生物絮团的研究进展
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生物膜-生物絮团技术技术
生物膜-生物絮团技术(Biofilm-Biological Floc Technology)是一种用于水体处理的生物处理技术。
该技术通过自然界存在的微生物膜和絮团的形成和发展来处理水体中的有机污染物。
在生物膜-生物絮团技术中,微生物通过将有机污染物附着在
其表面来去除水体中的污染物。
首先,微生物膜在水体中形成,它们可以附着在固体表面上,如生物膜流化床反应器内的生物载体,或存在于水体中的悬浮物表面形成絮团。
这些微生物膜和絮团提供了庇护所和环境,以促进微生物的生长和代谢。
随着时间的推移,微生物在膜和絮团中逐渐形成复杂的生态系统。
不同种类的微生物相互作用并分解有机污染物,形成稳定的环境以维持其活动。
生物膜-生物絮团技术可用于处理各种
水体中的有机化合物,如废水、河水、湖水等。
生物膜-生物絮团技术有以下几个优点:首先,它具有高效处
理水体中的有机污染物的能力,能够达到较高的去除率。
其次,该技术不需要使用化学药剂,减少了对环境的污染。
此外,生物膜-生物絮团技术还可以同时处理多种有机物质,提高了处
理效率。
然而,生物膜-生物絮团技术也存在一些挑战。
其中之一是技
术的操作和管理需要一定的专业知识和技能。
另外,技术的稳定性和抗冲击负荷能力也需要进一步改进。
总的来说,生物膜-生物絮团技术是一种有效的水体处理技术,
具有去除有机污染物效率高、对环境友好等优点,但仍有一些问题需要解决。
未来,随着相关技术的不断发展和改进,生物膜-生物絮团技术有望在水体处理中得到广泛应用。
生物絮团技术特点及其在对虾养殖中的应用概述生物絮团技术是一种利用微生物对废水中悬浮物进行团聚和沉降的技术,其在水处理领域得到广泛应用。
本文将介绍生物絮团技术的特点及其在对虾养殖中的应用。
技术特点生物絮团技术具有以下几个特点:环保性1.:生物絮团技术采用微生物处理废水,无需添加化学药剂,避免了对环境的二次污染。
高效性2.:微生物能够迅速团聚悬浮物形成絮凝物,由于微生物具有吸附性能,可以有效地去除废水中的有机物和微粒。
节能性3.:相比传统的物理化学处理方法,生物絮团技术不需要投入大量能源,节约了能源消耗。
稳定性4.:经过优化设计的生物絮团技术能够提高微生物的抗冲击负荷能力,对废水中的波动能够做出快速响应。
低成本5.:采用生物絮团技术可以降低废水处理的成本,一方面减少了化学药剂的使用,另一方面减少了废水处理设备的维护费用。
对虾养殖中的应用生物絮团技术在对虾养殖中有着广泛的应用价值,包括以下几个方面:水质净化对虾养殖需要保持水质清洁,以提供良好的生长环境。
生物絮团技术可以去除水中的浮游生物、有机物和悬浮颗粒等,有效提高水质。
饵料保存对虾养殖中,合理使用饵料对虾的生长至关重要。
生物絮团技术可以去除水中的浮游生物和颗粒物,减少饵料的浪费,提高饵料利用率。
病害预防对虾养殖中常常受到细菌、病毒等病害的威胁。
应用生物絮团技术可以去除水中的病原体,降低病害发生的概率,提高对虾的健康状况。
水产养殖循环利用生物絮团技术可以将废水中的有机物转化为有机肥料,用于水产养殖的循环利用,减少废水的排放,实现资源的合理利用。
防止养殖环境恶化通过生物絮团技术处理废水,可以避免废水中的有害物质对养殖环境造成污染,保护养殖场周围的生态环境。
结论生物絮团技术以其环保、高效、节能的特点在对虾养殖中得到了广泛的应用。
通过应用该技术,可以改善对虾养殖的水质状况,提高对虾的生长效率,降低养殖成本,实现养殖业的可持续发展。
与传统的废水处理技术相比,生物絮团技术在对虾养殖中具有独特的优势,值得进一步深入研究和推广应用。
