紅螯螯蝦室內養殖不同生長階段適宜水質的水體細菌群落結構及多樣性分析

中圖分類號：S917.1 文獻標識碼：A 文章編號： 1000-4440（2025）07-1375-1

龍宇，胡麗，黎標，等.紅螯螯蝦室內養殖不同生長階段適宜水質的水體細菌群落結構及多樣性分析[J].江蘇農業學報，2025，41（7） ：1375-1387.

doi：10.3969/j.issn.1000-4440.2025.07.014

Analysis of the bacterial community structure and diversity in water suitable for indoor aquaculture of Cherax quadricarinatus at different growth stages

LONG Yu¹ ， HULi² ，LI Biao2，WU Liang3，HUANG Shui’ e⁴ ，YANG Haijun1 （1.ColeglUs；o 41000，Chanalsdtedh；sDeCod）

Abstract：To investigate the bacterial community characteristics in water environmentssuitable for indoor Cherax quadricarinatus cultureatdiferent growth stages，thisstudyfocusedonthe waterqualityof theshrimpseedling（XMP）pol， semi-finishedshrimp（BCPC）pol，finished shrimp（CPP）pool1，andfinishedshrimp（CPP）pol2atabreeding base inJieyang，Guangdong. Using Ilumina MiSeq high-throughput sequencing，we analyzed the bacterial community structure， diversity，and theirassociationwithphysicochemical factors in water samples.The results showed that pH was significantlypositivelycorrelated withwater temperature（ ，WT ） （ Plt;0.05 ），while total hardness（ TH ）wassignificantlynegatively correlated with WTand pH（ Plt;0.05 ）.The dominant bacterial phyla in the water sampleswere Proteobacteria， Bacteroidota，andPatescibacteria，whiledominantgeneraincludedPolynucleobacter，norank_Rhizobiales_Incertaeedis， norank_Chloroplast，and hgcl Σ^- clade.Pearson correlation analysis revealed that bacterial community diversityand richness were signifcantlyinfluencedbynitrite-nitrogen（NO-N）concenration.Atthegenuslevel，Spearmancorelationanalysisof the top 20 genera showed that pH， TH ，ammonia nitrogen（ NH₄⁺ -N）concentration，NO -N concentration，total nitrogen 2 （TN）concentration，and chemical oxygen demand significantly impacted the bacterial community structure.Genefunction prediction using Tax4Funindicated that the main functionalpathways included globalandoverview maps，carbohydratemetabolism，andaminoacid metabolism.Clustering analysis demonstratedthatthefunctional genesofbacterialcommunitiesat adjacentgrowth stages were moresimilar，andthefunctional genes infinished shrimppoolsamples werealso more stable.FAPROTAXannotationrevealedthattherelativeabundanceoffunctional groups involved inthenitrogen-metabolismcyclesignificantlyincreased during thegrowth stageof finished shrimp.Theresearch results indicate that，in indoor aquacultureof Ch 1 eraxquadricarinatus，thebacterialcommunitystructureinwaterbecomes moreevenlydistributedasthegrowth stageprogesses.The relevant bacteria play a crucial role in maintaining the water quality of the aquaculture environment.

Key words： Cherax quadricarinatus；water quality；environmental microbiota；bacterial communil

隨著生活水平的提高，人們對飲食的豐富性越來越重視。其中，水產品的供應量較以往有了大幅度提高，而天然水產品資源有限，發展綠色生態、規模化、集約化、工廠化的水產養殖已成為大趨勢[1]。然而，水產養殖過程中會產生大量的廢水，如果廢水不經過處理就直接外排，不僅會破壞周邊區域水體生態平衡，還會影響水產品的品質和產量，危害人們身體健康[2]。世界著名經濟蝦種紅螯螯蝦（Cheraxquadricarinatus）肉質鮮美可口，營養價值高，深受國內外消費者青睞[3]。紅螯螯蝦養殖業的迅速發展雖然帶來了顯著的經濟效益，但是也產生了養殖方面的一些技術難題。如紅螯螯蝦規模化、集約化養殖水體氮素污染的處理問題[4]。為了解決紅螯螯蝦養殖水體的污染問題，人們嘗試采用循環水養殖系統、內循環流水槽養魚系統、智能化溫控系統、水凈化系統、供氧系統以及生物調控手段等在室內或者大棚內養殖[5-0]，實現了省料、省藥、節水、減污及反季節養殖，摸索出了不同生長階段紅螯螯蝦適宜養殖水環境條件[]。然而，如何確保養殖全過程水質安全仍是難點。室內養殖紅螯螯蝦，微生物在水質管理方面起關鍵作用[，管控好養殖水體中微生物的正常代謝，可優化微生物群落結構，提高微生物多樣性[13]。細菌群落特征是紅螯螯蝦養殖水體生物多樣性的具體體現，細菌在殘餌、排泄物及生物殘體等分解和氮循環等過程中發揮核心作用，可降低水體中氨態氮、亞硝態氮和硝態氮等的濃度[14]，穩定紅螯螯蝦養殖水質，形成健康的水體生態系統。此外，用益生菌可以控制水體氮素污染，抑制病原菌的繁殖，降低疾病暴發風險，從而提高水生生物的存活率，保證良好的健康狀況[15]。然而，目前未見紅螯螯蝦不同生長階段適宜水環境下細菌群落結構及多樣性的研究。為此，本研究以廣東省揭陽市南區紅螯螯蝦養殖基地室內養殖蝦苗（XMP）池、半成品蝦（BCPC）池、成品蝦（CPP）池1及成品蝦（CPP）池2適宜水質的水體為研究對象，利用高通量測序技術[開展紅螯螯蝦不同生長階段適宜水環境中細菌多樣性研究，考察紅螯螯蝦養殖水體細菌群落結構與水體理化因子的關聯性，以期為紅螯螯蝦室內養殖水體的微生物調控提供科學依據。

