微生物水质净化剂.ppt

第三章 微生物水质净化剂,鱼塘中蓝绿藻华所引起的两个最严重的问题是鱼类的不良味道和突然、大量的浮游植物死亡。,引起水体富营养化的原因:,生活污水、食品加工废水、洗涤剂：COD、P集约化畜禽养殖场：N、P、COD；农用化肥：N、P工业污染，如化肥厂：N、P氮、磷是初级生产者的营养源，氮、磷含量越高，藻类生长旺盛，容易产生水体富营养化，导致水质缺氧，影响生物的生长。蓝藻喜好生长于有机质丰富和高磷的富营养化环境中的微藻。,第一节 水体自净与富营养化,是指N、P等营养物大量进入水体，使得水中藻类等浮游生物旺盛增殖，水体溶解氧量下降，从而破坏了水体的生态平衡，使得水体失去原有的价值。,滇池蓝藻暴发,太湖污染水体,一、水体“富营养化”工农业生活废水污染,二、水体富营养化的防治,富营养化的防治是水污染处理中最为复杂和困难的问题。因为：一是污染源的复杂性，导致水质富营养化的氮、磷营养物质，既有天然源，又有人为源；既有外源性，又有内源性。二是营养物质去除的高难度，至今还没有任何单一的生物学、化学和物理措施能够彻底去除废水的氮、磷营养物质。通常的二级生化处理方法只能去除30-50的氮、磷。,1、控制外源性营养物质进入水体，就使水体营养物质富集的可能性降低。应从控制人为污染源着手，应准确调查清楚排入水体营养物质的主要排放源，监测排入水体的废水和污水中的氮、磷浓度，计算出年排放的氮、磷总量，为实施控制外源性营养物质的措施提供可靠科学依据。,二、水体富营养化的防治,二、水体富营养化的防治,2、减少内源性营养物质负荷工程性措施：包括挖掘底泥沉积物、进行水体深层曝气、注水冲稀等。经常保持有氧状态，有利于抑制底泥磷释放。化学方法：铁、铝和钙阳离子可以使磷有效地从水溶液中沉淀出来。用杀藻剂杀死藻类，适合于水华盈湖的水体。杀藻剂将藻杀死后，水藻腐烂分解仍旧会释放出磷，将被杀死的藻类及时捞出。,生物滤池,二、水体富营养化的防治,生物性措施：用大型水生植物污水处理系统净化富营养化的水体。经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属分子也有降解效果。收割后经处理可作为燃料、饲料，或经发酵产生沼气。,在不同污染程度水体中种植水葫芦，发现水葫芦对不同污染程度水体中的氮、磷均有显著的吸收作用，总吸收率达80%左右，显示出很强的污水净化能力，可用于治理水体富营养化。植物修复不足之处：一些植物在富营养化水体中生长迅速，若收集不及时，可降低水体中的溶解氧，加剧水体富营养化，产生负面效应。,？,微生物处理降低N、COD、P等,水体处理对像：1、城市生活废水；2、水产养殖水体3、大型娱乐水体4、湖泊、河流水体等等,二、水体富营养化的防治,三、水体自净,水体的生物环境,浮游植物,甲藻,蓝藻,金藻,硅藻,浮游动物,象鼻溞属,底栖生物环节动物、软体动物、甲壳动物微生物细菌、酵母菌、霉菌等,天然水环境中的食物链：,阳光、H2O,植物、藻类,动物,死亡有机物、排泄物,有机物的微生物分解,O2,O2,CO2,CO2,矿物质、未明营养素,自然界良好生态平衡的水体具有自净能力,水质管理,池塘中的水质问题：,由养殖系统导致的在池塘中出现的问题。1、养殖前期天然生产力不足（使用肥料）；2、高投饵率造成浮游植物过剩、缺氧、有毒代谢物浓度高（碱化、增氧、水的循环，水质处理）,四、养殖水体的水质,浮游植物和藻类与水体水质,浮游植物通常是养殖池塘的主要生态因子，在以天然饵料微生物为主的鱼虾类池塘中，它们是食物链的基础。在投饵的精养池塘中，植物作为饲料就不重要。除了高强度增氧的池塘之外，水生植物是养殖池塘溶解氧的主要来源。,浮游植物是鱼虾池塘生态中十分重要的一环：直接和间接饵料将鱼虾的有毒代谢物转化为饵料池塘水体中溶解氧的主要来源抑制不良微生物生长,传统养殖水质标准 经验：养鱼先养水，新缸不能立即放鱼！