娃娃鱼池中微藻的生态功能研究.doc

1、1娃娃鱼池中微藻的生态功能研究金立成 藻相对大鲵养殖池的物质循环和能量流动具有举足轻重的作用, 它对于维持大鲵池生态系统统的正常功能, 稳定池塘环境是不可或缺的。有研究表明, 大鲵疾病的爆发与水体中藻相群落结构的变化具有直接或间接的关系,大鲵池中藻相的种类和数量尤其是生物的类群和数量与大鲵发病程度有正相关性; 而其多样性指数则与大鲵病害的发生呈负相关。其次, 藻相的种群组成、种群密度与水体理化因子密切相关, 大鲵池中藻相的种类、数量可直接影响水体理化因子的变化。优良的藻相在种群稳定、生物量持续增长的过程中, 可促进水体中营养盐的分解与转化, 减少并消除氨氮、亚硝酸氮、有机污染物等多种有毒物质;

2、 而且还可通过光合作用产氧而增加养殖水体的溶解氧, 促进水体中富含的耗氧性有机质的氧化分解。一旦水体中优良藻相生态平衡被打破, 有害微藻过度繁殖或环境中的微藻种类过于单一,则既不利于促进养殖生态系统统的良性循环, 保持养殖环境的相对稳定, 也不利于维持良好的水质环境, 进而严重影响养殖大鲵的健康水平, 可见, 从某种意义上来说, 养殖环境的优良与否是引发大鲵产生应激反应和抗病力下降的主要诱因。因此, 构建优良藻相, 优化大鲵池中藻相的藻相结构, 进而建立以微藻生物技术为核心的池塘藻相调控技术。这对维持大鲵养殖池塘生态系统统的动态平衡, 促进大鲵的健康生长具有重要的现实意义。1. 大鲵池中藻相群

3、落结构的特点21.1. 大鲵池中浮藻相群落结构的特点大鲵池中藻相群落结构, 其主要特征有如下几点: (1) 群落组成包括浮游性种类和底栖性种类, 但总体而言其种类数目要少于溪流水域; (2) 群落中优势种单一, 优势度高, 耐污性种类较多, ( 3) 大鲵池及所纳入的养殖水体中微藻结构极不稳定的特点; ( 6) 大鲵池中微藻的多样性指数基本可代表其水质情况即水体富营养化程度。对于不同的大鲵池在不同的养殖时间, 其藻相群落的多样性也有所不同。在大鲵养殖池的生物量远高于溪流水域, 但种类要少于溪流水域; (4) 大鲵池中微藻细胞数量远高于所引入水源中的细胞数量; (5) 养殖后期, 大鲵池中耐污种

4、类种类增多, 微藻生物的群落演替具有突发性, 时间短, 速度快, 群落中, 一般有23个优势种, 环境中的优势种越少其优势度就越高。就生产性能而言, 大鲵养殖生产中通常硅藻和绿微藻为优势种, 其水质稳定, 病害少, 大鲵生长亦较好; 以蓝微藻为优势的水体中, 大鲵生长缓慢而且容易引发病害。大鲵池生态环境中浮游微藻的生物量优势种的生态功能较数量优势种的更为重要。有些种类虽然个体数量的优势度突出, 但其个体小, 生物量少, 对藻相群落和养殖环境稳定性的维持作用并不大, 而有些种类的数量并不占优势, 但其个体大, 生物量高, 光合作用强, 对维持微藻群落及养殖环境稳定性具有重要的作用。因此,在构建优

5、良微藻藻相时要充分考虑各微藻种间的相互关系,从而进行科学合理地筛选、组合和优化。微藻技术是一项有机结合微藻生物学及微藻环境生态学的新兴生物技术, 它以水体中的浮游微3藻为对象, 以运用微藻生理、生态特点调控、优化养殖生态环境为目的。1.2.藻相利用池水体中营养盐的研究有研究表明, 养殖水体中各水化因子对浮游微藻生长影响的次序依次为磷酸盐, 氨氮, 铁离子, 亚硝氮, 酸碱度, 硝酸氮, 温度, 锰离子, 溶解氧。可见, 氮、磷营养盐对微藻的生长具有极其重要的影响。但不同种类的微藻对不同的营养盐浓度和氮、磷配比有不同的要求。有数据显示, 在的精养大鲵池中, 其平均总氮、磷和铁的浓度分别为0197

