付保榮, 劉夢琦, 張潤潔, 張楠, 任婧

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短短芽孢桿菌()對鯉魚養(yǎng)殖水質(zhì)及其生長特性的影響

付保榮, 劉夢琦, 張潤潔, 張楠, 任婧*

遼寧大學(xué)環(huán)境學(xué)院,沈陽 110036

試驗共設(shè)單因素4水平, 分別對應(yīng)水體中含0 mL、20 mL、60 mL、100 mL4種體積短短芽孢桿菌的試驗組。通過測定養(yǎng)殖水體COD、NH4+-N、DO、pH等指標(biāo), 鯉魚生長性能及消化酶活性等指標(biāo), 研究短短芽孢桿菌()對鯉魚養(yǎng)殖水體水質(zhì)及鯉魚生長特性的影響。結(jié)果顯示, 短短芽孢桿菌能有效降低養(yǎng)殖水體中COD和NH4+-N濃度(<0.05), 維持DO在較高水平(<0.05), 保持pH穩(wěn)定, 改善養(yǎng)殖水質(zhì)。試驗組中鯉魚的肥滿度、增重率及特定生長率與對照組相比均顯著提高(<0.05), 鯉魚腸道蛋白酶、淀粉酶和肝胰臟淀粉酶活性與對照組相比顯著升高(<0.05)。

芽孢桿菌; 短短芽孢桿菌; 養(yǎng)殖水質(zhì); 鯉魚生長特性

1 前言

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大, 水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中會產(chǎn)生大量的殘餌、糞便以及養(yǎng)殖動物殘骸,滋生大量病原微生物,致使水體微生態(tài)平衡被破壞,養(yǎng)殖水體水質(zhì)日益惡化, 直接影響水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的生長發(fā)育, 嚴(yán)重時導(dǎo)致養(yǎng)殖動物大量死亡[1]。所以尋找一種可以改善養(yǎng)殖水體水質(zhì)、修復(fù)和維持養(yǎng)殖水體微生態(tài)平衡的途徑, 勢在必行。

微生態(tài)制劑又稱微生態(tài)調(diào)節(jié)劑, 是從天然環(huán)境中篩選出來的有益微生物, 經(jīng)過培養(yǎng)、發(fā)酵、干燥和加工等特殊工藝研制而成的一類活菌制劑, 具有改善養(yǎng)殖環(huán)境、維持養(yǎng)殖水體微生態(tài)平衡以及促進(jìn)動物生長的作用[2]。芽孢桿菌在生長代謝過程中可以產(chǎn)生多種有機(jī)酸、維生素等營養(yǎng)物質(zhì), 有助于食物的消化吸收, 促進(jìn)動物生長;還能夠產(chǎn)生多種能降解有機(jī)物的酶類(蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等), 降解轉(zhuǎn)化污染物質(zhì), 改善養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境[3–5]。另外, 芽孢桿菌屬(Bacillus)菌種因能夠產(chǎn)生芽孢, 抗逆性強(qiáng), 故能耐高溫、高壓, 易加工儲存[6], 是水產(chǎn)養(yǎng)殖中研究和使用較多的一類微生態(tài)制劑。本試驗以實驗室分離篩選出的1株短短芽孢桿菌為試驗材料, 以一年生鯉魚為研究對象, 通過向鯉魚養(yǎng)殖水體中投加不同體積的短短芽孢桿菌, 研究短短芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體環(huán)境、鯉魚生長性能及消化酶活性的影響, 以期為短短芽孢桿菌在魚類健康養(yǎng)殖中的合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗菌株

試驗用短短芽孢桿菌分離純化于沈陽市某鯉魚養(yǎng)殖池塘, 采用牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基培養(yǎng), 將培養(yǎng)到對數(shù)期的短短芽孢桿菌菌液于4 ℃離心(5000 r·min-1, 20 min), 用滅菌的磷酸鹽緩沖液(pH 7)洗滌三遍后, 用無菌水重懸[7], 調(diào)整短短芽孢桿菌菌懸液活菌數(shù)為3×108cfu·mL-1。

