東新旭,范立民,宋 超,鄭 堯,裘麗萍,孟順龍,陳家長(zhǎng),
(1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無(wú)錫漁業(yè)學(xué)院,江蘇無(wú)錫214081:2中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心,江蘇無(wú)錫214081)
羅非魚原產(chǎn)于非洲內(nèi)陸水域,又稱為“非洲鯽魚”,具有適應(yīng)范圍廣、生長(zhǎng)繁殖快和抗逆性強(qiáng)等特性[1],能在淡水、咸淡水乃至海水中養(yǎng)殖,成為中國(guó)廣泛養(yǎng)殖的魚類產(chǎn)品之一[2]。因此,羅非魚養(yǎng)殖在中國(guó)發(fā)展也非常迅速,已成為中國(guó)對(duì)外出口創(chuàng)匯的主要養(yǎng)殖水產(chǎn)品之一[3]。早在2015年時(shí),聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)就將羅非魚定為全球糧食安全和營(yíng)養(yǎng)的重要保障。但是,隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖的深入發(fā)展,其中存在的生態(tài)問(wèn)題也日益突出,制約了中國(guó)水產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,在這種背景下,傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)不能夠很好的滿足當(dāng)前生態(tài)環(huán)境的發(fā)展需求[4]。水產(chǎn)從業(yè)者需要從過(guò)去的片面追求經(jīng)濟(jì)效益,轉(zhuǎn)變?yōu)榧骖櫳鷳B(tài)效益。對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的水域環(huán)境管理及養(yǎng)殖水污染治理等方面也提出了更高的要求[5],并且隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視,對(duì)水域的監(jiān)管力度會(huì)持續(xù)加大,未來(lái)水產(chǎn)養(yǎng)殖中養(yǎng)殖尾水將不能肆意排放,因此,養(yǎng)殖過(guò)程中尾水的處理漸漸成為研究熱點(diǎn)。
餌料投喂率是影響水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物生長(zhǎng)的重要因素[6],餌料投喂率過(guò)低時(shí),影響羅非魚的生長(zhǎng)性能,基本不生長(zhǎng),餌料投喂率過(guò)高時(shí),會(huì)降低羅非魚魚體免疫力,并且會(huì)對(duì)肝臟造成一定損傷,出現(xiàn)一定程度的脂肪肝[7]。餌料投喂率過(guò)高也容易產(chǎn)生魚類厭食、攝食能力下降以及破壞水體環(huán)境等不利因素[8],不僅導(dǎo)致了飼料轉(zhuǎn)化效率降低,同時(shí),由于水質(zhì)污染也會(huì)對(duì)魚類的生理機(jī)能造成影響。因此,確定魚類適合的餌料投喂率對(duì)魚類的養(yǎng)殖具有重要意義。目前,關(guān)于魚類最適餌料投喂率已有諸多研究,最適餌料投喂率與水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的種類、數(shù)量、大小、以及環(huán)境因子等很多方面相關(guān)。對(duì)于特定大小的羅非魚最適餌料投喂率的研究較少,并且,關(guān)于餌料投喂率對(duì)微生物群落代謝多樣性的研究尚屬空白。
