CEO的胡言胡語硝化菌硝化作用如何如何養魚氨化水族箱

水族箱環境裡消化細菌與氨化細菌的作用

  • 消化細菌又可以稱之為腐生細菌

在環境微生物學中並無「消化細菌」這個專有名詞,基本上它只能算是一個形容詞,與一般所謂的「硝化細菌」意義完全不同,但有不少人誤以為「消化細菌」就是「硝化細菌」,其實兩種菌種的生化特性有極大的差異性。所謂消化細菌是指一大群具有分解環境中有機物能力的有機營養菌,尤其是指腐生細菌、黴菌。因為腐生細菌能分泌體外酵素(稱為胞外酶),將外交界有機質消化吸收,因此逐以該名詞形容它們所具有的消化環境中有機物的作用能力。

消化細菌大部分是單細胞生物,沒有固定的消化器官,它們的營養全部是由細胞膜的渗透作用來完成。細菌細胞外面的高分子物質,如蛋白質、多醣類、脂肪等,並不能為細菌細胞直接所攝取,而是先經過細菌分泌的胞外酶,如水解酶、蛋白酶、脂肪酶、核酸酶等,把周圍環境中的蛋白質、多醣類、脂肪等高分子營養物質,分解為可溶於水中的胺基酸、單醣、脂肪酸等簡單物質,通過細胞壁和胞漿膜的渗透作用,進入菌體內被利用。因為消化細菌具有這樣的作用過程,可使得大地環境中死去的生物其中的有機物被分解,所以此類細菌對大自然環境的清淨作用具特殊意義,如果沒有這種消化細菌,地球將佈滿了許多生物的屍體不會自環境中自然分解,這會引發極大的環境災難。

消化細菌吸收上述簡單物質之後,可利用體內酵素(稱為胞內酶)的作用,將它利用而釋出能量供細菌生命活動之用,或作為營養物質而眝存於細胞內,或合成複雜的細胞成份構成菌體。因此,消化細菌除了可從分解有機物中獲得能量外,亦可用於生長及增殖作用。

  • 消化細菌的種類

消化細菌在形態及構造上可用於分類的特徵並不多,因此有些人為求方便,通常以它們攝取營養物的對象,做為簡單的分類基礎,例如專門分解蛋白質細菌者,就成為蛋白質消化細菌。但有許多細菌同時具有多種分解有機物之功能,則無法適用此種分類方法,因此通常依據它們對氧氣的需求與否,可將它們分成下列五種基本類型:

  1. 需氧型消化細菌:指環境中必須要有氧氣才能生長與增值的消化細菌,太多細菌屬於此類,它們消化有機物的速度最快,生長及增殖速度也最快。
  2. 微需氧型消化細菌:指環境中只須要有少量氧氣就能生長與增殖的消化細菌,它們沒有氧氣不能生存,但氧氣太高也會仰制其生長作用。
  3. 兼性厭氧型消化細菌:指在有氧、無氧環境中都能生長與增值的消化細菌,但在有氧的情況下較有利。
  4. 厭氧型消化細菌:指在無氧環境中才能正常生長與增殖的消化細菌,若有氧氣存在,其生長作用會受到仰制。
  5. 絕對厭氧型消化細菌:指在無氧環境中才能正常生長與增殖的消化細菌,若有氧氣存在,則無法生存,它們消化有機物的速度最慢。

一般在水族缸所發現的消化細菌,幾乎均屬於需氧型種類。它們的種類、組成和族群大小,在很大程度上取決於養魚飼料的含量及組成。由於一般養魚飼料主要由蛋白質、醣類、脂肪及維生素等所組成,因此消化細菌的種類,通常由數量眾多的此等相關細菌種類所構成,特別是分解蛋白質、多醣類、澱粉、脂肪和尿素的種類等。其中以分解蛋白質的消化細菌種類最多,分解脂肪的種類最少。

近年來,有一種篩選自禾本科植物枯莖葉上的細菌,叫做枯草菌(Bacillus licheniformis),被引進水族缸中作為淨水劑。它原本是陸上環境中普遍存在的一種腐生細菌,但是在淡水及海水的底泥中均能檢出五種細菌之存在,分佈相當廣泛。枯草菌無毒,能分泌出活性強的蛋白質分解酵素,用以快速地分解水中蛋白質,亦能分泌出其他酵素用於分解其他有機質,分解不同種類有機質的能力很強,在水質淨化上能擔任重要的分解者角色。當它的製劑被商品化後,據悉對魚類的有機排泄物具有迅速分解的極佳效率,因此坊間乃以它作為消化細菌的代表。

  • 消化細菌的生態

消化細菌在生態學中被定義為「分解者」的角色,它們能在自然界中大規模地將有機質礦化(mineralization)。所謂礦化係指在適宜的條件下,微生物將有機質分解成最初的無機成份,如二氧化碳、水及其他無機物等之作用過程。它們的種類很多,在不同的環境條件下,都有特定的族群擔任分解者角色,因此絕大多數有機質,都能被某些種類分解和利用,使它們轉化為無機成份重返自然界中。

