硝化細菌與反硝化細菌及其在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應用

1、硝化細菌與反硝化細菌及其在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應用 硝化細菌與反硝化細菌及其在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應用王玉堂全國水產(chǎn)技術推廣總站近年來，硝化細菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)上應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，大都使用硝化細菌來凈化水質。因為在集約化的水產(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污染物甚至動物的尸體較多，在異養(yǎng)性細菌的分解作用下，其中的蛋白質及核酸會慢慢分解，產(chǎn)生大量的氨氮等對水產(chǎn)養(yǎng)殖動物有毒有害物質。氨在亞硝化細菌或光合細菌作用下轉化為亞硝酸鹽，亞硝酸與一些金屬離子結合形成亞硝酸鹽；而亞硝酸鹽有可和胺等物質結合，形成具有強烈致癌作用的亞硝

2、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 動物中毒，導致魚、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菌的作用下，可轉化為硝酸厚，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。For pers onal use only in study and research; not for commercial use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碳源，其對氨的氧化作用也有十分微弱， 反應速率遠比自養(yǎng)性硝化細菌慢， 不能 被視為真正的硝化細菌。硝化作用必須有全自養(yǎng)性硝化細菌來完成。F

3、or pers onal use only in study and research; not for commercial use養(yǎng)殖池塘中的氨氮原本很適合于硝化細菌的生長，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，適合硝化細菌棲息的地方相對于自然環(huán)境而言顯然少得多，因此，沒有足夠數(shù)量的硝化細菌來消費過來的亞硝酸鹽，就是問題所在。一、硝化細菌及其生物學1、硝化細菌硝化細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菌。硝化細菌是古老的細菌群之一，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)，因為其分布會受到很多環(huán)境

4、因素的限制，入氨源、溫度、 氧氣濃度、滲透壓、酸堿度和鹽度等而 氨氮和亞硝酸鹽都是水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中產(chǎn)生 如何降解這兩種物質，是科學工作者近年 且光合細菌也具有降解氨氮的作用，因此，而對于亞硝酸鹽，由于自然界中的硝化 所以養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的亞硝酸鹽就硝化細菌分為硝化細菌和亞硝化細菌。亞硝化細菌的主要功能是將氨氮轉化為亞硝酸鹽;硝化細菌則主要功能是將亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽。 的有毒物質，且亞硝酸鹽還是強致癌物質。因此， 來的工作重點。由于亞硝化細菌的生長速度較快， 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?？茖W人員經(jīng)過長期的努力，目前已能通過大量的實驗篩選，細菌生長較慢，且還沒有發(fā)現(xiàn)其他可替代的任何

5、微生物， 成為阻礙養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的關鍵因素。最終研究出一種新型的純硝化細菌一一硝化寶，他能有效地將亞硝酸鹽降低至規(guī)定的濃度范圍。2、硝化細菌制劑的生物學特性 生物的生長和繁殖除需要可用于構建自身細胞成分的基本物質外， 也需獲得能量。 硝化細菌 是一種化能自養(yǎng)菌， 是利用無機物質獲得能量的。 硝化細菌利用亞硝態(tài)氮獲得合成反應所需 的化學能量， 在體內(nèi)制造糖類； 而制造糖類所需的時間相當?shù)瞄L， 不像其他異養(yǎng)性細菌從有 機物中直接分解及攝取所需要的糖類， 因此， 硝化細菌的生長和繁殖速度遠比一般異養(yǎng)性細 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

6、化細菌的生長均有重要影響。硝化細菌劑硝化寶是取自海洋中硝化細菌， 經(jīng)過特殊工藝篩選而得到的硝化能力極強的 純化硝化細菌菌株，其適應生長溫度為10C -37 C,適應的PH為6.5-8.5。硝化細菌形態(tài)較小，接種到肉湯培養(yǎng)基上不能正常生長， 是嚴格的自養(yǎng)型微生物， 是以氧化無機物產(chǎn)生的化 學能為能源， 并利用外來的能量， 以二氧化碳或者碳酸鹽為碳源合成細菌本身的有機物，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。 硝化細菌是生物脫氮過程中起主要作用的微生物， 水體中硝化細菌數(shù)量直接影響到硝化效果 和生物脫氮反應效率，硝化細菌制劑的濃度與硝化率成正比

