硝化細(xì)菌與反硝化細(xì)菌及其在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用

1、硝化細(xì)菌與反硝化細(xì)菌及其在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用 硝化細(xì)菌與反硝化細(xì)菌及其在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用王玉堂 全國水產(chǎn)技術(shù)推廣總站近年來，硝化細(xì)菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)上應(yīng)用越來越引起人美注意，從而引發(fā)了較為廣泛的研究。可以說，迄今為止，在大規(guī)模集約化養(yǎng)殖生產(chǎn)中，大都使用硝化細(xì)菌來凈化水質(zhì)。因?yàn)樵诩s化的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，經(jīng)過長期的大量積累，水生生物排泄物等有機(jī)污染物甚至動(dòng)物的尸體較多，在異養(yǎng)性細(xì)菌的分解作用下，其中的蛋白質(zhì)及核酸會(huì)慢慢分解，產(chǎn)生大量的氨氮等對水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物有毒有害物質(zhì)。氨在亞硝化細(xì)菌或光合細(xì)菌作用下轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，亞硝酸與一些金屬離子結(jié)合形成亞硝酸鹽；而亞硝酸鹽有可和胺等物質(zhì)結(jié)合，形成具有強(qiáng)烈致癌作用的亞

2、硝酸胺。因此，亞硝酸鹽常與氨氮相提并論。由于亞硝酸鹽長期蓄積，致使養(yǎng)殖水生動(dòng)物中毒，導(dǎo)致魚、蝦等抗病能力下降而受到各種病原體的侵襲。但亞硝酸鹽在硝化細(xì)菌的作用下，可轉(zhuǎn)化為硝酸厚，很容易形成硝酸鹽，從而成為可以被植物吸收利用的營養(yǎng)物質(zhì)。目前市售的一些據(jù)稱有硝化作用的異養(yǎng)菌或真菌，雖然也能將氨氮氧化成硝酸鹽，但通常只能利用無機(jī)碳源，其對氨的氧化作用也有十分微弱，反應(yīng)速率遠(yuǎn)比自養(yǎng)性硝化細(xì)菌慢，不能被視為真正的硝化細(xì)菌。硝化作用必須有全自養(yǎng)性硝化細(xì)菌來完成。養(yǎng)殖池塘中的氨氮原本很適合于硝化細(xì)菌的生長，但因養(yǎng)殖池中存在大量的異養(yǎng)菌，受異養(yǎng)菌的排斥作用影響，適合硝化細(xì)菌棲息的地方相對于自然環(huán)境而言顯然少得

3、多，因此，沒有足夠數(shù)量的硝化細(xì)菌來消費(fèi)過來的亞硝酸鹽，就是問題所在。一、硝化細(xì)菌及其生物學(xué)1、 硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌是指利用氨或亞硝酸鹽作為主要生存能源，以及利用二氧化碳作為主要碳源的一類細(xì)菌。硝化細(xì)菌是古老的細(xì)菌群之一，其分布廣泛，土壤、海水、淡水及污水處理系統(tǒng)中都有存在，但在一般環(huán)境少有出現(xiàn)，因?yàn)槠浞植紩?huì)受到很多環(huán)境因素的限制，入氨源、溫度、氧氣濃度、滲透壓、酸堿度和鹽度等硝化細(xì)菌分為硝化細(xì)菌和亞硝化細(xì)菌。亞硝化細(xì)菌的主要功能是將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽；而硝化細(xì)菌則主要功能是將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。氨氮和亞硝酸鹽都是水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中產(chǎn)生的有毒物質(zhì)，且亞硝酸鹽還是強(qiáng)致癌物質(zhì)。因此，如何降解這兩種物質(zhì)，

