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光合细菌(PSB)生物学及其在水产养殖中的应用

 


    摘 要:概述了光合细菌的类群、形态结构、营养组成、生理等特征,介绍了其在水产养殖方面的应用进展,还概括了光合细菌应用中的注意事项。旨在为光合细菌在水产养殖方面的深入研究应用提供参考。
    关键词:光合细菌;水产养殖;应用;注意事项 
    近年来养殖业的壮大发展带来了一系列的问题,水质环境恶化,养殖病害加剧,消毒剂、化学药物的大量使用又带来了病菌抗药性及药物残留等问题。光合细菌是一类以光为能源,在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中有机物、硫化物、氨氮等为营养进行生长和繁殖的微生物。目前,光合细菌以其独特的生理功能和菌体丰富的营养在水产养殖、畜禽生产、饲料添加剂和环境保护等诸多领域得到了广泛的应用。本文就光合细菌的生物学特征及在水产养殖上的应用和注意事项进行阐述。
    1光合细菌生物学
    1.1光合细菌形态学特征
    Truper等将光合细菌(photosynthetic bacteria,简称PSB)分为1目(红螺菌目,Rhodospirillales),四科(红螺菌科,Rhodospirillaceae;着色菌科,Chromatiaceae;绿菌科,Chlorobiaceae;绿丝菌科,Chloroflexaceae)。依据《伯杰细菌鉴定手册》(第9版)将不产氧的光合细菌分为6个类群,着色菌科、外硫红螺菌科、红色非硫细菌、绿硫细菌、多细胞绿丝菌、盐杆菌,共27个属[1]。
    光合细菌因具有光合色素(叶绿素、类胡萝卜素等)而呈现一定颜色,一般来说红螺菌科和着色菌科呈红、粉红、橙黄等;绿菌科和绿丝菌科呈绿色,但有时也有一定例外。光合细菌形状多种多样,有球型、卵形、杆形 、弧形、螺旋形、环形、半环形、丝形等,也可随培养条件和生长阶段而改变,大部分单个存在。
    1.2光合细菌的营养物质
    光合细菌的营养非常丰富,几乎所有的PSB都具有光合固氮的能力和利用固氮生成物NH4+的能力,PSB菌体固定下来的生成物经氨基酸代谢成蛋白质。因此,PSB菌体含有丰富的蛋白质,粗蛋白含量高达65.45%,是一种优良的蛋白源。另外菌体含有粗脂肪约7%,可溶性糖类约20%,粗纤维约3%;含有17种氨基酸而且消化率较高;同时PSB菌体中还含有对动物生长发育起促进作用的生理活性物质—辅酶Q和相当完全的B族维生素。尤其是叶酸、B12、生物素等在PSB中含量相当高,是酵母的几千倍,还含有抗病毒物质和生长促进因子,可以用作饲料添加剂促进禽畜和鱼类生长,增强动物抗病能力。
    1.3光合细菌的生理特征
    光合细菌是革兰氏阴性菌,在10~45℃范围内均可生长繁殖,最佳温度在30~40℃,绝大多数光合细菌的最佳pH值范围在7.0~8.5之间。不产氧光合细菌是代谢类型复杂,获取能量和利用有机质的能力不同,它们的代谢途径随环境变化可以发生改变。光合细菌从营养类型看包括光能自养型、光能异养型及兼性营养类型;从呼吸类型看包括好氧、厌氧和兼性厌氧型。
光合自养细菌属于厌氧细菌,能在缺氧的条件下进行不放氧的光合作用。光合自养细菌中的一些含硫光合细菌,能进行类似植物的光合作用来制造有机物。此类细菌所进行的光合作用主要是以H2S为供氢体,CO2碳源。其反应方程式如下:
2HS+ CO 光    (CHO+ HO +2S

    光合异养细菌也叫兼性厌氧菌,可以生活在有氧和无氧的环境中,光合异养菌在进行光合作用是在无氧的条件下以有机物作为供氢体,以CO2为碳源。这类细菌基本上属于非硫细菌。其反应方程式如下:
2H+CO      光    CHO)+ HO +2A
式中HA代表有机物,(CHO)表示对供氢体基质,用于生长和繁殖。

