我國是水产全球最大的水產養殖國家,養殖水產品總量逐年增長。养殖氧反研究據統計,中好2019 年我國養殖水產品總產量達 6 450 萬 t,硝化细菌选及超過世界養殖水產品總量的进展 70%,為優質蛋白質的水产供給以及國家的糧食安全做出了巨大貢獻。目前,养殖氧反研究高密度、中好集約化已成為我國水產養殖的硝化细菌选及主要模式,然而,进展養殖密度的水产不斷提高極易打破池塘原有的生態平衡,過多的养殖氧反研究殘餌、糞便無法被池塘中的中好微生物分解利用,導致氨氮、硝化细菌选及亞硝酸鹽等有害物質積累,进展影響養殖動物健康。此外,不經處理的養殖廢水排放到外環境中產生麵源汙染,危害養殖業的可持續發展。生物脫氮不僅安全環保,而且具有可續持性,近年來新發現的好氧反硝化細菌因其能夠在有氧的條件下進行 反 硝 化 作 用,脫 氮 徹 底,而且具有適應性強、生長速度快及容易控製等潛在優點,逐漸成為脫氮益生菌中研究和應用的熱點。
在益生菌研究和應用中,菌種篩選是一個十分重要的環節。然而,由於在菌種篩選過程中候選菌株眾多而且篩選條件各異,水產養殖常用的益生菌菌種篩選的方法、標準非常繁雜,導致菌種篩選效率低下; 次,實驗室篩選得到的菌種在養殖試驗驗證過程中,其功能往往不能較好的重現,這主要是由於實驗室篩選益生菌的條件或許同其應用的環境有所區別,從而使益生菌應用後在靶位點難以生長、定植及發揮功能; 此外,某些對哺乳動物有益的微生物應用於水生動物可能會產生不利影響。因此,在益生菌菌種篩選過程中製定適合水產養殖的方法、標準就顯得非常重要。目前,已有很多關於水產養殖中好氧反硝化菌種篩選應用的研究],但尚未見到對該菌種篩選及評價方法進行係統綜述的報道。因此,本文對水產養殖中好氧反硝化細菌的篩選、評價方法進行歸納、總結,以期對好氧反硝化細菌篩選和評價標準 提 供 參 考,並對未來的研究方向進行了展望。
1 菌種篩選流程
隨著研究的深入,已有大量好氧反硝化細菌的研究 報 道,主 要 菌 種 包 括: 假 單 胞 (Pseudomonas sp.)、芽孢杆菌( Bacillus sp.) 、副球菌 Paracoccus sp.) 、海 杆 菌(Marinobacter sp.)、鹽 單 胞 菌 ( Halomonas sp.) 和 紅 球 菌( hodococcus sp.) 等,然而,尚缺乏對該菌種篩選和評價的係統報道。通過歸納、總結國內外相關文獻,好氧反硝化菌種篩選流程和標準如圖 1所示。具體而言,好氧反硝化細菌的篩選包括了樣品采集、富集培養、安全性評估、菌種鑒定、耐受性評估、功能性評估及應用試驗評估等主要組成步驟。通過層層篩選,獲得的菌種需要符合安全性、適應性、功能性和便利性等特點.
2 樣品處理
理想的益生菌,應該能夠在宿主的腸道或環境中定殖、建立和繁殖,然而,某些應用於水產動的益生菌常出現相對無效的情況,這或許是由於非魚類來源的益生菌無法在其腸道中生存或保持最佳的活菌數。基於此,好氧反硝化菌種分離常采集的樣本最好選取池塘的水樣、沉積物、微生物絮團及水產動物腸道等樣本,從這些樣本中篩得的菌種具有更好的適應性,即原位 /宿主益 菌 策 略autochthonousprobiotics/hostassociated probiotic) 。以往研究也發現,在水、泥、沉積物及生物絮團樣品中更易篩得好氧反硝化細菌,如濱海芽孢杆菌( Bacillus litoralis) 、枯草芽孢杆菌( Bacillus subtilis) 、施氏假單胞菌( Pseudomonas stutzeri) 及 Paracoccus saliphilus 等 菌 種,且具有較好的適應性。此外,采集的樣本還可以用高濃度的硝酸鹽、亞硝酸鹽及銨鹽作為唯一氮源進行富集培養,培養過程中需要進行間歇曝氣以達到好氧反硝化微生物數量增加,同時確保目的菌種的好氧反硝化性能不退化或可得到進一步加強,通過富集培養可大幅度提高後續菌種的篩選效率。
3 菌種初篩
好氧反硝化菌株初步篩選可應用溴百裏酚藍( bromothymol blue,BTB) 固體培養基,接種的細菌由於反硝化作用使 pH 升高,從而產生藍色暈圈,選取藍色菌落即可實現菌種的初篩。應用該方法,從循環水養殖係統的生物濾池中分離到好氧條件下能脫氮的菌株 Z1 和 Z8,Song 等]分離篩選得到高效脫氮的好氧反硝化菌株凝結芽孢杆菌( Bacillus coagulans) XY-6,也篩選 得 到 脫 氮 性 能 較 好 的 好 氧 反 硝 化 菌 種Pseudomonas sp. B5。根據篩選流程,初篩獲得的菌種還需要進行安全性評估、菌種鑒定及耐受性評價。
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