本帖最后由 王火火 于 2020-7-27 13:46 编辑
因为写的太长,CMF发帖限制太多了只能分成三个帖子了 第一部分 第三部分
三、活石 关于活石大家更关注的肯定是内部，发生了什么能够控制营养盐呢？ 传统上鱼友一般认为活石复杂的多孔结构使得水流只能缓慢向内扩散，形成靠近表面的区域是好氧细菌生长，当好氧细菌把溶氧消耗掉以后，活石深处的环境就可以供厌氧的反硝化细菌生存。 事实的情况却远远不是这样的，文献中的原文是这么写的“Here anoxic microsites provide a habitat for anaerobic bacteria,while being surrounded by aerobic pore waters.This is in contrast with the mental concept that the processes occur in separate aerobic and anaerobic zones."[2][3] 这段话的大概意思就是说在周围充满氧气的水体环境中，好氧细菌为厌氧细菌提供居住环境，这与这个过程分别发生在好氧区和厌氧区的概念是相反的。 怎么理解这一句话呢，你可以简单的理解成固着在活石（或者任何其他滤材）表面的细菌群落（或者说菌膜）不只是一层，而是很多层，最表层的也就是接近水体的那一层最先利用水中的氧气和其他物质，随着水逐渐往下层扩散或者流动，氧气含量逐渐降低，到最下层的时候水中的氧气含量就已经很低了，这样就形成了缺氧环境。所以无论在活石（或者其他任何滤材）的表层还是内部硝化作用反硝化作用都是在进行的。 实际上这与我们实验室所发表的结果是非常一致的[4]。 
在这个表格中可以看到，exterior代表的是活石的表面，interior代表的是活石的内部（约1cm左右），我们用16S的拷贝数代表整个菌群的数量，用反硝化功能基因nosZ的拷贝数代表反硝化细菌的数量，活石内部的细菌总量比表面要低很多，这个很好理解，越往里物质交换越不畅，可以支持的生物量肯定越低，同时可以看到反硝化细菌的数量也是在内部大幅下降，同时在总菌群的占比中并没有什么变化，甚至还略有点降低，是不是非常毁三观，感觉这么多年养柏林系统建立起来的信仰就完全被毁灭了！没关系，下次学好数理化（生），走遍天下都不怕。也就是说反硝化细菌并不需要幽深的孔隙来提供居住环境，而是依靠别的微生物把氧气消耗殆尽后为他们提供居住环境，所以这样的过程在活石（或者任何滤材）表面就可以发生。 在我们的研究中，我们还检测了活石对于氮营养盐的去除能力测试，那结果是怎么样的呢？ 在我们的实验中，可以检测到比较可观的氨氮的降低，但是并没有检测到可见的硝酸盐降低，考虑到使用的硝酸盐水平相对还是较高，有可能超过了活石的处理能力导致无法检测，我们其实后续又做了几个浓度更低的硝酸盐梯度的实验（未发表），同样的，到了非常低的硝酸盐水平也同样没有检测到统计意义上显著的硝酸盐下降。 而除了我们之外，世界上只有日本的Yuen等[5]做过同样类型的活石硝酸盐去除能力的实验，但是他们的实验结果却表明活石对于硝酸盐是有一定去除能力的，这是为什么呢。 我们与Yuen等的实验的主要区别是他们的实验在光照下进行，而我们做了遮光处理，而且他们的实验中使用的活石是选的100%被钙藻覆盖的活石，而我们选的是没有任何肉眼可见藻类附着的，并且平时是养在没有光的底缸中的，换句话说我们认为在日本人的研究中降低的硝酸盐更可能是被藻类吸收的。（其实我吐槽一句，日本人的文章其实做的是很不严谨的，如果想测试活石的反硝化除氮的能力，却又引入藻类、光这样的会影响结果的无关变量进来，所以不要觉得外国的月亮比较圆，其实除了他们还有一个韩国的团队发过一篇文章，发在一个韩国国内的非SCI杂志上,由于结果过于完美，完美到不可能做出那种结果出来，而且发表在一个韩国国内的野鸡期刊上，我就直接忽略那篇了）。 当然我们的研究还有可能是由于缺乏碳源导致反硝化作用难以进行，这点的可能性也是比较大的，看下面我们文章种的另一张表格。  AOB代表的是氨氧化细菌的数量（还有一类氨氧化古菌，我们也有测但是占比比较小所以不放上来了），也就是把氨氧化成亚硝酸盐的这类硝化细菌，可以看出硝化细菌的数量跟反硝化细菌的数量处在同一个数量级（在深层硝化细菌占比甚至还更高了，毁三观把），也就是说反硝化细菌应当是有一定的反硝化能力的。问题在于这类实验中如果加入碳源，一方面比较难以确定哪种碳源比较适合活石中的反硝化细菌利用，另一方面加入碳源以后很可能有其他的作用降低硝酸盐，难以说明硝酸盐的降低是由于反硝化作用造成的。当然可以用氮同位素来示踪就可以确定，这就是另外一个故事了，以后有空做这个实验吧。 