生物絮团——创新性微生态应用技术成都通威水产科技有限公司张许光2006年世界水产养殖大会上提出一个创新性的生态养殖技术——生物絮团技术(Biofloc technology, BFT),在短短几年内此技术在国外得到高度重视,并在罗非鱼和对虾养殖中得到推广应用,给养殖者带来了很好的收益。
近几年来,人口增长对水产品的需求不断增大,而土地、水资源和环保问题,迫使国内开始重视高产高效的生态养殖模式,生物絮团技术有了用武之地。
其中生物絮团技术应用于对虾和罗非鱼养殖中,都取得了较好的养殖效益和学术成果。
现在已有越来越多的研究者和养殖企业开始着手研究生物絮团技术,并希望将其推广应用于其它水产动物的养殖中。
通威股份公司一直致力于高效健康的生态养殖模式研究,以给广大的水产养殖户提供更好更有效的科技成果和致富手段,给消费者生产出安全和更好风味的水产品。
作为一家以生物技术和工业化生产技术为主要方向的公司,成都通威水产科技有限公司正在加快研究进程,即将向社会全面推出生物絮团养殖技术和配套产品。
1 生物絮团技术简介自20世纪70年代,水产养殖业的迅速发展有效解决了发展中国家蛋白质缺乏问题。
但随着养殖规模的不断扩大,养殖密度的逐年提高,随之而来的负面影响也日益突出。
普通水产养殖模式下鱼虾只利用20-30%的人工饲料,大约有50-70%饲料中的氮素通过残饵、粪便及动物尸体的腐败、分解溶入到水体中,产生大量有害物质,如氨态氮和亚硝酸盐等,引起水质恶变,导致水产动物发病甚至死亡。
用排水换水来解决水质恶化的方法极大增加了养殖用水成本,造成营养浪费及污染,并存在引入病原的潜在危险,严重制约了水产养殖业的发展。
基于零交换水系统的生物絮团技术可有效解决这些问题,从而建立一种低换水、低污染、高抗病和高饲料利用率的新型生态养殖模式。
生物絮团技术的精髓在于通过添加碳源和益生菌于养殖水体中,提高水体C/N比,促使异养微生物在消耗有机碳源的同时吸收水体中氨氮和亚硝氮等有害氮素进行自身的生长繁殖,进而通过絮凝作用形成生物絮团,为养殖动物提供菌体蛋白,被养殖动物所摄食,增强养殖动物对疾病的抵抗力,并实现营养物质的循环利用,提升饲料蛋白利用率。
第38卷第5期2017年 9月水生态学杂志JournalofHydroecologyVol.38,No.5Sep. 2017DOI:10.15928/j.1674-3075.2017.05.009 收稿日期:2016-07-12基金项目:江苏省级工业和信息产业转型专项(编号2015187);湖北省教育厅教改项目(2016337)。
作者简介:聂伟,1989年生,男,硕士研究生,研究方向为水生生物资源学。
E mail:niewei112@163.com通信作者:刘立鹤,男,博士,副教授。
E mail:liulihe06@126.com枯草芽孢杆菌培育生物絮团对池塘水体浮游生物的影响聂 伟1,刘立鹤1,刘 稳1,付 坦1,周 哲2,吴鹏飞2(1.武汉轻工大学动物科学与营养工程学院,武汉 430023;2.标优美生态工程股份有限公司,南京 210019)摘要:为探究枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)培育生物絮团对浮游生物的影响,以枯草芽孢杆菌作为试验菌种,以养殖池塘水为试验用水,在有机玻璃水族箱(100cm×60cm×50cm)中进行为期40d的生物絮团培育试验。
试验以添加葡萄糖为处理组I,同时添加枯草芽孢杆菌和葡萄糖为处理II组,仅添加枯草芽孢杆菌为处理III组,对照组不添加任何物质。
试验过程中每5d对各组水体取样,对形成的絮团物质进行显微观察,同时对各组水体中浮游生物进行定性和定量分析。
