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水产养殖与微生物世界

阿米·霍洛维兹(Ami Horowitz)博士 莎拉·霍洛维兹(Sarah Horowitz)博士

微生物控制的过程可以好氧或厌氧发生

微生物
图1:五个主要类别的微生物-病毒,藻类,真菌,原生动物和细菌(经美国微生物学会许可使用)。

微生物在水产养殖中至关重要。它们生活在沉积物和其他基质中,以及在水产养殖设施的水中,以及在养殖动物体内和之上。微生物可能对水产养殖活动的结果产生正面或负面影响。积极的微生物活动包括消除有毒物质(例如氨,亚硝酸盐和硫化氢),未食用饲料的降解以及水生动物(如虾和其他放牧和滤食动物)的营养。

有害影响包括疾病;生产有毒的氨,亚硝酸盐和硫化氢;和消耗大量的氧气,必须由水产养殖者来补充。这些和其他功能使微生物成为水产养殖健康和可持续性的关键参与者。

然而,微生物是水产养殖中最鲜为人知和了解的元素之一。与水产养殖的其他领域一样,微生物也需要管理和处理。在从此开始的一系列文章中,我们将提供示例,说明如何操纵这些几乎看不见的,高度多样化且极其重要的代理。

主要微生物群

微生物世界由细菌,真菌,藻类,原生动物和病毒组成(图1)。它们仅由于体积小而不是由于功能而组合在一起。例如,如果将相同的分类规则应用于较大的动物,则将一些鱼类,虾,绿色植物,鸟类和哺乳动物归为一组。众所周知,某些微生物(例如病毒,细菌和原生动物)很小,不到一毫米。其他的,例如藻类和真菌,有较大的亲缘种(例如最大的活生物体中的褐藻)。与较大的生物体不同,微生物的形态相对较差,并且局限于几种形状和颜色。然而,它们差的形态被巨大的生理多功能性所补偿。

病毒

病毒非常小,范围在0.01到0.3微米之间,只能通过电子显微镜才能看到。它们不能独立生活,只能在其他生物的细胞内繁殖。但是,他们对主机的需求相当具体。例如,甲壳类病毒不太可能攻击人类或鱼类。病毒也是所有生物中最简单的一种,由核酸(DNA或RNA)制成,通常被蛋白质层覆盖。

藻类

藻类是光合生物(包含叶绿素),它们从阳光中获取能量,从二氧化碳中获取碳。它们的大小从一微米到几米不等。所有将二氧化碳用于其碳需求的生物都称为自养生物。藻类通常通过为养殖动物提供氧气和天然食物基础而对水产养殖有益。但是,某些藻类虽然可以自由生活,但却会产生对水生动物致命的毒素,例如引起赤潮的鞭毛藻,因而可能有害。

菌类

真菌与藻类相似,但它们不含叶绿素,需要预先形成的有机物作为能源和碳源(例如糖,脂肪,蛋白质和碳水化合物)。这种生物被称为异养生物。真菌的大小范围从几微米到几厘米不等,其生长方式是通过以腐烂的物质为食而独立生长,或者与动植物结合,经常作为寄生虫生长。

原生动物

原生动物也是异养生物,主要是自由生活,主要通过吞食较小的微生物来摄食。它们的大小在2到200微米之间。大量的原生动物,即孢子虫,是寄生虫。少量的原生动物含有叶绿素,并可以根据光照条件在自养和异养喂养模式之间切换。

微生物
图2.附着在固体支持物上的细菌的扫描电子显微镜(SEM)照片。

细菌的大小范围从0.1到15微米(图2),有些“巨人”可能达到半毫米。它们构成了代谢最多样化的生物体。尽管有些细菌是动植物的寄生虫,但大多数细菌是自由生存的,与人类和其他动植物具有中性或有益的关系。

它们的代谢功能异常强大:尽管大多数是异养生物,但它们的成员只能利用光能或化学能作为自养生物生活。它们最显着的特征之一是它们能够迅速繁殖,其产生时间通常在数分钟至数小时之间。

微生物过程

细菌和其他微生物,尤其是真菌,能够代谢和转化多种有机和无机化合物。因此,人类已经将它们用于制造酸奶,酱菜,面包,奶酪和葡萄酒,数千年来,最近用于废物处理和水净化。

微生物控制的过程可以有氧(有氧)或无氧(无氧)发生。此类过程的起始物料和最终产品会根据微生物的能力(如其遗传组成所反映的)以及发生这些过程的环境(例如氧气的可用性,温度,盐度,pH等)而有所不同。 )。表1示意性地示出了由微生物进行的一些生化过程。

水产养殖中的好氧微生物过程

通常,好氧微生物过程产生的化合物可能是有益的,在水产养殖中是无毒的或低毒的。这些过程包括:

  • 将有机物氧化为二氧化碳,这是水产养殖池塘或水箱中氧气的主要消耗者。
  • 氨通过亚硝酸盐氧化为硝酸盐,这也会消耗大量的氧气。
  • 将还原的硫化合物(例如硫化氢和元素硫)氧化为硫酸盐,这在水产养殖中通常需氧量低。
  • 与通过藻类将二氧化碳转化为生物质相比,通过自养细菌(例如硝化细菌)将二氧化碳转化为生物质,而水产养殖设施中产生的生物质相对较少。
  • 藻类将二氧化碳转化为生物质,并根据光的可用性净产生氧气。除饲料外,水产养殖的光合作用过程是水生动物碳源和天然食物的主要投入。

水产养殖中的厌氧微生物过程

如果不加以控制,微生物的厌氧过程会产生对养殖鱼类或贝类有剧毒的化合物。这些过程包括:

  • 消耗有机物质而没有利用自由氧,导致通常不能完全氧化的产物(例如醇,有机酸)。
  • 还原硝酸盐和亚硝酸盐,可产生氮气或氨气。在水产养殖中,由于氨和亚硝酸盐的毒性,不欢迎生产氨,而生产氮气是有益的。但是,在农业中,情况恰恰相反-硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气会导致肥料损失。
  • 将硫化合物还原为最终产物硫化氢,该化合物即使在非常低的浓度下也对大多数动物有毒。

在以后的文章中,我们将描述微生物在水产养殖中的作用;饲料管理,微生物和水质之间的关系;水产养殖中生物过滤器的微生物学和硝化作用;通过益生菌和其他改变水产养殖设施微生物区系的方法来管理水产养殖的微生物生态。

(编辑’注意:本文最初发表于2000年2月的 全球水产养殖倡导者


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