而从反硝化需要足够的有机碳源这个角度来看，足量的喂食，大量的饲养shanhu（shanhu会往水中释放大量的有机代谢产物）都可能大大有利于反硝化作用的进行，这也是你很难讲活石的反硝化处理能力定量的有多少多少毫克每公斤每天之类的其中一个原因（当然原因非常多），他可能是一个动态变化的过程，可能你喂食量增大同时增加了碳源供反硝化作用使用，增加的硝酸盐就也被消耗掉了，所以不论你多喂少喂硝酸盐总能维持在某个较低的水平。（请注意这里说的都是可能）。 还有一个要注意的地方是，你可以看到无论是硝化细菌还是反硝化细菌，他们在总的微生物群落中的占比都只有千分之一这个数量级，可以说占比都是非常低的，其他的占真正主导地位微生物类群发挥的作用到底是怎么样的，我们目前是基本完全一无所知的。 简单的来说，请记住，要考的，由于反硝化细菌生存环境的特性，并不太可能存在也并不需要某种特殊的结构使得某种滤材细菌附着后有远远强于其他结构滤材的反硝化能力，包括活石，包括所谓的神砖等等。考虑到我们的一些实验结果，我认为反硝化作用在氮的输出中可能能够起到一定作用，但是这种作用并不占很强的主导地位。
四、水体中的浮游微生物群落 还说一个大家经常会忽略掉但是实际上非常重要的部分，就是水中的浮游微生物群落。水体种的浮游微生物群落组成同样非常复杂，并且就如我之前说的群落演替是不断在发生的，浮游微生物群落也是这样。佐治亚水族馆对他们养鲸鲨、sea龟之类的大型生物的两万多吨水的大型鱼缸进行了十四个月的水体中浮游微生物群落组成的监测[6]。  可以看到的是微生物组成的类群非常丰富，并且波动还非常大，说明看似稳定的养殖系统中群落结构也是在不断的发生变化的，所以千万不要觉得你的鱼缸是一成不变的，它其实每时每刻都在不停的变化，只是你看不出来而已。而且这每个微生物的类群在其中到底发挥了怎么样的作用，他们之间的相互关系是怎么样的，我们目前所知还非常非常少。（千万不要以为目前人类的科技水平有多高，实际上我们目前可以用的技术手段还远远解释不了自然界的复杂情况，就上图这些数据都还是这几年高通量测序技术成本的下降我们才有办法知道这些复杂的群落组成。）  上图中橘红色点代表浊度，蓝色点代表微生物总量，可以看出微生物总量也在不停波动，并且和浊度有很强的相关性，作者还分析了微生物总量、浊度和其他环境因子的相关性，发现与营养盐水平和溶氧量的相关性最强，这再一次说明了我一直在和大家说的观点，不要一看到营养盐升高了就觉得是喂多了，然后做点什么神奇的操作就可以降低了，营养盐还有其他环境参数的变动实际上意味着鱼缸中也许不管是浮游的、底栖的整个生物群落结构发生了很大的变化，不要试图用一些简单的线性思维试图去概括整个过程。尤其需要考虑到这个还仅仅只是养鱼的缸，柏林系统的shanhu缸中间发生的过程比这还要复杂的多的多。 而一说起蛋分，大部分人就说，蛋分排出的就是蛋白质分子，实际上蛋分排出的东西其组成也是非常非常复杂，远远不止是排出水中的蛋白质分子那么简单，advanceaquarist上（现已被reefs收购，可以在reefs上看）有个搞化学的鱼友测定了蛋分排出的物质的元素组成，其中有一个含量不低的元素就是硅，为什么会有可观的硅呢，应该就是因为蛋分的排出物中有大量的硅藻，你如果把蛋分的废水拿一些放到显微镜下看就可以看到很多奇形怪状的东西，有些是像奔驰标一样的三叉星，有些是新月形的，有些是一个圆柱形，各种奇奇怪怪的形状都有，这些就是硅藻，当然更多的是一些棉絮一样的东西，这些大部分都是细菌和其他微生物形成的絮团，某些类群的微生物更容易形成生物絮团，这些生物絮团可以很容易的就被蛋分被蛋分排出，所以千万不要低估了浮游生物群落组成的重要性，应该说高效的排出水中的废物不只是你蛋分牌子好的标志，也是你鱼缸浮游生物群落比较健康的重要标志。如果你本来正常工作的蛋分开始越来越打不出东西了，就千万得注意了，浮游生物群落结构可能出现了很大的问题，必须得重视。 除此之外水中的浮游生物还有很多类群，比如一般认为很少在鱼缸中存在的桡足类，在晚上关灯一段时间以后把所有水泵造流都关闭然后用一束光束集中的手电筒对水体中打光观察的时候一般都可以发现不少一颤一颤的在水中游动的小虫子，那些就是桡足类。还有虫黄藻，根据我们实验室监测的结果来看，一个shanhu数量比较正常的缸中，大约每毫升水中有一万个左右这个数量级的虫黄藻，当然虫黄藻非常微小，一万个每毫升并不多。
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发表于 2019-8-27 12:59:17
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