肥水色浓，与藻类数量及水层厚薄有关 生物学指标浮游植物量为20-100mg/L 透明度20-50cm，最佳30cm左右活水色随季节、天气、昼夜交替而变化，隐藻等鞭毛藻多，蓝藻少嫩-藻类处于增长期，缺N可导致细胞老化爽-清爽而不浑浊，有机物适中，透明度大于等于25cm,藻类：池塘生产系统生产者 营养盐+CO2,光照,有机物（藻类）+O2,池塘80%左右DO是藻类通过光和作用产生的鱼池的水色及透明度主要取决于藻类的种类及密度,池塘水色的主要类型：A 茶(棕绿)色系：淡棕色棕色红棕色深棕色组成：硅藻、甲藻、隐、金，裸藻，水系N积累过多，P不足会变成绿色；如果N、P均过量会变成蓝绿色水。B 黑色系-褐色、酱色、黑色：隐、甲、裸藻C 绿色系-绿藻、裸藻 在N和有机质高的水体出现D 蓝绿色系：蓝绿 铜绿以投饵为主的鱼池，N多P少，可以P代N,微囊藻蓝藻类的铜绿微囊藻和水华微囊藻,养殖水体中常见的一种有害藻类。大量繁殖后，形成一层绿色水华。俗称“蓝绿藻”、“湖靛”。多发生在盛夏至初秋季节。当养殖水体中有机物含量过高，而氮磷比例较小（N:P10:1）时，微囊藻生长逐步形成水体优势种群。危害：微囊藻虽然含丰富的蛋白质，但其细胞内存在蛋白活性酶拮抗物质，鲢、鳙鱼等滤食性鱼类摄食后不能被消化，不利于生长。当生长过于旺盛的微囊藻因老化而大量死亡后，藻体被厌氧细菌分解，消耗水体中大量溶氧，同时产生羟胺、硫化氢、肝毒素、神经毒素等有害物质，导致鱼类缺氧和中毒，严重者造成死亡。,角甲藻和裸甲藻,角甲藻为黄褐色，大量繁殖时，在阳光照射下反映出红棕色，俗称“红水”、“铁锈水”。角甲藻和裸甲藻喜生长在有机质丰富、硬度大、呈微碱性的池塘水中。危害：甲藻在池塘中大量出现，往往是水肥的标志，有些种类如真蓝裸甲藻是鲢、鳙的优质饵料。但是当藻类过度繁殖后，养殖水产品常因水体急剧缺氧和甲藻毒素而死亡。,阳光、H2O,动物,死亡有机物、排泄物,有机物的微生物分解,O2,O2,CO2,CO2,矿物质、未明营养素,饲料,集约化养殖水环境中的食物链：,植物、藻类,集约化养殖水体的水质,在养殖早期，往往是水质参数中各种物质和生物偏低，可以通过人工投入营养素可以快速建立生态系统；在高密度水产养殖中随着饲料的大量投入，养殖中后期水体不同于自然界良好生态平衡的水体具有自净能力，池塘水质中和生态系统出现障碍，甚至有时导致系统崩溃。,集约化水产养殖的水体污染源,集约化水产养殖饲料残渣、动物排泄物及残体等有机物。投喂大量饲料，一部分残存饲料和动物排泄物转化为浮游微藻类、浮游动物、原生动物和细菌等生物体；另一部分以溶解和固态物质存留在养殖水体和底质中，造成水体富营养化。其他投入品的污染：治疗剂、消毒剂、水质改良剂（化学类）和底质改良剂等污染。消毒杀菌药物改善了养殖生态环境的作用，但也破坏类养殖动物、微生物与环境三者构成的平衡。,集约化养殖水体的污染元素及危害,氨态氮：亚硝酸盐H2SCODP,第二节 微生物水质净化,鱼类对水质环境的基本要求,安全量 NH3 0.02 mg/L NO2-0.1 mg/L NO3-200 mg/L H2S 0.002mg/L S=0.2mg/L 溶解氧（DO）2mg/L,氨（NH3）：若因为某些因素（如水的pH值过高，氧气不足）使氨的排泄量減少，血液中氨的浓度增加得很高，造成自中毒（autointoxication）的現象。导致出血等中毒症状。游离的NH3毒性大于NH4+。亚硝酸盐(NO2-)：一旦硝化过程受阻，亚硝酸盐就会在水体内积累。亚硝酸盐降低水产动物免疫抵抗力，而容易感染各种疾病。NO3-：毒性最小，但是NO3-会使pH下降；H2S：含硫有机物（如硫酸盐）经厌氧分解产生，对养殖动物有剧毒：对生长速度、抗病力、中枢神经有损害。,水体中有害物对养殖动物的危害,微生物净化剂就是在体中利用不同微生物对水体中累积的氨氮、亚硝氮、H2S、COD、硝氮和磷等有毒有害物质进行转化或吸收，阻断或减少以上物质在水中的积累。目前主要应用有：光合细菌（PSB）芽孢杆菌类 硝化细菌,一、水体除N微生物及作用机理,硝化细菌反硝化细菌光合细菌芽孢杆菌,水体中氮循环示意图,养殖水体中NH3、NO2-的产生机理,随着养殖过程中投喂饲料增加，剩余饵料和水产动物的排泄物大量增加，异养细菌的大量快速繁殖，这些有机物通过氨化反应被分解。