1材料與方法

1.1室內養殖基地概況

采集的水樣來源于廣東省揭陽市南區紅螯螯蝦室內養殖基地（ 116.4930800^°E，23.1376340^°NΩ） 。蝦池為地埋式，水深 1.0m 。每個水池單獨建立，一個池一個大棚，每池面積 0.067hm² ，池底使用高強度防滲膜覆蓋，與土壤隔絕，頂部為鋼架結構，上面覆蓋微藍無滴膜。無滴膜不僅有助于控制冬季塑料棚內養殖水體的溫度，而且可降低大棚內霧氣和空氣濕度，從而降低氣溫變化對紅螯螯蝦生長的影響。根據紅螯螯蝦的生活習性，在養殖池中放有一定數量的蝦屋，蝦屋由8～10層藍色PP材質的長方形“井\"字格隔板搭建而成，高 0.8m ，寬 0.2m ，按行排列，每排之間的間距為 0.5m 。每排蝦屋的底部和兩側用空心磚固定。放養密度為 1hm² 7.5×10⁴～9.0×10⁴ 尾。同時，蝦池內安裝增氧曝氣系統，每隔兩排蝦屋安裝1個微孔增氧曝氣圓盤，曝氣圓盤按“Z\"字形布局，溶解氧含量維持在 5mg/L 左右。每天分早晚2次投喂，投餌量占體重的 5%～8% ，其中晚上的投喂量占全天的 70%～80% 。在蝦苗階段投喂粉末狀餌料，半成品蝦階段前期投喂粉末狀餌料，后期轉為顆粒狀餌料，成品蝦階段投喂顆粒狀餌料。

1.2水樣采集與理化指標測定

2023年10月14日上午11：00采集水樣，分別采自蝦苗（XMP）池（蝦長 2～3cm ，強化蝦苗）、半成品蝦（BCPC）池（蝦長 4～5cm ）、成品蝦（CPP）池1（蝦長 7～8cm ）、成品蝦（CPP）池2（蝦長 10～12cm 亞成體）。采用五點取樣法，使用 ^5L 有機玻璃采水器采集每個養殖池水下 50cm 處的水體，每個點各采集 150mL 水，充分混勻后保留 500mL ，裝人無菌塑料瓶中，重復3次，放入冰盒保存。養殖池水體溫度（WT）、pH和溶解氧（DO）含量采用雷磁DZB712便攜臺式多參數水質分析儀（上海儀電科學儀器股份有限公司產品）現場測定；氨態氮（ NH₄⁺ -N）含量使用納氏試劑分光光度法（HJ535-2009）測定；亞硝酸鹽氮（ NO₂^- -N）含量使用分子吸收分光光度法（GB7493-1987）測定；總硬度（TH）采用EDTA滴定法（GB7477-1987）測定;總氮（TN）含量使用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894-1989）測定；總磷（TP）含量使用鉬酸銨分光光度法（GB11893-1989）測定；化學需氧量（ cop_cr ）使用重鉻酸鹽法（HJ828-2017）測定。

1.3水樣DNA提取及高通量測序

水樣采集完成后帶回實驗室，使用 BioVac630B 型真空抽濾泵（德國Wiggens公司產品）進行抽濾，使用的S-Pak濾膜（美國Millipore公司產品）的孔徑為0.22μm ，直徑 47mm ，抽濾裝置事先用無水酒精擦拭后再用無菌水沖洗，水樣抽濾完成后立即將濾膜裝入2mL 無菌凍存管，放人液氮保存用于DNA提取，提取的DNA送至生工生物工程（上海）有限公司進行測序。使用 E.Z.N.A^TM Mag-BindSoilDNAKit試劑盒提取細菌群落基因組DNA，使用Qubit？4.0DNA檢測試劑盒對基因組DNA精確定量后，確定PCR反應應加入的DNA量，以樣品DNA為模板，采用引物No-bar-341F/Nobar-505R對細菌的16SrRNA基因V3～V4高變區片段進行擴增，引物序列為Nobar-341F（ 5^′ CCTACGGGNGGCWGCAG- ?3^′ ）與Nobar-505R（ 5^′. GACTACHVGGGTATCTAATCC- 3^′ ）。PCR反應擴增步驟：預變性（ 95^qC，3min ），變性 （94^°C，20s） ，退火1 （52%，20s） ，延伸（ ，最后延伸（ ⁷²⁹C，5 min），共5個循環。PCR擴增產物用 2% 瓊脂糖凝膠電泳進行檢測，使用通用的IIlumina適配器和索引構建文庫，其中Illumina適配器用于連接目標DNA片段的兩端，確保文庫片段能夠在測序平臺上進行擴增和測序；索引則用于對不同樣本的文庫進行標記，從而實現多樣本混合測序。樣品高通量測序工作在Ⅱ-luminaMiSeq測序平臺上完成。

1.4數據處理及分析

利用SPSS26.0軟件對水樣理化因子進行皮爾遜（Pearson）相關性分析。使用QIIME軟件對操作分類單元（OTUs）列表進行差異性分析，生成不同分類水平（門、屬）上的物種豐度表和物種分布圖。以OTU為單位，用軟件Mothur計算各水樣的細菌群落多樣性指數。水樣理化因子與細菌群落多樣性進行皮爾遜相關性分析，對水樣理化因子與屬水平細菌群落進行斯皮爾曼（Spearman）相關性分析。使用Tax4Fun和FAPROTAX對細菌進行功能預測分析，通過將測定的16SrRNA基因序列數據與已知代謝功能的微生物參考基因組數據進行比較，預測分析水樣細菌的代謝功能。采用 0rigin 2022 軟件制圖。

