【水族科學化】討論各種水族飼養背後的科學

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最近有人問泉小編:為什麼洗完濾材後,或是換完水之後,水中生物的狀況反而變更差,甚至於有死亡的情形發生 ?
其實在討論這個觀念之前,我們先來討論這個概念:環境是否會因為我們經常的改變(例如:換水、洗濾材等),而變的越來越「乾淨」?這其實是一個滿有趣卻又重要的問題,而這問題的答案卻往往是否定的,例如用充滿油汙的泥巴水來洗衣服,這樣也可以越洗越乾淨嗎?
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重點應該在於你清除的是什麼。如果你重視的是要除掉衣服上的寄生蟲,那使用充滿油汙的泥巴水,可能很快可以達成目標 (變乾淨?),但在這過程中可能讓衣服染上更多的油漬與髒汙,而影響整體美觀,所以對於「清潔是否乾淨」就會有二個方向:
第一:弄清楚清潔的目標物是什麼?
第二:弄清楚環境是個整體,牽一髮而動全身,不會只有清潔「髒污」而不造成其他影響。
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要先弄清楚「清潔的目標物是什麼??」,這樣才能制定接下來要做的處理,如果只是一昧的換水,那有很大的可能越換越差,例如前幾年小編在屏東的客戶,打算要處理水體的阿摩尼亞與亞硝酸問題,於是就不斷的替換地下水,可是卻一直沒有好轉,過程中也使用很多產品,但效果都非常有限,尤其是換完地下水後,氨氮與亞硝酸濃度就會變高,最後一驗地下水才發現氨氮與亞硝酸鹽都是超標的情況。清潔的目標物是氨氮,卻換上氨氮地下水,這就一定沒有效果。(雖然氨氮與亞硝酸都超標,但客戶那幾年蝦子的產量都還滿高的)
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接下來要了解到「環境是一個整體」觀念,所以需要有「牽一髮而動全身」的概念,改變環境中某種平衡,勢必影響其他生物的狀態,例如使用藥劑殺菌的時候,同時也會對藻類,甚至於存活其中的生物造成不等的傷害,簡單講:不會有只殺體內弧菌,而不去影響體內細胞的事情…
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那麼是不是不要變動最好? 首先要澄清一下:小編不是要大家不要換水,而是要注意我們的各種處置都會造成水體的不同變化 (我們所做的處理,不一定就是好的,同樣的換水也不一定越換越乾淨),所以不要總是用黑白二元論來看待事情,觀念也不是只有對錯。
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為什麼「有時候」洗濾材、換水,甚至於添水會造成生物的影響?
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這裡泉小編提供過去客戶所做的實驗,有一天客戶心血來潮想要測試:清洗過濾器前後自由基濃度的差異 (過去他曾有幾次清洗完後就發現魚隻狀況變差,所有數據都正常,一直找不到原因,因為入手我們家的自由基檢測劑FRD,所以才興起了這次的實驗動機),清洗完過濾器經過6HR,發現自由基濃度一直保持相同濃度 (FRD也差點被丟掉),然而當他測量12HR的數據,發現兩缸的自由基濃度都大幅的飆升。
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環境中自由基來源有很多,例如空汙、紫外線、輻射與微生物等,在水族缸中影響最大的還是以微生物為主,也就是環境中的細菌產生自由基,細菌產生自由基的目的就是為了生存與競爭 (泉粉福利:Christopher D. Pericone, Karin Overweg, Peter W. M. Hermans, Jeffrey N. Weiser, Inhibitory and Bactericidal Effects of Hydrogen Peroxide Production by Streptococcus pneumoniae on Other Inhabitants of the Upper Respiratory Tract, Infection and Immunity Jul 2000, 68 (7) 3990-3997. 這篇文章主要在說明:肺炎鏈球菌藉由產生過氧化氫來抑制與殺害細菌,滿有趣的文章:細菌產生毒物來抑制其他細菌 )。
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每當環境改變時, 細菌都可能釋放自由基 (或者是中和自由基的酵素,例如SOD、CAT等) 來防止自己被傷害、被抑制 (泉粉福利:Zhe Xie, Huahua Jian, Zheng Jin, Xiang Xiao, Enhancing the Adaptability of the Deep-Sea Bacterium Shewanella piezotolerans WP3 to High Pressure and Low Temperature by Experimental Evolution under H2O2 Stress, Applied and Environmental Microbiology Feb 2018, 84 (5) e02342-17. 這篇文章主要說明:在過氧化氫的作用下,細菌在高壓、低溫環境的抗氧化作用),簡單說:釋放自由基就是細菌「生存手段」。