    2光合细菌在水产养殖上的应用
    光合细菌在不同的自然环境下,具有多种异养功能(固氮、脱氮、固碳、硫化物氧化等),与自然界的氮、磷、硫循环有着密切的关系,在自然环境过程中,担任着重要的角色。近几十年中,对光合细菌的应用研究也获得了很大的进展。
    2.1 优化水质,改善养殖环境
    光合细菌是光能异养菌,能在厌氧光照和耗氧黑暗两种不同条件下,以水中的有机物作为自身繁殖的营养源,迅速分解利用水中的氨态氮、亚硝酸盐、硫化氢等有害物质,以及水产动物的饵料及粪便,有利于藻类和浮游动物数量的增加,起到保护和净化水体水质的作用。
    目前,光合细菌作为养殖水质净化剂,在国内外均已进入生产性应用阶段。日本、东南亚各国和我国的养虾池和养鱼池均己普遍投放光合细菌来改善水质,并取得了明显效果。于伟君等以每平方米水面用1.5ml的光合细菌,拌入泥沙后撒入虾池中,30h后,氨态氮比对照组降低了0.08~0.4 mg/L,并减少换水量多达30%[2]。何筱沽等每10天向花鲈池中泼洒一次光合细菌,浓度为10mg/L、20mg/L、30mg/L,结果池中的亚硝酸盐含量比对照组降低0.080~0.086mg/L,氨态氮降低0.100~0.125mg/L。 杨绍斌用复合光合细菌去除水中氨态氮、硫化氢,当复合光合细菌投放量达到1.5%时,总氮量下降了83.5%,当其投放量达到2%时,总氮量不再下降,说明己达到最佳去除效果,试验结果表明复合光合细菌对鱼塘水中的氨态氮、硫化氢有较好的去除作用[3]。
    2.2作为开口饵料及动物性生物饵料的饵料
    光合细菌可直接或间接用作鱼、虾蟹类育苗中的初期饵料。鱼苗培育成败的关键在于充足的开口饵料。在育苗池中施放的光合细菌可被浮游动物捕食,而浮游动物又作为各种鱼类的开口饵料,被鱼苗摄食,从而能大幅度提高鱼苗的成活率。光合细菌的菌体无毒,营养丰富,个体较小,因此是枝角类和轮虫等饵料生物最适宜的饵料之一。
    张道南等使用光合细菌进行对虾育苗试验,经过19 d的培育,结果显示:投喂菌液140 mL的试验组,变态率为94.1%,成活率为63.7%;投喂菌液100mL的试验组,变态率为91.4%,成活率为53.9%;没有投喂光合细菌的对照组变态率为77%,成活率为44.4%[4]。庞金钊等应用光合细菌进行生产性河蟹育苗试验,变态率提高了11.6%[5]。王绪峨等将光合细菌应用在扇贝人工育苗中,结果表明光合细菌具有促进幼体发育和提高出池稚贝数量的作用,其中海湾扇贝增产12%,栉孔扇贝增产35%[6]。
    2.3作为饲料添加剂
    光合细菌不仅具有刺激鱼的非特异性免疫功能,提高鱼的免疫力,还可促进鱼的生长。光合细菌菌体营养丰富,蛋白质含量高且富含生物素,如维生素B12和辅酶Q10等,光合细菌中生物素和维生素B12的含量比酵母等单细胞蛋白高出约百倍,而其辅酶Q10等的含量,也比一般饲料高得多。近年国外报道发现辅酶Q10具有多种生理功能,包括可明显提高人和动物的免疫能力[7]。
    俞吉安等研究应用光合细菌添加剂,添加量为2%时,投喂草鱼、鳙鱼和鲢鱼夏花苗成活率可提高5%~28%,亩产可提高15%~30%,饵料系数下降20%~23%,取得了良好的经济效益。如以光合细菌作为饲料添加剂喂养对虾,对虾成活率、增重率、饵料效率均比对照组明显提高[8];刘中等以光合细菌作为成鱼养殖饲料添加剂,经两个月投喂,出塘试验池的鲤鱼每667m3增产11.7%,罗非鱼每667m3增产44.5%。黄均等在养殖水体中泼洒光合细菌1~2mg/L,对虾产量增加11.65%~21.35%。
    2.4预防疾病
    对鱼虾无害的光合细菌投入养殖池后,占优势的光合细菌竞争性抑制并代替了病原菌,从而减少或阻止了病原体的感染[9]。研究结果表明,作为微生态制剂,光合细菌除了能改善养殖生态环境外,对弧菌有一定的抑制作用,通过抑制和降低虾池中弧菌的数量,起到预防细菌性疾病发生的作用。
张道南等在实验室内采用了5株光合细菌对3株对虾的致病弧菌进行抑制作用的研究,结果证实了部分光合细菌菌株对致病弧菌确有明显的抑制作用[10];崔竞进等报道,投喂光合细菌的中国对虾幼体肠道内致病菌少[11]。“以菌治菌”,还可以避免抗菌素对养殖生态环境造成的一系列负面影响。光合细菌在水中繁殖时可释放具有抗病能力的酶,对水中可引起细菌性疾病的病原体如嗜水气单胞菌、爱德华氏菌、霉菌等均具有一定抑制作用[12]。
    3水产养殖应用光合细菌注意事项
    3.1光合细菌为活的生命体,不可与消毒杀菌剂混合使用。
    3.2在改善水质方面,应灵活掌握用量和使用的连续性,因为光合细菌只有形成优势群落后,才能发挥最大作用。首次使用池水浓度应达到5×106细胞/升以上。水质较差应加大用量和次数。
    3.3如果养殖对象已发病,说明病原微生物的的浓度已达到或超过发病临界点,光合细菌用量必须很大,否则是没有明显效果的,此时先用杀菌、消毒剂治疗,一周后再用光合细菌为好。
    3.4光合细菌菌液的饲料应于当天投喂完毕。
    3.5光合细菌菌液不能用金属器皿贮存,贮存时最好每天光照2小时以上,以保持光合细菌的活力。