微生物在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中具有重要作用,通過(guò)對(duì)微生物的數(shù)量、代謝活性、群落結(jié)構(gòu)和代謝功能等層面進(jìn)行研究,可以得到微生物的群落差異和不同環(huán)境狀況的對(duì)應(yīng)關(guān)系[9]。而Biolog-ECO技術(shù)通過(guò)碳源的利用程度來(lái)反應(yīng)微生物的群體水平,從而反應(yīng)微生物的生理特征及其群落結(jié)構(gòu)多樣性[10-11]。通過(guò)對(duì)單一種碳源的利用程度,來(lái)表示微生物的群體水平,可反應(yīng)出水體環(huán)境中微生物對(duì)碳源的利用偏好。本試驗(yàn)研究不同餌料投喂率下,養(yǎng)殖水環(huán)境微生物的代謝活性、代謝多樣性,探究其對(duì)碳源的相對(duì)和絕對(duì)利用情況,從而能夠篩選出有針對(duì)性高效降解水體中碳源的降解菌,為水產(chǎn)業(yè)的生態(tài)發(fā)展提供一定的數(shù)據(jù)支撐,豐富水體微生物學(xué)的生態(tài)研究。
試驗(yàn)于2020年7—9月開(kāi)展,試驗(yàn)周期為50天。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)組,每組各3個(gè)平行,每個(gè)組分別投喂1%、2%、4%、6%、8%的天邦牌淡水魚膨化飼料,養(yǎng)殖前,每個(gè)1000 L養(yǎng)殖桶中均放入2 kg底泥(采自宜興羅非魚養(yǎng)殖池塘)。養(yǎng)殖時(shí),每個(gè)養(yǎng)殖桶放養(yǎng)30尾規(guī)格接近(16±2 g)的吉富羅非魚(采自宜興羅非魚養(yǎng)殖基地)。養(yǎng)殖期間,各組均不換水,每天早晚進(jìn)行相同頻率的投喂(8:00,14:00)。
在7月27號(hào)、8月3號(hào)、8月17號(hào)、8月24號(hào)、9月2號(hào)、9月14號(hào)采集水面以下30 cm處的水樣,水樣采集后的高錳酸鹽(COD)、總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)、亞硝酸鹽(NO2--N)、硝酸鹽(NO3--N)等水質(zhì)指標(biāo)按照文獻(xiàn)[12]所提供的方法進(jìn)行測(cè)定。
在養(yǎng)殖8月17號(hào)時(shí),進(jìn)行水體微生物功能多樣性的測(cè)定。在無(wú)菌條件下,取適量水樣用0.85%生理鹽水按一定比例稀釋,用8孔加樣器加到Biolog-ECO微平板中,每孔加樣150 μL,28℃恒溫培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng),用酶標(biāo)儀讀取培養(yǎng)24、48、72、96、144、168、192 h時(shí)Blank590和Blank750波長(zhǎng)的數(shù)值。孔的平均顏色變化率(Average Well Color Development,AWCD)計(jì)算見(jiàn)公式(1)。
式中,C代表每個(gè)碳源孔的兩波段光密度差值(Blank590和Blank750),R代表對(duì)照(空白)孔的光密度值,n為Biolog-ECO微平板上碳源種類數(shù)量(n=31)。
羅非魚餌料系數(shù)計(jì)算見(jiàn)公式(2)。
微生物群落平均活性即平均顏色變化率(AWCD),反映了水體微生物群落對(duì)碳源的利用能力,以整體數(shù)據(jù)來(lái)分析水體微生物對(duì)六大類碳源的利用情況;選取48~ 144 h的數(shù)據(jù)來(lái)分析水體微生物對(duì)全部碳源的平均利用差異;選取8月17號(hào)的水質(zhì)指標(biāo)與培養(yǎng)時(shí)間為72 h時(shí)微生物對(duì)31種碳源利用的光密度值進(jìn)行相關(guān)性分析,選擇培養(yǎng)時(shí)間為72 h的數(shù)據(jù)計(jì)算水體微生物的香濃(Shannon)指數(shù)按照文獻(xiàn)[13];豐富度(Richness)指數(shù)的計(jì)算按照文獻(xiàn)[14];運(yùn)用Excel 2019和SPSS 22軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,GraphPad Prism 8進(jìn)行繪圖。
如表1所示,羅非魚養(yǎng)殖過(guò)程中,投喂不同量的飼料之后,各處理組間羅非魚增重量和平均體長(zhǎng)差異均顯著,且8%飼料投喂率組的增重量和平均體長(zhǎng)顯著高于其他各處理組。餌料系數(shù)各組之間差異不顯著,4%飼料投喂率組的餌料系數(shù)最小。
表1 不同飼料投喂率的羅非魚生長(zhǎng)指標(biāo)比較