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由於水族缸的環境條件相對穩定,所以比較可能的原因是洗濾材、換水時帶來某種改變,使環境中的細菌由於生存壓力,釋放自由基來應付各種環境變化 (昇泉公司的自由基檢測劑FRD主要偵測氫氧自由基●OH,而小編仍還沒有找到相關論文說明:細菌有特定酵素可以處理氫氧自由基,並且它的氧化力也是非常高,幾乎所有物質遇到它都沒轍)。
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更有趣的事情是客戶檢驗24HR的自由基濃度,發現又降回原本未清洗之前的自由基濃度 (在降低的過程中,多出來的自由基已經造成各種傷害),這也是環境自由基的特點,一般環境自由基會維持一定的平衡 (環境中不斷生成與中和的自由基淨值就是「環境自由基」),當有任何的變動造成「生成量」增加,而「中和量」變化不大,所以淨值就會跟著升高,當這個變動不再造成自由基生成,環境自由基就會慢慢回到原本的平衡位置 (穩定的環境會有穩定的自由基發生源,生物體內就是缺少固定的發生源,所以體內的自由基很快就會消失中和)。
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環境自由基濃度每一次的升高,對於生物都是深遠且猛烈的影響。
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小編並沒有鼓吹不換濾材,或是不換水這種觀點,而是根據自由基的實驗希望傳達一個觀念:養殖池或是水族箱做任何處理前後(即使是換水、加水),請大家多一分的謹慎,任何變動都有可能造成未知的影響,而自由基就是未知影響重要的一環,最後我們也可以根據環境自由基的升高與否來判斷:各種的操作與處理是否合適當前的環境?與變動所造成的影響?
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#水處理不是_清潔_就等於_乾淨_
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#FRD幫助了解_水處理的合適與否
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#草宜淨幫助中和環境自由基

 

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草宜淨消除環境自由基的實驗
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首先模擬環境自由基升高的情況(環境中自由基會升高的情況,通常是空汙落塵、環境菌相不穩定,或是環境劇變等),而這個實驗以漂白水模擬環境自由基 (漂白水也是常用的消毒殺菌劑),漂白水主要成分是次氯酸鹽的水溶液,其中次氯酸(HO─Cl)在環境中很容易斷鍵形成氫氧自由基(HO●)與氯原子(●Cl),藉由自由基的高氧化力(還原能力高。
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氧化力表示使別人氧化的能力,本身是還原。所以氧化力高的物質本身容易還原)消毒、殺菌、除臭等,並且漂白水中也含有氯氣(漂白水製成過程沒有反應的部分),所以本實驗第一個部分以餘氯檢測劑(o-Tolidine,OTD)間接檢測漂白水的殘留;第二個部分就直接進行生物攻毒實驗(朱文錦魚)。
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同時在實驗組加入草宜淨測試消除環境自由基的功能,草宜淨為植物性光觸媒,照光時會緩慢將水中氧氣轉換成超氧陰離子,並藉由超氧陰離子中和漂白水產生的自由基。
根據這個實驗可以得到二個結果
1. 環境自由基對於生物是有傷害的(所以對照組的魚隻躁動、游動無力。
2. 草宜淨具有抵抗環境自由基,保護環境生物的功效(所以實驗組魚隻即使有加漂白水仍能穩定存活)。
草宜淨可以幫助生物抵環境自由基(環境中的強力氧化劑),維持環境的健康與穩定。
加速版
https://youtu.be/9AqTDOAFGgc
正常版
https://youtu.be/ElcWi50Nl7M

 

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草宜淨解毒實驗~陶斯松(有機磷類農藥)
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過去泉小編聽過一個現象:養殖池隔壁農田在噴農藥除蟲、殺菌、除草,因為風向導致部分的農藥飄散到養殖池,因此就導致整個養殖蝦類全軍覆沒…
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所以小編就想了解「農藥對於生物的傷害」與「草宜淨是否可以提供生物對於農藥的保護」…
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今天所使用的實驗農藥採用的是陶斯松,陶斯松【陶斯松(Chlorpyrifos),CAS # 2921-88-2】,陶斯松是一種被廣泛用於家庭和農場中的殺蟲劑。
•是一種殺蟲劑,被用於防治蟑螂、跳蚤和白蟻,也被用在某些寵物跳蚤和壁蝨
•吸入最近剛噴灑陶斯松的地區的空氣,可能會產生各種神經系統的影響,包含頭痛、視力模糊、淚流不止
•暴露於高濃度可能會導致嚴重的出汗、腸道失控、嚴重的肌肉顫抖、抽搐、失去意識(昏迷)或死亡
