不同种类芽孢杆菌净化水质试验

张 博

不同种类芽孢杆菌净化水质试验

张 博

水产养殖中，饲料的投喂量通常都会超过所蓄养水产动物的实际需要量，同时，水产动物对饲料的消化吸收效率也不可能达到完全消化，这就造成了养殖水体中会存在一定量的饲料及饲料残渣的剩余。与此同时，浮游生物的繁殖和死亡，以及一定量的养殖动物在养殖过程中死亡后而未得到及时清理，也会造成生物来源的水体污染。总之，在水产养殖过程中，各种原因都可导致水体中氨氮类物质、亚硝酸盐物质、水中溶解硫化氢等物质富集。以上物质以及水中的溶解氧、pH值等都会影响到水产动物的健康状况及养殖的收益。为了改善水产动物的健康状况、提高收益，就必须对这类物质进行处理，改善水体环境。

通常情况下，净化水质的方法大致有物理法、化学法以及生物法。物理法只是粗略地对水质进行悬浮物沉降、絮凝、过滤等，净化效率不高；而化学法则是采用例如十二烷基磺酸钠（SDS）等化学物质，在水体中进行一定化学反应，将导致水体污染的物质进行分解处理，效率较高，但存在一定化学污染的风险；现在国际最常使用的、最环保的水质净化的方法是用微生物的方法，将水体中的污染物进行生物降解，将水体中不利于水产动物的物质分解至对其生长危害性较小或者无害。在这其中，芽孢杆菌类是较常使用的一大类微生物。我国“十二五”经济发展规划纲要专门就生物方法解决水体环境污染制定了要求和目标，水体中污染物质，特别是亚硝酸盐类物质的净化是重点。本试验基于此，设计并验证了不同芽孢杆菌种类对养殖用水体的净化效果。

1 试验材料

枯草芽孢杆菌（100亿CFU/g，以下简称枯草）、地衣芽孢杆菌（100亿CFU/g，以下简称地衣）、短小芽孢杆菌（100亿CFU/g，以下简称短小）、混合芽孢杆菌（100亿CFU/g，枯草：地衣：短小=1：1：1，以下简称混合），以上菌株产品来自株洲智荟生物科技有限公司。同时选择株洲智荟生物科技有限公司所售水质净化专用“派富”产品（100亿CFU/g，枯草：地衣：短小=A：B：C，商业配方，以下简称派富）。

市售枯草芽孢杆菌产品（100亿CFU/g，以下简称市售枯草）、市售地衣芽孢杆菌产品（100亿CFU/g，以下简称市售地衣）。

试验用养殖水体采集自北京市海淀区上庄水产养殖场。

2 试验设计、器材及方案

2.1 试验设计

本试验采用单因子试验设计，试验共分8个组：T1枯草组、T2地衣组、T3短小组、T4派富组、T5混合组、T6市售枯草组、T7市售地衣组以及C空白对照组。

2.2 试验器材及试剂盒

水浴锅（上海精密仪器仪表有限公司生产）、温控磁力搅拌器（上海科仪生产）、精密pH计（上海精密仪器仪表有限公司生产）、1 ml和200 μl微量加样器（Nelson）、氨氮检测试剂盒（购自南京建成生物工程研究所）、亚硝酸盐检测试剂盒（购自南京建成生物工程研究所）。

2.3 试验采样时间

试验采样点选择初始 0 min、30 min、1 h、2 h、3 h、4 h、6 h、8 h 以及 24 h。

2.4 试验方案

从鱼塘水体采集水质样本约16 L，经8层纱布过滤后均分成8份，每份约2 L。测定初始水体中pH值、氨氮和亚硝酸盐浓度，后将8份样本置于30℃水浴锅中预热至30℃。

试验用芽孢杆菌的活化：每组（除C组）各取约0.75 g对应芽孢杆菌菌粉，混悬于含100 ml去离子水的200 ml烧杯中，每个烧杯中加入约20 g红糖，将混悬好的含红糖的菌液（7.5 g/l）置于30℃水浴锅中2 h以待菌活化。

待菌活化完成后，将菌液用置于30℃预热好的去离子水稀释100 000倍，得到浓度为7.5×10-5g/l的工作液。从每个工作液烧杯中移取1 ml滴至对应待检预热鱼塘水烧杯中，置于30℃磁力搅拌器上混合均匀，转移至30℃水浴锅中。依次于30 min、1 h、2 h、3 h、4 h、6 h、8 h以及 24 h采样测定水体中 pH 值、氨氮以及亚硝酸盐含量。