池塘中的自有硝化细菌由于其他种类的细菌的竞争，其生长很缓慢，效力低，使得池塘内部的硝化过程变得非常慢，亚硝化、硝化作用远远跟不上氨化反应的速度，造成NH3和NO2-的累积。此外，氨化过程中消耗大量氧气导致的缺氧。这些造成养殖水质恶化！通过强化硝化细菌繁殖，使有机物的产生氨化亚硝化硝化达到一个平衡，所有产生的氨和亚硝酸盐可以很快被足够数量的硝化细菌分解，浓度保持在接近于0的水平，建立良好的水体生态环境。因此，要解决上述有毒物质的累积，需要加强硝化细菌，促进N的循环；此外，加强反硝化细菌的以降低水体中总N!,硝化作用分两个阶段进行：第一个阶段是氨被氧化为亚硝酸盐，靠亚硝化细菌完成。第二阶段是亚硝酸盐被氧化为硝酸盐，由硝化细菌完成。硝化细菌和亚硝化细菌两类细菌相伴而生，作用相连。,（一）硝化细菌及硝化作用（Nitrification）,HNO2-毒性很强，累积起来对水体动植物有毒害。HNO3是植物吸收利用的有效氮素养料。,硝化作用微生物：包括亚硝化微生物、硝化微生物，好氧，G-，无机化能营养，个别有机化能营养（1）亚硝化细菌（氧化氨的细菌）：化能无机营养，专性好氧，最适温度25-30（5-30），最适pH7.5-8.0（5.8-8.5）。常见菌：亚硝化单胞菌、亚硝化螺菌、亚硝化球菌、亚硝化叶状菌。（2）硝化细菌：最适温度25-30，最适pH7.5-8.0。NO2-浓度在2-30mmol/L时化能无机营养最好。常见菌有硝化杆菌、硝化螺菌、硝化球菌。,硝化细菌的特性：（1）强耗氧微生物。（2）生长繁殖慢。（3）生长繁殖需要附着物（4）无机营养型，高有机物存在抑制生长（5）中性或碱性环境，不能在强酸环境生活,问题：硝化细菌有哪些特性？,硝化细菌特性一：强好氧性,对于水族箱来说，一套强大的供氧和过滤系统是必不可少的，为什么过滤要24小时开着呢？硝化细菌的硝化、亚硝化作用需要大量的氧气；提高水中的溶氧量，不仅可以让鱼儿活的更健康，更可以为硝化细菌提供充足的能量，来分解水中的毒素。同时我们知道，一旦水体处于缺氧状态，硝酸盐就会被还原菌还原成有毒的亚硝酸盐和氨，还会产生另一种有毒物质硫化氢，后果相当可怕。水族箱常用的过滤系统，其基本原理都是尽量提供硝化细菌需要的环境。如滴流式过滤系统，水慢慢以滴流方式通过大量堆放的滤材，既减缓了水流速度，又尽可能地让水接触空气，为硝化细菌提供氧气；水通过生化棉等滤材，也为硝化细菌提供了良好的工作场所。,硝化细菌特性二：生长繁殖慢,硝化菌的生长和繁殖是极慢的，大约需要10-20多小时才能繁殖一代。而把有机物分解为氨的异养细菌几分钟甚至几十分钟就可以繁殖一代。在硝化细菌自然繁殖的情况下，这个过程大概需要4-6周。常说的“养水”也因此而来。硝化细菌是属自养型微生物，以环境中的二氧化碳、亚硝酸盐等无机物质为营养，在体内合成生长所需的有机物。如果我们希望快速建立硝化系统，人工添加一定剂量的硝化细菌是必要的。,硝化细菌特性三：需生长附着物,硝化细菌的生长繁殖需要附着物。和鱼塘相比，水族箱的好处是可以配备一套强大的过滤系统，这是培养硝化细菌的好地方。在水族箱中我们经常用生化棉、生化球、陶瓷环等附着性好、多孔的材料，尽量增大滤水面积，让更多的硝化菌生活。多孔滤材的作用就是增加附着面积，让单位体积内有更多的硝化细菌生存。滤材主要看附着性，只要是无毒，中性，耐腐蚀，多孔，易附着的材料都是良好的滤材。,硝化细菌特性四：自养型,多数硝化细菌为化能自养型微生物，少数为兼性自养型。硝化细菌形态较小，接种到肉汤培养基上不能正常生长，严格的自养型微生物是以氧化无机物（NH4+和NO2-）产生的化学能为能源。其能量利用率不高，故生长较缓慢硝化细菌适应生长温度为10-37，适应的PH为6.5-8.5。,1、硝化细菌的硝化作用可为陆生和水生植物、藻类提供氮肥，避免因氨、亚硝酸积累所发生的毒害作用。养殖池中如果沒有硝化细菌存在，必然会面临氨含量激增的危险。因为氨是剧毒物，只要水质偏向碱性，一部份NH4+就会自然地转化成氨。如果水中含有足够数量的硝化细菌不断地清除水中的NH4+。2、硝化细菌是属自养型微生物，硝化细菌的繁殖速度要比异养型微生物慢得多，一般异养型微生物可在几十分钟内增殖一倍数量，而硝化细菌则要10-20h才能增殖一倍的数量。