•U.S. EPA也建議孩童勿飲用含有陶斯松濃度高於每公升0.03毫克(0.03 mg/L)的水,FDA已訂定農產品食物所允許的陶斯松濃度範圍是0.05~15 ppm
以上資料來自於國家環境毒物研究中心。
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陶斯松就是一種神經傳導阻斷劑,接觸到陶斯松會讓生物的神經傳導出現問題,最終可能無法代謝或是呼吸而死亡,有使用過有機磷類農藥都會有部分毒性反應 (一般農藥的字尾為「松」的),當人類非直接接觸(聞到之類),時間久了嘴唇、手指末梢都會麻麻的 (這次實驗有很嚴重的職災,老闆要加錢啦…)。
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同時陶斯松對於蝦類有很高的致死效果,一般在低於0.05ppm濃度對於蝦類就會有很高的毒性 (泉粉福利:Ashwini PandurangPawarabSushant VilasSanayeaSoorambailShyamabRayadurga AnanthaSreepadaaAjit SharadraoDakea, Effects of salinity and temperature on the acute toxicity of the pesticides, dimethoate and chlorpyrifos in post-larvae and juveniles of the whiteleg shrimp, Aquaculture Reports Volume 16, March 2020, 100240. 這篇文章主要是說明陶斯松對於白蝦的影響)。
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這個實驗就是以陶斯松對淡水長臂大蝦(泰國蝦)的毒性與草宜淨對陶斯松的解毒效果測試。
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我們剛開始測試方法是如同上次朱文錦實驗一般,將陶斯松(10 ppm)與草宜淨 (1 ppm)加入後,立即將蝦子丟入,雖然最後都是對照組先發生毒性反應,但是再經過更久時間後,實驗組的蝦子也同樣發生毒性反應,我們得到的結論是:陶斯松可能在草宜淨還沒反應前就已經進入蝦體,即使存活時間較久,但已經進入蝦體的陶斯松卻沒辦法將它們清除…
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所以我們更改實驗方式,我們先讓草宜淨與陶斯松反應30分鐘,而後再放入蝦子,放入蝦子30分鐘後,就可以看到明顯的差別,最終實驗組蝦子也順利存活 (當天老闆請吃鹽酥泰國蝦…),由於整體的反應時間較長(1個多小時),所以無法像上次一鏡到底的方式呈現,我們在YouTube另外有一鏡到底的影片,比較有時間,或是睡不著的泉粉可以看一下。
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測試結果雖然無法符合現場的養殖狀況 (農藥說來就來,不會讓我們等30分鐘的反應時間),但草宜淨對於農藥的分解效果還是相當明顯的 (只要可以充分反應),可以提供養殖池生物多一層的保護 (實驗有機磷的濃度10 ppm,除非是有人惡意搗亂,不然自然環境要遇到這麼高濃度機會是微乎其微的)。
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#我們提供可以_測試我們家產品效果的_檢測劑
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#我們提供可以_測試我們家產品效果的_實驗方式
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#我們不提供_無法檢驗與驗證的產品

 

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最近泉小編發現了一篇古早的論文是關於:雨滴的大小對於空氣汙染物HNO3的沖洗效果的研究 (泉粉福利:S.Z.LevineS.E.Schwartz, In-cloud and below-cloud scavenging of Nitric acid vapor, Atmospheric Environment (1967) Volume 16, Issue 7, 1982, Pages 1725-1734. ),文章也說明:較小的雨滴會累積較大濃度的HNO3 (雨滴大,當然濃度會比較稀釋…),觀點還滿有趣的,而小編比較注意的觀點是:不要以為雨滴小,雨水中的汙染物就比較少。
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這跟過去以養殖現場業者的觀點會有些出入,過去始終認為:雨水要到狗與貓都掉下來才算是「下雨」 (rain cats and dogs)。毛毛雨,或是滴滴答答的雨水,一般我們業者是比較不會在意,但是根據這篇研究知道:雖然雨滴小,但是汙染物的濃度高,對於養殖池生物的影響反而更劇烈 (下大雨可以稀釋汙染物的濃度),所以不要根據雨滴大小輕忽所造成的影響,反而是毛毛細雨才是我們更要重視的變化。
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雨水對養殖生物的影響主要是什麼?