由圖1可知,水質(zhì)指標(biāo)高錳酸鹽、總氮、總磷隨餌料投喂率的增加,3種指標(biāo)在不同餌料投喂率大體都呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì);氨氮在7月27號(hào)時(shí)各組之間氨氮差異不顯著(P<0.05),氨氮在8月17號(hào)8%、6%餌料投喂率組顯著高于1%、2%、4%組(P>0.05),氨氮在8月24號(hào)、9月2號(hào)各組之間差異不顯著,氨氮在9月14號(hào)8%餌料投喂率組顯著高于其他各組(P<0.05),且其他各組之間的氨氮含量差異不顯著;水質(zhì)指標(biāo)亞硝酸鹽氮在8月17號(hào)、8月24號(hào)8%餌料投喂率組顯著高于1%、2%、4%組,亞硝酸鹽氮在9月2號(hào)8%餌料投喂率組顯著高于1%、2%組,但和4%、6%組差異不顯著,亞硝酸鹽氮在9月14號(hào)8%、6%、4%餌料投喂率組顯著高于1%組;硝酸鹽氮8月24號(hào)、9月2號(hào)8%餌料投喂率組顯著高于其他各組,且其他各組之間硝酸鹽氮含量差異不顯著,硝酸鹽氮在9月14號(hào)8%餌料投喂率組顯著高于1%、2%組,4%餌料投喂率組與其他各組之間差異均不顯著。
圖1 不同餌料投喂率下水質(zhì)指標(biāo)的變化
對(duì)聚合糖類、氨基酸類、酯類、醇類、胺類和酸類六大類碳源在不同餌料投喂率下的變化進(jìn)行分析表明(見(jiàn)圖2),水中微生物對(duì)酯類碳源的利用值最高,其次為酸類和氨基酸類;并且對(duì)酯類的利用值在各組間較為穩(wěn)定。對(duì)聚合糖類和氨基酸類的利用值隨投喂量的變化從4%的投喂率開(kāi)始呈逐漸增加趨勢(shì)。8%餌料投喂率下水體微生物對(duì)六大類碳源的利用普遍較高。8%餌料投喂率下水體微生物對(duì)聚合糖類的利用顯著高于4%餌料投喂率(P<0.05)。
圖2 不同餌料投喂率微生物六大類碳源代謝變化
從圖3中可以看出AWCD隨時(shí)間的變化情況,在48 h時(shí),8%餌料投喂率下的AWCD顯著高于1%、2%、6%餌料投喂率組(P<0.05),與4%餌料投喂率下的AWCD不顯著(P>0.05)。在72 h時(shí),8%餌料投喂率下的AWCD顯著高于2%餌料投喂率組(P<0.05),其他各組之間差異不顯著(P>0.05)。在96 h、120 h、144 h各組之間差異均不顯著。不同餌料投喂率下的水體微生物對(duì)碳源的利用強(qiáng)度隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)總體上呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。
圖3 不同餌料投喂率水體微生物平均吸光值(AWCD)變化特征
α多樣性分析結(jié)果表明(見(jiàn)圖4),隨著餌料投喂率的增加(2%~ 8%),微生物代謝豐富度指數(shù)有所增加,香濃指數(shù)則下降,特別是6%和8%的餌料投喂率香濃指數(shù)顯著低于2%和4%餌料投喂率(P<0.05),表明在高餌料投喂率下水中以代謝多樣性作為分類依據(jù)的主要異養(yǎng)菌種類呈增加趨勢(shì),但優(yōu)勢(shì)異養(yǎng)菌的類別在減少,呈現(xiàn)集中的趨勢(shì)。
圖4 不同餌料投喂率下水中微生物代謝多樣性指數(shù)
水體微生物代謝31種碳源的利用情況分析結(jié)果(圖5)表明,β-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸鹽、肝糖、D-纖維二糖、L-天冬酰胺酸、吐溫80、吐溫40、丙酮酸甲酯、D-甘露醇、N-乙?;?D-葡萄胺、4-羥基苯甲酸、γ-羥基丁酸依次為主要的碳源代謝類型。其中,雖然微生物對(duì)吐溫80、丙酮酸甲酯、γ-羥基丁酸的利用值盡管較強(qiáng),但是隨著餌料投喂率的增加呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的狀態(tài),并沒(méi)有顯著增加;水體微生物對(duì)L-天冬酰胺酸、D-甘露醇的利用值在1%~ 4%餌料投喂率呈逐漸增加的趨勢(shì)。4%~ 8%餌料投喂率水體微生物對(duì)β-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸鹽、肝糖、D-纖維二糖、吐溫40、N-乙?;?D-葡萄胺等碳源的利用值亦呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。1%~ 8%餌料投喂率水體微生物完全未利用的碳源有2-羥基苯甲酸。