6、、0105和0115 mlL -1 , 而浮游微藻对无机氮和无机磷的最适浓度下限分别为7919和1810gL -1。2.藻相技术在大鲵养殖中的应用与展望大鲵养殖业是我国渔业的重要组成部分, 近十几年来发展极为迅速, 目前, 我国的大鲵生产以集约化、半集约化养殖为主体, 由于养殖密度的提高, 加之养殖过程中对水质调控技术的不合理, 以致造成水体富营养化、养殖生态环境失衡、大鲵病害频发和产品质量下降等一系列严重问题。显然, 寻求安全、环保、有效的措施, 维持大鲵池生态系统平衡, 营造良好的养殖生态环境, 促进大鲵的健康生产, 同时实施封闭与半封闭的科学管理, 是生产质量安全的养殖大鲵产品, 维系我

7、国大鲵养殖业可持续发展的关键。3.藻相技术在大鲵养殖中的作用(1). 作为水质改良剂可利用微藻光合作用放出的大量氧气和吸收水中的富营养化成4分来净化污水和保持良好的水环境条件。因为微藻能有效地进行光合作用,将光能、H 2O、CO 2 和无机盐如NH 4+N2 转化为体内有机化合物,产生氧气,提高溶氧水平,并使水体pH值升高,从而促进细菌的矿化作用,在细菌的作用下使H 2S 变成无毒的硫酸盐,反应可表示如下:H2S硫化细菌S0 硫化细菌SO 42-因此微藻一定量的存在,对改善和稳定水体生态系统统起重要作用。Lefebvre的试验结果表明,集约化养鱼池塘流出的废水富含一些无机物质(N、P、Si 等

8、) ,可利用这些废水培养硅藻 ( Diatom) ,同时可起到净化废水的作用,35d 废水净化率可达到9 %。董俊德用极大螺旋微藻 ( Spirulina maxima) 进行污水除氮试验,处理后硝态氮浓度为129.80ml/L ,吸收氮总量为282.20ml/L ,除氮率为68.5 %,可见极大螺旋微藻有较强的吸收氮的能力。颤微藻、两栖颤微藻 ( Oscillatoriaceae amPHilia)有较强的吸收磷的能力,对污水的无机磷去除能力较强。实验水体中约3/4的磷在微藻生长过程中被吸收,另有1/4的磷是在微藻体基本停止生长后被微藻细胞吸收聚集的。Du2mas报道鲍氏席微藻 ( PHor

9、midium bohneri) 对养殖废水氮去除可达80%。Thompson在自动生成的生物膜中检测到硅藻属和鞭毛微藻 ( Flagellate) ,不仅可以去除氨氮,又可促进鱼类生长:试验组虾体增重率为103% ,而对照组只有33%。微藻在池中均可降低养殖环境中氨氮与亚硝酸氮含量,实验结束时,实验1 ,2 ,3 组的氨氮含量比对照组分别降低51,17% ,37.18%和39.13%;亚硝酸氮含量分别比对照组降低了30.12% ,27.10%和26.14% , 硅藻藻种群对降低氨氮与亚硝酸氮效果较为显著 。因为稳定的微藻5种群可吸收和利用水体有机质及排泄物,降低养殖水体中的氨氮和亚硝酸氮含量。

10、硅藻藻种群有所增加,成为主要的优势种群。浮游植物在大鲵养殖池中占有重要位置,它对于维持池中生态系统的正常功能,稳定池塘环境是不可缺少的 。微藻在种群持续稳定过程中,通过光合作用一方面能降低并消除养殖水体中的有机污染和其他有害物质;另一方面为水体提供充足的氧气,保持养殖生态系统良性循环,达到改善水质的目的。(2).作为水产动物的饵料微藻由于其营养价值,已被广泛用做水产动物的饵料。随着水产养殖业的发展,微藻作为水产动物饵料的需求量越来越大。国外已开发出40 余种微藻应用于鱼、虾、贝类的育苗生产中。如拟球微藻生长快,细胞密度高,而且富含蛋白质,在微藻培育系统中找不到弧菌,如同时以微藻为饵料可有效控制