相信一般大家會直接說「酸雨」造成養殖生物的影響,小編也同意雨水中的酸性會造成養殖生物部分生理的變化 (連鹽度改變對於生物都會有影響),但這個酸性是否會對生物造成「直接損傷」,可能還需要多一點的證據 (2017年全台酸雨冠軍在新竹測得pH值4.73,第二名在中壢,測得pH值4.79接近番茄汁,番茄汁對生物直接殺傷?如果番茄汁對生物會有直接傷害,那以後大家就不能喝番茄汁了…)。
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雨水組成的化學成分包含 Cl–、NO3–、SO4 2-、NH4+、K+、Na+、Ca2+及 Mg2+等,其中銨根離子(NH4+)就可以說明雨水含有銨鹽,銨鹽是植物成長所需的養分,這也可以說明:有時候下過雨之後,養殖池藻類突然大量生長的現象有關。銨鹽經由簡單的轉換就會變成水產養殖業避之唯恐不及的氨氮化合物(NH3/NH4+)。
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雨水中除了酸性、化學物質,還含有大量的強力氧化劑,其中氧化力最強的就是「環境自由基」,許多的研究表明雨水中含有過氧化氫(H2O2)、臭氧(O3)等活性氧自由基成分 (Katherine M. Mullaugh*†, Robert J. Kieber†, Joan D. Willey†, and G. Brooks Avery, Jr.†, Long-Term Temporal Variability in Hydrogen Peroxide Concentrations in Wilmington, North Carolina USA Rainwater, Environ Sci Technol. 2011 Nov 15;45(22):9538-42.這篇文章追蹤近10年北卡羅來納州的雨水,發現雨水中二氧化硫 SO2逐漸下降,同時過氧化氫H2O2逐漸上升的現象 ),自由基造成生物各種的氧化傷害 (不論是內源性,還是外源性的),這些氧化傷害具有「跨物種」且「遺傳性」的各種損傷 (氧化損傷也是造成生物遺傳弱化的原因),而環境中自由基對於生物有「直接性的傷害」,例如過氧化氫H2O2對於魚隻的傷害已經有許多相關研究 (泉粉福利:Rui Jia , Jinliang Du , Liping Cao , Wenrong Feng , Qin He , Pao Xu , Guojun Yin , Immune, inflammatory, autophagic and DNA damage responses to long-term H2O2 exposure in different tissues of common carp (Cyprinus carpio).,2020, Science of the Total Environment, STOTEN-143831; No of Pages 12. 本篇文章在過氧化氫H2O2的環境下,鯉魚所造成的各種負面影響與壓力,影響健康魚類,連帶直接造成死亡)
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雨水中所含有的氧化劑,對於生物的影響絕對不容忽視。
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雨水所含的氧化劑中,氧化力最強的就是「環境自由基」,這也是昇泉公司開發草宜淨系列商品要解決的目標,藉由「活化氧氣」來分解與中和環境自由基,中和環境自由基就可以有效的降低雨水所造成的氧化損傷,避免生物受到雨水的傷害。
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酸性可以用鹼性物質處理,處理雨水的氧化力就要靠「草宜淨」
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昇泉公司的商品都可以搭配自由基檢測劑來直接檢驗 (測不到,為什麼要相信?),或是生物攻毒的直接實驗 (不知道效果,為什麼要使用?),檢驗都可以客戶自己來把關,而不用靠話術、靠認證 (花錢買牌?)、靠商業手法 (抽佣?)、靠有力人士 (有利人士?)來讓客戶相信產品的效果。不用宣稱幾十億、幾百億的產品效果,產品入池後檢驗最準,不過重點還是要可以檢驗 (不明白好不好聞,跟產品有沒有效的關係?)…
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#產品效果自己來把關
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#直接證據而非間接感受
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#雨水的氧化力影響更大

 

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最近泉小編看到一則台灣有名的觀賞魚YOUTUBER所拍攝的教學影片,內容主要關於如何消除水面上蛋白泡的方法,拍攝手法和節奏的確非常吸引人,但是影片所傳達的內容卻是需要大家思考一下。 (這就是泉小編講過的,消費大眾都很習慣直接接受「結果」,而很少去思考邏輯是否合理、觀念是否正確,最後的結果就是用錯誤的資訊,將自己的心肝寶貝葬送在無知與懶惰之中,這也以前有人對小編說過:商家都是希望消費者所購買的商品「流動率越高」越好,簡單說:你的心肝寶貝,其實就是商家的商品,所以應該從不同的角度來看待這件事)
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底下內容,極度暴雷,請按照邏輯與知識來思考內容。
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先來講解影片的大綱:影片主要是說「蛋白泡是水質惡化的指標」,所以要想辦法去除蛋白泡,並且影片中也教大家藉由水面泡泡的大小來判斷是否為蛋白泡,而當加入他所推薦的益生菌以後,水面上的蛋白泡泡大幅減少,所以他就說已經消除水質惡化的因子,並且影片最後建議幾種方式來消除蛋白泡,例如使用他們家賣的益生菌或是將原本生物量爆表的水族箱分缸,降低生物密度,水面上的蛋白泡就不再出現…
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小編記得以前曾經聽過一則新聞,關於曾經有一款中藥粉末,主要可以治療嬰兒容易哭鬧的症狀,使用之後也的確很有效果,小嬰兒不哭不鬧,整天安靜睡覺,最後經分析結果發現:重金屬鉛Pb、汞Hg超標…一般重金屬會造成身體神經系統的受損,因為神經系統受損,所以小嬰兒不再感受到各種感覺,所以自然不哭不鬧,而各種感覺 (觸覺、味覺、痛覺等)是生物對於各種傷害的一種「表現」,這些「表現」就是在提醒生物趨吉避凶的重要生物機制。
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怎麼有扼殺「表現」,卻說自己解決「問題」的邏輯呢?