3、另一个重要原因是硝化细菌是一种自养型的细菌，水体中过多的有机物反而会抑制它们的生长与繁殖，减缓亚硝酸盐的降解速度。,提供足量的硝化细菌是水产养殖关键？,4、硝化作用必须有全自养性硝化细菌来完成 一些据称有硝化作用的异养菌或真菌，虽然也能将氨氮氧化成硝酸盐，但通常只能利用无机碳源，其对氨的氧化作用也有十分微弱，反应速率远比自养性硝化细菌慢，不能被视为真正的硝化细菌。养殖池塘中的氨氮原本很适合于硝化细菌的生长，但因养殖池中存在大量的异养菌，受异养菌的排斥作用影响，适合硝化细菌栖息的地方相对于自然环境而言显然少得多。因此，没有足够数量的硝化细菌来消费过来的亚硝酸盐，造成养殖水质恶化。,提供足量的硝化细菌是水产养殖关键？,如何提高足量的硝化细菌？,添加硝化细菌制剂是可行的方法，尤其是在水中氨浓度偏高时，采用这种方法最有效。但这种方法只是治标方法，不是治本方法，因为这些制剂在水中被活化成为活菌之后，它们仍然多属无壳蜗牛，在池水中无法增殖，甚至因环境不适而逐渐死亡。如游离细胞在流水条件下易被水流冲走，在静水条件下易被其他生物所吞食、持续时间短、利用率低下等缺点。活菌除铵效果迅速，适用于氨浓度过高的紧急情况。但活菌对氧气的要求十分严格，要将活菌保存并制成产品，常有保存的困难，要特别注意有效使用期限。,从理论的角度而论，为硝化细菌塑造一个理想的繁殖场所是最根本的解决办法。硝化细菌在繁衍过程中，有附着于固定物外表的倾向，若能在池水中安置若干多表面积的固定物供其附着，它就能迅速地附着在这些固定物的表面上，并开始增殖。（此类附着物，称之“生物填料”，carry media),生化培养球又称为生化过滤球，它是一种藉由生物化学的方法来除掉氨的一种特殊滤材，是由生活于滤材表面的硝化细菌来将氨给氧化掉，使之转化为无毒性的硝酸，为养殖生物创造一个优良的生长环境。生化培养球具有广大的表面积，且交错网孔构造可在表面达到完全通气效果，在过滤系统中形成一个巨大的活动空间让硝化细菌居住及生活，并有利于硝化细菌大量的繁衍。,利用生化培养球培养硝化细菌,硝化细菌制剂,硝化细菌制剂作为一种生物制剂。其生产原理和其他生物制剂一样，通过定向培养筛选有益菌种并富集起来，采用一定工艺制成可储藏运输的形式。硝化菌剂主要有两种形式：液态（活菌）和干粉（休眠菌）。由于液态菌都是密闭包装，在这种低氧甚至无氧条件下，硝化细菌只能存活很短的时间，很快就会死亡。液态菌的优点是活菌，入水后可很快发挥功效，短期内明显改善水质；缺点是无法长时间保存。为了延长硝化细菌的保存期，将硝化菌液做成干粉，在干燥条件下硝化细菌会进入休眠，存活期可长达2年。这种干粉易于保存和运输，是近年来比较流行的硝化细菌制剂，缺点是因为处于休眠状态，入水后硝化细菌不会立即工作，而是要经过活化，35天才能开始生长繁殖，逐渐发挥作用，所以对于水质急剧恶化，需要立即改善的水体是不适用的。,PondProtect 两类硝化细菌组成：AOB ammonia-oxidizing bacterium Nitrosomonas eutropha;NOB nitrite-oxidizing bacterium Nitrobacter winogradskyi.两种均协同作用，可高效地控制水塘中氨和亚硝酸盐的含量！,概念：硝酸盐在通气不良环境中（缺氧），被反硝化细菌还原成NO2、N2O或 N2的过程。,反硝化过程,反硝化细菌,（二）反硝化细菌及脱N作用（Denitrification）,反硝化作用是自然界N素循环的重要步骤,反硝化作用是造成土壤氮素损失的重要原因之一。但从整个氮素循环来说，反硝化作用还是有利的，否则自然界氮素循环将会中断，硝酸盐将会在水体中大量积累，对人类的健康和水生生物的生存造成很大的威胁。对去除水体中的氨氮、硝态氮是必不可少的。海洋中约一半的氮是通过这个途径返回大气中。反硝化作用对于控制水体富营养化，处理污水和净化水域有着极大的利用价值。,反硝化作用发生的条件,NO3-有机物质存在 氧气 0.5 mg/L，厌氧条件有电子供体如葡萄糖、H2S、H2等。