經7 d處理后亞硝酸鹽氮仍為7.7 mg/L。
經計算，對照組亞硝酸鹽氮降解速率為461 mg NO2--N/gMlvss?d，冰凍5 d組亞硝酸鹽氮降解速率為353 mg NH3-N/gMlvss?d，冰凍10 d組亞硝酸鹽氮降解速率為283 mg NO2--N/gMlvss?d，冰凍對海水型硝化細菌制劑中亞硝酸鹽氧化細菌的活性有較為明顯的抑制作用。
圖4 冰凍對海水型硝化細菌制劑
亞硝酸鹽氧化細菌活性的影響
冰凍對于硝化細菌具有明顯的抑制作用，且抑制作用隨時間增長而加強，主要是由于低溫形成的冰晶對細菌細胞具有傷害作用，細胞內結冰則對細胞膜、細胞器乃至整個細胞產生破壞作用。從實驗結果看，冰凍對淡水型硝化細菌的影響要大于海水型硝化細菌，分析原因可能是海水型硝化細菌的實驗是在人工海水條件下進行的，較高的離子強度對硝化細菌細胞具有一定的保護作用。3 結論
冰凍對淡水型硝化細菌和海水型硝化細菌制劑活性均有較為明顯的抑制作用，且10 d處理組的抑制作用高于5 d處理組。
冰凍對淡水型硝化細菌制劑活性的抑制作用大于海水型硝化細菌制劑。
液體硝化細菌制劑在冬季運輸和保存過程中要采取保溫措施，以避免由于冰凍導致的菌劑活性降低。
參考文獻：
[1] 劉志培,劉雙江.硝化作用微生物的分子生物學研究進展[J].應用與環境生物學報,2004（04）:521-525
[2] 朱曉東,張根玉,朱雅珠,等.硝化細菌的生物學特性以及在水產養殖中的應用[J].水產科技情報,2009,36(5):221-224
[3] Mauret M,Paulion E,Peutch-Costes E,et al.Application of experimental research methodology to the study of nitrification in mixed culture[J].Water Sci.Technol.,1996,34(1/2):245-252
[4] 王歆鵬,陳堅,華兆哲,等.硝化菌群在不同條件下的增殖速率和硝化活性[J].應用與環境生物學報,1999,5(1): 64-68
[5] Sudarno U,Winter J,Gallert C.Effect of varying salinity,temperature,ammonia and nitrous acid concentrations on nitrification of saline wastewater in fixed-bed reactors[J].Bioresour.Technol.,2011,102(10):5665-5673
[6] 劉冉,周洋,宋志文,等.硝化細菌對海參養殖系統水質的凈化效果[J].河北漁業,2012（2）:15-18
[7] 宋志文,徐敏,溫少鵬,等.硝化細菌制劑對淡水水族箱水質的凈化效果[J].河北漁業,2007（7）:29-31
[8] 周洋,孔小蓉,宋志文,等.硝化細菌對海水水族箱硝化功能建立過程的影響[J].河北漁業,2009（3）:4-6
[9] 吳偉,宋志文,于弘路,等.氨負荷對水族箱硝化功能建立過程的影響[J].河北漁業,2010（11）:4-7
[10] 中華人民共和國環境保護部.水質氨氮的測定納氏試劑分光光度法( HJ535-2009).北京:中國環境科學出版社,2009
[11] 國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法(第四版)[M].北京:中國環境科學出版社,2002
Effects of frost on the activity of nitrifying bacteria preparation
REN Jie1,ZHOU Yang2,KONG Xiao
--------------------------------------------------------------------------------
rong1,SONG Zhi
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wen1
(1. Qingdao Technological University, Qingdao 266033, China; 2.Management Office of Jihongtan Reservoir, the project of
water diversion from the Yellow River into Qingdao in Shandong, Qingdao 266111, China )
Abstract：Simulated conditions in the laboratory to study frost effects on activity of ammonia-oxidizing bacteria and nitrite-oxidizing bacteria in freshwater and marine nitrifying bacteria preparation.The results showed that frost had obvious inhibitory effect on activity of freshwater and marine nitrifying bacteria preparation.And the inhibitory effect on frost for ten days was greater than on frost for five days,the inhibitory effect on activity of nitrifying bacteria preparation was greater than on marine nitrifying bacteria preparation.In order to avoid the decrease of bacteria preparation activity because of frost,insulation measures should be taken to liquid nitrifying bacteria preparation during the transport and storage in winter.
