羅非魚藻菌共處型生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)的初步探究

于永霞，羅國芝,2,3，劉文暢，譚洪新,2,3*，張南南，黎 爽，付賢茂

(1.上海海洋大學(xué)上海水產(chǎn)養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，上海 201306；2.上海海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點實驗室，上海 201306；3.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心，上海 201306)

羅非魚(Oreochromisniloticus)因其攝食范圍廣、抗病能力強、生長速度快等優(yōu)勢成為一種重要的經(jīng)濟魚類[1]。目前其養(yǎng)殖模式主要有池塘養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖、稻田養(yǎng)殖和生物絮團技術(shù)(Biofloc technology，BFT)養(yǎng)殖等。其中，BFT養(yǎng)殖系統(tǒng)在水質(zhì)調(diào)控、提供天然餌料、節(jié)約飼料、水生動物越冬和單位水體的終末產(chǎn)量等方面具有一定的優(yōu)勢[2-3]。

當前，相關(guān)研究主要采用異養(yǎng)同化作用為主的BFT養(yǎng)殖南美白對蝦(Litopenaeusvannamei)和羅非魚等水產(chǎn)動物，鮮有結(jié)合細菌的自養(yǎng)硝化作用和微藻的光合作用進行羅非魚BFT養(yǎng)殖的相關(guān)報道[2,4,7]。因此，本實驗旨在探討藻菌共處型和全菌型生物絮團系統(tǒng)養(yǎng)殖吉富羅非魚(GIFT，Oreochromisniloticus)的優(yōu)勢，為羅非魚藻菌共處型生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 養(yǎng)殖設(shè)施

實驗采用6個室內(nèi)玻璃纖維養(yǎng)殖缸(直徑110 cm，全高90 cm，底部為錐形，錐高30 cm，工作容積300 L)，分別設(shè)為藻菌共處型生物絮團系統(tǒng)(實驗組)和全菌型生物絮團系統(tǒng)(對照組)，每組3個重復(fù)。所有養(yǎng)殖缸置于室內(nèi)并通過支架覆蓋有雙層遮陽網(wǎng)。實驗組每個養(yǎng)殖缸上方懸掛1個LED燈(型號TY-LED，功率：400 W)，距工作水面38 cm。每個養(yǎng)殖缸錐底設(shè)有一個直徑20 cm的剛玉曝氣石，通過氣體流量計(型號LZB-10，1.0 m3/h)連接一臺空氣泵(型號HG-750，浙江森森集團股份有限公司)，使用加熱棒(型號：AH-300，額定功率：300 W)控制養(yǎng)殖系統(tǒng)水溫(T)。

1.2 實驗魚及飼料

吉富品系羅非魚購自廣東省花鯧水產(chǎn)養(yǎng)殖場。實驗魚先在一套循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中暫養(yǎng)一周。整個暫養(yǎng)和實驗期間投喂通威飼料，其主要成分含量/%：粗蛋白質(zhì)≥30.0、粗纖維≥13.0、粗脂肪≥3.0、粗灰分≤15.0、0.50≤鈣≤2.00、總磷≥0.90、0.30≤氯化鈉≤1.20、水分≤12.5、賴氨酸≥1.20。實驗用水為曝氣48 h后的自來水，pH7.5。

1.3 實驗設(shè)計及管理

實驗組模擬自然光照晝夜節(jié)律，控制為12L∶12D。實驗組LED燈工作時，養(yǎng)殖水面光照度為(9 056.67±89.63)lx；LED燈未工作時，養(yǎng)殖水面光照度為(0.12±0.03)lx。對照組24 h不提供光照，養(yǎng)殖水面光照度(0.13±0.06)lx。對照組除了日常維護和采樣過程中提供的手電筒光照外，并無其它光照且每天少于30 min。實驗進行了114 d。

實驗魚初始體質(zhì)量(0.94±0.04)g，每缸放養(yǎng)30尾，初始放養(yǎng)密度0.094 kg/m3。實驗期間，每天分3次投喂餌料，投喂時間分別為每天的8∶00、12∶30和18∶30。每7 d隨機取樣稱重1次用于調(diào)整投喂量。個體質(zhì)量為小于2.3、2.3～5.5、5.5～23.5、23.5～36.5、大于36.5 g期間，日投餌率分別為15%、7.5%、5%、3%和2%。