,最适pH7-8，最适温度10-35，溶解氧 0.2mg/L，反应的能量来源于有机物的氧化,溶解氧DO 一般认为，当DO浓度低于1mg/L时，反硝化菌具有反硝化活性，但也有个别菌种的DO耐受性较强，如Pseudomonas sp.在DO浓度为2mg/L仍具活性，在DO低于2mg/L时，其反硝化活性随之成反比,反硝化细菌的部分属群,异养厌氧反硝化细菌：异养厌氧的反硝化细菌在转换硝酸盐为氮气时不需要氧气,且需要有机碳为碳源和电子供体。异养厌氧反硝化细菌适用养殖水体脱N吗？异养好氧反硝化细菌 将好氧反硝化细菌同硝化菌群混合培养,可在同一反应系统中实现硝化-反硝化过程。这样,硝化反应的产物可直接成为反硝化反应的底物,避免了培养过程NO3-的积累对硝化反应的抑制,加速了硝化反应的过程;同时,硝化反应和反硝化反应可在相同的条件和系统下进行,可简化操作的难度,大大降低投资费用和运行成本。好氧条件下的反硝化细菌？,H2S是水产养殖体系中常见有毒性代谢产物。好氧细菌分解水体中过多的饲料并累积有机物，当氧气消耗形成厌氧区，沉积物和底层水处于厌氧环境有利于异养型硫酸还原菌（Sulfate-Reducing Bacteria，SRB）大量繁殖而产生大量的有毒气体H2S，使养殖环境进入恶性循环状态。,二、水体除H2S微生物及作用机理,On the left is a bottom soil sample from a pond suffering from the effects of hydrogen sulfide;notice the black color.On the right is a sample from a healthy pond;notice the normal soil color.,硫酸盐还原菌RSB与养殖水中H2S,在厌氧条件下通过称之为异化的硫酸盐还原作用，将硫酸盐还原成为H2S。例如当利用乳酸盐还原硫酸盐的反应过程可以用下式表示:SRB 乳酸+H2SO4 H2S+乙酸+CO2,关于SRB还原SO42-的机理，具体分为三个阶段;(1)分解阶段：在厌氧状态下，有机物通过“基质水平磷酸化”产生ATP和高能电子；(2)电子转移阶段：在(1)阶段产生的高能电子通过SRB电子传递链(如黄素蛋白、细胞色素C等)逐级传递，同时产生大量的ATP。(3)氧化阶段：此阶段电子转移给氧化态的硫元素(SO42-)，将其还原为S2-，产生H2S，同时消耗ATP。,硫酸盐还原菌(SRB)的分类,PondDtox is the worlds only microbial solution that can both prevent and remedy a hydrogen sulfide-infected pond.When applied,the bacterium Paracoccus spp.oxidizes the hydrogen sulfide into harmless compounds.The benefits of use PondDtoxEffectively removes and prevents the further buildup of hydrogen sulfidePrevents and reduces mortality,光合细菌（photosynthetic bacteria,简称PSB）是一大类能进行光合作用的原核生物的总称，分为产氧光合细菌和不产氧光合细菌两大类。产氧光合细菌主要是蓝细菌，旧称蓝藻。水产养殖业上所应用的光合细菌主要指能在厌氧光照条件，利用光能将有机物作为氢的供体，固定CO2或低脂类有机物作为碳源而生长发育，其生长过程不产生氧气。功能：PSB以小分子有机物、二氧化碳等为碳源，铵盐、氨基酸或氨为氮源，因此能降低水体中的氨氮、亚硝氮、硫化氢和COD等，改善水质。,光合细菌（PSB）,光合细菌红螺菌,光合细菌种类较多，在分类学上包括4个科，即红螺菌科（Rhodospirillaleae）、着色菌科（Chromatiaceae）、绿色菌科（Cholorobiacae）。