3 试验结果及分析

图1、图2、图3中是不同种类芽孢杆菌对养殖水体水质净化的结果。

图1 不同种类芽孢杆菌对养殖水体pH值的影响

由图1可知，所有种类的芽孢杆菌均可显著（P＜0.05）降低养殖水体的pH值。众多文献结果均表明，水产养殖环节中，水体pH值越接近中性，水产动物健康状况越好。偏酸或者偏碱性水质均不利于水产动物的生长发育。而水体pH值其实是综合因素的结果，水体中化学物质的残留、饲料被消化吸收生成的代谢产物以及水产动物的排泄产物等均直接或间接影响到水体的pH值，特别是水体中生成的硫化氢和亚硝酸盐等均可直接影响pH值。本试验中芽孢杆菌可分解利用水体中的某些影响pH值的物质，使水体出现pH值“归中”的现象，将最终有利于水产动物的健康，本试验结果与张博（2009）、王伟伟（2009）研究结果类似。不同芽孢杆菌种类之间，尤以枯草芽孢杆菌表现最佳，其次是地衣芽孢杆菌和短小芽孢杆菌。智荟枯草、地衣与市售枯草、地衣对pH值的影响能力之间的有一定差别，但不显著（P＞0.05），可能是菌株之间的差异所致。

由图2可知，所有种类的芽孢杆菌均可显著（P＜0.05）降低养殖水体中的氨氮浓度。氨氮类物质一般由水产动物饲料的代谢产物所构成，其中的氨气（铵盐）是改变水体酸碱度和溶解氧的直接因素。众多文献结果表明，减少养殖水体中氨氮类物质的浓度将有助于改善水体环境。同时，芽孢杆菌还可以利用氨氮物质和水体中未分解完全的硫化氢为原料重新合成小肽或者氨基酸等，供水体中浮游生物或水产动物直接应用，可间接补充水产饲料的蛋白源。本试验中随着时间的推移，水体中氨氮类物质的含量趋向于减少即证明了这一点，这将最终有利于水产动物的健康。不同芽孢杆菌种类之间，派富组和混合芽孢杆菌组对氨氮的消化利用效果最佳，其次是地衣芽孢杆菌和短小芽孢杆菌组。与之相比，枯草芽孢杆菌尽管也有减少氨氮的作用，但表现不佳。同之前pH值结果有一定一致性的是，智荟的派富产品以及地衣、短小和枯草单菌种产品均优于市售枯草、地衣，但不显著（P＞0.05），同样可能是菌株之间的差异所致。

图2 不同种类芽孢杆菌对养殖水体氨氮浓度的影响

图3 不同种类芽孢杆菌对养殖水体亚硝酸盐含量的影响

由图3可知，除极个别时间点外，所有种类的芽孢杆菌均可降低养殖水体中的亚硝酸盐浓度。同氨氮类物质一样，亚硝酸盐类物质一般由水产动物对饲料的不完全代谢产物所产生，而通常情况下，亚硝酸盐具有一定毒性，对于水产动物的神经系统和肠道健康有不良影响。芽孢杆菌可以迅速减少养殖水体中亚硝酸盐类物质的浓度将有助于改善水体环境，这一点体现了其强大的反硝化作用。同时，类似于对氨氮类物质的作用，芽孢杆菌还可以利用亚硝酸盐类物质和水体中未分解完全的硫化氢为原料重新合成小肽或者氨基酸等，供水体中浮游生物或水产动物直接应用，可间接补充水产饲料的蛋白源。但由于亚硝酸盐类物质本身结构上的不稳定，其在水体中的含量也表现为浓度上的起伏性。本试验中不同时间点的亚硝酸盐的浓度出现了起伏也证明了这一点。不同芽孢杆菌种类之间结果差异较大，派富组、短小组和地衣组表现出对亚硝酸盐的较佳处理效果，其次是枯草芽孢杆菌。但市售枯草、地衣组均表现不佳。同时，不同芽孢杆菌种类对养殖水体中亚硝酸盐类物质的处理速度也有所不同，枯草芽孢杆菌相对比地衣芽孢杆菌和短小芽孢杆菌处理速度慢些，但处理最终效果无显著差异（P＞0.05）。

4 结语

综上所述，不同种类芽孢杆菌对水体中有害物质的处理效果表现不尽相同，其中从综合效果来考量，不同芽孢杆菌的混合配伍的净化效果优于单一菌种，不同菌株之间的表现也有差异。尽管效率不一，但利用微生物方法对受到养殖污染影响的水体环境的净化在一定程度上有较好效果，同时可以预见的是，可以通过微生物发酵和筛选等手段和基因工程的方法优选出表现最佳的微生物应用于水体环境的净化。

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张博，株洲智荟生物科技有限公司，博士，技术总监，412007，湖南株洲。

2011-05-02

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