實驗采用一水葡萄糖(有機碳含量35.69%，呼倫貝爾東北阜豐生物科技有限公司生產(chǎn))作為額外碳源。前三周，每日額外碳源的添加量和C/N計算值參考Avnimelech[15]的報道：實驗第一周、第二周和第三周控制C/N分別為30、20和10(每日葡萄糖總量均分兩次添加，添加時間分別為10∶30和16∶30)。隨后停止添加葡萄糖也可控制水質(zhì)[16]。隨著養(yǎng)殖系統(tǒng)pH和堿度的降低，實驗自第50天起，用碳酸氫鈉(河南省桐柏博源新型化工有限公司生產(chǎn))調(diào)節(jié)堿度，日投加NaHCO3總質(zhì)量為日投餌料總質(zhì)量的25%[17]。實驗期間不調(diào)節(jié)總懸浮固體顆粒物(Total suspended solids，TSS)、不換水，僅補充蒸發(fā)損耗的水量。實驗期間實驗組和對照組的溶解氧(DO)分別為(7.75±0.43)和(7.72±0.45)mg/L，水溫分別為(25.81±1.68)和(25.59±1.42)℃，pH分別為7.77±0.38和7.59±0.47。

1.4 測試指標和方法

養(yǎng)殖第114天，每個養(yǎng)殖缸取5條魚，MS-222麻醉，尾靜脈取血，4 ℃下4 000 r/min離心10 min，取血清，-80 ℃保存待測；解剖取肝臟，用低溫生理鹽水制成組織勻漿，4 ℃下4 000 r/min離心10 min，取上清去沉淀，-80 ℃保存待測。溶菌酶(LZM)測定采用比濁法；堿性磷酸酶活力(AKP)采用對硝基苯磷酸鹽法；總超氧化物岐化酶活力(T-SOD)測定采用黃嘌呤氧化酶法；采用南京建成相關(guān)試劑盒和方法進行測定。

實驗結(jié)束后，實驗用魚饑餓處理24 h后，記錄每個缸的養(yǎng)殖羅非魚余數(shù)，計算成活率(SR)，并將每條魚進行稱重并根據(jù)公式計算終末密度(FD)、增重率(WGR)、特定生長率(SGR)、飼料系數(shù)(FCR)和蛋白質(zhì)效率(PER)。計算公式如下：

成活率(SR)=Nt/N×100%

終末密度(FD，kg/m3)=W2×Nt/V

增重率(WGR)=(W2-W1)/W1×100%

特定生長率(SGR)=[(lnW2-lnW1)/(t2-t1)]×100%

飼料系數(shù)(FCR)=F/(W2N2-W1N1)

蛋白質(zhì)效率(PER)=(W2-W1)/(F×0.44)×100%

式中，W1和W2為時間t1和t2時的平均體重(g)，且t1和t2分別為實驗第1天和最后一天；N2為收獲尾數(shù)，N1為放養(yǎng)尾數(shù)；F為t1～t2天食物總攝入量(g)；V表示養(yǎng)殖缸體積。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，實驗結(jié)果用平均值±標準差表示，顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)殖水質(zhì)的變化

實驗期間Chl a和無機氮的濃度變化如圖1所示。

圖1 養(yǎng)殖期間葉綠素 a含量(a)，總氨氮濃度(b)，亞硝酸鹽氮濃度(c)和硝酸鹽氮濃度(d)的動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of Chl a(a)，total ammonia nitrogen(b)，nitrite nitrogen (c)，nitrate nitrogen(d)throughout the culture period

兩組的Chl a有明顯差別。實驗1-21 d(額外碳源添加期間)，實驗組和對照組Chl a濃度持續(xù)小于35.45 μg/L。隨后，實驗22-49 d，實驗組Chl a濃度持續(xù)上升達到最大值772.84 μg/L，50-74 d維持在相對穩(wěn)定水平570.41～772.84 μg/L，75-114 d逐漸降低至400 μg/L以下水平。對照組22-114 d葉綠素a濃度持續(xù)小于2.98 μg/L的極低水平。