结果表明,本试验条件下,处理I组和处理II组在第15天左右形成成熟生物絮团,生物絮团形成前期(试验开始至第15天),生物絮团组(处理I组和处理II组)水体中浮游植物丰度显著高于处理III组和对照组,而絮团形成后期(第15~40天),生物絮团组水体中蓝藻门的微囊藻属(Microcystis)、鞘丝藻属(Lyngbya)和绿藻门的扁藻属(Platymonas)、盘藻属(Gonium)和团藻属(Volvax)的丰度显著低于处理III组和对照组,表明生物絮团的形成前期对浮游植物有明显促作用,生物絮团形成后期对蓝藻门中的微囊藻属、鞘丝藻属和绿藻门的扁藻属、盘藻属和团藻属有明显抑制效果;生物絮团形成后期,生物絮团组水体中轮虫、枝角类和桡足类浮游动物丰度显著高于处理对照III组和对照组,表明生物絮团对轮虫、枝角类和桡足类有明显促进作用。
生物絮团的培养方法生物絮团是一种由微生物聚集形成的团状结构,具有较高的活性和生物降解能力。
培养生物絮团是一项重要的研究工作,可以通过以下方法进行。
1. 选择合适的培养基生物絮团的培养首先需要选择适合微生物生长的培养基。
一般来说,常用的培养基包括富含有机物的液体培养基和固体培养基。
液体培养基适用于生物絮团的快速培养,而固体培养基则适用于生物絮团的稳定培养。
2. 添加适当的营养物质为了促进生物絮团的生长和发育,可以向培养基中添加一些适当的营养物质。
常用的营养物质包括碳源、氮源、磷源等。
碳源可以是葡萄糖、乳糖等有机物,氮源可以是氨态氮、硝态氮等,磷源可以是磷酸盐等。
3. 调控培养条件微生物的生长和絮团的形成受到环境条件的影响,因此需要适当调控培养条件。
温度是影响微生物生长的重要因素,一般来说,较高的温度有利于絮团的形成和生长。
此外,还需要控制培养基的pH 值、氧气供应和搅拌速度等因素,以提供适宜的生长环境。
4. 排除外界干扰在培养过程中,需要注意排除外界的干扰因素。
如避免培养基受到细菌、真菌等污染物的污染,定期清洗和消毒培养设备和容器,保持培养环境的洁净。
5. 观察和收集絮团在培养过程中,可以通过显微镜观察生物絮团的形态和结构。
一般来说,生物絮团具有较大的大小和不规则的形状。
同时,还可以定期收集生物絮团,用于后续的实验和分析。
6. 评估絮团的性能培养后的生物絮团可以通过一系列的评估指标来评估其性能。
例如,可以测定絮团的生物降解能力、COD去除率、氮磷去除率等指标,来评估絮团的降解能力和处理效果。
总结起来,培养生物絮团的方法包括选择合适的培养基、添加适当的营养物质、调控培养条件、排除外界干扰、观察和收集絮团、评估絮团的性能等步骤。
通过这些方法,可以有效地培养出具有较高活性和生物降解能力的生物絮团,为相关领域的研究和应用提供了重要的基础。
深⼊探讨!对虾养殖中⽣物絮团技术!⽼师您好,我这边准备构建⽣物絮团,是否能对构建⽣物絮团知识给出的⼤体操作。
不知⽼师可否再补充点关键知识?您好,我们对⽣物絮团技术在实践中的了解也并不多,⽬前只是停留在理论探讨的层⾯,只是在我们的⼀些⼯⼚化和⾼位池养殖客户中,出现过⽣物絮团现象,所以,将此类案例拿来探讨⼀下,出现类似⽣物絮团现象的客户,存在以下⼀些共同的特点:1.有底曝⽓设备,同时曝⽓频率⽐较⾼,极端的是24⼩时曝⽓,这符合⽣物絮团对溶解氧要求⾼的特点,毕竟我们要培育的是由⼤量微⽣物细胞组成的絮团,⽔体中的含菌量是极⾼的,这肯定是需要较多的溶氧的;2.这些客户⽤乳酸菌的量和频率也⽐较⾼,更重要的是,同时泼洒的糖(葡萄糖,红糖,或糖蜜)量也⽐较⾼,这也符合微⽣物⽣长繁殖需要较⾼的碳氮⽐的原理和特点;3.这些客户都是⾼密度养殖的多,这意味着投饵料巨⼤,⽔体中存在含量较⾼的总氮,配合经常泼洒糖碳源,所以,形成⽔体中不仅碳氮⽐⽐⼀般⽔产养殖户⾼,⽽且碳和氮的总量也⾼的特点,⽔⾊明显偏深和浓;这样,在⽔体中形成有机碎屑(微⽣物菌胶团的附着点)的机会也更多,所以,更容易引发⽣物絮团的形成;4.