王 博，秦海鵬，廖栩崢，胡世康，趙吉臣，何子豪，陳兆明，孫成波

(廣東海洋大學水產學院,廣東 湛江 524088 )

生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)因具有水處理效果好、蛋白質利用效率高、能提高養(yǎng)殖對象的免疫力等特點已成為國內外研究的熱點[1- 2]。Cohen等[3]研究證實生物絮團養(yǎng)殖過程中不僅發(fā)生異養(yǎng)細菌的同化作用，也發(fā)生自養(yǎng)細菌的硝化作用，這兩種途徑均能有效地把有毒性的總氨氮轉化，使養(yǎng)殖水質環(huán)境安全可控。但在系統(tǒng)構建前期，異養(yǎng)同化作用發(fā)生的時間遠比自養(yǎng)硝化作用要早。譚洪新等[4]通過調整投糖量，在養(yǎng)殖前期建立以異養(yǎng)同化為主、中期轉換成以自養(yǎng)硝化為主的水處理途徑應用在高密度養(yǎng)殖南美白對蝦的生物絮凝系統(tǒng)。由于不同地域水環(huán)境存在著很大的差異，水體中優(yōu)勢菌相也存在著差異，構建適合特定養(yǎng)殖區(qū)域的以自養(yǎng)硝化為主的生物絮團進行養(yǎng)殖具有重要意義。

墨吉明對蝦(Fenneropenaeusmerguiensis)屬于節(jié)肢動物門(Arthropoda) 、甲殼綱(Crustacea) 、對蝦科(Penaeidae) 、對蝦屬(Penaeus)，俗稱大明蝦、黃蝦，為廣鹽性、暖水性種類，在南方沿海地區(qū)的捕撈和養(yǎng)殖業(yè)中具有十分重要的經濟地位，已成為國內外研究的熱點。選擇適合生長的養(yǎng)殖密度對對蝦的養(yǎng)殖至關重要。近年來國內外有關對蝦養(yǎng)殖密度的報道很多，錢佳慧等[5]報道了對墨吉明對蝦工廠化養(yǎng)殖最佳密度的探索；張華軍等[6]報道了密度脅迫對凡納濱對蝦稚蝦生長及免疫的影響；李玉全等[7]研究了密度脅迫對日本囊對蝦生長和水環(huán)境的影響；Sugathan等[8]報道了密度對斑節(jié)對蝦存活率和生長的影響；Li等[9]研究了密度對中國對蝦生長及非特異免疫的影響。但是，有關墨吉明對蝦生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中密度容量的研究尚未見報道。本文以墨吉對蝦為材料，采用單因素分析方法研究不同養(yǎng)殖密度對生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中墨吉明對蝦生長和水環(huán)境的影響，為生物絮團模式下墨吉明對蝦的養(yǎng)殖提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

墨吉明對蝦采自廣東海洋大學東海島海洋生物研究基地，自行繁育。選取附肢完整、健康無損傷的活潑個體進行試驗，平均為(5.85±0.35)cm，體質量(2.46±0.39)g。試驗前將墨吉明對蝦置于預先充氧的桶內暫養(yǎng)7 d。生物絮團來自本實驗室自行構建的以本地區(qū)水體中菌群為主的硝化型生物絮團，試驗前將絮團水體用300目濾網濾水濃縮后按照試驗要求添加到試驗桶中。試驗海水為海區(qū)抽取，通過沉淀、砂濾、消毒處理后使用，保持水溫(29.4±0.71)℃，溶氧>5 mg/L，鹽度(28.5±0.26)，水體持續(xù)均勻充氣。試驗在容積0.3 m3的桶內進行，每桶設置氣石2個，現(xiàn)場配備溶氧儀、pH計、鹽度計及英霍夫錐形管等測量儀器。

1.2 試驗設計

試驗密度梯度設置為100尾/m3、300尾/m3、700尾/m3，分別標記為 A組、B組、C組，每個密度梯度3個平行，每個桶的實際水體為270 L，桶內的生物絮團添加量為20 mg/L。投喂人工配合飼料，每天定時投喂(4餐/d)，試驗期間不添加有機碳源，零換水，周期30 d。