圖2 養(yǎng)殖期間總磷酸鹽濃度(a)和磷酸鹽濃度(b)的動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of total phosphate(a)，orthophosphate(b)throughout the culture period

實驗期間堿度的濃度變化如圖3所示。實驗過程中1-49 d兩組不添加NaHCO3，第50天開始投加，當堿度>100 mg/L時，停止添加。實驗組和對照組堿度在1-25 d和87-114 d沒有差異，26-86 d，實驗組顯著高于對照組。第29天實驗組堿度達到最高值131.99 mg/L后開始下降，而對照組在第21天達到最高值121.64 mg/L后開始下降，總體上實驗組的堿度高于對照組。

圖3 養(yǎng)殖期間堿度的動態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of alkalinity throughout the culture period

實驗期間TSS和FV的濃度變化如圖4所示。養(yǎng)殖前期，TSS和FV的濃度持續(xù)增加，養(yǎng)殖后期波動上升。養(yǎng)殖期間，實驗組TSS最高濃度為(658.33±87.12)mg/L，對照組為(529.33±41.05)mg/L。FV在對照組的第13天出現(xiàn)迅速升高的現(xiàn)象，然后降低，最后逐步增加；但是，實驗組始終為逐步增加的現(xiàn)象。

2.2 生長性能

實驗結(jié)束后，實驗組和對照組羅非魚的成活率分別為(85.56±7.70)%和(74.44±11.71)%，無顯著差異(表1)，F(xiàn)CR、FW、FD、WGR、SGR和PER也無顯著差異。

2.3 非特異免疫酶活性

由表2可知，實驗組羅非魚的血清中LZM和T-SOD均高于對照組，AKP顯著低于對照組。肝胰臟中，兩組的AKP和T-SOD均無顯著性差異，但實驗組LZM顯著低于對照組。

3 討論

3.1 藻菌共處生物絮團系統(tǒng)對吉富羅非魚養(yǎng)殖水質(zhì)的影響

圖4 養(yǎng)殖期間總懸浮固體顆粒(a)和絮體體積(b)的動態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of total suspend solid (a)，floc volume (b)throughout the culture period

n=3

注：同列上標不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同

表2 兩種生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中羅非魚的非特異免疫能力Tab.2 Effects of two BFT systems on non-specific immune related enzymes of tilapia n=15/(U·g-1)

3.2 藻菌共處生物絮團系統(tǒng)對吉富羅非魚生長性能的影響

Wilson等[26]認為絮團可以為蝦提供天然餌料，并加速蝦的生長。Ju等[24]認為，絮團中的微藻可能有利于提高蝦的生長速率。本實驗結(jié)果表明，實驗組SR高于對照組，F(xiàn)CR低于對照組，這說明羅非魚在藻菌共處型生物絮團中，更容易存活，且降低飼料成本，這符合Jung等[11]研究結(jié)果，微藻結(jié)合水體中的小顆粒等物質(zhì)形成餌料被羅非魚食用。

3.3 微藻消亡對生物絮團系統(tǒng)中羅非魚免疫能力的影響

魚類在生長過程中非特異性免疫能力起著重要的作用，非特性免疫因子包括AKP、LZM和T-SOD等，這些因子可以反映魚體對生長環(huán)境或餌料等因子的適應(yīng)程度[27-28]。本實驗在微藻消亡期(第114天)取樣測定，結(jié)果顯示，實驗組魚體血清AKP和肝胰腺LZM活性均顯著低于對照組，可能與此時微藻消亡有關(guān)。王潮輝等[28]研究表明，魚體攝食含有益生菌等物質(zhì)的絮團，可增強對地域環(huán)境的脅迫能力，而Zhi等[13]研究表明，細菌釋放細菌毒素抑制藻細胞生長，并會向水體或生物絮團釋放有毒物質(zhì)，導(dǎo)致魚體的營養(yǎng)物質(zhì)、生存空間等理化環(huán)境受到限制，使得非特異性免疫能力下降。