2.2 試驗動物及飼養(yǎng)管理

試驗用當(dāng)年生鯉魚魚種購買自沈陽市某農(nóng)貿(mào)市場, 平均體質(zhì)量為80±5 g, 體長為16±1 cm。鯉魚用基礎(chǔ)顆粒飼料投喂馴化7 d后, 選擇規(guī)格為20×30×50 cm長方體水族箱進(jìn)行飼養(yǎng)試驗, 每一水族箱加入20 L經(jīng)過曝氣的自來水, 放入5尾經(jīng)過馴養(yǎng)的健康、質(zhì)量基本一致的鯉魚, 配有1臺增氧機(jī), 每天晚21:00至次日上午9:00充氧12 h, 試驗期間水溫為25±2 ℃。每天投喂2次, 上午8: 30和下午4: 30各投喂一次, 使其飽食并無飼料剩余。

2.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個水平, 分別為對照組、試驗組1、試驗組2、試驗組3, 各組短短芽孢桿菌投加量見表1, 每組3個重復(fù), 共12個處理。試驗周期60 d,每隔12 d向養(yǎng)殖水體中重新投加一次短短芽孢桿菌制劑, 每隔6 d測定水體COD、NH4+-N、DO、pH;試驗結(jié)束后, 鯉魚禁食24 h后, 將每尾魚空腹稱重, 測量體長。最后, 每個處理各取2尾魚, 每個水平共6尾魚用于鯉魚體內(nèi)腸道蛋白酶、腸道淀粉酶和肝胰臟蛋白酶、肝胰臟淀粉酶的活性測定。

2.4 測定指標(biāo)及方法

2.4.1 水質(zhì)理化指標(biāo)測定

COD: 采用高錳酸鉀法(GB 11892—1989)測定;

NH4+-N: 采用納氏試劑分光光度法(HJ 535—2009)測定;

DO: 采用碘量法(GB/T7489—87)測定;

pH: 采用YSI多功能水質(zhì)分析儀測定。

2.4.2 生長性能指標(biāo)測定

肥滿度(%)=終末均重/(終末均長^3)×100;

增重率(%)=[(終末均重－初始均重)/初均重]×100;

特定生長率(%)=( ln終末均重－ln初始均重)/試驗天數(shù)×100。

2.4.3 消化酶活性測定

(1)消化酶分析樣品的制備: 將鯉魚斷脊處死后, 置于冰盤上解剖, 打開腹腔, 分別取出肝胰臟和全腸, 剔除脂肪, 用4 ℃的去離子水小心沖洗腸內(nèi)容物, 用濾紙輕輕吸去水分, 稱重后剪碎, 按重量:體積為1:9加入4 ℃的磷酸鹽緩沖液(pH 7), 在冰浴下勻漿, 勻漿液在4000 r·min-1、4 ℃下離心30 min, 獲得上清液即為粗酶液, 置于4 ℃下保存, 供作酶活測定[8]。

(2)消化酶活性測定:

蛋白酶活性: 采用Folin-酚法測定, 每克組織每分鐘水解酪蛋白產(chǎn)生1 μg酪氨酸定義為1個酶活性單位(U);

淀粉酶活性:采用碘-淀粉比色法測定, 每克組織每小時酶促生成1 mg葡萄糖定義為1個酶活性單位(U)。

表1 短短芽孢桿菌投加量

2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用SPSS22.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析 (One-way ANOVA), 若組間差異顯著, 以Duncan氏方法進(jìn)行多重比較。<0.05為差異顯著, 結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

3 結(jié)果與分析

3.1 短短芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響

(1)短短芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體中COD的影響

從圖1可以看出, 隨著養(yǎng)殖時間的延長, 4組養(yǎng)殖水體中的COD均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。從第12 d開始, 3組試驗組養(yǎng)殖水體中的COD均顯著低于對照組(<0.05), 從第24 d開始, 試驗組3養(yǎng)殖水體中的COD顯著低于其他各組。試驗結(jié)束時, 對照組、試驗組1、試驗組2和試驗組3養(yǎng)殖水體中的COD分別為54.57 mg·L–1、40.29 mg·L–1、42.85 mg·L–1和36.77 mg·L–1。上述結(jié)果表明在水體中添加短短芽抱桿菌可以有效降低COD含量。