7、。二、硝化細菌制劑硝化寶的制備技術硝化細菌制劑硝化寶是采用現(xiàn)代生物工程技術， 配合國際先進的生產(chǎn)， 檢測設備， 能夠 大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)出可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的高活性硝化細菌產(chǎn)品。產(chǎn)品的制備技術包括硝化高效連續(xù)富集培養(yǎng)技術，定向馴化技術，大規(guī)模制備技術和先進的制劑技術。1 、硝化細菌的高效富集培養(yǎng)技術富集培養(yǎng)又稱強化培養(yǎng)， 是指在基礎培養(yǎng)基中加入特殊養(yǎng)分， 使難于在一般培養(yǎng)基上生長的 菌種能生長的一種培養(yǎng)方法。 由于在自然界中存在的硝化細菌， 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， 是指篩選和富集高效硝化細菌 的方法， 既采用世界上先進的德國進口生物技術設

8、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菌。 該技術是根據(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菌收集起來。 所以，采用這種技術獲得硝化細菌據(jù)偶很強的降解 亞硝酸鹽的能力。2、硝化細菌的定向馴化技術獲得了亞硝酸鹽降解能力強的高效硝化菌后， 科研人員通過定向馴化技術， 以使收集到得硝 化細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， 首先要對硝化細菌的生長速度進行馴化， 將生長速度低的硝化細菌不斷地淘汰， 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菌在養(yǎng)殖池中進行快速生長和繁殖， 并保持一點的數(shù)量級。 在此基

9、礎上， 低硝化細菌的亞硝酸鹽降解能力進行馴化， 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菌將養(yǎng)殖池塘中的大量亞硝酸鹽降低到適應濃度或含量，即馴化后的硝化細菌其所謂的“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， 使用高效硝化細菌的適應能力大幅提高。 定向馴化技術 還保證了硝化細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，為高效硝化細菌的大量使用奠定基礎。3、硝化細菌的大規(guī)模培養(yǎng)技術 將通過高效連續(xù)富集技術和定向馴化培養(yǎng)技術運用而獲得的高效硝化細菌應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖中，產(chǎn)品的成本和品質是關鍵因素。 而硝化細菌的大規(guī)模培養(yǎng)技術

10、則是解決這一問題的重要 一環(huán)?？蒲腥藛T采用德國進口的培養(yǎng)設備和現(xiàn)代生物工程技術相結合， 最終研制出大規(guī)模高 效硝化細菌的培養(yǎng)技術工藝， 在培養(yǎng)溫度控制、 營養(yǎng)物質添加、 溶解氧濃度和酸堿度的全自 動等方面進行了詳細的研究。 實驗結果表明， 高效硝化細菌產(chǎn)品的生長速度快、 適應能力強、 硝化降解能力強、硝化細菌濃度高等優(yōu)點。4、硝化細菌高品質產(chǎn)品制備技術微生物在液體中很難長時間的生存， 這一點是人所共知的。 要使硝化細菌產(chǎn)品走向市場， 其 制備技術及其重要。 為此， 科研人員在采用進口設備和選擇先進工藝的同時，還以物理方法使硝化細菌處于“休眠”狀態(tài)，再進行干燥而得到干品，然后配以保護劑、吸附劑等

11、制的硝 化細菌的制劑產(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 的特點是保存時間長， 活化率高。 硝化細菌的制劑技術最終實現(xiàn)了規(guī)?；凸I(yè)化生產(chǎn)， 為 水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的大規(guī)模應用提供了保證。三、硝化細菌的作用機理1、氮循環(huán)與循環(huán)過程（1）氮循環(huán)氮循環(huán)是指氮在有機體與環(huán)境之間的循環(huán)， 是一個復雜的反應過程， 主要是指有機氮與無機 氮之間的相互轉換的過程。（2）循環(huán)過程氮循環(huán)的基本過程為：含有氮有機物T氨氮T亞硝酸鹽T硝酸鹽上述過程也能逆轉或反向進行稱為反硝化作用。 該過程能將一部分硝酸鹽還原為氨， 一部分 硝酸鹽分解成氮氣而進入大氣中。 這個循環(huán)過程中的中間產(chǎn)物氨氮、