2 結果與分析

2.1紅螯螯蝦室內養殖不同生長階段適宜水質水體理化特征

從表1可知，不同生長階段紅螯蝦養殖水體的水溫變化范圍為19. $0 { ＼sim } 2 2 . 0 ＼ ＼mathrm { ＼textC }$ ，均處于紅螯螯蝦養殖適宜水溫（ 15～30^°C 范圍內[17]； pH 值的變化范圍為7.13～7.50，處于《漁業水質標準》（GB11607-1989）pH 值最適宜的范圍 （6.53 計）為112～134mg/L_c 。 NH₄⁺ -N質量濃度差異較小，為0.322～0.493mg/L_? NO₂^- -N質量濃度為 0.004～0.174 mg/L ，BCPC池水中的 NO₂^- -N質量濃度明顯高于其他養殖池。總氮含量為2 ∴535～6.986mg/L，（ CPP池1和CPP池2水體中總氮含量明顯高于BCPC池和XMP池。化學需氧量為 22～58mg/L. ，CPP池1和CPP池2水體中化學需氧量明顯高于BCPC池和XMP池。

不同生長階段水樣理化指標的皮爾遜相關性分析結果（表2）顯示，水體理化指標中 ΔpH 與WT為顯著正相關（ Plt;0.05 ），TH與WT、pH為顯著負相關 （Plt;0.05） 0

表1不同生長階段紅螯螯蝦室內養殖適宜水質的水體理化特征 Table1Physicochemicalcharacteristicsofwatersuitableforindooraquacultureof Cherax quadricarinatusatdiferentgrowthstages

表中數據為平均值 ± 標準差。

表2不同生長階段紅螯螯蝦室內養殖適宜水質理化指標Pearson相關系數

TablePearsoncoelationcoecentsofphysicoemicalprametersofwatersuitableforidoraquaculureofCraxuadicaritusal different growth stages

WT：水溫;DO含量：溶解氧含量;TH：總硬度;TN含量：總氮含量； cop_cr ：化學需氧量。*表示指標間顯著相關 （Plt;0.05）

2.2紅螯螯蝦室內養殖適宜水質水體中細菌多樣性

通過高通量測序得到的有效序列與NCBI中的BLAST數據庫進行比對，采用RDPclassifier貝葉斯算法對同源性大于 97% 的OTU代表序列進行分類學分析，4個水樣共獲得有效序列538048條，共得到6167個0TU，平均每個水樣獲得有效序列134512條和1657個0TU。由圖1可知，4個水樣共有154個OTU，其中XMP池、BCPC池、CPP池1、CPP池2水體中分別具有特有微生物OTU463個、167個、553個、792個。各養殖池水樣的覆蓋度（Coverage）均超過了99. 70% （表3），表明測序結果反映了樣本的真實情況。Sobs指數用來表征實際OTU，從表3可知，Sobs指數范圍為535～2561。Chao1指數和Ace指數表示群落豐富度，指數越大越表明樣本豐富度越高，從表3可知，紅螯螯蝦不同生長階段水樣豐富度指數由大到小順序為CPP池 2gt;CPP 池 1gt;XMP 池 gt; BCPC池。Simpson指數和Shannon指數為群落多樣性指數，Shannon指數越大、Simpson指數越小，說明群落多樣性越高，從表3可知，水樣Shannon指數由大到小順序為CPP 池 2gt;CPP 池 1gt;XMP 池 ∣gt; BCPC池，Simp-son指數由小到大順序為CPP池 2

2.3紅螯螯蝦室內養殖適宜水質的水體中細菌群落結構及組成

基于門水平研究不同生長階段紅螯螯蝦養殖水體中細菌群落結構及組成（圖2）。從圖2可知，4個生長階段水樣中共鑒定到10個細菌門（水樣中豐度占比小于 1% 的物種歸為“其他”），分別是變形菌門（Proteobacteria）擬桿菌門（Bacteroidota）、鑌骨細菌門（Patescibacteria）、藍細菌門（Cyanobacteria）、放線菌門（Actinobacteriota）、浮霉菌門（Planctomycetota）、疣微菌門（Verrucomicrobiota）酸桿菌門（Acidobacte-riota）綠彎菌門（Chloroflexi）SAR324_clade（Marine_group_B）構成，其中共有的優勢菌門為變形菌門。XMP池水體中優勢菌門為變形菌門和藍細菌門，BCPC池水體中變形菌門占據絕對優勢地位，CPP池1水體中與CPP池2水體中細菌群落結構較為相似，優勢菌門為變形菌門、放線菌門、擬桿菌門和鑌骨細菌門。紅螯螯蝦養殖水體中細菌群落的優勢菌門由XMP池水體中最初的變形菌門、藍菌門轉變為BCPC池水體中的變形菌門，再轉變為CPP池1水體中的與CPP池2水體中的變形菌門、放線菌門、擬桿菌門和髖骨細菌門，說明隨著紅螯蝦養殖生長時期的推進，水體中細菌群落多樣性也會上升，細菌分布逐漸均勻，細菌群落趨于穩定。

圖1不同生長階段紅螯螯蝦室內養殖適宜水質的水體中細菌群落組成

表3不同生長階段紅螯螯蝦室內養殖適宜水質水體中細菌多樣性與豐富度

Table3BacterialdiversityndrichessinwatersuitableforindooraquacultureofCheraxquadicarinatusatdiferentgrowthstages

XMP為蝦苗，BCPC為半成品蝦，CPP為成品蝦。

變形菌門（Proteobacteria）；口擬桿菌門（Bacteroidota）;

濱骨細菌門（Patescibacteria）；網藍細菌門（Cyanobacteria）；

□放線菌門（Actinobacteriota）；圖浮霉菌門（Planctomycetota）；

疣微菌門（Verrucomicrobiota）；酸桿菌門（Acidobacteriota）；

綠彎菌門（Chloroflexi）；SAR324_clade（Marine_group_B）；

未分類細菌（unclassified_Bacteria）；其他

XMP、BCPC、CPP見表3注。

圖2不同生長階段紅螯螯蝦室內養殖適宜水質的水體中細菌門水平的組成

Fig.2Phylum-level bacterial communitycompositioninwater suitableforindooraquacultureofCheraxquadricarinatusatdifferentgrowthstages