Key words：nitrifying bacteria preparation; frost; activity; degradation rate
（收稿日期：2014-01-27）
圖4 冰凍對海水型硝化細菌制劑
亞硝酸鹽氧化細菌活性的影響
冰凍對于硝化細菌具有明顯的抑制作用，且抑制作用隨時間增長而加強，主要是由于低溫形成的冰晶對細菌細胞具有傷害作用，細胞內結冰則對細胞膜、細胞器乃至整個細胞產生破壞作用。從實驗結果看，冰凍對淡水型硝化細菌的影響要大于海水型硝化細菌，分析原因可能是海水型硝化細菌的實驗是在人工海水條件下進行的，較高的離子強度對硝化細菌細胞具有一定的保護作用。3 結論
冰凍對淡水型硝化細菌和海水型硝化細菌制劑活性均有較為明顯的抑制作用，且10 d處理組的抑制作用高于5 d處理組。
冰凍對淡水型硝化細菌制劑活性的抑制作用大于海水型硝化細菌制劑。
液體硝化細菌制劑在冬季運輸和保存過程中要采取保溫措施，以避免由于冰凍導致的菌劑活性降低。
參考文獻：
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Effects of frost on the activity of nitrifying bacteria preparation
REN Jie1,ZHOU Yang2,KONG Xiao
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rong1,SONG Zhi
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wen1
(1. Qingdao Technological University, Qingdao 266033, China; 2.Management Office of Jihongtan Reservoir, the project of
water diversion from the Yellow River into Qingdao in Shandong, Qingdao 266111, China )
Abstract：Simulated conditions in the laboratory to study frost effects on activity of ammonia-oxidizing bacteria and nitrite-oxidizing bacteria in freshwater and marine nitrifying bacteria preparation.The results showed that frost had obvious inhibitory effect on activity of freshwater and marine nitrifying bacteria preparation.And the inhibitory effect on frost for ten days was greater than on frost for five days,the inhibitory effect on activity of nitrifying bacteria preparation was greater than on marine nitrifying bacteria preparation.In order to avoid the decrease of bacteria preparation activity because of frost,insulation measures should be taken to liquid nitrifying bacteria preparation during the transport and storage in winter.
Key words：nitrifying bacteria preparation; frost; activity; degradation rate
（收稿日期：2014-01-27）
圖4 冰凍對海水型硝化細菌制劑
亞硝酸鹽氧化細菌活性的影響
冰凍對于硝化細菌具有明顯的抑制作用，且抑制作用隨時間增長而加強，主要是由于低溫形成的冰晶對細菌細胞具有傷害作用，細胞內結冰則對細胞膜、細胞器乃至整個細胞產生破壞作用。從實驗結果看，冰凍對淡水型硝化細菌的影響要大于海水型硝化細菌，分析原因可能是海水型硝化細菌的實驗是在人工海水條件下進行的，較高的離子強度對硝化細菌細胞具有一定的保護作用。3 結論
冰凍對淡水型硝化細菌和海水型硝化細菌制劑活性均有較為明顯的抑制作用，且10 d處理組的抑制作用高于5 d處理組。
冰凍對淡水型硝化細菌制劑活性的抑制作用大于海水型硝化細菌制劑。
液體硝化細菌制劑在冬季運輸和保存過程中要采取保溫措施，以避免由于冰凍導致的菌劑活性降低。
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[8] 周洋,孔小蓉,宋志文,等.硝化細菌對海水水族箱硝化功能建立過程的影響[J].河北漁業,2009（3）:4-6
[9] 吳偉,宋志文,于弘路,等.氨負荷對水族箱硝化功能建立過程的影響[J].河北漁業,2010（11）:4-7
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Effects of frost on the activity of nitrifying bacteria preparation
REN Jie1,ZHOU Yang2,KONG Xiao
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rong1,SONG Zhi
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(1. Qingdao Technological University, Qingdao 266033, China; 2.Management Office of Jihongtan Reservoir, the project of
water diversion from the Yellow River into Qingdao in Shandong, Qingdao 266111, China )
Abstract：Simulated conditions in the laboratory to study frost effects on activity of ammonia-oxidizing bacteria and nitrite-oxidizing bacteria in freshwater and marine nitrifying bacteria preparation.The results showed that frost had obvious inhibitory effect on activity of freshwater and marine nitrifying bacteria preparation.And the inhibitory effect on frost for ten days was greater than on frost for five days,the inhibitory effect on activity of nitrifying bacteria preparation was greater than on marine nitrifying bacteria preparation.In order to avoid the decrease of bacteria preparation activity because of frost,insulation measures should be taken to liquid nitrifying bacteria preparation during the transport and storage in winter.
Key words：nitrifying bacteria preparation; frost; activity; degradation rate
（收稿日期：2014-01-27）