1.3 生長性狀測量

試驗開始前隨機抽取30尾對蝦，通過游標卡尺測量體長(精度為0.01 mm)，甩干水后使用電子天平測量體質量，取其平均值作為試驗初始體長、體質量，試驗結束后取各組對蝦分別按下式測定和計算對蝦體質量、質量增加率(WGR)和特定生長率(SGR)：

XWGR= 100% × (m1-m0)/m0

(1)

YSGR=100%× ( lnm1-lnm0)/t

(2)

式中：XWGR—質量增加率；YSGR—特定生長率，%/d；m1—試驗結束時對蝦平均體質量，g；m0—試驗開始時對蝦平均體質量，g；t—養(yǎng)殖時間，d。

1.4 水質指標測定

試驗期間每天定時測量水體水質指標：總堿度、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等，取水樣回實驗室測量。用英霍夫錐形管、便攜式pH計、鹽度計、溶解氧測量儀日常分別測定絮團量、pH、溫度、鹽度、溶氧。硝酸鹽質量濃度用鋅- 鎘還原法測定[10]，亞硝酸鹽質量濃度用重氮- 偶氮光度法測定[11]，氨氮質量濃度用靛酚藍法測定[12]。

1.5 樣品采集

試驗結束后每個處理組隨機取6～8尾墨吉明對蝦在冰盤中取其肝胰臟、肌肉組織，放入離心管中，稱重后迅速投入液氮冷凍，再轉移到-80℃ 冰箱保存。組織樣品置于玻璃勻漿管中，加入9倍體積的生理鹽水勻漿，冷凍離心機以3 000 r/min離心10 min，取上清液按要求稀釋后用于免疫酶活性測定。

1.6 酶活測定

測定對蝦肝胰臟和肌肉中的超氧化物歧化酶(SOD) 活力、過氧化氫酶(CAT) 活力、堿性磷酸酶( AKP)活力及酸性磷酸酶(ACP) 活力。所有酶活力及蛋白含量的測定均采用南京建成生物研究所試劑盒，蛋白測定采用考馬斯亮藍法。

1.7 數(shù)據處理

結果以平均值±標準差(mean±SD)表示。應用SPSS 17.0和Excel 2010軟件對實驗數(shù)據進行統(tǒng)計分析。對數(shù)據運用單因素方差分析(ANOVA)，P<0.05為有顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 養(yǎng)殖密度對養(yǎng)殖水環(huán)境的影響

從表1可以看出，不同養(yǎng)殖密度對絮團水質參數(shù)產生了顯著影響，養(yǎng)殖密度越大，水質參數(shù)的變化越明顯，也越不穩(wěn)定。高密度C組的氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮質量濃度都顯著高于其他密度組(P<0.05)，總堿度和pH高密度C組顯著低于其他密度組(P<0.05)，絮團量高密度C組顯著高于低密度A組(P<0.05)；各密度組的溫度和溶解氧無顯著差異(P>0.05)。

2.2 養(yǎng)殖密度對墨吉明對蝦生長的影響

從表2可以看出，在不同密度條件下，墨吉明對蝦生長性狀存在顯著差異(P<0.05)。A組的平均體長、體質量分別為(7.31±0.13)cm，(4.86±0.12)g，顯著大于B組和C組(P<0.05)，為生長最快的密度組，增重率、特定生長率分別為97.49±5.07%、2.27±0.08%/d，B組和C組間的生長性狀無顯著差異(P>0.05)。

表1 不同養(yǎng)殖密度生物絮團水質參數(shù)Tab.1 Water quality parameters at different stocking densities in biofloc

注：數(shù)值為均值±標準差(Mean±SD，n=3)，最小值(min)，最大值(max)，同一行中不同的上標表示顯著性差異(P<0.05)

表2 不同密度墨吉明對蝦在生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中的生長情況Tab.2 Growth of Fenneropenaeus merguiensis cultured under biofloc system at different densities

注：右上角不同字母表示差異顯著(P<0.05)

2.3 養(yǎng)殖密度對墨吉明對蝦免疫的影響

2.3.1 SOD活力

從圖1可以看出，隨著養(yǎng)殖密度的升高，肌肉組織的SOD活力呈現(xiàn)先降低后升高的變化趨勢，高密度C組的活力顯著高于其他處理組(P<0.05)，低、中密度A、B組間差異不顯著(P>0.05)。肝胰臟組織中SOD酶活力呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，低、中密度組間差異不顯著(P>0.05)，其他處理間差異均達到顯著水平(P<0.05)。