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水面上的蛋白泡就是水體蛋白質分解的「表現」。這就像是有時候吃的太營養,尿出太多蛋白質一樣 (當然也有可能是腎臟過濾蛋白質能力降低…),所以馬桶中一大堆蛋白泡一樣。
蛋白質是由很多長鏈的胺基酸組成的聚合物,平常就像一堆亂線纏在一起 (有興趣可以搜尋一下蛋白質結構),而在蛋白質中會同時存在親水端與疏水端,當蛋白質因為分解 (亂線被解開了),分子量變小時很容易發生:水被上下兩端蛋白質的親水端吸引(疏水端在外),並包覆空氣,而形成蛋白泡泡,這原理就像肥皂泡泡一樣 (肥皂等介面活性劑也有親水與疏水端的結構),舉個日常的例子:我們做蛋糕在打發蛋白時,就是藉由氧氣去解開蛋白質,並將空氣包覆變成蛋白霜 (這就是「分子料理」,講到這裡小編又要走心了…所謂的「分子料理」就是藉由各種處理,讓你吃到與你看到的不一樣,例如棉花糖、麵茶、醬油等都可以算是分子料理,絕不是什麼高深、玄虛的昂貴、科學料理,而往往就會有人,用這些玄虛的廣告詞來增加產品的附加價值…不是舉分子料理的例子、借用分子科學的概念,就表示產品高人一等 (這是廣告);同樣也不是掛個博士、教授,就表示你懂得比較多;不是照相坐前面,就表示你的影響力大 (這是內地的照相哲學)…)。
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史蒂夫.賈伯斯大學沒畢業,但絲毫沒有減少他的光芒與貢獻。
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水面上的蛋白泡就是:水體蛋白質分解後包覆空氣的「表現」,蛋白泡是「表現」而不是必須除之而後快的「惡因」,有些大型魚廠、繁殖場會使用蛋白質除沫機就是利用氧氣讓蛋白質分解,當分解成泡沫再將泡沫除去,藉此除去蛋白質 (去除糞便、代謝物也有同樣的效果),所以應該害怕的是蛋白質的累積,而不是蛋白質分解的表現 (蛋白泡)。
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一般生物 (例如藻類、細菌)要利用蛋白質也必須經過分解的過程,短鏈蛋白質 (蛋白質分子量再小一點就成為「肽」,再小一點就是「胺基酸」)會有比較好的生物利用率,所以很多廠商會開發蛋白質分解酶來當成飼料添加物 (泉粉福利:R Rostika1 *, Sunarto1 , H N Sugiyanto1 and L P Dewanti1. The effectiveness of crude papain enzyme supplement for tilapia’s (Oreochromis niloticus) growth at the floating nets of Cirata Reservoir. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 139 (2018) 012006 doi :10.1088/1755-1315/139/1/012006. 這篇文章是利用木瓜酵素當成飼料添加物,可以有效增加羅非魚的飼料利用率,注意這篇文章發表雜誌的IF值只有0.45,代表度有限喔﹗)。
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同時也有利用多種蛋白酶來分解魚類加工時的廢棄物,變成更有附加價值的產品 (泉粉福利:Muhammad A.B. Siddik1,2, Janet Howieson1, Ravi Fotedar1and Gavin J. Partridge3,4. Enzymatic fish protein hydrolysates in finfish aquaculture:a review. Reviews in Aquaculture (2021) 13, 406–430. 這篇文章主要是利用各種蛋白質分解酶來轉化水產廢物,這篇文章發表雜誌的IF值就有7.772,代表性比較高。不是原文資料就是好,有一些是外國公司自己出的雜誌,目的只是要推銷自家產品,IF為0…)
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細菌在利用蛋白質時,也需要將蛋白質分解、切斷,所以一般加入「可以活化細菌」產品,應該可以分解蛋白質、增加蛋白泡才是,而影片中可以減少蛋白泡的產品真的也是一絕。(看完他的影片,覺得他的重點應該是分缸才是,減少生物密度,自然減少水體蛋白質累積)
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葡萄糖當菌粉;白醋水當菌水,也可以直接賣給你,反正你也檢驗不出來…
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最後跟大家分享一下科學界也有利用菌粉取代魚粉提供生物蛋白質的來源,