圖5 不同餌料投喂率間水體微生物對(duì)六大類(31種碳源)利用值的變化
微生物對(duì)31種碳源的利用值和水質(zhì)指標(biāo)間進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析結(jié)果(見(jiàn)圖6)表明,β-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸鹽、甘氨酰-L-谷氨酸、I-赤藻糖醇等和主要水質(zhì)指標(biāo),尤其是COD、TN、TP、NH3-N間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05):而肝糖主要與3種水質(zhì)指標(biāo)COD、TN、TP具有顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05);D-半乳糖酸γ內(nèi)酯與兩種水質(zhì)指標(biāo)NO2--N、NO3--N具有顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05),N-乙?;?D-葡萄胺與TN、NH3-N間具有很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05);D-氨基葡萄糖酸僅與NO2--N具有顯著的的正相關(guān)關(guān)系(P<0.05),L-苯基丙氨酸、D-甘露醇僅與NO3--N呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性(P<0.05)。苯乙基胺、腐胺、2-羥基苯甲酸這3種碳源的利用與水質(zhì)指標(biāo)都呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。
圖6 微生物對(duì)31種碳源利用值與水質(zhì)指標(biāo)間Pearson相關(guān)性分析
在本試驗(yàn)中,高餌料投喂率在一定程度上提高了羅非魚(16±0.20 g)的生長(zhǎng)水平,但是也提高了餌料系數(shù),降低了餌料的利用效率;低餌料投喂率使羅非魚由于攝食不足而限制了其生長(zhǎng),但是餌料系數(shù)沒(méi)有降低,餌料利用率也沒(méi)有提高,這與周晴[15]研究結(jié)果低餌料投喂率降低了餌料系數(shù),提高了餌料利用效率不相同,造成這種差異的因素可能與水體環(huán)境因子、微生物的種類數(shù)量等有關(guān)系。而4%餌料投喂率餌料系數(shù)最小,餌料的利用程度最高,有利于節(jié)約“飼料能源”。在本試驗(yàn)中8%餌料投喂率的平均增重量和平均體長(zhǎng)都要好于其他各組,但餌料系數(shù)較高,8%餌料投喂率對(duì)于水體環(huán)境的破壞也最為嚴(yán)重,后續(xù)對(duì)于養(yǎng)殖尾水的處理也會(huì)有較大的投入,這種情況下,綜合平衡生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益4%餌料投喂率更具有優(yōu)勢(shì)。
研究不同餌料投喂率下養(yǎng)殖水體的水質(zhì)變化特性,對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展具有重要作用。COD、TN、TP隨餌料投喂率的增加大體也呈現(xiàn)一個(gè)增加的趨勢(shì),這反應(yīng)了餌料投喂率增大對(duì)水體水質(zhì)污染的事實(shí)。8月24號(hào)、9月2號(hào)和9月14號(hào)NO2--N、NO3--N隨餌料投喂率增加呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì),而且6%和8%餌料投喂率相比其他組有急劇增加的趨勢(shì),尤其是8%餌料投喂率,餌料投喂增多,氮元素在水中蓄積,影響了氮的循環(huán)系統(tǒng),造成這兩種水質(zhì)指標(biāo)上升。