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——摘自《水生生物學(xué)報(bào)》 摘要: 試驗(yàn)對(duì)從健康養(yǎng)殖大黃魚腸道中分離篩選到的一株益生地衣芽孢桿菌X3914 的氨氮、殘餌降解特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明, X3914 菌株降解氨氮的最適溫度、鹽度和pH 分別為30℃、2.0%和7.0, 在氨氮初始濃度為100 mg/L 時(shí), 24h 內(nèi)的氨氮降解率達(dá)到36.2%。通過(guò)向添加1%飼料的大黃魚養(yǎng)殖用水中接種1%和5%(體積比)的菌量(菌濃度約為9.0×108 cfu/L)來(lái)研究地衣芽孢桿菌濃度對(duì)降解飼料中蛋白質(zhì)、淀粉的影響。結(jié)果表明, 接種5%菌量的降解率均高于1%菌量的降解率, 其中, 48h 內(nèi)接種5%菌量的蛋白質(zhì)和淀粉的降解率分別為35.2% 和52.6%。X3914 菌株具有較好的氨氮、飼料蛋白質(zhì)和淀粉的降解能力, 在水產(chǎn)養(yǎng)殖上具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞: 芽孢桿菌; 氨氮; 殘餌; 降解特性
近年來(lái)隨著人們生活水平的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng), 對(duì)水產(chǎn)品的安全和品質(zhì)提出了新的更高要求,但是由于水產(chǎn)養(yǎng)殖集約化、高密度飼養(yǎng)模式的大規(guī)模應(yīng)用, 使得養(yǎng)殖水體中有機(jī)物、氨氮和亞硝酸氮等污染物的濃度增加, 不但導(dǎo)致水質(zhì)惡化, 而且直接毒害養(yǎng)殖動(dòng)物[1], 引起病害的頻繁發(fā)生, 水產(chǎn)品品質(zhì)也在不斷下降, 養(yǎng)殖水體生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞。針對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖中出現(xiàn)的這些問(wèn)題, 微生態(tài)制劑的調(diào)控技術(shù)已經(jīng)成為解決養(yǎng)殖水域污染病害問(wèn)題的有效手段之一[2]。相對(duì)于傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法而言, 微生態(tài)技術(shù)具有成本低、收效大、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn), 是當(dāng)前環(huán)境治理尤其是水環(huán)境污染治理的研究熱點(diǎn)[3]。 研究表明, 具有高效除氮能力的細(xì)菌既有自養(yǎng)型細(xì)菌(硝化細(xì)菌[4]、光合細(xì)菌[5]等), 也有惡臭假單胞菌(Pseudomonas putida)[6] 、芽孢桿菌(Bacillussp.)[7]等異養(yǎng)型細(xì)菌。目前芽孢桿菌是水產(chǎn)養(yǎng)殖中應(yīng)用最多的微生物之一。主要是由于芽孢桿菌[8]不但在分離和培養(yǎng)方面對(duì)營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境條件均有較低要求,具有生長(zhǎng)速率快、溶解氧要求濃度低、能忍受酸性的環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)[8—10]; 而且芽孢桿菌(Bacillus sp.)有利于提高養(yǎng)殖生物的消化機(jī)能, 促進(jìn)其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收[11], 降解水體中的有機(jī)碎屑, 減少氨氮、亞硝酸鹽、硫化氫等有毒有害物質(zhì), 起到優(yōu)化養(yǎng)殖環(huán)境, 促進(jìn)水環(huán)境生態(tài)良性循環(huán)等功效。
氨氮是水中離子銨和分子氨的總稱, 離子銨的毒性與水環(huán)境的pH、溫度、鹽度、溶解氧等因子有關(guān)。目前芽孢桿菌屬的細(xì)菌用于水體氨氮降解的研究以枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌和芽孢乳桿菌為主, 而地衣芽孢桿菌較少報(bào)道。本試驗(yàn)用從健康養(yǎng)殖的大黃魚腸道中分離篩選到的一株益生菌——地衣芽孢桿菌X3914, 旨在對(duì)其氨氮降解特性及殘餌的降解能力進(jìn)行研究, 獲得其降解氨氮、殘余餌料蛋白質(zhì)和淀粉的規(guī)律, 為養(yǎng)殖水體的氨氮污染及殘餌的去除探求一種更為有效的方法。