文章一:Jérôme Delamare-Deboutteville, Damien J. Batstone, Minami Kawasaki, Samuel Stegman, Michael Salini, Simon Tabrett, Richard Smullen, Andrew C. Barnes, Tim Hülsen. Mixed culture purple phototrophic bacteria is an effective fishmeal replacement in aquaculture.Water Res X. 2019 Aug 1; 4: 100031. Published online 2019 Apr 24. doi: 10.1016/j.wroa.2019.100031.這篇文章是利用一種紫色光合菌(PPB)粉來替代飼料中魚粉,可惜的是他只有使用人工合成的廢水(營養源),並且在專用的繁殖槽中製造,戶外環境的運用可能還有一大段距離,不過按照他的結果似乎是有可以替代的可能性。IF值9.13
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利用細菌分解蛋白質,並將成長後的菌粉當成魚粉的替代物,似乎是未來飼料的新契機 (相關文獻與研究很多),不過所有的前提都是蛋白質要產生分解 (打氣就產生蛋白泡)。
蛋白泡是蛋白質分解的「表現」,分解的蛋白質可以提供生物成長,不分解的蛋白質是很難被利用的。
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#對你來說是心肝寶貝_對商家來說是商品
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#正確的知識_比用什麼產品更重要
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#看不到不代表沒有

 

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今天來討論水產養殖池與水族箱都會有的問題,但是卻是有相當不同的解釋與用途,這個問題就是:滲透壓對於生物的影響。
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對於水產養殖業者而言,池水的「鹽度」控制非常重要,尤其是貝類養殖業者通常是人手一支鹽度計,常常大雨過後就會看到業者著急的檢驗水中的鹽度,深怕有很大的鹽度變化,而鹽度改變時,最主要的影響就是水體的「滲透壓」的改變而造成生物影響。
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水體滲透壓對於水中生物的影響是相當巨大的,淡水生物與海水生物藉由不同機制來控制體內滲透壓的恆定,當外界環境滲透壓改變時,首當其衝的水中生物就會藉由各種機制來適應環境,而這些機制往往會造成生物多餘的能量消耗,甚至損傷、死亡。
海洋生物大都可以藉由主動吸收Na +和 Cl -以補償身體的鹽分流失 (淡水生物需要排放多餘的水份),使它們能夠適應低鹽度或可變鹽度的環境,並可以藉由體內細胞或血淋巴蛋白分解的游離氨基酸協助生物調節滲透壓,例如牛磺酸、甘氨酸和丙氨酸等都是常用來調節滲透壓的游離氨基酸,而滲透壓改變時,牛磺酸的變化往往佔游離氨基酸變化的大部分。
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以下介紹幾個滲透壓改變,影響生物的實例:
例子1
Mo Z, Li L, Ying L and Xiaolong G (2020) Effects of Sudden Drop in Salinity on Osmotic Pressure Regulation and Antioxidant Defense Mechanism of Scapharca subcrenata. Front. Physiol. 11:884. doi: 10.3389/fphys.2020.00884.這篇文章主要是通過模擬暴雨後,鹽度的突然變化,對於毛蚶( Scapharca subcrenata )的影響,由於S. subcrenata缺乏特異性免疫系統,它必須依靠血細胞和體液,增強其對外部環境壓力的抵抗力,所以藉由血細胞和體液來分析貝類的免疫系統與滲透壓的影響。
研究發現暴雨過後,毛蚶的血紅蛋白、可溶性總蛋白、牛磺酸和總游離氨基酸,隨著環境鹽度的降低而增加,這就表示暴雨過後,貝類的免疫系統也跟著提高 (外面有毒素與變化時,體內的免疫系統才需要提高) ,並且發現鹽度開始變化之時,毛蚶體內的活性氧自由基ROS也跟著累積,最終影響細胞結構並導致功能損傷,導致貝類細胞死亡。
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例子2