NO2--N和NH3-N對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物都有一定的毒性,在本試驗(yàn)中,在8月17號(hào),8%、6%餌料投喂率NH3-N顯著高于其他各組,主要是由于飼料投喂過(guò)多導(dǎo)致的NH3-N含量增加,而且水體微生物和藻類的數(shù)量少,來(lái)不及反應(yīng)和分解水中的氮元素。8月24、9月2號(hào)各組之間氨氮含量差異均不顯著,可能的原因一方面,在夏季高溫時(shí)節(jié)羅非魚生長(zhǎng)較快,高餌料投喂率羅非魚生長(zhǎng)到一定程度,固氮作用要高于低餌料投喂率組,另一方面,高餌料投喂率組由于殘餌和羅非魚排泄物,導(dǎo)致水體中微生物和藻類的數(shù)量較多,也可以起到固氮和消耗氮素,而低餌料投喂率,餌料投喂少,水中微生物和藻類數(shù)量也少,對(duì)餌料和羅非魚排泄物的固氮和消耗氮素能力較低,綜合多方面的因素,產(chǎn)生了餌料投喂率較高但和低餌料投喂率氨氮含量差異不明顯的結(jié)果。9月14號(hào),8%餌料投喂率氨氮含量明顯高于其他各組,原因是由于此時(shí)溫度開(kāi)始下降,羅非魚的生長(zhǎng)也已經(jīng)達(dá)到一定的限度,固氮作用下降,微生物和藻類繁殖能力和活性也開(kāi)始下降。
在池塘養(yǎng)殖的水體中含有大量的養(yǎng)殖過(guò)程中的剩余溶解的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),而水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)、糖類、酯類三大類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率通常為蛋白質(zhì)最高,其次為糖類,最后是酯類,所以正常情況下看,水體中糖類及油脂類的碳源是相對(duì)較高的[16]。楊鶯鶯等[17]研究則表明在池塘水體環(huán)境中微生物群落利用較高的碳源類型為氨基酸類、酸類和糖類。曹煜成等[18]在羅非魚養(yǎng)殖池塘中水體微生物對(duì)碳源代謝的研究發(fā)現(xiàn)糖類的利用強(qiáng)度最高,酯類、氨基酸類次之,最低是次生代謝產(chǎn)物類。在本試驗(yàn)中,不同處理下的水體微生物均表現(xiàn)為對(duì)酯類碳源的利用最高。而1%餌料投喂率水體微生物對(duì)酸類利用排第二,其次為氨基酸類碳源;2%~ 8%餌料投喂率水體微生物碳源利用排第二的是氨基酸類碳源,排第三的碳源利用2%~ 8%餌料投喂率各不相同,這與楊鶯鶯、曹煜成、史磊磊所描述的部分相同。由于餌料投喂率逐漸增大,導(dǎo)致水體微生物對(duì)六大類碳源代謝利用各組之間相比有些許差異。但是可以說(shuō)明的是不管高餌料投喂率還是低餌料投喂率羅非魚對(duì)油酯類的利用都較低,并且水體微生物對(duì)氨基酸類代謝活性從4%~ 8%呈逐漸增加趨勢(shì),說(shuō)明較高的餌料投喂率,導(dǎo)致水體中的蛋白質(zhì)含量增加,水體微生物中利用氨基酸類碳源的微生物增多。隨著餌料投喂率的增大,水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的差異改變了水體微生物群落的結(jié)構(gòu),造成對(duì)不同碳源的利用程度上存在著差異。
AWCD隨著時(shí)間的變化可以用來(lái)反映微生物碳源代謝利用情況,能直觀的表達(dá)水體微生物群落代謝活性和最終到達(dá)程度,它提供了在相同碳源下不同微生物對(duì)碳源利用相比較的可能性[19]。不同餌料投喂率的AWCD隨培養(yǎng)時(shí)間呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì),對(duì)比不同處理組的水體微生物碳源代利用強(qiáng)弱可以明顯看出48~ 96 h 8%餌料投喂率的水體微生物代謝利用明顯高于其他各組,由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是微生物代謝的基礎(chǔ)[20],在高餌料投喂率下,剩余的餌料、生物代謝產(chǎn)物、生物殘?bào)w等有機(jī)物含量較高,豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)使微生物的分解代謝活躍。