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——摘自《水生生物学报》 摘要: 试验对从健康养殖大黄鱼肠道中分离筛选到的一株益生地衣芽孢杆菌X3914 的氨氮、残饵降解特性进行了研究。结果表明, X3914 菌株降解氨氮的最适温度、盐度和pH 分别为30℃、2.0%和7.0, 在氨氮初始浓度为100 mg/L 时, 24h 内的氨氮降解率达到36.2%。通过向添加1%饲料的大黄鱼养殖用水中接种1%和5%(体积比)的菌量(菌浓度约为9.0×108 cfu/L)来研究地衣芽孢杆菌浓度对降解饲料中蛋白质、淀粉的影响。结果表明, 接种5%菌量的降解率均高于1%菌量的降解率, 其中, 48h 内接种5%菌量的蛋白质和淀粉的降解率分别为35.2% 和52.6%。X3914 菌株具有较好的氨氮、饲料蛋白质和淀粉的降解能力, 在水产养殖上具有潜在的应用价值。 关键词: 芽孢杆菌; 氨氮; 残饵; 降解特性
近年来随着人们生活水平的提高和环保意识的增强, 对水产品的安全和品质提出了新的更高要求,但是由于水产养殖集约化、高密度饲养模式的大规模应用, 使得养殖水体中有机物、氨氮和亚硝酸氮等污染物的浓度增加, 不但导致水质恶化, 而且直接毒害养殖动物[1], 引起病害的频繁发生, 水产品品质也在不断下降, 养殖水体生态遭到严重破坏。针对水产养殖中出现的这些问题, 微生态制剂的调控技术已经成为解决养殖水域污染病害问题的有效手段之一[2]。相对于传统的物理和化学方法而言, 微生态技术具有成本低、收效大、无二次污染等优点, 是当前环境治理尤其是水环境污染治理的研究热点[3]。 研究表明, 具有高效除氮能力的细菌既有自养型细菌(硝化细菌[4]、光合细菌[5]等), 也有恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)[6] 、芽孢杆菌(Bacillussp.)[7]等异养型细菌。目前芽孢杆菌是水产养殖中应用最多的微生物之一。主要是由于芽孢杆菌[8]不但在分离和培养方面对营养和环境条件均有较低要求,具有生长速率快、溶解氧要求浓度低、能忍受酸性的环境等优点[8—10]; 而且芽孢杆菌(Bacillus sp.)有利于提高养殖生物的消化机能, 促进其对营养物质的吸收[11], 降解水体中的有机碎屑, 减少氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等有毒有害物质, 起到优化养殖环境, 促进水环境生态良性循环等功效。
氨氮是水中离子铵和分子氨的总称, 离子铵的毒性与水环境的pH、温度、盐度、溶解氧等因子有关。目前芽孢杆菌属的细菌用于水体氨氮降解的研究以枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌和芽孢乳杆菌为主, 而地衣芽孢杆菌较少报道。本试验用从健康养殖的大黄鱼肠道中分离筛选到的一株益生菌——地衣芽孢杆菌X3914, 旨在对其氨氮降解特性及残饵的降解能力进行研究, 获得其降解氨氮、残余饵料蛋白质和淀粉的规律, 为养殖水体的氨氮污染及残饵的去除探求一种更为有效的方法。
1. 菌株X3914 降解特性 氨氮的生物降解主要是由细菌分泌酶系进行, 氨氮降解菌株对氨氮的降解之前需对氨氮进行吸附[17],在一定程度上菌株对氨氮的降解能力受到氨氮吸附能力的制约。X3914 菌株生长速率最大的时期亦是反应液中氨氮含量下降最快的时期, 表明菌的生长与氨氮的降解是同步进行的。与吴伟等 [17]所使用的诺卡氏菌株的生长率略落后于氨氮浓度的降低相比, 表明在这种接种量下, X3914 菌株具有更高的氨氮吸附效率, 具有更大的降解效率。本试验结果也与侯颖等[18]报道的巨大芽孢杆菌具有相同的特性, 说明X3914 菌株在最大活性范围内可有效发挥氨氮降解作用。
温度、盐度和pH 等主要影响菌株的酶系活性,影响微生物的生长代谢, 进而影响菌株对氨氮的降解能力。本试验结果表明在温度为20℃—40℃, 盐度为1.0%—2.5%, pH 为6—9 之间也有相当高的活性, 说明该菌株无论在海水还是淡水中均具有潜在的广泛应用潜力。目前地衣芽孢杆菌对盐度的适应性还未见报道,所以本实验首次对该菌株的盐度适应性进行了研究。X3914 菌株在盐度为1%—3%范围内有很高的氨氮降解效率, 也证明在自然海水(盐度2.69%)中,该菌的生长并未受到明显影响, 将其制成益生菌后在海水养殖方面有一定的应用潜力。
在本试验中X3914 菌株在氨氮初始浓度100mg/L 时具有很高的活性, 在100 mg/L 与150 mg/L之间下降明显, 在一定程度上说明高浓度的氨氮超出细菌生长所需, 产生一定的抑制作用, 导致氨氮降解率下降, 但还具有很大降解效率, 此与侯颖等[18]报道的巨大芽孢杆菌的氨氮初始浓度50 mg/L 相比,对氨氮的降解能力具有更大的优势。本试验菌株在100 mg/L、24h 的降解率只达到36.2%, 与上面的菌株95%相比, 还需要继续驯化, 以达到高效生产的需要。
2. 菌株X3914 对氨氮以及残饵中蛋白质、淀粉的降解能力 当以大黄鱼养殖用水为基质, 向添加1%饲料的培养基中分别接种5%和1%的菌量, 发现5%的接种量的降解率均高于1%的接种量的降解率, 说明在一定量残饵浓度下, 加大接种量有利于残饵的加速降解。这可能是由于菌株的群体效应能快速发挥,菌株的代谢活性更大。与谢航等[3]报道的地衣芽孢杆菌72h 对饲料中蛋白质与淀粉降解率均约为60%的结果相比, 在本试验中地衣芽孢杆菌X3914 菌株48h 对水体中饲料蛋白质和淀粉的降解率分别是35.2%和52.6%, 可能是由于前者利用摇床培养增加了菌体同饲料的接触机会, 增加了培养液中的溶氧浓度, 使菌体快速生长并分泌蛋白酶、淀粉酶进行降解作用引起。但本实验是最大化模拟自然状态,所以未进行摇床培养, 以求获得较真实的效果。
无论是侯颖等[18]还是谢航等[3], 均是只针对菌株的一种降解能力来进行研究, 两种或者多种降解能力的研究尚未见报道。因此, 我们认为本试验中的X3914 菌株具有较好的氨氮、饲料蛋白质和淀粉的降解能力, 可以确定其在水产养殖上具有潜在的应用价值。若要将其应用于实际生产中, 尚需对该菌株进行驯化, 对其降解特性、降解机理等多方面内容做进一步深入研究, 使其更好地应用于水质的净化处理。
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发表于 2014-11-18 13:59:59
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