圖1 密度脅迫對墨吉明對蝦SOD活力的影響Fig.1 Effect of density stress on SOD activity of Fenneropenaeus merguiensis

2.3.2 CAT活力

從圖2可以看出，隨著養(yǎng)殖密度的升高，肌肉組織CAT活力呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢，處理間差異均達到顯著水平(P<0.05)；肝胰臟組織CAT活力呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，處理間差異均達到顯著水平(P<0.05)，低密度A組顯著低于其他處理組(P<0.05)。

圖2 密度脅迫對墨吉明對蝦CAT活力的影響Fig.2 Effect of density stress on CAT activity of Fenneropenaeus merguiensis

2.3.3 ACP活力

從圖3可以看出，隨著養(yǎng)殖密度的升高，肌肉組織ACP活力無明顯的變化趨勢，低、中密度A、B組差異顯著(P<0.05)，其他處理組間差異均不顯著(P>0.05)；肝胰臟組織ACP活力呈現(xiàn)上升趨勢，低密度A組與其他處理組間差異顯著(P<0.05)，中、高密度B、C組間差異不顯著(P>0.05)。

圖3 密度脅迫對墨吉明對蝦ACP活力的影響Fig.3 Effect of density stress on ACP activity of Fenneropenaeus merguiensis

2.3.4 AKP活力

從圖4可以看出，隨著養(yǎng)殖密度的升高，肝胰臟組織AKP活力呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢，低、中密度A、B組間差異不顯著(P>0.05)，其他處理間差異均達到顯著水平(P<0.05)；肌肉組織AKP活力偏低，產生的影響效果不明顯。

圖4 密度脅迫對墨吉明對蝦AKP活力的影響Fig.4 Effect of density stress on AKP activity of Fenneropenaeus merguiensis

3 討論

3.1 養(yǎng)殖密度與生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中水質因子的關系

關于養(yǎng)殖密度對對蝦養(yǎng)殖過程中水質因子的影響及其規(guī)律研究有很多報道[13- 15]。養(yǎng)殖密度的增加往往導致水質的惡化，從而影響對蝦的生長。生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中，水體中高蛋白殘餌和高含氮排泄物可以被絮團利用，將水質維持在穩(wěn)定狀態(tài)，達到水資源的循環(huán)利用；同樣，養(yǎng)殖密度越大對絮團的影響也越大。在本試驗中，養(yǎng)殖密度越大，各水質指標也越不穩(wěn)定，水質的變化幅度也越大。

在養(yǎng)殖系統(tǒng)中，含氮化合物積累導致水質惡化，氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮是影響?zhàn)B殖系統(tǒng)中水生生物健康的一些關鍵理化因子[16]。依據對有害氮素的去除類型可以將生物絮團分為硝化型和異養(yǎng)型，本試驗中的生物絮團為硝化型生物絮團，水體中的有害氮素去除以硝化細菌為主。硝化型生物絮團可減少碳源添加和DO消耗，節(jié)約經濟成本[4]，硝化細菌具有較高的氮降解能力，硝化活性比異養(yǎng)菌高103～104倍[17- 18]。本試驗不同密度組中氨氮、亞硝酸氮質量濃度都處于較低水平，而不同密度組硝酸氮質量濃度增高，高密度組顯著高于低密度組(P<0.05)。說明硝化型絮團對不同養(yǎng)殖密度的氨氮和亞硝酸鹽氮轉化效率高，而以硝化作用為主的生物絮團系統(tǒng)都會出現(xiàn)硝酸鹽氮的累積現(xiàn)象。有研究表明，在鹽度23、不換水條件下，177 mg/L的硝酸鹽氮質量濃度飼養(yǎng)凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)是可以接受的[19]。Liu等[20]在高密度羅非魚生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)研究中，發(fā)現(xiàn)硝酸鹽氮的積累量較高，亞硝酸鹽氮質量濃度較低，生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中不添加碳水化合物可促進硝化作用。本試驗中，高密度組總堿度和pH降低，顯著低于其他密度組(P<0.05)，低密度組總堿度和pH在養(yǎng)殖期間變化不大。對零換水的生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)的研究中，不可避免地遇到養(yǎng)殖系統(tǒng)中堿度和pH下降的問題。堿度降低是由于生物絮團自養(yǎng)細菌消耗了無機碳，pH與堿度之間的關系密切相關，堿度的降低將導致養(yǎng)殖水環(huán)境中pH變化增大[21]，此外硝化細菌的硝化和反硝化過程中會產生酸堿[22- 23]。

