水產微生態(tài)制劑的生產及應用

水產微生態(tài)制劑的生產及應用第1頁/共56頁水產微生態(tài)制劑的生產及應用第2頁/共56頁目錄一、養(yǎng)殖水體污染二、水產微生物制劑第3頁/共56頁一、養(yǎng)殖水體污染第4頁/共56頁1、養(yǎng)殖水體污染的來源養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境的外來污染養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境的養(yǎng)殖自身污染:多余的餌料：在高密度、集約化養(yǎng)殖過程中，由于養(yǎng)殖密度大，過多的未被養(yǎng)殖動物利用的餌料在養(yǎng)殖池塘生態(tài)環(huán)境中大量的積累以后，就成為養(yǎng)殖池塘生態(tài)環(huán)境中最為嚴重的污染物之一。動物的大量排泄物；生物死亡的有機殘體.第5頁/共56頁2、集約化水產養(yǎng)殖的自身污染自然界良好生態(tài)平衡的水體具有自凈能力。集約化水產養(yǎng)殖飼料殘渣、動物排泄物、動物殘體等有機物。2.1投喂飼料帶來的污染：大量飼料未被水產動物轉化利用，一部分殘存飼料和排泄物轉化為浮游微藻類、浮游動物、原生動物和細菌等生物體；另一部分以溶解和固態(tài)物質存留在養(yǎng)殖水體和底質中，造成水體富營養(yǎng)化。第6頁/共56頁2.2其他投入品的污染：治療劑、消毒劑、水質改良劑（化學類）和底質改良劑等污染。一方面，消毒殺菌藥物改善了養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境的作用，但也破壞類養(yǎng)殖動物、微生物與環(huán)境三者構成的平衡。第7頁/共56頁3、養(yǎng)殖水體的自身平衡以對蝦為例，養(yǎng)殖前期水體的生態(tài)平衡：幼蝦除了攝食飼料外，還有菌團、浮游微藻、浮游動物，養(yǎng)殖過程產生的代謝產物包括蝦的排泄物、殘存飼料和浮游微藻的尸體，經過微生物的降解、轉化成為無機元素，促進浮游微藻的繁殖生長，進而促進浮游動物的繁殖，同時微生物在降解有機物過程中得以繁殖形成“菌團”。因此，浮游微藻、浮游動物和細菌菌團構成了對蝦食物的來源一部分，養(yǎng)殖系統(tǒng)處于良性循環(huán)階段，自身污染輕。第8頁/共56頁養(yǎng)殖前期，投喂飼料少，浮游動物、藻類數(shù)量也少，所產生的代謝產物不多，生物的總耗氧量低。這段時期內，養(yǎng)蝦池溶氧比較充足，有機質經好氧微生物分解產生二氧化碳、水及硝酸鹽和硫酸鹽、磷酸鹽等無機鹽類，為浮游單細胞藻類進行光合作用提供營養(yǎng)，而浮游單細胞藻類的光合作用有為對蝦的呼吸和有機質的氧化分解提供氧氣。整個生態(tài)環(huán)境處于相對穩(wěn)定的良性循環(huán)狀態(tài)。養(yǎng)殖前期蝦池水體微生態(tài)的良性循環(huán)第9頁/共56頁4、對蝦養(yǎng)殖中、后期微生態(tài)的演變投喂飼料增加，代謝產物增多，有機耗氧量越來越大。在養(yǎng)殖水體的表層，浮游微藻的光合作用比較旺盛，可以使水體中有足夠的溶解氧，供給好氧性微生物的活動，促使微生態(tài)的良性循環(huán)。而在養(yǎng)殖水體的下層和底層，浮游微藻的光合作用微弱，水體中溶解氧含量低，很快就被代謝產物的氧化分解所消耗，好氧微生物的活動受到抑制，使得厭氧性或兼性厭氧微生物大幅度生長成為優(yōu)勢菌群。厭氧消化降解有機物產生大量的氨、有機酸、胺類、硫化氫、甲烷等養(yǎng)殖動物有毒的產物，引起蝦等中毒、致病。第10頁/共56頁養(yǎng)殖中、后期下層和底層水體微生態(tài)的不良循環(huán)第11頁/共56頁5、養(yǎng)殖水體的污染元素1、高濃度的有機污染物被微生物將含氮有機物進行氨化、硝化作用而產生對養(yǎng)殖動物有害的氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮等有害物質，并且水產養(yǎng)殖動物一般是排氨類生物，這樣增加水體中氨態(tài)氮的含量。過高的氨態(tài)氮、亞硝酸鹽對養(yǎng)殖動物具有很強的毒性；氨氮的耗氧特性會使水體的溶解氧降低，從而導致魚類死亡和水體黑臭。第12頁/共56頁2、含氮有機物分解的同時，蛋白質中的含硫氨基酸也被分解產生H2S；3、COD和磷第13頁/共56頁無機界