(2)短短芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體中NH4+-N的影響

從圖2可以看出, 養(yǎng)殖水體中NH4+-N濃度隨著養(yǎng)殖時間的延長呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢, 對照組養(yǎng)殖水體中NH4+-N濃度顯著高于其他試驗組, 從第24 d到第48 d期間內(nèi), 試驗組1和試驗組2養(yǎng)殖水體中的NH4+-N濃度差異不顯著(>0.05), 在整個試驗周期內(nèi), 試驗組3養(yǎng)殖水體中的NH4+-N濃度上升趨勢較為平緩, NH4+-N濃度顯著低于其他各組。試驗結(jié)束時, 與對照組相比, 試驗組1、試驗組2和試驗組3養(yǎng)殖水體中的NH4+-N分別降低7.20%, 16.70%, 21.20%。上述結(jié)果表明在養(yǎng)殖水體中添加短短芽抱桿菌, 可以在一定程度上降低NH4+-N含量。

圖1 各試驗組養(yǎng)殖水體中COD的變化

圖2 各試驗組養(yǎng)殖水體中NH4+-N的變化

(3)短短芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體中DO的影響

試驗過程中采取間斷充氧, 理論上充氧時間與充氧量相同, 各組DO應(yīng)該相同, 但實際上對照組DO遠(yuǎn)小于試驗組, 從圖3可以看出, 對照組養(yǎng)殖水體中DO含量前24 d呈現(xiàn)下降趨勢, 從第24 d到第48 d呈現(xiàn)上升趨勢, 然后DO含量趨于平穩(wěn)。試驗組1、2、3養(yǎng)殖水體中DO在前18 d呈現(xiàn)上升趨勢, 在第18 d到第30 d呈現(xiàn)下降趨勢, 然后DO含量趨于平穩(wěn)。從第12 d開始, 試驗組養(yǎng)殖水體中DO含量顯著高于對照組(<0.05)。上述結(jié)果表明向養(yǎng)殖水體中投加短短芽孢桿菌可以使養(yǎng)殖水體中的DO不發(fā)生大幅度的波動, DO含量維持在較高水平。

(4)短短芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體中pH的影響

從圖4可以看出, 在整個試驗周期內(nèi), 對照組養(yǎng)殖水體的pH隨著養(yǎng)殖時間的延長逐漸降低, 直至試驗結(jié)束, pH還有逐漸降低趨勢。從第12 d開始, 試驗組2與試驗組3養(yǎng)殖水體的pH在整個試驗周期內(nèi)差異不顯著(>0.05), 從第30 d開始, 試驗組2和試驗組3養(yǎng)殖水體pH顯著高于對照組(<0.05)。在前42 d, 試驗組1養(yǎng)殖水體pH波動范圍較大, 從第42 d開始, 3組試驗組養(yǎng)殖水體pH波動范圍不明顯。上述結(jié)果表明向養(yǎng)殖水體中投加短短芽孢桿菌可以使養(yǎng)殖水體中的pH不發(fā)生大幅度的波動, 能起到較好地穩(wěn)定水質(zhì)的作用。

圖3 各試驗組養(yǎng)殖水體中DO的變化

圖4 各試驗組養(yǎng)殖水體中pH的變化

3.2 短短芽孢桿菌對鯉魚生長性能的影響

經(jīng)過60 d飼養(yǎng)試驗, 各試驗組對鯉魚生長性能的影響如表2所示。與對照組相比, 試驗組1鯉魚終末均重與對照組相比沒有顯著變化(>0.05);試驗組2鯉魚終末均重、增重率及特定生長率等指標(biāo)顯著升高(<0.05);試驗組3鯉魚增重率及特定生長率顯著高于其他組(<0.05)。

3.3 短短芽孢桿菌對鯉魚消化酶活性的影響

養(yǎng)殖試驗60 d結(jié)束后, 各試驗組對鯉魚腸道和肝胰臟消化酶活性的影響結(jié)果如表3所示。各試驗組鯉魚腸道蛋白酶、腸道淀粉酶和肝胰臟淀粉酶活性與對照組相比均顯著升高(<0.05);與對照組相比,試驗組1鯉魚腸道淀粉酶活性顯著高于其他組(<0.05); 試驗組2鯉魚肝胰臟蛋白酶活性沒有顯著變化(>0.05);試驗組3鯉魚腸道蛋白酶和肝胰臟淀粉酶活性顯著高于其他組(<0.05)。

表2 各試驗組對鯉魚生長情況的影響

注:同一行數(shù)據(jù)標(biāo)有不同上標(biāo)字母表示數(shù)據(jù)間差異顯著(<0.05)。下表同。

表3 各試驗組對鯉魚消化酶的影響

4 討論

4.1 短短芽孢桿菌對養(yǎng)殖水質(zhì)的影響

在高密度、集約化的水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中, 由于殘餌、糞便的積累導(dǎo)致水體中有機(jī)物不斷增加, COD、NH4+-N含量升高, DO及pH降低, 引起水質(zhì)惡化, 增加了養(yǎng)殖對象患病的危險[9]。