1. 菌株X3914 降解特性 氨氮的生物降解主要是由細(xì)菌分泌酶系進(jìn)行, 氨氮降解菌株對(duì)氨氮的降解之前需對(duì)氨氮進(jìn)行吸附[17],在一定程度上菌株對(duì)氨氮的降解能力受到氨氮吸附能力的制約。X3914 菌株生長(zhǎng)速率最大的時(shí)期亦是反應(yīng)液中氨氮含量下降最快的時(shí)期, 表明菌的生長(zhǎng)與氨氮的降解是同步進(jìn)行的。與吳偉等 [17]所使用的諾卡氏菌株的生長(zhǎng)率略落后于氨氮濃度的降低相比, 表明在這種接種量下, X3914 菌株具有更高的氨氮吸附效率, 具有更大的降解效率。本試驗(yàn)結(jié)果也與侯穎等[18]報(bào)道的巨大芽孢桿菌具有相同的特性, 說(shuō)明X3914 菌株在最大活性范圍內(nèi)可有效發(fā)揮氨氮降解作用。
溫度、鹽度和pH 等主要影響菌株的酶系活性,影響微生物的生長(zhǎng)代謝, 進(jìn)而影響菌株對(duì)氨氮的降解能力。本試驗(yàn)結(jié)果表明在溫度為20℃—40℃, 鹽度為1.0%—2.5%, pH 為6—9 之間也有相當(dāng)高的活性, 說(shuō)明該菌株無(wú)論在海水還是淡水中均具有潛在的廣泛應(yīng)用潛力。目前地衣芽孢桿菌對(duì)鹽度的適應(yīng)性還未見(jiàn)報(bào)道,所以本實(shí)驗(yàn)首次對(duì)該菌株的鹽度適應(yīng)性進(jìn)行了研究。X3914 菌株在鹽度為1%—3%范圍內(nèi)有很高的氨氮降解效率, 也證明在自然海水(鹽度2.69%)中,該菌的生長(zhǎng)并未受到明顯影響, 將其制成益生菌后在海水養(yǎng)殖方面有一定的應(yīng)用潛力。
在本試驗(yàn)中X3914 菌株在氨氮初始濃度100mg/L 時(shí)具有很高的活性, 在100 mg/L 與150 mg/L之間下降明顯, 在一定程度上說(shuō)明高濃度的氨氮超出細(xì)菌生長(zhǎng)所需, 產(chǎn)生一定的抑制作用, 導(dǎo)致氨氮降解率下降, 但還具有很大降解效率, 此與侯穎等[18]報(bào)道的巨大芽孢桿菌的氨氮初始濃度50 mg/L 相比,對(duì)氨氮的降解能力具有更大的優(yōu)勢(shì)。本試驗(yàn)菌株在100 mg/L、24h 的降解率只達(dá)到36.2%, 與上面的菌株95%相比, 還需要繼續(xù)馴化, 以達(dá)到高效生產(chǎn)的需要。
2. 菌株X3914 對(duì)氨氮以及殘餌中蛋白質(zhì)、淀粉的降解能力 當(dāng)以大黃魚養(yǎng)殖用水為基質(zhì), 向添加1%飼料的培養(yǎng)基中分別接種5%和1%的菌量, 發(fā)現(xiàn)5%的接種量的降解率均高于1%的接種量的降解率, 說(shuō)明在一定量殘餌濃度下, 加大接種量有利于殘餌的加速降解。這可能是由于菌株的群體效應(yīng)能快速發(fā)揮,菌株的代謝活性更大。與謝航等[3]報(bào)道的地衣芽孢桿菌72h 對(duì)飼料中蛋白質(zhì)與淀粉降解率均約為60%的結(jié)果相比, 在本試驗(yàn)中地衣芽孢桿菌X3914 菌株48h 對(duì)水體中飼料蛋白質(zhì)和淀粉的降解率分別是35.2%和52.6%, 可能是由于前者利用搖床培養(yǎng)增加了菌體同飼料的接觸機(jī)會(huì), 增加了培養(yǎng)液中的溶氧濃度, 使菌體快速生長(zhǎng)并分泌蛋白酶、淀粉酶進(jìn)行降解作用引起。但本實(shí)驗(yàn)是最大化模擬自然狀態(tài),所以未進(jìn)行搖床培養(yǎng), 以求獲得較真實(shí)的效果。
無(wú)論是侯穎等[18]還是謝航等[3], 均是只針對(duì)菌株的一種降解能力來(lái)進(jìn)行研究, 兩種或者多種降解能力的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此, 我們認(rèn)為本試驗(yàn)中的X3914 菌株具有較好的氨氮、飼料蛋白質(zhì)和淀粉的降解能力, 可以確定其在水產(chǎn)養(yǎng)殖上具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。若要將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中, 尚需對(duì)該菌株進(jìn)行馴化, 對(duì)其降解特性、降解機(jī)理等多方面內(nèi)容做進(jìn)一步深入研究, 使其更好地應(yīng)用于水質(zhì)的凈化處理。
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