11、弧菌的数量 。小球微藻干粉或提取物添加到鱼类的食物中,可改善鱼的肉质。(3).增强养殖动物抗病能力大鲵养殖过程中,疾病的发生与大鲵机体抗病力和其环境因素有密切的关系,其中环境因素起着重要作用,它不仅影响病原体的数量,也影响虾体抗病能力。大鲵疾病的发生不与环境中致病菌与病毒数量呈正相关,更多的是由于生态系统的破坏和放养密度的增加而导致生态失衡的综合因素所致，更进一步证明,在大鲵养殖的水环境中有氨氮等有毒物质的增加,使大鲵的抗病力降低,即与大鲵抗病力有关的酶活力如SOD、POD、溶菌和抗菌活力等降低,血细胞数量减少,6因而提高了对致病菌的易感染性。通过微藻生态调控,改善养殖环境来提高养殖对象的抗病

12、力,是对水产生态调控防病的重要组成部分。微藻所含有或产生的生物活性物质如抗生素,包含抗细菌或真菌的物质,可以杀死水中的致病菌 。4.藻类对娃娃鱼池作用原理示意图 最终产物 CO2 H2O NO3 SO3 微藻吸收O2COH2NS有机物有氧环境无氧环境COH2NS最终产物CO2 H2O NO3 SO3CONS + H2HNO2+HO2+HNO3+CH3COCOOH(丙酮酸)CH3CHOHCOOH(乳酸)生物消耗5.微藻与细菌相互关系水环境中藻类和细菌的关系十分密切。细菌是养殖水生生态系统中另一重要组成部分，对养殖水体的水质净化和水环境生物修复有重要作用，是养效果较好。谷皮菱形藻以 CO(NH2)

13、2 为氮源时生长最快，而 NaNO3 为 0.72 gL-1 时有利于其生长。有研究指出，氮为 2.0 mgL-1、磷为 0.3 mgL-1 时，池水中藻类高峰期维持时间长，北方某些盐度相对较高的池塘，施氮磷混合肥可有效促进小球藻等藻类增长，达到定向培育的目的。还有学者研究不同氮磷水平对微藻生长及竞争的影响，认为较低氮磷的水体中，微囊藻易成为优势种，而在较高氮磷的水体中，四尾栅藻更容易成为优势种。一些学者认为，氮磷比接近或等于 201 可有效控制固氮蓝藻的爆发，低氮磷比有利于蓝藻进行固氮作用，高氮磷比则有利于绿藻繁殖，提出引进某些对蓝藻有7拮抗作用的优良藻类进行选择性施肥以控制蓝藻生长。 养殖

14、池中微藻与虾病的关系和易变鱼腥藻（A. vqriabilis）的生长有促进作用，水体中微藻的种类和数量与养殖对虾的病害发生有密切关系，尤其是赤潮生物类群和数量与虾病程度呈正相关。如对虾养殖期，微囊藻的大量繁殖（平均密度达到 1.0 107 /L 或优势度平均达到 35%以上）可降低淡化虾池中浮游藻类群落的丰富度和多样性，影响浮游藻类组成及群落稳定性，进而导致养殖对虾发病，并随微囊藻密度或优势度升高而病情加重，对虾养殖成活率和生长速度随之降低。引入固定化波吉卵囊藻（Oocystis borgei）和微绿球藻（Nannochloris oculata）于凡纳滨对虾养殖环境中，发现藻珠可抑制弧菌的生

15、长，提高与对虾抗病力有关的酶的活性29-30。某些微藻由于其表面的特殊结构可在一定时间内携带病毒感染养殖对虾，如湛江等鞭金藻( Isochrysis zhanjiangensis ) 、亚心形扁藻 ( Platymonas subcordiformis) 、盐藻(Dunaliella salina) 和 中 肋 骨 条 藻 (Skeletonema对银灰平裂藻（Merismopedia glauca ）、莱茵衣藻（ Chlamydononas reinhardii ） 和 铜 绿 微 囊 藻（Microcystis aerugiuosa）的生长具有抑制作用。细菌对藻类的作用并非仅仅体现在藻细胞

