通过生物修复技术改善水产养殖环境：利用益生菌（Bacillus）减少氮废物并提升罗非鱼（Labeo rohita）集约化养殖中的鱼类健康状况

《International Biodeterioration & Biodegradation》：Cleaner aquaculture through bioremediation: Using Bacillus probiotics to reduce nitrogenous waste and enhance fish welfare in intensive Labeo rohita culture

　　本研究评估了三种Bacillus益生菌对模拟池塘水中氨氮和亚硝酸盐的去除效率及对鲤鱼健康的影响。B. subtilis COFCAU_BSP3在1×10^8 CFU/mL下表现出最高去除率（74.47%氨氮，41.01%亚硝酸盐），并显著提升鱼类的免疫指标和生化参数，为可持续水产养殖提供新方案。

　　本研究聚焦于评估三种芽孢杆菌（Bacillus）益生菌——*Bacillus subtilis* COFCAU_BSP3、*B. velezensis* COF_AHE01 和 *B. amyloliquefaciens* COFCAU_P1 在模拟池塘水中的生物修复能力及其对养殖鱼类 *Labeo rohita* 健康的促进作用。这些益生菌被选用于处理高密度、无换水系统的池塘水质问题，旨在为可持续水产养殖提供新的解决方案。研究发现，*B. subtilis* COFCAU_BSP3 在去除氨氮和亚硝酸盐方面表现出显著优势，且在多种环境条件下具有良好的耐受性。这一菌株在特定浓度和温度条件下，能够有效降低氨氮和亚硝酸盐的含量，同时提升硝酸盐水平，表明其在促进氮循环方面具有重要作用。

在高密度养殖环境中，水质管理是保障鱼类健康和提高生产效率的关键因素。传统上，水产养殖依赖于频繁换水来控制水体中的污染物浓度，但这种方法不仅耗时耗力，还可能带来疾病传播的风险。此外，过度使用化学药物和抗生素以防止疾病，会导致抗生素耐药性增加以及生态环境的破坏。因此，寻找一种既能改善水质又能增强鱼类免疫力的生物手段成为研究的重点。

芽孢杆菌因其在自然环境中的广泛分布、形成芽孢的能力以及良好的环境适应性，被认为是一种极具潜力的生物修复剂。它们不仅能够分解水体中的有机物质，还能通过代谢活动降低有害物质的浓度，如氨氮和亚硝酸盐。在水产养殖系统中，氨氮主要来源于鱼类代谢、未被摄食的饲料以及沉积物的分解，而亚硝酸盐则是在氨氮转化过程中的中间产物。高浓度的氨氮和亚硝酸盐会对鱼类的鳃、肾脏和肝脏造成损伤，影响其生长和存活率。因此，有效控制这些污染物的浓度对于维持水产养殖系统的稳定性和可持续性至关重要。

在本研究中，三种芽孢杆菌被用于模拟池塘水环境中的生物修复实验。结果显示，*B. subtilis* COFCAU_BSP3 在去除氨氮和亚硝酸盐方面表现最佳，分别达到74.47%和41.01%的去除率。这一高效性使其成为后续体内实验的首选菌株。此外，该菌株在pH 7.0和30°C的环境下表现出最佳的适应性和活性，能够耐受一定浓度的氨氮和亚硝酸盐，表明其在实际养殖条件下的应用潜力。

在体内实验中，*B. subtilis* COFCAU_BSP3 被定期添加到养殖水体中，持续30天以评估其对 *L. rohita* 幼鱼的影响。结果显示，该菌株显著降低了水体中的氨氮和亚硝酸盐含量，分别减少了50%和52.63%，同时增加了硝酸盐的浓度，这表明其在促进氮循环方面具有积极作用。这些改善不仅有助于维持水体的清洁，还能为鱼类提供更适宜的生存环境。

从免疫学和生化角度分析，*B. subtilis* COFCAU_BSP3 治疗组的鱼类表现出更强的先天免疫反应。具体表现为超氧化物阴离子、髓过氧化物酶、溶菌酶和抗蛋白酶活性的提升，这些指标的变化反映了鱼类对环境压力的适应能力和免疫系统的增强。同时，血液中的葡萄糖水平下降，血浆蛋白和球蛋白浓度上升，进一步表明该菌株可能通过调节代谢途径和免疫反应，提高鱼类的整体健康状态。

在肠道酶活性方面，*B. subtilis* COFCAU_BSP3 治疗组的鱼类表现出显著增强的蛋白酶和淀粉酶活性，分别提高了3.08倍和4.5倍。这表明该菌株可能通过促进肠道消化功能，提高鱼类对营养物质的吸收效率，从而增强其生长能力和抗逆性。此外，基因表达分析显示，治疗30天后，*HSP70* 和 *TNF-α* 基因的表达水平显著上升，分别达到2.3倍和3倍。这些基因与热休克反应和炎症反应密切相关，其表达增强表明鱼类在面对环境压力时具有更强的适应能力和免疫激活水平。

研究结果表明，*B. subtilis* COFCAU_BSP3 在改善水质和促进鱼类健康方面具有双重作用。其在生物修复和免疫增强方面的表现，使其成为一种具有应用前景的水体益生菌。在高密度、无换水的养殖条件下，该菌株能够有效降低有害物质的浓度，同时提升鱼类的生理机能和免疫力，从而提高养殖系统的稳定性和可持续性。

此外，研究还强调了微生物生物强化在水产养殖中的重要性。通过引入特定的微生物，不仅可以改善水质，还能减少对化学药物和抗生素的依赖，降低环境污染的风险。这种方法符合现代水产养殖业对生态友好和可持续发展的追求，为未来养殖技术的创新提供了新的思路。

本研究的创新点在于将三种芽孢杆菌直接应用于水体，而非传统的饲料添加方式。这种应用方式可能更直接地影响水体环境，从而对鱼类健康产生更显著的效果。同时，研究还系统评估了这些菌株在不同条件下的表现，为其在实际应用中的选择和优化提供了科学依据。

从长远来看，这种生物修复技术的应用有助于减少水产养殖对环境的负面影响，提高养殖效率，并降低疾病发生率。通过合理利用微生物资源，可以实现水质管理与鱼类健康之间的平衡，为可持续水产养殖提供有力支持。未来的研究可以进一步探索这些芽孢杆菌在不同养殖系统中的适应性，以及它们与其他微生物的协同作用，以开发更加高效的生物修复方案。