植物

人和動物

太陽能、熱、光（能量因子）二氧化碳、水、礦物質（物質因子）由微生物作用分解釋放能量到宇宙空間產品被食用轉移微生物凈化劑就是要加強微生物的分解作用，減少富營養(yǎng)物質在水中的累積。第14頁/共56頁6、微生物方法污水處理及養(yǎng)殖水體凈化第15頁/共56頁水產養(yǎng)殖動物的疾病與水域生態(tài)環(huán)境關系非常密切，如不改善水質，水產動物的健康就得不到保證，水域生態(tài)環(huán)境就會破壞，病害會越來越多。因此，水產養(yǎng)殖環(huán)境的凈化已成為水產健康可持續(xù)發(fā)展的關鍵。第16頁/共56頁微生態(tài)制劑是在微生態(tài)學理論指導下，從自然界或動物分離、鑒定或通過生物工程技術人工組建的有益微生物，經培養(yǎng)、發(fā)酵、干燥、加工等特殊工藝制成的含有活菌或者包含細菌菌體及其代謝產物并作用于環(huán)境或動物的生物制劑或活菌制劑。二、水產微生態(tài)制劑第17頁/共56頁2008年中華人民共和國允許使用的安全微生物菌種名拉丁文名菌種名拉丁文名干酪乳桿菌Lactobacilluscasei戊糖片球菌Pediococcuspentosaceus乳酸乳桿菌Lactobacilluslactis兩歧雙歧桿菌Bifidobacteriumbifidium植物乳桿菌Lactobacillusplantarum釀酒酵母Saccharomycescereviseae嗜酸乳桿菌Lactobacillusacidophilus產朊假絲酵母Candidautilis糞腸球菌Streptococcufaecalis沼澤紅假單胞菌Rhodopseudomonaspalustris屎腸球菌Streptococcusfaecium枯草芽孢桿菌Bacillussubtilis乳酸腸球菌Streptococcuslactis地衣芽孢桿菌Bacilluslicheniformis乳酸片球菌Pediococcusacidilactici保加利亞乳桿菌Lactobacillusbulgaricus資料來源：農業(yè)部公告1126號（2008）第18頁/共56頁水產微生態(tài)制劑種類光合細菌芽孢桿菌乳酸菌類硝化與反硝化細菌酵母菌蛭弧菌第19頁/共56頁光合細菌（photosymtheticbacteria,簡稱PSB）是一大類能進行光合作用的原核生物的總稱，分為產氧光合細菌和不產氧光合細菌兩大類。產氧光合細菌主要是藍細菌，或稱之為藍藻和原綠藻，在分類上屬于藻類。這里所說的光合細菌之能在厭氧光照條件下進行不產氧的光合作用的原核生物。分為4個科：紅螺菌科、著色菌科、綠菌科和綠曲菌科。主要特征：A含有光合色素——菌綠素；B在厭氧、光照條件下進行光合生長，且不產氧。1、光合細菌第20頁/共56頁光合細菌的類群紅螺菌科（即原名紫色非硫細菌）莢膜紅假單胞菌(R..capsulata)。沼澤紅假單胞菌(R.palustris)深紅螺菌(Rsp.rubrum)：菌體呈螺旋狀，運動較快。膠質紅假單胞(R.capsulata)現(xiàn)名Rhodobactercapsulata綠色硫細菌（Greensulfurbacteria,即綠硫菌科）紫色硫細菌（Purplesulfurbacteria）第21頁/共56頁光合細菌除了可在厭氧和光照條件下進行不放氧的光合作用外，絕大部分還具有固氮作用，能直接利用水環(huán)境中的溶氧合成有機物，并在厭氧的環(huán)境中以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為主要的代謝上的氧化劑，因此可以直接消耗水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽。光合細菌還可迅速利用低分子有機物，其中的一些種還具有反硝化活性和積磷的特性，有較好的脫氮和除磷效果。常用于廢水處理的是紅螺菌科的一些種，因其細胞結構及獨特的物質、能量代謝使之能在有機廢水處理中顯示出其他菌種無法比擬的優(yōu)越性。第22頁/共56頁光合細菌PSB在水產中的應用凈化水質：由于光合細菌的上述代謝特性，光合細菌以小分子有機物、二氧化碳等作碳源，氨、銨鹽、硝酸鹽或亞硝酸鹽作氮源，使得光合細菌可以在水質凈化中發(fā)揮重要作用，有效地除去水體中H2S，降低水體中氮及COD，以光合細菌作為水質凈化劑對于改善養(yǎng)殖水體的水質有明顯的效果。