本試驗研究結(jié)果表明, 短短芽孢桿菌能有效遏制COD含量升高, 減輕水質(zhì)惡化。試驗過程中, 各組養(yǎng)殖水體COD含量均隨養(yǎng)殖時間的延長不斷升高, 這可能是由于剩余餌料與鯉魚排泄物積累過多, 超過短短芽孢桿菌的降解能力, 所以COD含量不斷增加, 對照組養(yǎng)殖水體自凈能力有限, 因而隨著有機(jī)物的增加,COD迅速上升。楊艷等[10]向鯽魚養(yǎng)殖水體中投加巨大芽孢桿菌制劑后, 養(yǎng)殖水體COD含量顯著下降;杭小英等[11]將枯草芽孢桿菌制劑投加到羅氏沼蝦養(yǎng)殖池塘水中, 養(yǎng)殖水體的COD水平顯著降低。

試驗結(jié)果表明短短芽孢桿菌可以有效降低養(yǎng)殖水體中NH4+-N濃度, 分析原因可能一方面是由于短短芽孢桿菌通過同化作用將NH4+-N轉(zhuǎn)化為自身營養(yǎng)物質(zhì)[12], 另一方面可能是通過影響水體中的氮循環(huán)細(xì)菌的數(shù)量而促進(jìn)水體中氮素循環(huán)[13]。姚茹等[14]發(fā)現(xiàn)在飼料中添加枯草芽孢桿菌制劑能夠降低養(yǎng)殖水體中的NH4+-N, 在一定程度上使養(yǎng)殖水質(zhì)得到優(yōu)化;S Nimrat等[15]將復(fù)合芽孢桿菌投加到白對蝦養(yǎng)殖池塘中, 養(yǎng)殖水體中NH4+-N濃度顯著降低。

試驗過程中向養(yǎng)殖水體中投加短短芽孢桿菌可以在一段時間內(nèi)維持養(yǎng)殖水體DO不發(fā)生大幅度波動, 維持在穩(wěn)定狀態(tài)。夏來根等[16]研究結(jié)果表明芽孢桿菌制劑可以有效提高養(yǎng)殖水體DO含量。Ji- Hoon Cha等[17]向褐牙鲆養(yǎng)殖水體中投加芽孢桿菌后, 養(yǎng)殖水體DO顯著提高。

試驗結(jié)果表明短短芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體pH值具有一定的調(diào)節(jié)作用, 試驗過程中3組試驗組養(yǎng)殖水體的pH先下降后上升, 到試驗后期, pH在小范圍內(nèi)波動, 分析原因可能是因為短短芽孢桿菌能夠降解水體中的大分子有機(jī)物, 降低了酸性降解物的積累[18];且短短芽孢桿菌以NO3--N為最終電子載體, 生成NO2--N, 從而使養(yǎng)殖水體pH維持穩(wěn)定[19]。

4.2 短短芽孢桿菌對鯉魚生長性能的影響

本試驗向鯉魚養(yǎng)殖水體投加不同體積的短短芽孢桿菌, 結(jié)果表明短短芽孢桿菌能夠有效促進(jìn)鯉魚生長。國內(nèi)外已有大量研究表明, 芽孢桿菌中的枯草芽孢桿菌和短小芽孢桿菌等對南亞野鯪幼魚[20]、青魚[21]及鱸魚[22]等水生魚類的生長性能有明顯提高, 如表4所示。一般認(rèn)為, 芽孢桿菌能夠促進(jìn)水產(chǎn)動物生長, 一方面可能是芽孢桿菌菌體含有大量蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素等營養(yǎng)物質(zhì), 為水產(chǎn)養(yǎng)殖動物補(bǔ)充營養(yǎng)[23];另一方面, 芽孢桿菌在代謝過程中產(chǎn)生多種酶類或者其他促生長化合物, 有助于動物對食物的消化和吸收, 促進(jìn)動物生長[24]。