12、 亞硝酸鹽是有毒有害 物質，而硝酸鹽是無毒無害的且硝酸鹽能被動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)殖動物的危害， 確保 養(yǎng)殖生產(chǎn)安全。 硝化細菌制劑就是利用這一原理， 通過消耗細菌的降解氨氮和亞硝酸鹽作用， 將亞硝酸鹽等轉化成硝酸鹽為目標而制備的一類產(chǎn)品。3、作用機理 硝化細菌的硝化作用有時特稱為硝酸化作用，因為它能產(chǎn)生如下反應：NO-2+1/2O2 t N03-+上述反應中，氨由正三價氧化為正五價，并產(chǎn)生 17.8 千卡

13、每摩爾的熱量。這些熱量用于形 成 ATP 并儲存其中，從而使硝化細菌可以同化二氧化碳所需的能量。硝化細菌制劑利用這 一能量有機物，其反應為：6CO2+6H2O tC6H12O6+6O2 這種由硝化細菌制劑完成的生物氧化作用稱為自養(yǎng)性硝化作用，即硝化細菌在好氧條件下， 利用其化學能自養(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能， 用于固定二氧化碳來滿足其對碳的需求。4、硝化細菌的硝化作用強度檢測（1）實驗室實驗將硝化細菌接種到液體培養(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)液中的二氧化氮濃度而定） ，加入格利斯試劑，在 752 分

14、光光度計上進行比色； 通過檢測亞硝酸根的減少量，可以判斷硝化細菌的硝化作用。一般硝化細菌經(jīng)過 10 左右時 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）田間實驗為驗證硝化細菌降解養(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 場進行了田間實驗。時間為 2003 年 10 月 16 日11月 3 日。實驗池：面積4畝，平均水深150cm，水溫24-25攝氏度，池塘底部鋪設地膜，有排污設施，配 2 臺水車型增氧機、 5 臺潛水型增氧機；蝦苗放養(yǎng)時間為為 6 月 24 日，放苗密度為 10 萬 尾/畝，蝦苗規(guī)格和1CM左右；實驗期間為 10月16日此時的對蝦

15、平均規(guī)格為11cm，池塘中亞硝酸鹽濃度為2.97PPM;實驗期間只在 10月16日潑灑一次硝化細菌制劑，用量為1ppm。實驗情況如下：2003/10/162.9372003/10/172.8632003/10/182.7712003/10/192.7262003/10/20 2.6182003/10/212.5102003/10/222.4792003/10/23 2.4342003/10/242.2662003/10/252.2782003/10/261.9862003/10/27 1.6442003/10/281.4952003/10/291.2592003/10/301.2002003/

16、10/310.8472003/11/010.5872003/11/020.5412003/11/030.400實驗表明，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、硝化細菌施用注意事項 由于硝化細菌的生物學特性與其他細菌有所不同， 使用時不需要經(jīng)過活化處理， 不需要用葡 萄糖、 紅糖等來擴大培養(yǎng)，反之會使硝化細菌失活，因此，使用時只要簡單的用池塘水溶解 后全池潑灑即可。因硝化細菌的特點是繁殖較慢， 20 多小時才能繁殖一代，不像芽孢桿菌那樣 2 分鐘就能繁 殖一代，所以施用硝化細菌后，一般情況下需要 4-5 天后才能發(fā)揮明顯

17、的效果，因此提前施 用時間久石非常重要， 為更好的發(fā)揮硝化細菌的作用， 在實際應用中， 若芽孢桿菌和光合細 菌一起施用時，硝化細菌應提前幾天施用，避免繁殖速度慢而被其他活菌抑制生長和繁殖。硝化細菌不可與化學增氧劑入過碳酸鈣或過氧化鈣同時使用， 因這些氧化劑在水體中放出氧 化能力較強的氧原子會殺死硝化細菌，所以，最好是在施用氧化劑 1 天后再施用硝化細菌。由于硝化細菌是吸附在有機物上， 在高位池中采用的中間排污， 會排走大量的硝化細菌， 特 別是硝化細菌剛投放的前幾天， 硝化細菌的繁殖尚未進入高峰期， 這時排污會使硝化作用不 明顯。因此，在高位池中，最好使用硝化細菌 4-5 天內(nèi)基本不排污或少排