3.2 養(yǎng)殖密度與對蝦生長的關系

近年來國內外對密度脅迫對對蝦生長影響的研究屢見不鮮，錢佳慧等[8]對墨吉明對蝦，Sookying等[24]，張呂平等[10]和Martin等[25]對南美白對蝦，Allan等[26]和溫為庚等[27]對斑節(jié)對蝦，張?zhí)鞎r等[28]、秦浩等[29]和 Li 等[9]對中國對蝦養(yǎng)殖密度均開展研究，研究結果均認為隨著對蝦養(yǎng)殖密度的增加，對蝦的生長速度減緩、增重率降低。本試驗對生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中墨吉明對蝦適宜養(yǎng)殖密度進行研究，發(fā)現(xiàn)墨吉明對蝦的生長同樣表現(xiàn)為隨養(yǎng)殖密度的增加而降低，這與前人在其他種類對蝦養(yǎng)殖上的研究結果相一致。對蝦的合理養(yǎng)殖密度取決于多種因素，包括生活習性、養(yǎng)殖池構造、水體溶氧、供水條件和水處理效率等，基于不同的養(yǎng)殖環(huán)境，對蝦的養(yǎng)殖密度也有差異。隨著養(yǎng)殖密度的增加，養(yǎng)殖個體對空間與餌料的競爭加劇，餌料轉化率降低，攝食的餌料更多被分解代謝用于自身的生命活動，而不是用于物質的積累。

3.3 養(yǎng)殖密度與對蝦免疫的關系

相關研究表明，密度脅迫對水生動物的抗氧化系統(tǒng)功能具有顯著的影響[30- 34]。T- SOD和CAT活力是衡量機體內自由基的代謝及組織的氧化損傷情況的兩個重要指標，其活性與動物體免疫性能和環(huán)境脅迫有關[33,35- 36]。本試驗中，不同組織中的SOD、CAT 活力變化有所不同，其活力峰值基本出現(xiàn)在中低密度組，總體基本上都呈降低趨勢。這說明在一定的密度范圍內，密度脅迫會對墨吉明對蝦機體抗氧化酶產生激活作用，從而增強了機體抵抗密度脅迫的能力，然而當密度繼續(xù)升高，抗氧化酶能力反而受到了抑制，墨吉明對蝦抗氧化能力顯著下降，說明對蝦的抗氧化能力有限，這與李娜等[37]和趙玉超等[38]的研究結果一致。ACP 和AKP 是衡量機體免疫機能和健康狀況的重要指標[39- 40]。本試驗中，養(yǎng)殖密度變化對AKP和ACP活力產生顯著影響，不同部位的變化也不相同，不同組織兩種酶活力：肝胰臟>肌肉，說明兩種酶主要在肝胰腺中發(fā)揮作用，這與王庚申等[41]、李娜等[37]的研究結果相一致。ACP活力隨著密度升高而增強，且增幅較大，說明抵御惡劣環(huán)境、清除體內異物的能力增強。AKP活力隨著密度升高而降低，中低密度組間差異不顯著。養(yǎng)殖密度升高酶的活力受到了抑制，活力下降。

4 結論

通過養(yǎng)殖密度對生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中墨吉明對蝦的試驗結果表明，生物絮團可以有效控制養(yǎng)殖水體氨氮和亞硝酸鹽氮質量濃度，但硝酸鹽氮質量濃度呈不斷上升趨勢，且隨養(yǎng)殖密度的增加而顯著增加，密度越高水質越不穩(wěn)定。當養(yǎng)殖密度達到700尾/m3時，墨吉明對蝦生長受到抑制，抗氧化能力減弱和應激反應產生。因此，在生物絮團養(yǎng)殖模式下，推薦墨吉明對蝦養(yǎng)殖密度為300尾/m3左右。