这些客户的⽔体理化指标中,看似⽔⾊浓厚,但检测氨氮和亚硝酸盐,并不超标,⽽PH值普遍偏低,这些特征也符合⽣物絮团理论,即因为海量的微⽣物絮团,往往⽔体中氨氮和亚硝酸盐不会超标,同时,由于藻类少,光合作⽤弱,增氧靠曝⽓,所以,PH值也是偏低的;所以,要形成⽣物絮团,是需要⼀定的条件的,甚⾄我认为应该是⽐较苛刻的条件的,并不是每⼀个⼈都能做得到极致的,但是其实,我们并不⼀定要做到极致,我们可以做到半⽣物絮团就可以了,极致的⽣物絮团,往往只是室内⼯⼚化养殖才能做到的;⽽且这种⽣物絮团,需要⽐较精细的⼈⼯维护,不适合粗放的养殖管理,要计算糖的泼洒量,和菌的泼洒量的掌握,以维持海量的菌不断地有营养供给它,但⼜不能过多的供给(供给量过多过快,也会造成氨氮和亚硝酸盐超标),也不能过少的供给(供给营养的速度过慢过少,则会造成⽣物絮团的崩溃),所以,我们也发现,在我们的这些客户中,出现⽣物絮团,也只是偶尔的出现,过⼀段时间⼜消失,过⼀段时间⼜出现了,只能解释成为,条件适合时会出现,条件不适合时消失了;在外塘⾼位池中,⽣物絮团还存在与藻的共⽣和竞争关系,藻类与⽣物絮团竞争有限的微量元素,和竞争有限的总氮,⽽在能量的获得上没有竞争关系(藻要的是光能,菌要的是有机或化能),在碳源的获得上也没有竞争关系(藻要的是⼆氧化碳,菌要的是糖碳),存在竞争关系的微量元素和氮,主要来⾃于对虾饲料中,以及适当的⼈⼯泼洒补充。
文章编号:1006-3188(2014)-0043-06生物絮团的研究进展聂伟1刘立鹤1*刘军1黄峰1王哲2周哲2(1.武汉轻工大学动物科学与营养工程学院,湖北武汉430023;2.标优美生态工程股份有限公司,江苏南京210029)摘要:生物絮团是养殖水体中以好氧微生物为主体的有机体和无机物,经生物絮凝形成的团聚物,由细菌、浮游动植物、有机碎屑和一些无机物质相互絮凝组成。
通过对生物絮团研究的发展过程、絮团的结构特征、絮凝机理、影响絮团的形成因素以及生物絮团技术在水产养殖应用中存在的问题进行了综述,为生物絮团技术在水产领域中的进一步研究和应用具有一定的指导意义。
关键词:生物絮团;絮凝机理;影响因素;应用问题中图分类号:S953.9文献标识码:AThe research progress of biological flocNIE Wei1,LIU Li-he1*,LIU-Jun1,HUANG-Feng1,ZHOU Zhe2,WANG Zhe2(1,College of Animal Science and Nutritional Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan430023;2,BIOMAX Ecological Engineering Limited by Share Ltd,Nan jing210019)Abstract:Biological floc is farmed by aerobic microorganisms in water as the main organisms and inorganic agglomerates formed by biological flocculation,by bacteria,plankton and organic debris and some inorganic substances mutual flocculation com-ponents.Based on the development of bio-floc studies,the structural features of floc,the flocculation mechanism,the factors af-fecting the biological and floc technology applications in aquaculture exist were reviewed,which has some significance for floc tech-nology to further research and application in the aquaculture field.Keywords:Biological floc;Flocculation mechanism;Factors;Application problems微生物的絮凝现象最早发现于酿造工业中,早在1876年,法国的Louis Pasteur在研究酵母菌Levure casseeuse时,发现该菌在发酵的后期能产生絮凝作用。