第23頁/共56頁提高養(yǎng)殖池塘的能量轉化效率：以投餌為重要增產技術的精養(yǎng)池塘，隨著時間的延長，常因有機質投入過多，超過了池塘生態(tài)系統(tǒng)的消耗與轉化能力，造成循環(huán)不暢，池內有機質的大量沉淀，產生嚴重的能量陷阱效應，致使池塘的能量轉化效率偏低。由于PSB揮發(fā)其處理低分子有機物、轉化H2S等有害物質的作用，促使池塘內N、P陷入能量陷阱的效應降低，加之這種轉化在黑暗、弱光和厭氧條件下進行，從而起到增氧和降低H2S的效能，因而提高了單產和池塘的能力轉換效率。第24頁/共56頁光合細菌在水產養(yǎng)殖中的其他功效作為餌料添加劑：PSB富含蛋白質,還含有各種B族維生素、礦物元素及其他未知的生理活性物質等，因此可為水體中的浮游動物和水產養(yǎng)殖動物提供豐富的餌料。光合細菌菌體蛋白質含量高，并含有大量促進魚蝦生長的活性因子，如生物素、維生素、β-類胡蘿卜素等，可明顯促進養(yǎng)殖生物的生長發(fā)育，縮短養(yǎng)殖周期。第25頁/共56頁增強水產養(yǎng)殖動物的抗病性：在同一生態(tài)位中微生物通過營養(yǎng)競爭、空間競爭或分泌抗生素、細菌素等毒素抑制其他微生物的生長。光合細菌是水體中的快速繁殖使得其成優(yōu)勢菌，可以抑制病原微生物的生長，防止魚蝦病害的發(fā)生。作為免疫增強劑：如莢膜紅假單胞菌細胞壁中含有的多糖類物質是非特異性免疫增強劑，使魚類的免疫球蛋白提高10倍以上。此外，類胡蘿卜素對提高免疫力效果明顯。第26頁/共56頁第27頁/共56頁光合細菌制劑的劑型市場上見到的光合細菌劑型大致有液體制劑、濃縮液、固體制劑、凍干粉等。相對而言，液體制劑較容易大量培養(yǎng)和批量生產，且培養(yǎng)物的活性較強，光合細菌的代謝物含量豐富。應用效果也較好，目前在各劑型中是使用量最大的一種。第28頁/共56頁光合細菌的各種生產方式第29頁/共56頁光合細菌培養(yǎng)必需條件光能異養(yǎng)型微生物光照適宜的溫度培養(yǎng)基碳源、氮源、無機鹽、生長因子第30頁/共56頁光合細菌存在的問題與任務曾經興起的光合細菌的熱潮，遇到諸多的問題，甚至在水產養(yǎng)殖業(yè)的應用幾乎停頓。產品質量低劣，標識量極高，實際僅活菌數(shù)僅一億，養(yǎng)殖效果差。未來重點：如何篩選活性強、適應面廣，容易培養(yǎng)的菌株。第31頁/共56頁2、有機礦化菌（芽孢桿菌類）枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis），地衣芽孢桿菌（Bacilluslicheniformis），使用最廣泛的微生態(tài)制劑。特點：它們能分泌多種胞外酶，把大分子有機物質如淀粉、脂肪、蛋白質、核酸、磷脂等分解成小分子有機物，再進一步礦化生成硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等無機鹽類。第32頁/共56頁芽孢桿菌菌落與菌體形態(tài)第33頁/共56頁芽孢桿菌在水產養(yǎng)殖中的應用第一，有些芽胞桿菌屬在魚蝦腸道內、體表上繁殖，形成優(yōu)勢菌群，促進該部位有益細菌生長繁殖，競爭性抑制腸道、體表致病菌繁殖，提高魚蝦免疫力，有效預防疾病。第二，芽胞桿菌在繁殖過程中大量產生蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，能迅速降解魚蝦殘留餌料和排泄物中蛋白質、淀粉、脂肪等有機物，在池內其他微生物的共同作用下，大部分進一步降解為二氧化碳和水，降低養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化和減少底泥生成。第34頁/共56頁1）芽孢桿菌對氮、磷沉積的影響：減少底質環(huán)境中氮、磷的沉積。因為，水產養(yǎng)殖往往需要培養(yǎng)優(yōu)良的浮游單細胞藻類，營造合適的水色。在生產上施肥增加水體的營養(yǎng)鹽含量，以培養(yǎng)單細胞藻類。但是，施肥帶進的營養(yǎng)鹽物質在池底沉積被固定。