香濃指數(shù)、豐富度指數(shù)分別反映水體微生物的多樣性和豐富度[21],在72 h時(shí),隨著餌料投喂率的增加,水體微生物多樣性有顯著變化,6%和8%餌料投喂率低于2%和4%餌料投喂率,豐富度大致呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì),說(shuō)明不同餌料投喂率對(duì)水環(huán)境中的微生物多樣性有顯著影響,2%和4%餌料投喂率的香濃指數(shù)較大,水體中的微生物種類較多,而8%餌料投喂率的微生物豐富度較高,水體中微生物的數(shù)量較多,但微生物種類數(shù)較少,并且這種趨勢(shì)會(huì)隨著投喂時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸加劇。而在120~ 168 h 8%餌料投喂率的微生物碳源代謝活性開(kāi)始下降,4%、6%餌料投喂率水體微生物碳源代謝活性開(kāi)始逐漸接近和超過(guò)8%餌料投喂率的微生物碳源代謝活性,則表明8%餌料投喂率對(duì)微生物碳源代謝活性起到了抑制作用,原因是由于8%餌料投喂率的優(yōu)勢(shì)單一菌的數(shù)量較多,種類并不豐富,對(duì)碳源利用種類較少,在這種情況下往往會(huì)導(dǎo)致養(yǎng)殖水體條件惡化。
在池塘養(yǎng)殖水體中微生物群落對(duì)Biolog-ECO板上31種碳源的選擇及利用程度,可以間接的反映出水體微生物對(duì)不同種類碳源的代謝偏好,進(jìn)而更好的了解水體微生物群落的分解代謝特征[22]。在水體微生物群落代謝利用較高的碳源中,1%~ 4%餌料投喂率下水體微生物對(duì)L-天冬酰胺酸、D-甘露醇的利用值呈逐漸增加的趨勢(shì),水體中蛋白質(zhì)的分解會(huì)產(chǎn)生L-天冬酰胺酸,進(jìn)一步被微生物利用,由于1%、2%餌料投喂率下餌料供給率低,羅非魚進(jìn)食不均,導(dǎo)致魚體差異較大,魚類也長(zhǎng)期處于饑餓狀態(tài),機(jī)體的正常發(fā)育受到限制[23],在這種情況下也會(huì)導(dǎo)致飼料的浪費(fèi),進(jìn)而導(dǎo)致水體中利用L-天冬酰胺酸的微生物增多,表現(xiàn)為對(duì)此類碳源的利用值提高。D-甘露醇是一種糖醇,廣泛存在于植物和藻類等生物體內(nèi)[24],水體微生物對(duì)D-甘露醇代謝活性較高,可能是由于水體中產(chǎn)生D-甘露醇的藻類處于優(yōu)勢(shì)地位導(dǎo)致的。隨著餌料投喂率從4%增加到8%,水體微生物對(duì)β-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸鹽、肝糖、D-纖維二糖、吐溫40、N-乙?;?D-葡萄胺等的利用率提高,并且AWCD值也較高,其中葡萄糖-1-磷酸鹽是羥基被磷酸替代的活化的葡萄糖,糖原、蔗糖合成的中間體,乳糖發(fā)酵的中間體,參與糖酵解和糖異生的過(guò)程[25],水體微生物對(duì)葡萄糖-1-磷酸鹽代謝活性高,說(shuō)明高餌料投喂率的水體中葡萄糖的發(fā)酵作用較強(qiáng),能夠表明羅非魚攝食過(guò)程中剩有過(guò)多的殘餌,可能與水體中的酵母菌發(fā)酵分解有機(jī)質(zhì)造成此類碳源在水體中含量過(guò)高有關(guān)[26];土溫40是被用來(lái)了解脂類微生物選擇培養(yǎng)基的原料之一[27],隨餌料投喂率增加水體微生物對(duì)此類碳源的利用率有一定提高,但差異不明顯。N-乙酰基-D-葡萄胺在胺類碳源中的利用率較高,并且從2%~ 8%餌料投喂率增加代謝活性逐漸增強(qiáng),而N-乙?;?D-葡萄胺具有組成幾丁質(zhì)、粘多糖、糖蛋白的單體之一的特性,同時(shí)也是細(xì)菌和大多數(shù)真菌的細(xì)胞壁組成成分[28],是水體細(xì)菌生長(zhǎng)的必要條件之一,高餌料投喂率水體中微生物對(duì)其利用率的提高,可反映出水體中有大量微生物繁殖。31種碳源中不利用的碳源(AWCD<0.1)有2-羥基苯甲酸(又名水楊酸),這與Li等[29]研究發(fā)現(xiàn)在雜交鱧和大口黑鱸高產(chǎn)池塘養(yǎng)殖水體中微生物對(duì)2-羥基苯甲酸也未利用,與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致,說(shuō)明不論是高餌料投喂率還是低餌料投喂率水體微生物都不能夠利用2-羥基苯甲酸,進(jìn)一步驗(yàn)證了在池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)中是不存在能夠利用2-羥基苯甲酸的微生物。