16、的数目上，还作用于细胞大小。如中性柠檬酸菌胞外分泌物可促进粉核小球藻细胞个体的增大34。螺旋藻培养过程中菌类代谢物能直接损害藻体。细菌还会显著影响藻菌共培液中胞外酶的活性。藻类对细菌亦有进或抑制两方面的作用。藻类生长占优势时可抑制细菌，而当藻类衰败时则促进了细菌的增殖。如在饵料微藻大面积培育系统中很少检测到弧菌，以微藻为饵料的蚤状幼体培育期水体中弧菌数量降至最低点，说明微藻的大量存在可能限制弧菌生长；处于生长指数后期至静止期的微藻培育系统可强烈排斥弧菌。还有报道称，等鞭金藻、扁藻等的分泌物对鳗弧菌 Vibro anguillarum抑制作用6.微藻和细菌在养殖中的应用对虾节水型养殖就是利用有益

17、微生物分解养殖过程中产生的有机物，采用单细胞藻类吸收利用营养盐，使养殖环境质量得到改善，投放有益微生物的试验池底质硫化物含量波动较小，增速较慢，增幅浮游微藻在养殖生产上应用较多，如养殖池注水后经合理施肥培育一定浓度的浮游微藻，可增加水体溶氧，吸收有害物质，改善水质，并为养殖生物提供一定饵料；根据环境条件定向培育有益微藻，控制水体中藻类数量，杀灭有害蓝藻；水色是水体微藻的直观表现，定期观测水色可直接快速判别水中微藻，具环境监测及生产预警作用，为无鉴定检测微藻与水质的生产实践提供指导。近十几年来，随着养殖生产引起的严重污染人们对安全、高效改善养殖环境研究的日益深入，有益微生物的应用日益广泛。研究表

18、明，微生态复合菌制剂有良好的水质调节作用，可明显改善虾池环境：有效降低氨氮、亚硝酸盐、COD、BOD、硫化物、有机物含量（4 d 后 COD 的去除率为 43.52%），降解大分子有机物，促进水中氮循环速率，养殖池中细菌和弧菌总数也不同程度降低，并可调节水体 pH 值，增加水体溶解氧，营造良好水色；影响机体中过度繁殖菌群的活性，在水体中形成生物团，增加基础饵料数量，进而改变机体消化道的内环境，调节消化道菌群组成，改善机体代谢，激活免疫系统，提高动物免疫力，还能促进动物消化道吸收，达到促进养殖动物生长的目的。微藻和细菌是水生态系统中调节各环境因子两最重要的微小生物，在水生态系统中有重要作用和地位

19、。目前，对藻菌间关系的研究逐8渐深入，许多研究者尝试分析微藻、细菌群落，将它们间的竞争、拮抗、共生关系应用于养殖生产。一般来说，细菌主要通过营养物交换，气体、酸碱度调节等促进藻类生长。细菌通过分解有机物，为藻体提供了二氧化碳、大量无机物、生长因子等，同时对水体pH 值也起了调节作用。研究指出，养殖池塘自有菌群的部分菌株降解、转化物质能力较弱，自身的繁殖无法给浮游微藻的繁殖生长提供充足的营养元素，所以菌藻不能同时增长，出现异养细菌数较小。在养殖后期试验池底质硫化物含量只增高68%，而对照池增高 252%，在一定程度上抑制水体和底质中硫化物的积累45。细菌可合成藻类必需的生理活性物质（如维生素 B

20、12），而藻细胞的特殊代谢物也可促进某些细菌的生长繁殖。因此，藻类和细菌常构成藻菌共生系统。许多学者利用这种共生关系，研究如何建立藻菌系统以净化水质，维持稳定的微生态平衡。如以栅藻、小球藻、亚硝酸化细菌、硝化细菌的最优化数量配比 2.1312.383.73 去除池塘老化水体中的氨态氮、亚硝酸态氮，去除率分别为 97.3%和 68.8%，远远高于单用藻或菌，同时能增加养殖水体溶解氧，并可为水产动物提供 1.6106 /mL 的天然藻类饵料。为改善富营养化水体水质，以由改良高分子材料制成的人工水草作藻菌生物膜的载体，水体透明度由 6 cm 增至 62 cm，对 COD、TP、TN 和 NH4+-N