芽孢桿菌具降解有機物和解氮磷功能，不僅源源不斷給單細胞藻類提供營養(yǎng)鹽，而且可以避免池底沉積物的富營養(yǎng)化，維持生態(tài)平衡。第35頁/共56頁2）由于芽孢桿菌降解、轉化有機物速度快，可以有效改善改善池底缺氧狀態(tài)，減少硫化物的累積。3）芽孢桿菌消化酶活性高，具有降解殘存飼料、排泄物和生物殘體等有機物，礦化營養(yǎng)物質供浮游單細胞藻類生長繁殖。保證了有機物氧化——氨化——硝化——反硝化的正常循環(huán)，降低氨氮、亞硝酸鹽等有害物質。第36頁/共56頁缺點芽孢桿菌生長速度快，能迅速降解養(yǎng)殖池中魚蝦排泄物、殘餌、尸體等的有機物。但是，部分芽孢桿菌具有硝酸鹽還原能力，能將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽。因此，在水質急劇惡化的養(yǎng)殖水體中使用芽抱桿菌制劑，起初氨氮水平快速降低，亞硝酸隨之也降低，但隨后水體中亞硝酸鹽含量出現(xiàn)反彈。因此，水體中亞硝酸鹽含量的反彈，是芽孢桿菌制劑的主要缺點。耗氧微生物！第37頁/共56頁劑型：粉劑或片劑。培養(yǎng)方式：固體或液體發(fā)酵。菌數(shù)：幾億到一萬億不等。市面上產品：10~200億/g益生菌產品關鍵控制點：1、優(yōu)良菌種2、發(fā)酵水平芽孢桿菌的發(fā)酵生產第38頁/共56頁初始含水量對芽孢產量的影響初始pH對芽孢產量的影響CalciumoxideInitialpHSterilizedpHSpores(1010CFUg-1)0%6.746.2010.20.5%8.146.7511.81%8.716.929.81.5%9.367.349.32%9.847.828.0發(fā)酵溫度對芽孢產量的影響固體培養(yǎng)基與發(fā)酵條件研究第39頁/共56頁培養(yǎng)中的芽孢及溫度變化曲線培養(yǎng)48h菌體顯微照片高密度固體發(fā)酵工藝第40頁/共56頁3、硝化與反硝化細菌第41頁/共56頁反硝化細菌是指能利用硝酸鹽、亞硝酸鹽進行反硝化作用的一類微生物的總稱。研究者已經報道反硝化細菌的種類很多,大約有50多個屬，130多個種。（1）反硝化細菌第42頁/共56頁自然界N循環(huán)第43頁/共56頁反硝化細菌與硝化細菌的作用方式比較反硝化細菌硝化細菌營養(yǎng)方式異養(yǎng)自養(yǎng)生長代時15～30分鐘10～20小時氧氣需求厭氧好氧產物氮氣↑硝酸鹽第44頁/共56頁（2）硝化細菌硝化細菌是一類能降解氨和亞硝酸鹽的自養(yǎng)型細菌,包括亞硝化菌屬(Nitrosomonas)和硝化桿菌屬(Nitrobacter)兩個生理亞群，它們歸屬于一個獨立的科—硝化桿菌科。硝化桿菌科包括九個屬,它們分別是：硝化桿菌屬(Nitrobacter)、硝化刺菌屬(Nitrospina)、硝化球菌屬(Nitrococcus)、硝化螺菌屬(Nitrospira)、亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonas)、亞硝化螺菌屬(Nitrosospira)、亞硝化球菌屬(Nitrosococcus)、亞硝化葉菌屬(Nitrosolobus)、亞硝化弧菌屬(Nitrosovibrio)。第45頁/共56頁硝化細菌的特性(1)硝化細菌的自養(yǎng)性：硝化細菌是一種專性化能自養(yǎng)菌，能通過硝化作用利用亞硝態(tài)氮獲得能量，并且以CO2作為唯一的碳源,是典型的化能無機營養(yǎng)菌。(2)生長速度慢：因硝化細菌由自身合成糖類,這一過程需要相當長的時間，平均代時在10h以上。(3)好氧生長，O2是最終的電子受體。(4)形態(tài)多樣：同一生理亞群中的種類，盡管生理學上具有共同性，但細胞形態(tài)多種多樣，如球形、桿狀、螺旋形等。(5)革蘭氏陰性，無芽孢。第46頁/共56頁硝化細菌的作用機理硝化作用指的是硝化細菌在好氧條件下將NH3氧化為NO2-

，并進一步氧化為NO3-

，從中獲得生長所需能源的過程。因此，常講的硝化作用實際上包括了由亞硝化細菌完成的亞硝化作用和由硝化細菌完成的硝化作用兩個階段。前一階段NH3

氧化為NO2-，稱為亞硝化作用或氨氧化作用，由亞硝化細菌完成；后一階段是NO2-氧化為NO3-

的過程，稱為硝化作用，由硝化細菌完成