4、是科學(xué)工作者近年來的工作重點(diǎn)。由于亞硝化細(xì)菌的生長速度較快，且光合細(xì)菌也具有降解氨氮的作用，因此，現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖已能成功的將氨氮控制在較低水平上。而對于亞硝酸鹽，由于自然界中的硝化細(xì)菌生長較慢，且還沒有發(fā)現(xiàn)其他可替代的任何微生物，所以養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的亞硝酸鹽就成為阻礙養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素?？茖W(xué)人員經(jīng)過長期的努力，目前已能通過大量的實(shí)驗(yàn)篩選，最終研究出一種新型的純硝化細(xì)菌硝化寶，他能有效地將亞硝酸鹽降低至規(guī)定的濃度范圍。2、硝化細(xì)菌制劑的生物學(xué)特性生物的生長和繁殖除需要可用于構(gòu)建自身細(xì)胞成分的基本物質(zhì)外，也需獲得能量。硝化細(xì)菌是一種化能自養(yǎng)菌，是利用無機(jī)物質(zhì)獲得能量的。硝化細(xì)菌利用亞硝態(tài)氮獲得合成

5、反應(yīng)所需的化學(xué)能量，在體內(nèi)制造糖類；而制造糖類所需的時(shí)間相當(dāng)?shù)瞄L，不像其他異養(yǎng)性細(xì)菌從有機(jī)物中直接分解及攝取所需要的糖類，因此，硝化細(xì)菌的生長和繁殖速度遠(yuǎn)比一般異養(yǎng)性細(xì)菌慢，在自然條件下，硝化和脫氫效果不能滿足正常養(yǎng)殖的需要。溫度、酸堿度和水體中的溶解氧濃度對硝化細(xì)菌的生長均有重要影響。硝化細(xì)菌劑硝化寶是取自海洋中硝化細(xì)菌，經(jīng)過特殊工藝篩選而得到的硝化能力極強(qiáng)的純化硝化細(xì)菌菌株，其適應(yīng)生長溫度為10-37，適應(yīng)的PH為6.5-8.5。硝化細(xì)菌形態(tài)較小，接種到肉湯培養(yǎng)基上不能正常生長，是嚴(yán)格的自養(yǎng)型微生物，是以氧化無機(jī)物產(chǎn)生的化學(xué)能為能源，并利用外來的能量，以二氧化碳或者碳酸鹽為碳源合成細(xì)菌本身

6、的有機(jī)物，能直接分解和利用亞硝酸鹽。其主要特征是自養(yǎng)性，生長速度低，好氧性，依附性和產(chǎn)酸性等。硝化細(xì)菌是生物脫氮過程中起主要作用的微生物，水體中硝化細(xì)菌數(shù)量直接影響到硝化效果和生物脫氮反應(yīng)效率，硝化細(xì)菌制劑的濃度與硝化率成正比。二、 硝化細(xì)菌制劑硝化寶的制備技術(shù)硝化細(xì)菌制劑硝化寶是采用現(xiàn)代生物工程技術(shù)，配合國際先進(jìn)的生產(chǎn)，檢測設(shè)備，能夠大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)出可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的高活性硝化細(xì)菌產(chǎn)品。產(chǎn)品的制備技術(shù)包括硝化高效連續(xù)富集培養(yǎng)技術(shù)，定向馴化技術(shù)，大規(guī)模制備技術(shù)和先進(jìn)的制劑技術(shù)。1、 硝化細(xì)菌的高效富集培養(yǎng)技術(shù)富集培養(yǎng)又稱強(qiáng)化培養(yǎng)，是指在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入特殊養(yǎng)分，使難于在一般培養(yǎng)基上生長的菌種能