從圖3可知，在屬水平上4個生長階段水體中共鑒定到55個屬，對細菌群落結構相似性進行聚類分析發現，不同生長階段水體中細菌群落結構存在多樣性和差異性。其中多核桿菌屬（Polynucleobacter）細菌、norank_Chloroplast細菌norank_Rhizobiales_Incertae_Se-dis細菌、hgcl_clade細菌、未分類的Comamonadaceae細菌、湖棲菌屬（Limnohabitans）細菌和C39細菌為紅螯螯蝦室內養殖池水體中的優勢類群。XMP池水體中優勢類群為 norank_Chloroplast 細菌、norank_Rhizobiales_Incertae_Sedis細菌和Ralstonia細菌等，BCPC池水體中優勢類群為多核桿菌屬細菌和C39細菌等，CPP池1水體中優勢類群為hgcl_clade細菌和未分類的Co-mamonadaceae細菌等，CPP池2水體中優勢類群為湖棲菌屬細菌、norank_Saccharimonadales細菌和hgcl_clade細菌等。

2.4理化因子對紅螯螯蝦室內養殖適宜水質水體中細菌群落結構的影響

不同生長階段水體中細菌群落的豐富度、多樣性與理化因子的皮爾遜相關性分析結果如表4所示，水樣中 NO₂^- -N含量與OTU、Chao1指數、Ace指數、Shan-non指數呈顯著負相關（ Plt;0.05） ，與Simpson指數呈極顯著性正相關（ Plt;0.01? 。這說明 NO₂^- -N含量的增加會導致水體中微生物群落的豐富度和多樣性Shannon指數下降，而多樣性Simpson指數上升。

在屬水平上對相對豐度前20的屬與理化因子進行斯皮爾曼相關分析，結果如圖4所示。其中，NO₂^- -N含量與優勢屬多核桿菌屬呈極顯著性正相關（Plt;0.01） ，與norank_Saccharimonadales呈極顯著性負相關（ ?Plt;0.01 ; pH 與優勢屬 norank_Chloroplast呈極顯著性正相關（ Plt;0.01? ： NH₄⁺ -N含量與norank_Chloroplast呈極顯著性負相關（ Plt;0.01 ）;TH、 COD_cr 與norank_Rhizobiales_Incertae_Sedis呈顯著性負相關（ ?^Plt;0.01 ）；TN含量與norank_Saprospiraceae、hgcl_clade呈極顯著正相關（ Plt;0.01 ），TN含量與hgclclade之間的關系與Ruprecht等[i8]的研究結果一致。

表4紅螯螯蝦室內養殖適宜水質水體理化因子與微生物多樣性的皮爾遜相關性分析

Table4 Pearson correlation analysisofphysicochemical factors andmicrobialdiversityinwatersuitableforindooraquacultureofCheraxquadricarinatus

OTU：操作分類單元； WT，DO 含量、TH、TN含量、 .COD_Cr 見表2注。*表示二者之間顯著相關（ Plt;0.05） ^** 表示二者之間極顯著相關（ Plt; 0.01）。

圖4水樣中優勢菌屬與理化因子的相關性

ig.4Correlation between dominantbacterial generaand physical and chemical factors in water sample

WT、DO含量 ，TH，TN 含量 ，cOD_Cr 見表2注。 * 表示二者之間顯著相關（ Plt;0.05： ， ^** 表示二者之間極顯著相關（ Plt;0.01） 。

2.5紅螯螯蝦室內養殖適宜水質水體中細菌群落功能預測

細菌群落的功能對保持紅螯螯蝦適宜水體環境的穩定性起至關重要的作用。本研究基于 I6SrRNA 基因，通過Tax4Fun2研究了紅螯蝦不同生長階段養殖池水體中細菌的相關功能，得到KEGG途徑中3個級別的功能基因的相對豐度：一級通路得到水體中菌群的優勢功能基因，按相對豐度由高到低順序依次為新陳代謝 （75.72%～78.74% 、環境信息處理0 7.49%～9.33% ）、細胞過程（ 4.01%～6.28% ）、遺傳信息處理（ 3.91%～4.99% 、人類疾病（ 3.12%～3.40% ）和有機系統（ 1.43%～1.53% ）。二級通路共得到水體中細菌相關功能基因44個（圖5），相對豐度排名前10的分別為全球與概覽圖（ 37.08%～40.83% ）、碳水化合物代謝 （8.64%～9.11% 、氨基酸代謝（ 7.72% 28.00% ）、膜轉運機制（ 4.42%～4.77% ）、信號轉導途徑L 3.05%～4.59% ）、能量代謝（ 3.55%～4.56% ）、細胞群落-原核生物（ 2.64%～4.41% ）、輔助因子與維生素代謝 3.25%～4.18% ）、脂質代謝（ 2.56%～3.99% ）和外源性化合物的生物降解與代謝（ 2.85%～4.00% 。聚類分析發現CPP池1水體和CPP池2水體中細菌群落首先聚為一類，然后XMP池水體中細菌群落與CPP池1水體中細菌群落和CPP池2水體中細菌群落形成一個更大的分支，最后BCPC池水體中細菌群落與其他所有水體中細菌群落聚類在一起。

采用FAPROTAX對水體中細菌代謝及生態功能進行注釋，共得到49種細菌群落功能，表5為相對豐度排名前20的FAPROTAX細菌預測功能，結果顯示化學異養與好氧化學異養在各生長階段相對豐度均較高，XMP池水體中細菌群落中葉綠體的相對豐度最高，表明養殖水體受光合作用的影響較大。此外，本研究發現隨著紅螯蝦養殖生長時期的推進，CPP池1水體與CPP池2水體中硝酸鹽還原、氮呼吸和硝酸鹽呼吸的相對豐度明顯增加。