消化細菌並不參與有機物生產,卻能加以高效率地分解利用,並由此獲得其維生能源及生長繁衍的基質。然而,這並不表示或的有機物之後,就是它們生存及族群延續發展的保證。事實上,各種生態環境因素,如溫度、pH、水中溶氧量等,也深深影響它們的生長特性。

生態條件的改變,在一定限度內,可引起細菌類的組成、族群大小、生長、增殖,型態和生理特徵的改變。當生態條件的變化超過一定極限,則會導致細菌的死亡。一般而言,較適合消化細菌生長的條件範圍,溫度約20~35℃,Ph約4~10,溶氧則依據消化細菌對氧的需求與否而有很大的不同。

消化細菌可分佈於自然界中任何能夠攝取有機資源的地方,只要各種生態環境因素良好,它們就會快速分裂增殖,其分裂速率依種類不同而有極大差異。例如,在25℃時,需氧型消化菌種類平均20~30分鐘即可分裂一次,但絕對厭氧型消化菌種類則需要數天。

雖然需氧型消化細菌能決速增殖,但因受限於營養物質不足、代謝產物的堆積,以及其他環境因素的變化,最終仍不允許它們無止境地分裂增殖下去,而會被限制在一個數量與各種生態環境因素的平衡關係上。

  • 氨化作用與氨化細菌

含氮有機物(主要是蛋白質)在微生物的作用下,釋放出氨的過程稱為氨化作用(ammonification),它是礦化作用之一,也是氮循環系統的主要環節之一。

氨化作用在好氣性或厭氣性的條件下均能進行,但作用強度以好氣性條件較佳。溫度越高其作用也越強,但通常達到45℃即迅速減弱。最適溫度為一般為30~35℃。在0℃的水中,仍有微弱的作用。PH值4~10之間可正常進行反應,最適PH值約為7.0左右。

凡消化細菌種類中,能進行氨化作用者,稱為氨化細菌(amminifying bacteria)它能將蛋白質分解成氨,對自然界中的氮循環系統具有重要的意義,其基本作用流程如下:

蛋白質→胺基酸→脫胺基→生產氨

消化細菌中的氨化細菌不僅分佈廣,而且它們的數量也最多。一滴污水中,可能會有幾千萬個細菌。氨化細菌積極參與自然界中淨化作用,把動植物屍體及糞便分解成水、二氧化碳和氨等無機化合物,使環境免受到有機污染的影響。而此種強大生長及分解的能力,也為它們贏得自然水域清道夫的美譽。

  • 氨化細菌對水族缸的影響

雖然魚類的排泄作用也會排泄出氨,不過水族缸中的氨主要是由氨化細菌進行氨化作用所衍生而來,因此水中氨的含量通常與氨化細菌的數量及氨化作用的效率有密切關係。

在水族缸中,氨化細菌均腐生於魚糞便、殘餌等有機廢物的表面從而進行腐化分解與氨化作用,結果把其中的有機氮化合物轉化成氨,並釋出於水中。這種作用才是水族缸自產氨的最大來源。

已知氨是一種劇毒物,它對水族缸中魚類健康具有極大的威脅性。一般而言,只要氨在水族缸中有存在,即使少量,也容易引起魚類中毒現象。例如,低濃度的氨(>0.5ppm)會使魚類活力降低、食欲降低、抗病力降低,從而容易得病。高濃度的氨(>0.5ppm)可能直接對魚類產生毒害反應,使魚類立即中毒死亡。

因為氨氣的產量與魚類糞便或殘餘飼料氨化反應的強度成正比,也因為氨易溶於水的成為胺水的本質,使它極易在水中形成累積改變整個水族箱的酸鹼值,結果可能因此嚴重危害到魚類的安全。這種特徵突顯出經營一個水族缸的矛盾問題,即我們一方面希望水族缸中的氨化細菌能加速進行氨化反應以降低有機物污染,另方面又擔心因氨化反應過於劇烈生產大量氨使魚類中毒意外死亡。

氨化細菌在水族缸中的是無所不在的,而且增殖能力極為強大,因此只要水族缸(含過濾器)中蛋白質廢物充裕,它們即能在短時間內發展出龐大的族群,不斷地將蛋白質快速分解使之消弭於無形,可稱得上是最具的淨水功能的細菌,但是因氨化作用所產生之氨,需要硝化細菌加以分解清除。而頭痛的問題就是氨化細菌跟硝化細菌之間不對等的增生繁殖能力,兩者都需要充足的溶氧量來增生繁殖,但是一個只需幾小時就能大量增生,一個需要數天的增生,一旦太多的排泄物等有機物一下子太多,快速增生的氨化細菌能很快分解有機物產生大量的氨,而來不及快速增生的硝化細菌並無法迅速分解氨,這會造成魚類胺中毒。這在管理水族缸過程中一定要特別注意,氨對飼養魚類所造成的潛在威脅,其實主要還是來自於水族缸大小對魚的數量有制約,餵食魚餌過量會造成魚死亡的問題都是因為氨化細菌跟硝化細菌兩者之間的平衡出現問題的緣故。

 

摘錄自消化細菌與水族缸