7、生長的一種培養(yǎng)方法。由于在自然界中存在某個(gè)單位的硝化細(xì)菌，其硝化率極低，不能直接用于養(yǎng)殖池塘水體的亞硝酸鹽降解。所謂高連續(xù)富集培養(yǎng)技術(shù)，是指篩選和富集高效硝化細(xì)菌的方法，既采用世界上先進(jìn)的德國進(jìn)口生物技術(shù)設(shè)備，在無菌條件下從自然界中連續(xù)富集能降解亞硝酸鹽的硝化細(xì)菌。該技術(shù)是根據(jù)科研工作者的需要，采用含高濃度的亞硝酸鹽體系，將小到微米級的高效硝化細(xì)菌收集起來。所以，采用這種技術(shù)獲得硝化細(xì)菌據(jù)偶很強(qiáng)的降解亞硝酸鹽的能力。2、 硝化細(xì)菌的定向馴化技術(shù)獲得了亞硝酸鹽降解能力強(qiáng)的高效硝化菌后，科研人員通過定向馴化技術(shù)，以使收集到得硝化細(xì)菌能在自然條件下快速生長和高效降解養(yǎng)殖池塘中亞硝酸鹽。研究過程中，首

8、先要對硝化細(xì)菌的生長速度進(jìn)行馴化，將生長速度低的硝化細(xì)菌不斷地淘汰，最終獲得生長速率快的優(yōu)良菌種，這一過程能保證硝化細(xì)菌在養(yǎng)殖池中進(jìn)行快速生長和繁殖，并保持一點(diǎn)的數(shù)量級。在此基礎(chǔ)上，低硝化細(xì)菌的亞硝酸鹽降解能力進(jìn)行馴化，獲得能快速降解亞硝酸鹽的優(yōu)良菌種，這一過程又保證了硝化細(xì)菌將養(yǎng)殖池塘中的大量亞硝酸鹽降低到適應(yīng)濃度或含量，即馴化后的硝化細(xì)菌其所謂的“吃亞硝酸鹽”的能力或大幅度的提高。此外，科研人員采用定向馴化技術(shù)，使用高效硝化細(xì)菌的適應(yīng)能力大幅提高。定向馴化技術(shù)還保證了硝化細(xì)菌在不同的溫度和不同的酸堿度條件下能保持快速生長和繁殖及降解亞硝酸鹽的能力，為高效硝化細(xì)菌的大量使用奠定基礎(chǔ)。3、 硝

9、化細(xì)菌的大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)將通過高效連續(xù)富集技術(shù)和定向馴化培養(yǎng)技術(shù)運(yùn)用而獲得的高效硝化細(xì)菌應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中，產(chǎn)品的成本和品質(zhì)是關(guān)鍵因素。而硝化細(xì)菌的大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)則是解決這一問題的重要一環(huán)?？蒲腥藛T采用德國進(jìn)口的培養(yǎng)設(shè)備和現(xiàn)代生物工程技術(shù)相結(jié)合，最終研制出大規(guī)模高效硝化細(xì)菌的培養(yǎng)技術(shù)工藝，在培養(yǎng)溫度控制、營養(yǎng)物質(zhì)添加、溶解氧濃度和酸堿度的全自動(dòng)等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高效硝化細(xì)菌產(chǎn)品的生長速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)、硝化降解能力強(qiáng)、硝化細(xì)菌濃度高等優(yōu)點(diǎn)。4、 硝化細(xì)菌高品質(zhì)產(chǎn)品制備技術(shù)微生物在液體中很難長時(shí)間的生存，這一點(diǎn)是人所共知的。要使硝化細(xì)菌產(chǎn)品走向市場，其制備技術(shù)及其重要。為此，科研