圖5二級通路Tax4Fun2基因功能預測熱圖

Fig.5Heatmap of gene functional prediction for secondary KEGG pathways using Tax4Fun2

XMP：蝦苗；BCPC：半成品蝦;CPP：成品蝦。

表5基于FAPROTAX細菌功能預測

Table5 Bacterial functional predictionbased onFAPROTAX

XMP：蝦苗，BCPC：半成品蝦，CPP：成品蝦。

3討論

3.1不同生長階段養殖池水體理化因子

水體理化因子是影響水產養殖的關鍵因素[19]，可通過研究理化因子之間的相關性優化水體環境管理策略。本研究紅螯螯蝦為室內養殖，有利于控制水溫、溶解氧 Φ_?pH 值等理化因子，從而降低水產養殖疾病的暴發，提高蝦苗的成活率和生長速度[5，20]前人研究結果表明，紅螯螯蝦養殖水體適宜 ΔpH 值應保持在7～8，水溫在 20～30^eC ，溶氧量含量維持在5.0mg/L 以上，鹽度在 0.2～14.0g/L ，總氨態氮含量低于 0.5mg/L NO₂^- -N含量低于 0.3mg/L ，總硬度大于 50mg/L^{[5，17，21]} ，本研究中 XMP 池水體 ΔpH 值為7.5，明顯高于BCPC池、CPP池1和CPP池2養殖水體，這是因為人工投加的大量小球藻進行光合作用消耗了XMP池水體中 CO₂ 導致 pH 值升高所致[22]。4個生長階段水體總硬度由大到小排序為CPP池 2gt;CPP 池 1gt;BCPC 池 .gt;XMP 池，這是由于紅螯螯蝦在生長過程中要經歷10～13次蛻殼，在生長后期，水體中需要補充更多的鈣來滿足蝦蛻殼需要，所以在紅螯螯蝦生長后期水體總硬度偏高[23]。本研究對不同生長階段紅螯螯蝦適宜養殖水體理化因子之間進行皮爾遜相關性分析發現，水樣 pH 與水溫（WT）為顯著正相關（ Plt;0.05） ，這是因為WT上升使水體中藻類和光合細菌的光合作用效率提高，并在光合作用過程中消耗水體中的 CO₂ ，從而導致pH值上升。TH與WT、pH為顯著負相關（ Plt; 0.05），這是由于水體 pH 偏堿性和WT升高會導致水體中碳酸鈣的溶解度降低，從而使水體總硬度也隨之降低[24]。說明WT的變化會影響水體 ΔpH 值和總硬度，養殖過程中，特別是在蝦蛻殼期間需要密切監測和調控 WT，pH 和TH，確保紅螯蝦生活在適宜的水質條件下。

3.2不同生長階段水體中細菌群落結構特征

本研究通過IluminaMiSeq高通量測序方法對不同生長階段紅螯螯蝦養殖池水體進行細菌多樣性分析，結果發現CPP池1中和CPP池2中細菌群落的多樣性和豐富度高于XMP池和BCPC池，這可能是由于紅螯螯蝦的體重決定了每天投喂的餌料量[23]，進而影響到降解水體中排泄物與殘餌等的微生物特征[20]。因此，隨著紅螯螯蝦生長時期的推進，水體中細菌群落物種豐富度和多樣性也隨之上升。這與Feng等[25]對養殖環境微生物群與宿主微生物群之間的關系以及袁若男等[26]對池塘養殖不同個體大小紅螯螯蝦腸道微生物多樣性研究的結果一致。但是BCPC池水體中微生物群落的多樣性和豐富度均最低，Simpson指數最大，在門、屬水平上分析發現BCPC池水體中變形菌門占 84.85% ，多核桿菌屬占 51.55% ，可能是半成品蝦處于養殖中期，投喂的餌料從蝦苗期的粉末更換為顆粒，其主要成分的構成也相應發生了變化所致。這與Lu等[27]對擬穴青蟹的研究發現飼養模式的變化會導致水體中細菌群落結構也隨著變化的結果一致。CPP池1和CPP池2水體中細菌群落多樣性指數和豐富度指數高，是因為投喂了大量的餌料，蝦產生了大量的排泄物，為水體中微生物提供了豐富的營養源。此外，本研究發現CPP1和CPP2經歷了多個生長期，并長期保持相對穩定的生長環境，因此，養殖水體生態系統趨于穩定，細菌群落結構也較為穩定。這表明餌料投喂量、換餌料期和不同生長期等因素都可能對紅螯螯蝦養殖水體中細菌群落的多樣性和豐富度產生重要影響。優化餌料投喂策略、管理紅螯螯蝦養殖密度以及維持穩定的水環境有助于提高水體中細菌群落的多樣性和豐富度。

在不同生長階段紅螯螯蝦養殖水體中發現優勢菌門均為變形菌門，其次為藍菌門、放線菌門、擬桿菌門、鑌骨菌門。XMP、BCPC、CPP1和CPP24個養殖階段水體中變形菌門豐度分別為 50.20% 、84.85%.38.11%.33.45% ，變形菌門在養殖水體中的優勢地位與Moschos等[28]和李盧國等[29]的研究結果一致，它參與氮循環，包括氮的硝化和反硝化，分解有機物質并轉化為無機物，促進有機廢物的降解[30]。本研究發現XMP池水體中的優勢菌門除變形菌門外還有藍細菌門。藍細菌門細菌作為光合作用生物，能夠利用光能將無機物質轉化為有機物質，為水體生態系統提供了重要的能量來源[31]。CPP池1和CPP池2水體中優勢菌門除變形菌門外還有放線菌門、擬桿菌門、鑌骨細菌門，說明紅螯蝦生長中后期水體細菌群落分布逐漸均勻，結構趨于平穩。在屬水平上，通過聚類分析得到XMP池水體中細菌群落與BCPC 池水體中細菌群落聚為一類，可能是生長環境相對簡單，餌料投喂量少，有機物含量低，因此細菌群落的多樣性和豐富度較低。CPP池1水體中細菌群落與CPP池2水體中細菌群落聚為一類，可能是因為紅螯螯蝦經歷了多個生長期，水體中有較多的有機物質和營養源，形成了復雜多樣的細菌群落，提高了養殖水體系統的穩定性和韌性，增強了養殖水體系統對環境變化的適應能力。隨著生長時期的推進，hgcl_clade 細菌、湖棲菌屬細菌、黃桿菌屬（Flavobacterium）細菌和脫氯單胞菌（Dechloromonas）屬細菌相對豐度明顯增加。hgcl_clade細菌參與水體氮循環，具有反硝化和固氮的能力[8。湖棲菌屬細菌既是水產養殖重要的碳循環菌，也是將碳從初級生產者輸送到更高營養水平的關鍵細菌[32]。黃桿菌屬細菌和脫氯單胞菌為反硝化細菌，可以增強養殖水體硝化和反硝化能力，從而降低水體含氮化合物的濃度[33-34]，但也有研究結果表明，某些黃桿菌屬細菌為魚類病原體，能夠引起魚鰓損傷、皮膚病變和深度壞死性潰瘍等疾病[35]，目前未見黃桿菌屬細菌對紅螯螯蝦造成病原性傷害的報道。