Gao, X. L., Li, Y., Li, X., Wu, F. C., Song, C. B., and Liu, Y. (2017a). The response and osmotic pressure regulation mechanism of Haliotis discus hannai (Mollusca, Gastropoda) to sudden salinity changes. Hydrobiologia 795, 181–198. doi: 10.1007/s10750-017-3129-z. 本研究觀察皺紋盤鮑Haliotis discus hannai在暴雨之後,隨著鹽度的降低,血淋巴的滲透壓和其中Na +、K +、Ca 2+、Cl -的濃度跟著降低,而血藍蛋白、總可溶性蛋白、牛磺酸和游離氨基酸跟著上升,而過氧化氫酶CAT與過氧化物酶POD卻是一直維持上升趨勢。
這研究表明滲透壓改變會造成多系統的變化,同時暴雨過後,生物抗氧化系統活性跟著提高 (表示生物體內被誘導出活性氧等強力氧化劑),當生物的體內活性氧逐漸累積,無法適時排除活性氧自由基,就會造成細胞損傷,最終造成生物死亡。
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根據以上論文可以知道,生物在鹽度突然降低時,會有相對應的生理變化,例如免疫系統的活化、體內活性氧自由基ROS升高(死傷的重要原因) 與體內游離氨基酸 (FAA)改變等現象,這裡也可與生活經驗做連結,養殖牡蠣常常在暴雨過後會變「瘦」,同時口感也會有所差別,很大一部分原因是生物游離氨基酸 (FAA)改變,導致風味跟著變化 (營養成分也會有差異…)。
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水產養殖產業者會盡可能保持養殖池的鹽度(滲透壓)不要有太多的變化,而水族業者卻是希望利用:改變鹽度(滲透壓)來達到治療魚類疾病的目的。
一般水族業者、玩家發現魚隻有受傷,或是體表黏膜受損的情況,甚至是一般疾病與寄生蟲處理,經常就是添加「粗鹽」進行鹽浴的步驟,通常大家比較能認知的就是,藉由鹽浴具有「殺菌」,以及提供「有利生物休養環境」的好處 (這也是一般疾病處理時,採用鹽浴的最大原因)。(本文採用網路上,大家常提到的觀點進行討論,其他觀點暫不討論喔)
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1. 粗鹽能殺菌?
一般淡水魚疾病時,添加粗鹽通常會控制鹽度在0.5%的範圍內,而海水的鹽度約3.5%(本文為了單位一致,沒有採用PSU(Practical salinity units)單位,也請大家見諒),而改變滲透壓來使細菌死亡(損傷),細菌的死亡通常與「細菌膜損傷」有關,而細胞膜主要損傷有二個:
A. 膜磷脂相改性
細胞膜是由兩層磷脂分子組成的薄膜,脂質雙層以液體或凝膠(固體)相存在,可以藉由相轉變來改變通透性 (相變會受到磷脂不飽和度的影響),當細菌處於高鹽度(高滲透,35~40 Mpa)時,細胞膜的相變能力會顯著降低,而導致細胞膜受損。
Beney, .L., Marechal, .P. & Gervais, .P. Coupling effects of osmotic pressure and temperature on the viability of Saccharomyces cerevisiae . Appl Microbiol Biotechnol 56, 513–516 (2001). https://doi.org/10.1007/s002530100619.
B. 膜泡
高滲透壓會導致細胞膜高滲透收縮,對細胞質膜造成嚴重破壞,甚至滲透壓增加時,細菌細胞質中會出現小的膜囊泡 (研究的滲透壓處於26Mpa~46Mpa之間),導致細胞體積的急劇減少,同時會對細胞膜產生機械效應,膜會因細胞收縮而變形,最終破壞細胞膜結構。
H. Schwarz, A.L. Koch, Phase and electron microscopic observations of osmotically induced wrinkling and the role of endocytotic vesicles in the plasmolysis of the gram-negative cell wall, Microbiology, 141 (1995), pp. 3161-3170
一般標準海水(鹽度3.5%) 的滲透壓約2.5 MPa,對於要讓細菌產生直接性的死亡效果很有限(根據論文結果,至少要將鹽度、滲透壓提高到海水10倍以上),添加0.5%的粗鹽就想要達到有效的殺菌,這個殺菌效果會非常有限。
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2. 粗鹽提供有利生物恢復的環境?