10、人員在采用進(jìn)口設(shè)備和選擇先進(jìn)工藝的同時(shí)，還以物理方法使硝化細(xì)菌處于“休眠”狀態(tài)，再進(jìn)行干燥而得到干品，然后配以保護(hù)劑、吸附劑等制的硝化細(xì)菌的制劑產(chǎn)品，以最大程度的保持硝化菌的活性和活力，最后采用無氧包裝。這一產(chǎn)品的特點(diǎn)是保存時(shí)間長，活化率高。硝化細(xì)菌的制劑技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；凸I(yè)化生產(chǎn)，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用提供了保證。三、 硝化細(xì)菌的作用機(jī)理1、 氮循環(huán)與循環(huán)過程（1） 氮循環(huán)氮循環(huán)是指氮在有機(jī)體與環(huán)境之間的循環(huán)，是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過程，主要是指有機(jī)氮與無機(jī)氮之間的相互轉(zhuǎn)換的過程。（2） 循環(huán)過程氮循環(huán)的基本過程為：含有氮有機(jī)物氨氮亞硝酸鹽硝酸鹽上述過程也能逆轉(zhuǎn)或反向進(jìn)行稱為反硝化作用。該

11、過程能將一部分硝酸鹽還原為氨，一部分硝酸鹽分解成氮?dú)舛M(jìn)入大氣中。這個(gè)循環(huán)過程中的中間產(chǎn)物氨氮、亞硝酸鹽是有毒有害物質(zhì)，而硝酸鹽是無毒無害的且硝酸鹽能被動(dòng)植物及藻類加以吸收利用。2、 氮循環(huán)過程對于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的意義了解和掌握了氮循環(huán)過程，就可以利用自然界所固有的規(guī)律，降低水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中所產(chǎn)生的氨氮和亞硝酸鹽含量，改善水體，減少或降低氨氮及亞硝酸鹽對水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的危害，確保養(yǎng)殖生產(chǎn)安全。硝化細(xì)菌制劑就是利用這一原理，通過消耗細(xì)菌的降解氨氮和亞硝酸鹽作用，將亞硝酸鹽等轉(zhuǎn)化成硝酸鹽為目標(biāo)而制備的一類產(chǎn)品。3、 作用機(jī)理硝化細(xì)菌的硝化作用有時(shí)特稱為硝酸化作用，因?yàn)樗墚a(chǎn)生如下反應(yīng)：N-2+1/22N3

12、-+17.8Kcal.ml-1上述反應(yīng)中，氨由正三價(jià)氧化為正五價(jià)，并產(chǎn)生17.8千卡每摩爾的熱量。這些熱量用于形成ATP并儲(chǔ)存其中，從而使硝化細(xì)菌可以同化二氧化碳所需的能量。硝化細(xì)菌制劑利用這一能量有機(jī)物，其反應(yīng)為：6C2+6H2C6H126+62這種由硝化細(xì)菌制劑完成的生物氧化作用稱為自養(yǎng)性硝化作用，即硝化細(xì)菌在好氧條件下，利用其化學(xué)能自養(yǎng)的生長特性，將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，并從中獲得賴以生存的化學(xué)能，用于固定二氧化碳來滿足其對碳的需求。4、 硝化細(xì)菌的硝化作用強(qiáng)度檢測（1） 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)將硝化細(xì)菌接種到液體培養(yǎng)基中，在24攝氏度條件下培養(yǎng)5天；取出1ml培養(yǎng)液稀釋100倍（視培養(yǎng)液中的二氧化

13、氮濃度而定），加入格利斯試劑，在752分光光度計(jì)上進(jìn)行比色；通過檢測亞硝酸根的減少量，可以判斷硝化細(xì)菌的硝化作用。一般硝化細(xì)菌經(jīng)過10左右時(shí)間的發(fā)酵培養(yǎng)，可使發(fā)酵液中的亞硝酸鹽離子濃度下降40%左右。（2） 田間實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證硝化細(xì)菌降解養(yǎng)殖水體中亞硝酸鹽的作用，科研人員在廣東省湛江市東海島對蝦養(yǎng)殖場進(jìn)行了田間實(shí)驗(yàn)。時(shí)間為2003年10月16日11月3日。實(shí)驗(yàn)池:面積4畝，平均水深150cm，水溫24-25攝氏度，池塘底部鋪設(shè)地膜，有排污設(shè)施，配2臺(tái)水車型增氧機(jī)、5臺(tái)潛水型增氧機(jī)；蝦苗放養(yǎng)時(shí)間為為6月24日，放苗密度為10萬尾/畝，蝦苗規(guī)格和1CM左右；實(shí)驗(yàn)期間為10月16日，此時(shí)的對蝦平均規(guī)格為