3.3不同生長階段水體理化因子對細菌群落的影響

細菌群落的變化不僅受到不同生長階段養殖對象的影響，水體理化因子也在調控微生物群落結構和功能方面起關鍵作用，甚至影響養殖水體生態系統的穩定性及健康狀況。水體中細菌在水生生態系統的生物地球化學循環中起著至關重要的作用，對水質變化有重要影響[36]。前人的研究主要集中在對不同生長階段紅螯螯蝦腸道微生物與水體理化因子之間的關系[9，26]，忽略了對養殖水體中微生物重要性的探究。本研究發現水體理化因子 NO₂^- -N含量與不同生長階段紅螯螯蝦水體中細菌群落的Chaol指數、Ace指數、Shannon指數呈顯著負相關關系。氮素對養殖動物和養殖水體中微生物具有重要影響[27，37]。在紅螯螯蝦養殖水體中氮素主要來源于殘餌和排泄物，養殖過程中通過曝氣增氧有利于養殖水體中硝化細菌和亞硝化細菌的生長，進而通過硝化作用和反硝化作用促進養殖水體脫氮[38]。本研究發現， NO₂^- -N含量與多核桿菌屬細菌呈極顯著正相關，與norank_Saccharimonadales細菌呈極顯著負相關; pH 與優勢屬norank_Chloroplast細菌呈極顯著正相關; NH₄⁺ -N含量與norank_Chloroplast細菌呈極顯著負相關; TH，COD_cr 與norank_Rhizobiales_In-certae_Sedis細菌呈顯著負相關;TN含量與hgcl_clade細菌呈極顯著正相關，說明這些理化因子對水體中微生物群落結構具有顯著影響。許鄭超等[39]對中華絨螯蟹養殖水體的研究發現，WT、pH、DO和TH對水體中細菌群結構有顯著影響。

3.4不同生長階段水體中細菌群落功能預測

功能基因在微生物群落中的作用至關重要，決定了微生物的代謝能力、生態功能及其與環境的相互作用。通過 Tax4Fun2 功能基因預測發現，一級通路得到不同生長階段養殖水體中細菌群落的優勢功能基因豐度變化不大，以新陳代謝為主。微生物的新陳代謝是各類菌屬與環境之間物質和能量交換的主要過程[40]。在養殖水體中微生物新陳代謝主要參與營養物質的攝取、有機物的分解、能量的產生以及廢物的排泄，微生物可以通過新陳代謝活動分解養殖水體的有機物，并轉化為無機物[41]。二級通路得到不同生長階段養殖水體中主要的優勢功能基因均為全球與概覽圖、碳水化合物代謝、氨基酸代謝、膜轉運機制、信號轉導途徑、能量代謝等，這些功能涵蓋了微生物群落的基本生命活動，包括能量獲取、物質轉運、信息傳遞以及物質代謝[42]。聚類分析發現，CPP池1水體中細菌群落和CPP池2水體中細菌群落首先聚為一類，隨后與XMP池水體中細菌群落形成一個更大的分支，最后BCPC池水體中細菌群落與所有水體中細菌群落聚類在一起，說明相鄰生長階段水體中細菌群落功能基因更為相似，功能基因從XMP階段過渡到BCPC階段時通過適應和調整，最終在CPP1和CPP2階段趨于穩定。FA-PROTAX注釋結果顯示，主要功能預測包括化學異養、好氧化學異養、葉綠體、硝酸鹽還原、氮呼吸和硝酸鹽呼吸，說明在不同生長階段養殖水體以碳代謝和氮代謝為主。碳代謝是微生物獲得能量的主要途徑，微生物通過碳代謝分解有機物，減少水體中的有機污染物，從而提高水質[43]。氮代謝是生物地球化學循環的關鍵過程[44]。氮代謝過程如硝化作用、反硝化作用和固氮作用是氮循環的重要組成部分，維持水體中氮平衡，防止過量氮污染，通過反硝化作用和硝酸鹽還原作用，微生物可以將有害的氮化合物轉化為氮氣或其他無害形式，從而達到改善水質的目的[45]。因此，本研究養殖水體中碳代謝和氮代謝發揮著關鍵作用。在紅螯螯蝦不同生長階段養殖水體化學異養和好氧化學異養相對豐度均較高，這與Xie等[46對克氏原螯蝦不同生長階段腸道菌群的主要功能預測結果一致。化學異養菌和好氧化學異養菌通過氧化無機物質（如硫、氮等）來獲取能量，在水產養殖中，可以幫助分解有機廢物，從而改善水質[47]。本研究發現隨著紅螯螯蝦生長時期的推進，養殖水體中硝酸鹽還原、氮呼吸和硝酸鹽呼吸微生物的相對豐度也逐漸增加，反映了與氮循環相關的代謝活動隨著養殖生長時期的推進而增強，有助于減少含氮化合物積累，維持養殖水體健康。