4.3 短短芽孢桿菌對鯉魚消化酶活性的影響

試驗向鯉魚養(yǎng)殖水體投加短短芽孢桿菌可以顯著提高鯉魚消化酶活性(<0.05)。一般認(rèn)為, 消化酶是動物體內(nèi)消化吸收飼料的首要工具, 其活力高低對動物利用飼料的程度有很大影響, 芽孢桿菌增殖過程中會產(chǎn)生淀粉酶和蛋白酶等大量消化酶, 這些酶進(jìn)入動物體內(nèi), 與動物機(jī)體自身的酶一起發(fā)揮作用, 可以提高動物體內(nèi)消化酶的活性[25]。已有試驗證實, 芽孢桿菌如凝結(jié)芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌等對尖吻鱸[26]、刺參[27], 蝦[28]等水生動物體內(nèi)的胃淀粉酶、腸道蛋白酶和腸道淀粉酶等消化酶的活性均有不同程度的提高, 如表5所示。

值得注意的是, 在試驗中, 短短芽孢桿菌對鯉魚消化系統(tǒng)內(nèi)4種消化酶活性的影響規(guī)律并不一致。其中, 試驗組3鯉魚腸道蛋白酶、肝胰臟蛋白酶活性和淀粉酶活性提高最為顯著, 而腸道消化酶活性反而低于試驗組1鯉魚腸道消化酶活性。類似的結(jié)論在Koca S B等[29]研究中也有所體現(xiàn), 虹鱒魚腸道消化酶活性受枯草芽孢桿菌影響不明顯, 飼養(yǎng)70 d后, 酶活性與對照組無顯著區(qū)別?？梢? 除菌劑投加量外, 芽孢桿菌對消化酶活性的作用效果還與消化酶自身的性質(zhì)有關(guān)。

5 結(jié)論

本文研究結(jié)果表明, 短短芽孢桿菌能夠有助于維持鯉魚養(yǎng)殖水體水質(zhì)穩(wěn)定, 使養(yǎng)殖過程中水體中的COD和NH4+-N維持在相對較低的水平, DO和pH不發(fā)生大幅度波動;同時對鯉魚個體生長有促進(jìn)作用, 鯉魚消化系統(tǒng)內(nèi)消化酶活性顯著提高?？梢? 短短芽孢桿菌在養(yǎng)殖水體凈化, 促進(jìn)生物生長方面具有一定的潛在應(yīng)用價值。

表4 不同微生物制劑對養(yǎng)殖動物生長性能的影響

表5 不同微生物制劑對養(yǎng)殖動物消化酶影響

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Effects ofon aquiculture water quality and carps growth characteristics

FU Baorong, LIU Mengqi, ZHANG Runjie, ZHANG Nan, REN Jing*

College of Environment, Liaoning University, Shenyang 110036, China

The single factor experiment was designed with four different volumes (0 mL,20 mL,60 mL,100 mL) ofto investigate the effects on the aquiculture water quality and growth characteristics of carps byVarious water quality factors such as COD, NH4+-N, DO, pH value, growth performance and activity of digestive ferment in carps were analyzed. The results indicated that compared with blank group,effectively reduced the COD and NH4+-N concentration in aquiculture water (<0.05), which led to the high level of DO and pH of the aquiculture water (<0.05),and improved aquiculture water quality. Otherwise, the full-grown rate (%), weight gain rate (%) and specific growth rate (%) of craps were remarkable better in the groups withthan the ones from blank group.could promote significantly the protease and amylase activity of intestinal canal and the amylase activity of hepatopancreas(<0.05).

;; aquiculture water quality; carps growth characteristics

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.03.019

S917.1

A

1008-8873(2018)05-146-06

2017-07-24;

2017-08-08

太子河流域山區(qū)段河流生態(tài)修復(fù)與功能提升關(guān)鍵技術(shù)與工程示范(2015ZX07202012)

付保榮(1965—), 女, 博士, 教授, 主要從事環(huán)境生物學(xué)研究, E-mail: fubaorong@yahoo.com.cn

通信作者:任婧(1988—), 女, 博士, 講師, 主要從事環(huán)境生物學(xué)研究, E-mail: renjing@lnu.edu.cn

付保榮, 劉夢琦, 張潤潔, 等. 短短芽孢桿菌()對鯉魚養(yǎng)殖水質(zhì)及其生長特性的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(5): 146-151.

FU Baorong, LIU Mengqi, ZHANG Runjie, et al. Effects ofon aquiculture water quality and carps growth characteristics[J]. Ecological Science, 2018, 37(5): 146-151.