微生物聯盟對水族之應用
由微生物生態學觀點探討生物膜群落(Biofilm community)與微生物聯盟(Microbial consortium)對水族之應用微生物生態學的研究重點在於不同微生物/環境間之交互關係而非著重單一純菌
19世紀的兩位微生物學家巴斯德 (Louis Pasteur)與柯霍 (Robert Koch) 建立多種純菌分離與培養技術，為微生物學打下重要基礎。直到今日，醫學微生物、食品微生物、分子微生物等都以單一純菌 (pure culture) 作為研究核心。然而，自然環境中存在各式各樣的微生物，其在生態系中的功能並非單一純菌可達成。1960年後，隨著環保意識抬頭出現微生物生態學 (microbial ecology) 這個名詞，許多科學家希望利用生態系中複雜的微生物解決環境問題，包括元素循環、廢棄物分解、生物防治等，因此微生物生態學也是環境科學的一環，也可稱環境微生物學 (environmental microbiology)。此領域的著名期刊AEM (Applied and Environmental Microbiology)，是研究微生物生態學學者必讀的期刊之一。
生物膜群落含有多樣且動態的微生物組成
許多微生物在生長過程中會分泌具有黏性的胞外物質 (EPS, Extracellular Polymeric Substance)，將多個細胞包裹於其中並形成膜狀構造，稱為生物膜 (biofilm)。單一微生物細胞所增生的後代可稱為族群 (population)，例如純菌菌液可視為一個族群；多個不同微生物族群生長於同一環境則稱為群落 (community)。生物膜群落 (biofilm community) 即是描述多個微生物族群共存於同一生物膜的現象。生物膜群落的形成經過一系列的演替，可分為下列五大步驟 (見下圖)：
1.附著 (attachment): 微生物到達物體表面。
2.建立族群 (colonization): 形成單層細胞族群。
3.增生 (proliferation) : 分泌EPS並形成多層細胞的膜狀構造。
4.成熟 (maturation) :多種微生物進入生物膜中形成複雜群落。
5.分離 (detachment): 部分微生物群落脫離，進入環境中。
微生物聯盟是指具有資源共享、代謝途徑分工的生物膜群落
微生物菌群間具有多種交互關係(互利、片利、片害、捕食、競爭、中性)，如果生物膜群落中的菌群能夠建立穩定的共生關係，稱之為微生物聯盟(microbial consortium)。其共生優勢可分為兩大類: (1) 產生空間異質性: 生物膜外層微生物對內層微生物形成物理性保護；外層微生物屬於好氧性，透過持續消耗氧氣使得內層呈現局部厭氧的狀態，因此厭氧微生物或需在厭氧條件進行的反應得以產生(例如：脫氮作用)。(2) 不同菌群產生不同酵素共同完成特定代謝途徑：以硝化作用為例，生物膜群落中如同時存在能產生氨氧化酵素及亞硝酸氧化酵素的菌群，即可提高硝化作用的效率、降低中間產物(亞硝酸)的累積。
友浚硝化菌產品研發歷程：EM、純菌到微生物聯盟
由於魚缸是一個複雜的開放環境、且氮循環牽涉到多種不同的代謝途徑及酵素，單一純菌難以單獨完成整個系統(請參閱氮循環與硝化系統)。在水族、水產及農業上，長久以來使用有效微生物群 (EM, Effective Microorganism)，所謂的EM 其實就是自然環境中的微生物聯盟，透過發酵技術將環境中的菌群放大，不同的發酵法及不同的樣本來源可產生不同的EM產品，之後再一一檢驗這些產品功效。EM產品的重點在於其功效而非其中菌群的組成。簡單來說，就是只看結果，友浚早期的開/護缸達人系列就是EM菌產品，雖然能達到當初預設的快速建立系統，開缸即放魚的目的，但對於其中所含內容，以及產品品質的穩定，還是難以控制。
有一段時間，我們也積極參考傳統水族大廠的硝化菌產品，這類產品大多是液狀，且是以單一菌種為主，雖然對於代謝廢物及氨的處理效果佳，但對於亞硝酸及硝酸鹽卻相對苦手，使用方法是多半是設缸或放魚前加一次，補充完異營菌(腐生菌)，之後就靠著造景及自然環境中的原生硝化菌接手，較適合用在以造景為主或低密度飼養的魚缸中，老實說並不適合喜歡把魚缸塞滿的亞洲魚友使用，但其對於特定效果顯著的特性仍讓人難以割捨，友浚之後的研發方向其中一個重點，就是利用固定化技術，賦予這些功能強大的單株菌種更好的發揮舞台，但對於整體的硝化系統建立及維持，我們目前的研究進展是”微生物聯盟”。
合成微生物聯盟 (synthetic microbial consortium) 是相對近期的應用 (見下圖)，在水族界也是新的突破，有別於EM及純菌產品，合成微生物聯盟是選用數種已知的高效能菌株組成。舉例來說： John 等人 (2020) 利用三種細菌Bacillus cereus, Bacillus amyloliquefaciens, 及 Pseudomonas stutzeri 所產生的合成微生物聯盟，經實驗證實能夠有效降低水中的NH3、NO2-和NO3-。合成微生物聯盟相對於天然微生物聯盟 (EM) 有以下優勢：(1) 菌株都是經過檢驗的高效能菌株，(2) 菌群皆為已知，穩定無雜菌問題，(3) 可透過改變菌群組成及比例達到特地功效。對於單一菌種也有決定性的，能夠協同合作完成整個硝化系統，不易造成特定含氮廢物累積，甚至藉由菌種間的互相配合，能讓主要功能菌效果更加顯著的優勢
友浚的水色職人系列就是微生物聯盟的應用
甚至更進一步，我們還向水試所技轉抗病源益生菌Bacillus pumilus D5，實驗證實能有效對抗水廠及水族常見病原菌(請參閱能拮抗多種病原菌之Bacillus pumilus D5田間試驗成果)，除了能快速有效的搞定硝化系統之外，還能減少魚隻感染風險，在顧好基本功能並提高附加價值的同時，也在嘗試領先水族界的做法，由於友浚一直走在業界尖端，所以在吸收魚友回饋之時，產品也會不斷進步，近期的改版會再更加加強氨的處理效能，也請各位魚友持續指教，友浚才能不斷進步，也期許水族界能因我們一點一滴的努力，讓養魚更簡單，簡單養好魚