4結論

本研究利用高通量測序技術研究了不同生長階段紅螯螯蝦養殖水體細菌群落的結構、組成、功能以及與水體理化因子之間的關系。不同生長階段紅螯螯蝦養殖適宜水體中 ΔpH 與WT呈顯著正相關（ Plt; 0.05），TH與 WT，pH 呈顯著負相關（ ?-0.05 。紅螯螯蝦不同生長階段適宜水質水體均具有豐富的細菌群落組成，主要細菌門有變形菌門、藍菌門、放線菌門、擬桿菌門、髖骨菌門等，優勢細菌屬有多核桿菌屬、norank_Rhizobiales_Incertae_Sedisunclassified_Comamonadaceae和湖棲菌屬等。養殖水體細菌群落物種多樣性主要受水體理化因子 NO₂^- -N含量的影響。不同生長階段適宜水質水體細菌群落功能基因組成較為相似，主要優勢功能為全球與概覽圖、碳水化合物代謝、氨基酸代謝和膜轉運機制等。氮代謝循環功能類群的相對豐度在成品蝦生長階段明顯增加。本研究結果為紅螯螯蝦室內養殖水體中微生物調控提供科學依據。

參考文獻：

[1]張文兵，解綬啟，徐皓，等.我國水產業高質量發展戰略研究 [J].中國工程科學，2023，25（4）：137-148.

[2]梁利權，郭春霞，陳小華，等.水產養殖清塘過程污染排放特征 及對周邊水體影響：以太湖下游典型魚類集約化養殖區為例 [J].湖泊科學，2023，35（1）：181-191.

[3］王廣軍，孫悅，郁二蒙，等.澳洲淡水龍蝦與克氏原螯蝦肌肉 營養成分分析與品質評價[J].動物營養學報，2019，31（9）： 4339-4348.

[4]ZHENG TM，WANGPF，HUB，et al.Mass variations and transfer process of shrimp farming pollutants in aquaculture drainage systems：effects of DOM features and physicochemical properties[J]. Journal ofHazardousMaterials，2024，469：133978.

[5]CHENG S，JIA Y Y，CHI ML，et al.Culture model of Cherax quadricarinatus：temporary shelter in shed and pond culture[J]. Aquaculture，2020，526：735359.

[6]宮晗，陳萍，秦楨，等.凡納濱對蝦工廠化循環水養殖系 統水質指標及微生物菌群結構的分析[J].漁業科學進展， 2023，44（1）：125-136.

[7]劉梅，原居林，練青平，等.池塘內循環流水養殖模式對養殖 塘上覆水-沉積物-間隙水磷時空分布特征及釋放通量的影響 [J].水生生物學報，2021，45（5）：1045-1056.

［8］吳小峰.水產養殖溫度調控系統智能化設計[J].農機化研究， 2018，40（11）：136-139，146.

[9]徐文倩，葉姜瑜.復合菌劑M5對紅螯螯蝦（Cheraxquadricarinatus）高密度養殖系統水質及其腸道微生物群落影響的初步 研究[J].微生物學雜志，2020，40（5）：58-66.

[10］蔣建明，喬增偉，朱正偉，等.水產養殖復合式自動增氧系統設 計與試驗[J].農業機械學報，2020，51（10）：278-283.

[11]MASSERMP，ROUSE DB.Australian red claw crayfish[M]. Stoneville：Southern Regional Aquaculture Center，1997.

[12]DAUDA AB. Biofloc technology：a review on the microbial interactions，operational parameters and implications to disease and health management of cultured aquatic animals[J]. Reviews in Aquaculture，2020，12（2） ：1193-1210.

[13]GARCIA-GARCERA M，ROCHA EPC. Community diversity and habitat structure shape the repertoire of extracellular proteinsin bacteria[J].Nature Communications，2O20，11（1） ：758. 能研究進展[J].生物多樣性，2013，21（4）：422-433.

[15]LIU B N， ZHOU W M，WANG H， et al. Bacillus baekryungensis MS1 regulates the growth，non-specific immune parameters and gut microbiota of the sea cucumber Apostichopus japonicus[J].Fish amp; Shellfish Immunology，2020，102：133-139.

[16]INFANTE-VILLAMIL S，HUERLIMANNR，JERRYDR.Microbiome diversity and dysbiosis in aquaculture[J].Reviews in Aquaculture，2021，13（2）：1077-1096.

[17]HAUBROCK P J，OFICIALDEGUI F J，ZENG Y W，et al. The redclaw crayfish ：a prominent aquaculture species with invasive potential in tropical and subtropical biodiversity hotspots[J].Reviews in Aquaculture，2021，13（3） ：1488-1530.

[18]RUPRECHTJE，BIRRERSC，DAFFORNKA，etal.Wastewater effluents cause microbial community shiftsand change trophic status [J].Water Research，2021，200：117206.

[19]GEPHARTJA，GOLDEN C D.Environmental and nutritional double botom lines in aquaculture[J]. One Earth，2022，5（4）： 324-328.

[20]CHEN Z，LI J， ZHAI Q Q，et al. Nitrogen cycling process and application in diffrent prawn culture modes[J].Reviews in Aquaculture，2024，16（4） ：1580-1602.

[21]MANORR，SEGEVR，LEIBOVITZMP，etal.Intensificationof redclaw crayfish Cherax quadricarinatus culture[J].Aquacultural Engineering，2002，26（4） ：263-276.

[22］秦保平，孫韌，王德龍，等.引灤河道中水質偏堿的起因研究 [J].環境科學研究，1999，12（5）：38-42.

[23］徐芯渝.澳洲淡水龍蝦養殖水體的微生物調控[D].重慶：重 慶大學，2019.