14、11cm，池塘中亞硝酸鹽濃度為2.97PPM；實(shí)驗(yàn)期間只在10月16日潑灑一次硝化細(xì)菌制劑，用量為1ppm。實(shí)驗(yàn)情況如下：2003/10/16 2.9372003/10/17 2.8632003/10/18 2.7712003/10/19 2.7262003/10/20 2.6182003/10/21 2.5102003/10/22 2.4792003/10/23 2.4342003/10/24 2.2662003/10/25 2.2782003/10/26 1.9862003/10/27 1.6442003/10/28 1.4952003/10/29 1.2592003/10/30 1.20

15、02003/10/31 0.8472003/11/01 0.5872003/11/02 0.5412003/11/03 0.400實(shí)驗(yàn)表明，在蝦池中施入硝化寶后，在未換水的情況下，經(jīng)過19天，亞硝態(tài)氮下降了98.6%，且對蝦生長情況良好。四、 硝化細(xì)菌施用注意事項(xiàng)由于硝化細(xì)菌的生物學(xué)特性與其他細(xì)菌有所不同，使用時(shí)不需要經(jīng)過活化處理，不需要用葡萄糖、紅糖等來擴(kuò)大培養(yǎng)，反之會(huì)使硝化細(xì)菌失活，因此，使用時(shí)只要簡單的用池塘水溶解后全池潑灑即可。因硝化細(xì)菌的特點(diǎn)是繁殖較慢，20多小時(shí)才能繁殖一代，不像芽孢桿菌那樣2分鐘就能繁殖一代，所以施用硝化細(xì)菌后，一般情況下需要4-5天后才能發(fā)揮明顯的效果，因此提前

16、施用時(shí)間久石非常重要，為更好的發(fā)揮硝化細(xì)菌的作用，在實(shí)際應(yīng)用中，若芽孢桿菌和光合細(xì)菌一起施用時(shí)，硝化細(xì)菌應(yīng)提前幾天施用，避免繁殖速度慢而被其他活菌抑制生長和繁殖。硝化細(xì)菌不可與化學(xué)增氧劑入過碳酸鈣或過氧化鈣同時(shí)使用，因這些氧化劑在水體中放出氧化能力較強(qiáng)的氧原子會(huì)殺死硝化細(xì)菌，所以，比較好是在施用氧化劑1天后再施用硝化細(xì)菌。由于硝化細(xì)菌是吸附在有機(jī)物上，在高位池中采用的中間排污，會(huì)排走大量的硝化細(xì)菌，特別是硝化細(xì)菌剛投放的前幾天，硝化細(xì)菌的繁殖尚未進(jìn)入高峰期，這時(shí)排污會(huì)使硝化作用不明顯。因此，在高位池中，比較好使用硝化細(xì)菌4-5天內(nèi)基本不排污或少排污。在施用硝化細(xì)菌時(shí)，如結(jié)合使用質(zhì)量好的沸石粉同

17、時(shí)潑灑，使硝化細(xì)菌能夠快速的沉入池塘底部而不易被排走，效果會(huì)更佳。養(yǎng)殖池塘內(nèi)的酸堿度和溶解氧含量與硝化細(xì)菌的使用效果有直接的關(guān)系。硝化細(xì)菌對PH值的適用范圍為510，但在低于7或高于8.5的水體中，硝化細(xì)菌的繁殖會(huì)受到一定的影響，最適宜的pH值范圍是7.88.2，同時(shí)，硝化細(xì)菌在將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽的過程中，是一個(gè)消耗氧的過程，但需氧量很少，在使用硝化細(xì)菌的水體中，溶氧只要不低于2mg/l即可。純化硝化細(xì)菌的保存和包裝工藝，是決定其使用效果和保存期限的重要因素，因此，載體須使用200300目以上的特殊物質(zhì)，且其含水量不高于5%，并采用無氧包裝。五、 硝化細(xì)菌與反硝化細(xì)菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用1、