1879年,Bordet在细菌培养的过程中,发现从血液中分离出的抗体对细菌细胞产生凝集作用。
在水处理领域和环境保护领域应用中,最早发现的具有絮凝能力的微生物是美国科学家Butterfield于1935年从活性污泥中筛选得到的。
1971年,Zajic和Knetting从煤油中分离出一株对泥水具有絮凝能力的棒状杆菌。
1976年,J.Naknmura等对能产生絮凝效果的微生物进行了研究,从研究的微生物中筛选出19种具有絮凝能力的微生物,其中霉菌8种、酵母菌1种、细菌5种、放线菌5种。
20世纪80年代,日本仓根隆一郎等人从旱田土壤中分离出红平红球菌S-1,该菌种在处理畜产废水、膨胀污泥和砖场生产废水等方江西水产科技2014年第4期收稿日期:2014-09-24作者简介:聂伟(1989-),男,硕士研究生,专业水生生物学。
通讯作者:刘立鹤,男,博士,副教授,邮箱:liulihe06@126.com面取得了很好的效果,被认为是目前发现的最好的微生物絮凝剂,将该菌种产生的微生物絮凝剂命名为NOC-1[1]。
20世纪70年代中期,以色列人将微生物絮凝引入水产养殖领域中,并将其命名为“生物絮团技术”。
生物絮团是养殖水体中以一样微生物为主,经生物絮凝作用结合水体中有机质、原生动物、藻类、丝状菌等形成的絮状物[2]。
该絮状物由以菌胶团、丝状细菌为核心,附着微生物胞外产物胞外聚合体,和包内产物聚-β-羟基丁酸酯,多聚磷酸盐,多糖类等,以及二价的阳离子,附聚的异养菌、消化菌、脱氮细菌、藻类、真菌、原生动物等生物形成的絮团[3]。
有研究表明生物絮团的干物质中,粗蛋白质的含量超过50%,粗脂肪含量为2.5%,纤维含量为4%,灰分为7%,是杂食性和滤食性鱼类较好的饵料[4]。
生物絮团中,细菌和浮游动植物普遍存在,解剖镜下分离絮团可见大量的原生动物、轮虫和寡毛类动物[5]。
一般情况下,生物絮团不具有规则的外形,含大量大小不一的颗粒,易压缩,具有高度渗透性,且随液体渗透而不固定,絮团直径在0.1--1mm之间[6]。
研究表明,生物絮团中含2-20%的有机碎屑,微生物附着在有机碎屑上,总有机物占生物絮团的60-70%,总无机物占30-40%[7]。
絮团内活的生物体占10%--90%,因此生物絮团具有自我繁殖能力。
1生物絮团的絮凝机理据已有的报道可知,生物絮团的结构组成相当复杂,其形成机理也尚不完全清楚,学术界普遍认为,絮团的形成主要是由于藻类或是细菌絮凝所引起的。
1.1藻类的絮凝机理有研究表明水体中藻类会分泌出一些高分子物质和大量粘多糖,这些物质有可能参与絮凝过程[8]。
在生物絮团的形成过程中,藻类可能起着双重作用:一方面,衰老或死亡的藻类为水体中的细菌提供生长所需的有机质;另一方面,藻类在进行光合作用过程中,利用水体中的二氧化碳产生氧气,为水体生物供氧。
所以,水体中的藻类和微生物之间关系密切,两者相互促进,二者共同作用促进生物絮团的形成。
1.2细菌的絮凝机理一些研究者认为细菌絮凝是物理作用引起的。
有研究证实许多细菌表面带负电荷,负电荷之间相互排斥,使得细菌分散在水体中,当这些负电荷由于某些原因被中和,细菌就产生絮凝。
也有部分研究者认为,导致细菌絮凝的原因还可能是高分子架桥造成的,架桥包括了盐桥、物理作用、直接化学键作用等。
除此之外,一些大分子物质如纤维素、粘多糖、蛋白质等也可能参与了这个过程[9]。
在水产养殖中,水体中存在大量的异养细菌,这些细菌参与了生物絮团的絮凝过程。