18、污。在施用硝化細 菌時，如結合使用質量好的沸石粉同時潑灑， 使硝化細菌能夠快速的沉入池塘底部而不易被 排走，效果會更佳。養(yǎng)殖池塘內(nèi)的酸堿度和溶解氧含量與硝化細菌的使用效果有直接的關系。 硝化細菌對 PH 值 的適用范圍為 510 ，但在低于 7 或高于 8.5 的水體中，硝化細菌的繁殖會受到一定的影響， 最適宜的 pH 值范圍是 7.88.2，同時， 硝化細菌在將氨氮轉化為亞硝酸鹽的過程中，是一個消耗氧的過程，但需氧量很少，在使用硝化細菌的水體中，溶氧只要不低于 2mg/l 即可。純化硝化細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

19、殊物質，且其含水量不高于5% ，并采用無氧包裝。五、硝化細菌與反硝化細菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應用1、反硝化細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，嚴重是導致死亡。 在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，水體中的亞 硝酸鹽濃度高時引起魚蝦死亡的直接或間接原因。 而反硝化細菌被證明對亞硝酸鹽有很大降 解的作用。（1）反硝化細菌的生長特征反硝化細菌中一類能利用亞硝酸鹽為氮源、有機物碳為碳源，并能進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、

20、亞硝酸鹽含量為 0.5ppm,相當于亞硝酸鈉2500g ,需要消耗碳 源相當于葡萄糖 25Kg。芽孢桿菌是一類對有機物分解很強的微生物， 氮不能有效利用亞硝酸鹽。 目前關于芽孢桿菌 具有降解亞硝酸鹽的宣傳， 是基于其降解有機質而間接抑制亞硝酸鹽的產(chǎn)生， 而實際是亞硝 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 亞硝酸鹽的同時需要利用有機物，氮對有機質的降解能力不如芽孢。合理使用反硝化細菌和芽孢桿菌是調水的一項技術， 當水質受到污染時， 先用反硝化細菌將 亞硝酸鹽降解掉，然后利用芽孢桿菌或糞鏈球菌凈化水質，會起到優(yōu)勢互補的效果。（2）反硝化細菌在水產(chǎn)養(yǎng)

21、殖業(yè)的利用據(jù)試驗表明，不同亞硝酸鹽含領隊水體所需的反硝化細菌用量有所不同，在適宜條件下，0.7ppm 的用量在 72 小時后可以將亞硝酸鹽喊了從 0.3ppm 降到 0.1ppm 以下；同時， pH、 水溫對亞硝酸鹽的降解有一定的影響，以pH67、水溫2530時的作用最為明顯，固定反硝化細菌的脫氮效率較高，且對外界理化因子有較強的抵抗能力。目前影響反硝化細菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖中發(fā)揮作用的幾種情況大致如下： 一是水質清瘦。 養(yǎng)殖水體 水質要求一般是活、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， 結果是養(yǎng)殖水質變得清瘦，而亞硝酸鹽卻沒有降解。在這種情況下，即使使用反硝化細菌，

22、也很難起到很好的效果。 因反硝化細菌需要豐富的營養(yǎng)才能繁殖，而芽孢桿菌已經(jīng)將營養(yǎng)縮減消耗， 同時與反硝化細菌繼續(xù)競爭養(yǎng)分而抑制了反硝化細菌的生物繁殖。 二是重金 屬離子濃度較高。 養(yǎng)殖池塘中本身重金屬離子濃度較高， 再加上經(jīng)常使用硫酸銅等含重金屬 的消毒劑， 使池塘中重金屬離子濃度更高， 而抑制了反硝化細菌的繁殖， 從而起不到降解亞 硝酸鹽的作用，或作用較小。三是消毒劑的使用。因反硝化細菌是活體，當施用消毒劑、殺 蟲劑后而其毒性未消失前使用反硝化細菌的效果會很差，最好是隔5天后使用反硝化細菌。四是增氧劑和反硝化細菌同時使用。 增氧劑主要有過碳酸鈣、 過碳酸鈉和雙氧水等， 他們釋 放氧氣的同時， 對微生物的殺滅作用也較強。 增氧劑有增氧和降解亞硝酸鹽的作用， 其降解 亞硝酸鹽的原理是其釋放的原子氧將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽，而硝酸鹽又很快被還原成亞硝酸鹽，很難起到去除亞硝酸鹽的作用。2、硝化細菌的應用李長玲等人進行了“硝化細菌改善魚苗培育環(huán)境增強羅