    参考文献:
    [1]何振平,王秀云,孙学文等.光合细菌的研究进展[J].河北职业技术师范学院学报,2000,14(1):70-73.
    [2]于伟君,姚福相,侯玉成等.光合细菌在对虾养殖中应用的初步试验[J].水产科学,1991,10(1):6一18.
    [3]杨绍斌.复合光合细菌对鱼塘水氨态氮硫化氢的去除效应[J].环境科学与技术,2005,28(4:25一26.
    [4]张道南,孙其焕,陈乃松,等.红螺菌科光合细菌的分离培养及其作为鱼虾类饵料添加剂的初步研究[J].水产科学,1988,12(4):367-369.
    [5]庞金钊.光合细菌及在水产养殖业中的应用[J].齐鲁渔业,1995,12(5):11-14.
    [6]王绪峨,孙昭兴,刘信艺等.光合细菌在扇贝人工育苗中的应用[J].水产学报,1994,18(1):65-68.
    [7]沈锦玉等.光合细菌对水产养殖水质的改良和对鱼类促生长作用[J].科技通报,2004,20(6):481-484.
    [8]俞吉安,林克新,言世贤等.应用光合细菌饵料添加剂养鱼的研究报告[J].淡水渔业,1991,(3):8-11.
    [9]王梦亮,马清瑞,梁生康.光合细菌对鲤养殖水体生态系统的影响[J].水生生物学报, 2001,25(1):98-10
    [10]张道南,孙其焕,陈乃松等.红螺菌科光合细菌的分离培养及其作为鱼虾类饵料添加剂的初步研究[J].水产学报,1988,12(4):367-369.
    [11]王绪峨,孙昭兴,刘信艺,等.光合细菌在扇贝人工育苗中的应用[J].水产学报,1994,18(1):65-68.
    [12]崔竞进,丁美丽,孙文林等.光合细菌在对虾育苗生产中的应用[J].青岛海洋大学学报,1997,27(2):191-195.

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