部分專家會認為0.5%的粗鹽可以讓淡水魚處於「等滲透壓」這種低生存壓力的環境,因而可以避免受傷的淡水魚消耗過多能量來維持滲透壓恆定(部分研究顯示淡水魚會花費20~50%能量來維持體內的滲透壓的平衡),而的確也有研究也顯示:維持等滲透環境的確有利於水中生物的健康 (Hassan, M. El-Salhia, A. Khalifa, H. Assem, A. Al Basomy, M. El-Sayed,Environmental isotonicity improves cold tolerance of Nile tilapia, Oreochromis niloticus, in Egypt,The Egyptian Journal of Aquatic Research,Volume 39, Issue 1,2013,Pages 59-65,ISSN 1687-4285.) 這個研究論文是將羅非魚置於300 mosmol/Kg H2O的等滲透壓水中 (文章是將100g純水加入1.2g海鹽來調配),發現羅非魚的抗逆境能力(抗寒)與健康度都有不錯的表現。
等滲透壓可以有利於生物的恢復,但是一般淡水魚隻體液的滲透壓約在280~300 mosmol/Kg H2O (海水魚可達350 mosmol/Kg H2O),大概就是1.12%~1.2%鹽度 (以海鹽來看,海鹽本身是混合物,隨地點也不同,這邊是以研究論文提供的標準)左右的範圍,當然不同魚隻會有不同等滲透壓點。
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這裡滿有趣的地方就是,為什麼一般大家都是調整在0.5% (有些人甚至只是隨手幾匙鹽巴…)?為了找到使用0.5%粗鹽的原因,小編花費不少力氣找資料,但一直沒有找到相關的科學研究報告(倒是有很多網路上的養魚教學資料,資料都大同小異…),而如果不是用粗鹽改用精鹽(純度更高,幾乎可以NaCl來代表),也會需要0.819%~0.8775%的鹽度(利用280~300 mosmol/Kg H2O計算的結果),所以0.5%的粗鹽鹽浴怎麼來的,小編可能還需要時間理解與查詢。
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按照目前小編找到的資料0.5%的粗鹽是無法達到魚隻的等滲透點,距離魚隻健康恢復的良好生存環境仍然還是有差距 (或許是不同種類的魚隻的等滲透點也會有所不同吧?),當然也有可能是因為其他因素導致0.5%粗鹽可以達到「治癒」的效果,例如鹽浴時通常會隔離進行,避免生物受到外界的持續侵擾受傷,又或者是粗鹽中含有什麼「微量元素」可以治癒(說不清楚成分、效果的東西,這種玄虛的名詞還滿好用的…),又或者粗鹽誘導出魚隻某種的免疫機制等,這還需要多一點科學證據來說明。
最後小編沒有質疑0.5%粗鹽的治癒效果喔﹗只是希望藉由研究資料更了解其中原理,弄清楚原理才能提升效果與功效,總之目前的研究資料很難去支持:0.5%粗鹽可以殺菌、可以提供生物良好的環境的理由(按照論文要達「等滲透壓」需要1.12~1.2%的粗鹽),而換個角度想,如果0.5%粗鹽可以殺菌,同時對於生物又是低生存壓力的環境,在不考慮水草的情況下,那直接將淡水魚都養在0.5%粗鹽的水體中,對於觀賞魚養殖不就是最好的情況嗎? (這樣更可以省去移動魚隻隔離鹽浴的功夫…)
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滲透壓改變時對於水中生物有無影響?
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這個答案也是肯定的,前面有提到很多相關文獻,這裡就不贅述,等滲透壓時對於生物是有好處的,但在滲透壓大幅度改變時,反而會誘導水中生物體內的活性氧自由基ROS累積,同時會影響免疫系統、改變游離胺基酸的含量,對於生物的影響也同樣不可小覷。(Deane, E.E., Woo, N.Y.S. Modulation of fish growth hormone levels by salinity, temperature, pollutants and aquaculture related stress: a review. Rev Fish Biol Fisheries 19, 97–120 (2009). https://doi.org/10.1007/s11160-008-9091-0. 本文說明環境鹽度的改變時,鮭魚所承受的滲透壓調節壓力,會導致鮭魚分泌的生長激素受到影響。)
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藉由鹽浴、改變滲透壓的方式處理淡水生物的體表損傷,或許有一定的效果,但是也不要忽視滲透壓大幅改變時,對於生物同樣會造成不良的影響,因此需要多加留意。
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對於處理水中生物體表損傷,有更好的方式﹗
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「草宜淨」為植物萃取的有機光觸媒,藉由照光分解,同時將水中溶氧活化成超氧自由基,並藉由超氧自由基加速水中生物傷口癒合,經由「低劑量」與「緩慢釋放」的特性來減少對於生物的影響,能夠在影響生物較小的情況下,增加水中生物的代謝與治癒能力,這就是替水中生物療傷的另一個好選擇。
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草宜淨三大功能:「分解」、「消毒」與「中和自由基」,同時又具有加速傷口癒合與吸收紫外線的效果,更重要的是:高的「生物耐受性」,直接使用在生物體也不會有任何問題,這也是草宜淨的最大優點所在。
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#了解原理_才能運用原理
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#不要處理問題_反而製造另一個問題
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#草宜淨可以加速水中生物傷口癒合
 
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