18、反硝化細(xì)菌的作用亞硝酸鹽對人和許多生物具有毒性。其對魚類的致死濃度及毒害機(jī)理為主要是亞鐵蛋白被氧化成高鐵蛋白，從而抑制血液的載氧能力，嚴(yán)重是導(dǎo)致死亡。在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，水體中的亞硝酸鹽濃度高時(shí)引起魚蝦死亡的直接或間接原因。而反硝化細(xì)菌被證明對亞硝酸鹽有很大降解的作用。（1） 反硝化細(xì)菌的生長特征反硝化細(xì)菌中一類能利用亞硝酸鹽為氮源、有機(jī)物碳為碳源，并能進(jìn)行自身繁殖的微生物，通常同伴利用氮、碳源的比例為1：7，即消化一分子氮元素需要7分子的碳元素。入1庫存水面的養(yǎng)殖水體按1000噸、亞硝酸鹽含量為0.5ppm,相當(dāng)于亞硝酸鈉2500g，需要消耗碳源相當(dāng)于葡萄糖25Kg。芽孢桿菌是一類對有機(jī)物分解很

19、強(qiáng)的微生物，氮不能有效利用亞硝酸鹽。目前關(guān)于芽孢桿菌具有降解亞硝酸鹽的宣傳，是基于其降解有機(jī)質(zhì)而間接抑制亞硝酸鹽的產(chǎn)生，而實(shí)際是亞硝酸鹽一經(jīng)產(chǎn)生，芽孢桿菌就無法降解。反硝化細(xì)菌則是專一利用亞硝酸鹽的微生物，在利用亞硝酸鹽的同時(shí)需要利用有機(jī)物，氮對有機(jī)質(zhì)的降解能力不如芽孢。合理使用反硝化細(xì)菌和芽孢桿菌是調(diào)水的一項(xiàng)技術(shù)，當(dāng)水質(zhì)受到污染時(shí)，先用反硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽降解掉，然后利用芽孢桿菌或糞鏈球菌凈化水質(zhì)，會(huì)起到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果。（2） 反硝化細(xì)菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的利用據(jù)試驗(yàn)表明，不同亞硝酸鹽含領(lǐng)隊(duì)水體所需的反硝化細(xì)菌用量有所不同，在適宜條件下，0.7ppm的用量在72小時(shí)后可以將亞硝酸鹽喊了從0.3ppm降到0.1ppm以下；同時(shí)，pH、水溫對亞硝酸鹽的降解有一定的影響，以pH67、水溫2530時(shí)的作用最為明顯，固定反硝化細(xì)菌的脫氮效率較高，且對外界理化因子有較強(qiáng)的抵抗能力。目前影響反硝化細(xì)菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖中發(fā)揮作用的幾種情況大致如下：一是水質(zhì)清瘦。養(yǎng)殖水體水質(zhì)要求一般是活、嫩、清、爽，因漁民誤解為芽孢桿菌具有降解亞硝酸鹽的能力，而大量使用，結(jié)果是養(yǎng)殖水質(zhì)變得清瘦，而亞硝酸鹽卻沒有降解。在這種情況下，即使使用反硝化細(xì)菌，也很難起到很好的效果。因反硝化細(xì)菌需要豐富的營養(yǎng)才能繁殖，而芽孢桿菌已經(jīng)將營養(yǎng)縮減消耗，同時(shí)與反硝化細(xì)菌繼續(xù)競爭養(yǎng)分而抑制了反硝化細(xì)菌的生物繁殖。二是