21、 的削减率依次为 92.89%、49.25% 、94.97%和 70.15%，DO 亦可维持在一定水平。养殖水生生态系统极为复杂，但其微生物间存在一定的平衡关系。由于生物之间竞争和协同作用，向水体中投入一定量有利于水质改良而对养殖动物无害的有益微生物后，一种新动态平衡得以建立，进而改良水质，抑制病原菌生长，使养殖动物健康生长。我国对藻菌关系在水产养殖中的应用研究尚处于初步阶段，只有深入分析养殖水体理化因子、藻菌关系及生理生化特性，以及这种关系对养殖水环境的影响，并加以合理利用，才能构建良好的菌藻群落结构，抑制有害藻类、病原菌的增长，为进一步建立安全高效的养殖水质调控技术，优化养殖水环境，控制病

22、害发生，提高养殖生产的经济效益和生态效益，提供充实的理论支撑。7.硅藻中脂肪含量的组成硅藻通过分析脂类占6.4之间和14.5的干重（见表3）。多不饱和脂肪酸（PUFA）是总脂肪酸(TFA)最大的组成成分（占41到47）。硅藻种间各不饱和脂肪酸的比例不同。虽然所有的硅藻分析大多数（14%到 21%的TFA）是20:5n-3 (EPA)，N. laevis有这少比例的这种脂肪酸还有大量的（9.7%的TFA）20:4n-6花生四烯酸(AA)。短链不饱和脂肪酸16:2n-4和16:3n-4也是大量（4.2到8.5的TFA）存在于三种硅藻中（表4）。8.硅藻中氨基酸含量的组成这三种硅藻总的游离氨基酸（T

23、FAA ）组成不同（表5）。在 N. cf. 9lenzii中 脯氨酸是主要的游离氨基酸（2.8 fmol 每细胞，49%TFAA）但只要较少的成分（0.13 fmol每细胞，8%TFAA ）在N. laevis.中。A. luciae中脯氨酸含量中等（0.8fmol每细胞，30%TFAA）。在所有分析的物种中，精氨酸的含量比脯氨酸的还多。 In N. laevis中精氨酸是组要的游离氨基酸（0.7 fmol每细胞，43%TFAA），in N. cf 中只有0.18 fmol每细胞（3%TFAA）。A.luciae 中精氨酸含量居中（1.5 fmol 每细胞。 22%TFAA）。在in N.

24、laevis中谷氨酸含量跟其他二种藻相比是最少的，但是in N. laevis中发现了其他二种藻没有的谷氨酰胺。in N. cf. lenzii 和A. luciae中蛋白质含量是相同的（32%DW），in N. laevis要高一点（38%DW） (表3)。碳水化合物的含量在 in N. laevis中（18）最低，N. cf. lenzii中最高（25）。灰分含量在A.luciae（41）最高。浮游植物在大鲵养殖池塘中占有重要位置 ,它对于维持池中生态系统的正常功能 ,稳定池中环境是不可缺少的 。微藻在种群持续稳定过程中 ,通过光合作用一方面能降低并消除养殖水体中的有机污染和其他有害物质

25、;另一方面为水体提供充足的氧气 ,保持养殖生态系统良性循环 ,达到改善水质的目的 。许多学者认为 ,通过改善大鲵养殖环境能增加大鲵的抗病力。本实验通过引入种群稳定的舟形藻和微绿球藻作为大鲵养殖水体的微生态良性调控的主要结构 ,不但可以降低水体中氨氮 、亚硝酸氮和 COD 等有害因子的浓度 ,消除胁迫因子 ,还能提高水中溶解氧含量 ,使水体环境长时间处于良好的动态平衡状态 ,有利于大鲵生长 。更重要的是 ,试验组中与大鲵抗病力相关的酶活力比对照组有显著提高 , 大鲵体内血细胞的数量和血清蛋白的含量也有增多 。作者认为 :通过微藻生态调控 ,改善养殖环境来提高大鲵的抗病力 ,是大鲵池生态调控防病的重要组成部分 ,也是大鲵养成的关键技术 。