红螺菌可利用光能，以H2S为电子供体，还原CO2，合成细胞物质，进行光能自养型；更主要的是可以光能为能源，以还原性小分子有机物为供氢体，在光照厌氧条件下进行异养型生活，因而去除N等有机质。红螺菌科能在好氧及厌氧，光照下异养生长，成为国内外致力开发的水产养殖业的微生物资源。,光合细菌在水产养殖中的功效,1、净化水质兼性厌氧的光合细菌能改善水质，在分解有机质时不产生有害物质，并且还能利用有害物质作为营养源，长成自已的有益细胞，变害为宝；2、维持微生态平衡光合细菌可与病原微生物争夺营养、空间，使其无法大量繁殖，从而不易形成致病的环境条件。3、培养浮动物作饵料 光合细菌营养丰富，这正是浮游动物的优质饵料。实践证明，水体中光合细菌越多，浮游动物生长繁殖越旺盛,以浮游动物为食的鱼类增产效果也就越明显。4、间接增氧光合细菌分解有机质进行生长繁殖时，不需要氧气，也不释放氧气，它节约了好氧微生物分解有机质时所需的氧，产生间接增氧作用。但随后好氧的浮游动物因得到丰富的饵料，数量剧增，增氧效果就不明显了。,产氧光合细菌 蓝细菌门（产氧光养细菌）光合细菌,红螺菌科（原名紫色非硫细菌）沼泽红假单胞菌(R.palustris)荚膜红假单胞菌(R.capsulata)深红螺菌(Rsp.rubrum)：菌体呈螺旋状，运动较快胶质红假单胞(R.capsulata),Thiopedia roseopersicinia 玫瑰色板硫菌,红螺菌科,沼泽红假单胞菌简介,沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)是红假单胞菌属（Rhodopseudomonas）的一种，能忍耐高深度的有机废水和较强的分解转化能力。因其细胞内含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素、促生长因子、抗病毒活性因子和辅酶及多种生理活性物质,并具有抗脂质过氧化、改善水质，培养饵料生物，防治疾病，提高成活率等功能。目前,我国在种植业、养殖业以及环境保护等方面已广泛应用。,光合细菌绿硫菌,绿硫细菌中的一些种是以H2S作为光合作用供氢体，以CO2为主要碳源，厌氧下生长，能在缺氧的条件下进行不产氧的光合作用，进行类似植物的光合作用来制造有机物。绿硫所进行的光合作用主要是以H2S为供氢体，CO2碳源，属于光能自养细菌。绿色菌科等利用硫化氢及其它硫化物作为供氢体。,光合细菌（PSB）在水产养殖业的功效,1、净化养殖水质：光合细菌能利用铵盐、氨基酸作氮源进行生长。因此，能够消除水体中的氨氮、硝态氮，改善水体质量。光合细菌能利用H2S作为供氢体，可除去H2S（好氧）；红螺菌则主要利用小分子有机物为供氢体，且以这些小分子有机物为碳源，可降低水体中COD，有净化高浓度有机废水的能力。2、提高养殖对象防病抗病能力：光合细菌可与病原微生物争夺营养、空间，能抑制其它病原菌的生长，维持水体微生态平衡，使鱼类健康生长。且光合细菌并含有大量的生理活性物质，辅酶Q和抗病毒物质，能活化机体的免疫系统，增强抗病力。3、作为饵料和营养添加剂促进养殖对象生长：光合细菌菌体含CP60%以上，且含有多种叶绿素、类胡萝卜素、极丰富的B族微生物、多种促生长因子，PSB的菌体细胞营养是浮游动物的饵料。,在水产养殖应用光合细菌，具有净化养殖水体、抗病、促生长的综合作用。,光合细菌在水产养殖业的功效,红螺菌科（紫色非硫细菌）的富集与分离：将一定量水和鱼塘底泥放入500ml带塞磨口瓶中，加满红螺菌的富集培养基，液面注入灭菌液体石蜡，隔绝空气，置于30、2000lx光照强度下培养1530d，待液体培养物呈现红色或红棕色，转移至新配制的富集培养基中，重复23次。取富集培养物，经摇床振荡稀释处理后，以平板涂布法分离，在厌氧培养箱中光照培养7d，挑取粉红色至红色单菌落反复划线培养3次，挑取单一菌株，穿刺接种，管口塞紧后封蜡，培养、保藏备用。,如何生产用于水产养殖的光合细菌PSB?,光合细菌的生产工艺,1、培养液的配制将PSB培养基取一小包（0.5公斤），放入一个干净的容器中，加入100公斤水，搅拌均匀，直到培养基溶化为止。注意事项：水源宜选择含菌量较低的清洁淡水、海水或加粗食盐的淡水。