[24]PIEDRAHITA R H， SELAND A. Calculation of pH in fresh and sea water aquaculture systems[J]. Aquacultural Enginering， 1995，14（4） ：331-346.

[25]FENGY，LIMH，DUANHM，et al.Microbial analysis reveals the potential colonization of pathogens in the intestine of crayfish （Procambarus clarki） in traditional aquaculture environments[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2021，224：112705.

[26]袁若男，楊慧贊，黃黎明，等.池塘養殖紅螯螯蝦個體大小與腸 道細菌的關系分析[J].西南農業學報，2021，34（12）：2790- 2797.

[27]LU Z B， LIN W C， LI Q， et al. Recirculating aquaculture system as microbial community and water quality management strategy in the larvicultureof Scylla paramamosain[J].Water Research， 2024，252：121218.

[28]MOSCHOSS，KORMASKA，KARAYANNI H.Prokaryotic diversity in marine and freshwater recirculating aquaculture systems [J].Reviews in Aquaculture，2022，14（4）：1861-1886.

[29]李盧國，駱云慧，徐善良.循環水養殖黑鯛（Acanthopagrus schlegelii）水體中循環率對水質因子和細菌群落多樣性的影響 [J].海洋與湖沼，2020，51（2）：318-327.

[30]YUMJ，SUWQ，HUANGLB，etal.Bacterial community structure and putative nitrogen-cycling functional traits along a charosphere gradient under waterlogged conditions[J].Soil Biology and Biochemistry，2021，162：108420.

[31］胡高宇，張翔，陳琛，等.海水養殖尾水處理系統中微生物 群落對水處理階段的響應[J]．水生生物學報，2021，45（1）： 161-171.

[32]PROPS R，DENEF V J.Temperature and nutrient levels correspond with lineage-specific microdiversification in the ubiquitous andabundant freshwater genus Limnohabitans[J].Applied and Environmental Microbiology，2020，86（10）：e00140-20.

[33]XUJJ，ZHANG N，YANG GJ，et al.Revealing the behavior of perfluorooctane sulfonic acid in an aerobic granular sludge system： fate and impact[J].Chemical Engineering Journal，2O23，454： 140478.

[34]WANGF，CUIQ，LIUWA，etal.Synergisticdenitrification mechanism of domesticated aerobic denitrifying bacteria in lowtemperature municipal wastewater treatment[J].NPJ Clean Water，2024，7：6.

[35]LAFRENTZ BR，KRALOVA S，BURBICK C R，et al. The fish pathogen Flavobacterium columnare represents four distinct species：Flavobacterium columnare，Flavobacterium covaesp.nov.， Flavobacterium davisii sp. nov.and Flavobacterium oreochromis sp. nov.，and emended description of Flavobacterium columnare[J]. Systematic and Applied Microbiology，2022，45（2）：126293.

[36]LI Z，DU QY，JIAO TY，et al. Efects of probiotic supplementarybioflocs（Rhodospirillumrubrum，Bacillussubtilis，Providencia rettgeri）on growth，immunity，and water quality in cultures of Pacific whiteshrimp（Litopenaeusvannamei）[J]．Aquaculture， 2024，591;741141.

[37]LIU Z T，WANGPD，LIJL，et al. Comparative metagenomic analysis of microbial community compositions and functions in cage aquaculture and its nearby non-aquaculture environments[J]. Frontiers in Microbiology，2024，15：1398005.

[38]WANG M，FAN Z J，WANG R N，et al. Nitrogen removal performance，and microbial community structure of water and its association with nitrogen metabolism of an ecological engineering pond aquaculture system[J]. Aquaculture Reports，2022，25：101258.

[39］許鄭超，鄧燕飛，周軍，等.中華絨螯蟹養殖池塘菌群結構和 功能特征[J].生態學雜志，2021，40（7）：2223-2233.

[40］楊文煥，鄧子威，徐巖，等.光合細菌對活性污泥微生物群落 結構及功能的影響[J]．中國環境科學，2024，44（3）：1314- 1323.

[41］王濤，劉青松，李華，等.生物絮團技術在水產養殖水處理 系統中作用與管理的研究進展［J].海洋湖沼通報，2019，41 （1）：119-125.

[42]ZHAOQ，XIEFX，ZHANGFF，etal.Analysis of bacterial community functional diversity in late-stage shrimp （Litopenaeus vannamei） ponds using Biolog EcoPlates and PICRUSt2[J]. Aquaculture，2022，546：737288.

「43］盧培利.楊涵.丁阿強.等.碳源與氮源限制下細菌代謝調節 研究進展[J].微生物學報，2023，63（3）：946-962.

[44］陶苗苗，李亞楠，宋海涯，等.挺水植物菖蒲根區沉積物細菌群 落結構和功能特征分析[J].環境化學，2024，43（6）：1942- 1953.

[45]KUYPERSMMM，MARCHANTHK，KARTALB.The microbial nitrogen-cycling network[J].Nature Reviews.Microbiology， 2018，16（5）：263-276.

[46]XIEMQ，ZHANGSY，XULL，etal.Comparisonof theintestinal microbiota during the different growth stages of red swamp crayfish（Procambarusclarkii）[J].Frontiers inMicrobiology，2021， 12：696281. [47]EBELINGJM，TIMMONS MB，BISOGNI JJ. Engineering analysisofthestoichiometryofphotoautotrophic，autotrophic，andheterotrophic removal of ammonia - nitrogen in aquaculture systems[J]. Aquaculture，2006，257（1/2/3/4）：346-358.

（責任編輯：黃克玲）

收稿日期：2024-10-29

基金項目：湖南省自然科學基金-省市聯合項目（2022JJ50247）；市自然科學基金項目（ kg2208137 ）

作者簡介：龍宇（1999-），女，湖南永州人，碩士研究生，研究方向為農業資源利用。（E-mail）285984550@qq.com

通訊作者：楊海君，（E-mail） yhj@hunau.edu.cn