由于水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中,投喂或管理不到位,導(dǎo)致餌料得不到充分的利用,往往容易形成嚴(yán)重的水污染問(wèn)題[30]。因此,在不同餌料投喂率尤其是高餌料投喂率下分析水體微生物對(duì)31種碳源的代謝特征利用率,可以作為篩選有針對(duì)性高效降解水體中碳源類物質(zhì)的重要參考,為健康養(yǎng)殖和微生物原位修復(fù)技術(shù)提供依據(jù)。
不同餌料投喂率水體微生物對(duì)糖類代謝差異的原因與水體環(huán)境因子有著緊密的聯(lián)系,田相利等[31]研究發(fā)現(xiàn)水體中微生物群落對(duì)碳源利用是存在選擇性偏好,并且這種偏好隨養(yǎng)殖時(shí)間和環(huán)境因子的變化而發(fā)生變化。圖6中微生物對(duì)31種碳源利用值與水質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性分析表明,水質(zhì)環(huán)境因子對(duì)水體微生物代謝31種碳源具有重要作用,COD、TN、TP、NH3-N對(duì)水體微生物代謝β-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸鹽、甘氨酰-L-谷氨酸具有很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,這3種糖類在4%~ 8%餌料投喂率下水體微生物代謝利用值呈上升的趨勢(shì),分析其中原因,COD高低表征的是水體有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分含量多少[32],水產(chǎn)動(dòng)物的排泄和高餌料投喂率殘餌會(huì)造成水中N、P元素大量積累,進(jìn)而導(dǎo)致水中TN、TP含量上升,同時(shí)COD也會(huì)上升,結(jié)合圖1看趨勢(shì)大致是相同的,但NH3-N、NO2--N、NO3--N變化趨勢(shì)卻有所不同,這主要是由于它們?cè)谒械淖兓^為復(fù)雜,NH3-N在水體中存在2種形式離子氨、非離子氨,并且兩者可以在水體中相互轉(zhuǎn)換[33],NO2--N的硝化過(guò)程,NO3--N反硝化過(guò)程。N、P也是組成微生物細(xì)胞的主要元素,微生物代謝這些糖類物質(zhì),勢(shì)必也會(huì)對(duì)水中N、P需求有所增加,因而COD、TN、TP、NH3-N表現(xiàn)為對(duì)微生物代謝3種糖類物質(zhì)起促進(jìn)作用。綜合來(lái)看,不同處理的餌料投喂率對(duì)整個(gè)養(yǎng)殖系統(tǒng)的微生物群落的組成產(chǎn)生了較大的影響。因此,通過(guò)調(diào)控餌料投喂率,進(jìn)而調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水體的水質(zhì),使水產(chǎn)養(yǎng)殖向健康養(yǎng)殖道路發(fā)展。
對(duì)于養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控來(lái)講,餌料投喂率超過(guò)6%可能造成水質(zhì)的急劇變化,4%餌料投喂率餌料系數(shù)較低,水質(zhì)指標(biāo)NH3-N變化幅度較小;4%餌料投喂率養(yǎng)殖水環(huán)境更有利于羅非魚的生長(zhǎng);餌料投喂率從4%增加到8%,水體微生物對(duì)β-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸鹽、肝糖、D-纖維二糖、吐溫40、N-乙?;?D-葡萄胺等的利用率提高,其中β-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸鹽、甘氨酰-L-谷氨酸等與主要水質(zhì)指標(biāo),尤其是COD、TN、TP、NH3-N間具有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。