地下水（井水）含菌量低，为最佳水源。光合细菌培养液：5.5g磷酸二氢钠，1.5g dl-苹果酸，2g乙酸钠，2g氢氧化钠，1g氯化铵，0.25g氯化镁，0.05g氯化钙溶于1升蒸馏水，再加入生长因子溶液和微量元素溶液各1ml，搅拌均匀，ph6.5至7.0。容器？少量生产可用透明度较高的白色或透明塑料桶、玻璃容器。大量生产可用水泥池，也可临时开挖土池，垫上双层塑料膜，培养液的深度为30cm最佳。,2、培养方式（1）小规模培养容器：1.25升的饮料瓶，饮料瓶透明度好，密封。设备：光照箱，或纸箱放1个40瓦的白炽灯悬挂在箱子的顶部？纸箱内壁四周，摆装好了培养液并接了种的饮料瓶，这样既达到了保温到25-40度，又达到了光照的效果。操作规程如下：配料：培养液和液体菌种4：1培养：在箱子内，打开白炽灯，照几天即可，控制在30-40度之内，第一次培养可能需要5天以上，每天早晚摇晃两次，一般只需要2天即可长成深红色。成熟标准：以培养液长成深红色为准，这时一般成品的光合细菌浓度可达到30-50亿/毫升。,（2）大规模培养：利用太阳能大规模培养选择阳光充足的地方，开挖一土池（长5米、宽1.8米、深0.4米），垫上塑料薄膜，然后再铺上桶状塑料薄膜，并将其一端密封，从另一端加入1.8吨配制好的培养液，和0.2吨的菌种，一共2吨，排尽薄膜中空气后，再将该端密封。保持适当的温度。5天后，菌液培养成熟。,光合细菌制剂的剂型,PSB不耐热市场上见到的光合细菌剂型大致有液体制剂、浓缩液、固体制剂、冻干粉等。相对而言，液体制剂较容易大量培养和批量生产，且培养物的活性较强，光合细菌的代谢物含量丰富，应用效果也较好。,光合细菌液体成品的保存方法,PSB应放在低温环境下，15度以下最好，夏季应放在凉爽的地方，并要保持一定的光照度，每天不低于2小时。这是因为PSB在刚刚结束培养时，正处于生长旺盛期，形成了很强的“生长惯性”，如果此时突然没有了光照或光照很弱，经510天后会出现光合作用失衡而导致大量死亡，使菌液发黑，并有恶臭。,经过固定化保存的光合细菌比相同接种量的液体光合细菌生长旺盛，颜色较液体光合细菌较深。,固定化G3菌对暗纹东方鲀育苗池水质的影响,图3 固定化G3菌对育苗池水COD的影响,图4 固定化G3菌对育苗池水氨氮的影响,固定化G3菌对暗纹东方鲀育苗池水质的影响,图6 固定化菌对养殖水体 亚硝氮的影响,图7 固定化菌对养殖水体氨氮的影响,S1、S2池水体中N-NH4+以及N-NO2-含量上升速度较缓，在整个养殖过程中的多数时间内均低于对照池。光合细菌的投放可以有效减少养殖过程中的换水量,。,PSB应用于水产养殖注意事项,（1）不可与消毒杀菌剂混合使用，水体消毒须1周后方可使用。（2）使用前，将菌液光照10小时以上，使用效果更好。（3）光合细菌适宜的水温为1540，最适宜水温为2836，施用时的水温20以上。（4）贮存时最好每天光照2小时以上，以保持光合细菌的活力。（5）水体呈碱性时施用效果最好。应用生石灰或烧碱调节ph值至中性或偏碱程度。（6）光合细菌菌液不能用金属器皿贮存。（7）培育鱼苗时，在苗种入池前7天全池泼洒，以利于浮游生物生长。,光合细菌存在的问题与任务,曾经兴起的光合细菌的热潮，遇到诸多的问题，甚至在水产养殖业的应用几乎停顿。产品质量低劣，标识量极高，实际仅活菌数仅一亿，养殖效果差。菌液保存困难。未来重点：如何筛选活性强、适应面广，容易培养的菌株。,水体中高COD的危害：,三、水体除COD微生物及作用机理,1、芽孢杆菌在水质净化的功效,芽孢杆菌的特点：芽孢杆菌(Bacillus spp)是一种好氧的G+菌，GRAS，在自然界分布广泛，适应性强，国内外均允许将其用于饲料添加剂；枯草芽孢杆菌在水中增殖后产生的许多胞外酶；产芽孢，易培养生产芽孢杆菌去碳功能：芽孢杆菌具有丰富的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶、氧化酶等，能强烈的分解碳系污染物，分解蛋白质和复杂多糖。芽孢杆菌具降解有机物和解磷功能：源源不断给单细胞藻类提供营养盐，可避免池底沉积物的富营养化。