2生物絮团形成的理论方程式通过对生物絮团形成的不断深入研究,有研究者得出了生物絮团形成的理论方程式[6],理论方程式为:NH4++1.18C6H12O6+HCO3-+ 2.06O2→C5H7O2N+6.06H2O+3.07CO2由理论方程式可知:氨氮、有机碳源、溶解氧和碱度是生物絮团形成过程中必需的。
生物絮团形成过程是水体中的异养微生物利用氨氮以及外源添加的有机碳源、消耗一定的溶氧和碱度,转化为异养微生物自身成分的过程。
在生物絮团体系中,水体中的氨氮转化成异养细菌的生物量,与硝化作用相比异养氨转化消耗更少的溶解氧,表现出异养氨转化较硝化作用的优势。
此外,异养细菌的生长速度约是硝化细菌等自养细菌的10倍。
生物絮团对氨氮的异养氨化明显高于硝化反应。
传统的水产养殖中,水体中的碳主要来源于光合作用和饲料,这些碳无法满足异养微生物生长所需,而且,水体中的氮经常会由于残饵和养殖动物排泄物处于较高水平,若此时添加额外碳源,异养微生物就会同化水体无机氮转化为自身蛋白,同时作为食物被水生动物摄食,并能够净化养殖水体。
3影响生物絮团形成的因素生物絮团的形成容易受许多因素的影响,比如水体搅拌强度、溶解氧、有机碳源、温度以及酸总第140期聂伟,刘立鹤,刘军,黄峰,王哲,周哲,生物絮团的研究进展碱度等因素,这些影响因素往往是通过影响细胞壁的相互作用而影响絮凝效果。
在水产养殖中,生物絮凝的影响因素主要有如下几种:3.1有机碳源和碳氮比有机碳源是异养微生物可以利用的物质,异养微生物利用水体中的氮源和提供的有机碳源,并将其转化成自身所需的营养物质,促进自身繁殖,同时消耗分解水体中的其它有害物质,从而使水体中各物质达到平衡状态。
在养殖水体中,一般到养殖后期,碳源较少,往往需要从外界添加,常用的碳源有葡萄糖、蔗糖、红糖、甘油和木薯粉等含碳物质,外源有机碳源可直接添加,也可以通过改变饲料成分来调节其有机碳所占比例。
有机碳源的选择很大程度上决定絮团的群落组成与稳定性。
碳水化合物可以促进水体中异养菌的生长,而且一些有机酸类能够抑制致病菌的侵染。
理论上说,通过添加足够的碳源,可以将水体中的无机氮转化为微生物饵料。
Goldman[10]发现养殖水体中,碳氮比大于10:1时是最佳的,可有效改善水质。
Burford[11]等发现,通过在饲料中添加谷物和糖浆做碳源,提高了对虾高密度养殖池中微生物种群的生长。
此外,有机碳源的添加方式也会影响生物絮团群落组成。
当底物水平较低时,丝状菌较非丝状菌更具优势,丝状菌可以延伸到絮团表面吸收营养,而非丝状菌则主要在絮团内部生长[12]。
较多研究报道了以丙三醇、米糠、木薯粉、蔗糖、淀粉、糖蜜和葡萄糖等作为碳源,能够很好形成生物絮团,并且促进养殖动物的生长,净化水质。
在养殖池塘中添加含碳量高的碳水化合物或者投入蛋白质含量较低的饲料可有效提升水中的碳氮比,当碳氮比值大于10以上时,池塘中原以自养细菌为主的养殖系统将转变为以异养细菌为主的生物絮团系统。
事实上池塘水体中碳氮比一般较低,因此需要向水体中添加额外碳源,从而提高碳氮的比例。
碳氮比是生物絮团技术的核心,很多研究报道了碳氮比为20和10的情况,一般来说,异养细菌需要从吸收外界氮元素同化为自身细胞成分,这取决于异养细菌本身的碳氮比,异养细菌本身的碳氮比值约为4,也就是当异养细菌同化一份氮,需要消耗约4份有机碳。
异养细菌对有机碳的同化率通常为40%,也就是需要10份有机碳,这就是所提的碳氮比为10,假定提供的有机碳源含有50%的碳,这时候大约要消耗利用20份有机碳源,也就是所提的碳氮比为20[13]。
碳氮比是目前生物絮团技术领域研究热点,在集约化养殖中投喂的饲料碳氮比一般为10左右,但是异养细菌同化一份氮需要20份碳。
在养殖中如果投入的饲料碳氮比过低,异养细菌生长所需营养物质受到碳的限制,最终导致异养细菌不能大量繁殖,这时需要通过添加额外碳源增加水体中的碳,促进异养细菌的大量繁殖,使养殖系统由自养型转变为异养型。