,芽孢杆菌对水质净化的作用机理,芽孢杆菌类的使用，清除长时间残留于养殖水域底部废物，尤其是老虾池底部积累的大量残余饵料、排泄废物、动植物残体以及有害气体(氨,硫化氢等)，使之先分解为小分子(多肽、高级脂肪酸等)，后分解为更小分子有机物(氨基酸、低级脂肪酸、单糖、环烃等)，最终分解为二氧化碳、硝酸盐、硫酸盐等，有效降低了水中的COD、BOD，使水体中的氨氮(NH4+-N)与亚硝酸氮(NO-2-N)、硫化物浓度降低，从而有效地改善水质。同时还能为以单细胞藻类为主的浮游植物提供营养物质，促进繁殖。这些浮游植物的光合作用，又为池内底栖水产动物的呼吸、有机物的分解提供氧气，从而形成一个良性生态循环。由于芽孢杆菌大量繁殖,在池内形成优势种群，可抑制病原微生物的繁殖，减少疾病发生。,芽孢杆菌在水产养殖中的功效,1、疾病预防：有些芽胞杆菌属在鱼虾肠道内、体表上繁殖，形成优势菌群，促进该部位有益细菌生长繁殖，竞争性抑制肠道、体表致病菌繁殖，提高鱼虾免疫力，有效预防疾病。2、水质净化枯草芽孢杆菌通过降解水中富余有机物，降低氨氮浓度,稳定其他各项理化指标，以达到改良水质和维持养殖水体生态平衡。枯草芽孢杆菌在水中增殖后产生的许多胞外酶能把养殖水体和底泥中的淀粉、蛋白质及脂肪等有机质分解，从而达到降低养殖水体富营养化和减少底泥生成的作用。氨气、氮气和二氧化碳等代谢的终产物从水中弥散到空气中，养殖水体中的氨氮和硝基氮可减少80%以上。,优缺点,容易培养，储存运输及使用方便芽孢杆菌好氧性菌，大量使用可能导致短时间水体溶氧下降；芽抱杆菌生长速度快，能迅速降解养殖池中鱼虾排泄物、残饵、尸体等的有机物。但是，芽抱杆菌大多具有硝酸盐还原能力，能将硝酸盐还原为亚硝酸盐。,四、水体中除P微生物制剂,磷是影响水体中藻类繁殖的关键因子植酸酶除磷微生物,细菌的类型（根据营养能源和碳源分类）：,生物因素微生物,化能异养细菌：以有机化学能为能源，以有机碳为碳源。,化能自养细菌：以无机化学能为能源，以无机碳（CO2）为碳源。,光能异养细菌：以光辐射能为能源，以有机碳为碳源。,光能自养细菌：以光辐射能为能源，以无机碳（CO2）为碳源。,化能异养细菌：,生物因素微生物,养殖水体中由于有机物质的大量输入，为化能异养细菌提供了丰富的底物，是池塘水体有机物质分解的主力军。,好氧化能异养细菌：主要分布在溶解氧丰富的区域。以氧为电子受体，将有机物质分解为二氧化碳和水，并释放出其中各种矿物质。,厌氧化能异养细菌：主要分布在溶解氧缺乏的区域(底泥中)。以有机小分子或无机氧化物为电子受体，将有机物质分解为小分子有机酸，并释放出其中各种还原性矿物质。,生物因素微生物,化能自养细菌：,好氧化能自养细菌：以分子氧为电子受体，氧化还原性无机物如氨、硫、铁、锰获得能量，将二氧化碳同化为有机碳。如硝化细菌，以分子氧为电子受体，将氨氧化为硝酸，获得能量固定二氧化碳。,厌氧化能自养细菌：以氧化态无机物如硝酸、硫酸为电子受体，氧化还原性无机物如氨、硫、铁、锰获得能量，将二氧化碳同化为有机碳。如厌氧氨氧化细菌，以亚硝酸为电子受体，将氨氧化成气态氮的同时将亚硝酸也还原成气态氮。,藻类、蓝细菌和光合细菌属于这种类型。反应通式：光能）CO2+H2O CH2O+O2 产氧气 叶绿素（藻类和蓝细菌）光能）CO2+2H2S CH2O+H2O+2S 不产氧气 菌绿素（紫硫、绿硫细菌）,光能自养细菌：,能以CO2为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；例如红硫细菌，以H2S为电子供体，合成细胞物质，并伴随硫的产生。,生物因素微生物,以有机物为C源，以光能为能源，以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体。例如：红假单胞菌属；红螺菌属（紫色非硫细菌），以异丙醇作为供氢体.,光能异养细菌：,2C3H8O+CO2 2C3H6O+CH2O+H2O,光能,光合色素,丙酮,光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物,