發(fā)布時間：2017-12-12 21:08

  本文關(guān)鍵詞：微生物制劑和碳源對水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的影響及作用機制

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【摘要】：通過微生物操縱改善養(yǎng)殖環(huán)境是近十多年來水產(chǎn)養(yǎng)殖研究的熱點。目前水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)中采用的微生物調(diào)控手段包括添加外源微生物(微生物制劑)或外源營養(yǎng)(碳)。有關(guān)微生物制劑改善養(yǎng)殖水質(zhì)的效果,特別是降解無機氮的方面的作用尚存在分歧,原因之一是對微生物制劑影響環(huán)境的作用途徑缺乏了解。添加微生物制劑不僅增加外源微生物,同時增加了有機碳,其對水環(huán)境的影響究竟是通過外源微生物在環(huán)境中定植、生長和相應(yīng)的功能表達(dá),還是通過改變原有微生物群落和功能?回答這一問題有助于正確評價微生物制劑改善水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境的作用。本研究利用原位實驗系統(tǒng)探討了添加微生物制劑和碳源對魚類混養(yǎng)系統(tǒng)和蚌魚綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)中土著細(xì)菌、浮游植物群落以及水中無機氮轉(zhuǎn)化的影響,并分析了微生物制劑和碳源對養(yǎng)殖環(huán)境的交互影響。主要研究結(jié)果如下:1)采用 16S rDNA 測序分析 了青魚(Mylopharyngodonpiceus)、加州鱸(Micropterussalmoides)、黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)、三角帆蚌(HHyriopsis cumingii)養(yǎng)殖池塘中的細(xì)菌多樣性。從12個池塘水體和底泥中分別獲得了 3701和11150個OTU。底泥中的OTU數(shù)目、ACE指數(shù)、Chao1指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)均高于水層,表明底泥細(xì)菌的多樣性和穩(wěn)定性高于水層;水體中細(xì)菌優(yōu)勢門為Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes,包括 26 個優(yōu)勢屬,底泥中細(xì)菌優(yōu)勢門為 Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes、Acidobacteria、Nitrospirae,包括25個優(yōu)勢屬。不同類型養(yǎng)殖池塘細(xì)菌組成在門水平上相似,在屬水平上表現(xiàn)出較大的差異。池塘中細(xì)菌群落與水體硬度、氨氮、總氮顯著相關(guān)。青魚、加州鱸、黃顙魚池塘中的氨氧化細(xì)菌(Nitrosomonadaceae_uncultured)相對豐度高于三角帆蚌池塘中,但池塘中氨氮濃度高于后者;青魚、加州鱸、黃顙魚池塘中的亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(Nitrospinaceae_uncultured)相對豐度高于三角帆蚌池塘中,但池塘中亞硝氮濃度高于后者。上述結(jié)果表明養(yǎng)殖種類和管理方式對養(yǎng)殖池塘細(xì)菌多樣性具有顯著的影響。2)通過80天的池塘原位實驗評價諾碧清生物氨硝凈、碧沃豐生物BZT清污、華元谷納豆芽孢桿菌、EM微生物環(huán)境改良劑四種商業(yè)微生物制劑對三角帆蚌,草魚(Ctenopharangodon idellus)和鯽魚(Carassius gibelio)綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)產(chǎn)量和水質(zhì)的影響。添加微生物制劑后蚌產(chǎn)量下降,對魚產(chǎn)量無顯著影響,對水質(zhì)無明顯的改善作用,但影響水體中細(xì)菌和浮游植物群落。水中細(xì)菌主要以Actinobacteria,Chlorobi,Verrucomicrobia,Proteobacteria 為主�？偟�、總磷、CODMn、藍(lán)藻生物量對細(xì)菌群落具有顯著影響。上述結(jié)果表明微生物制劑對改善蚌魚綜合養(yǎng)殖的效果不明顯。3)通過30天室外水槽實驗評價了碳氮比(6,8,10,12,14)對三角帆蚌、草魚、鯽魚和鰱(Hypophthalmichthys molitrix)綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)和細(xì)菌群落的影響。實驗期間,每天投喂鯽魚配合飼料。第0天、10天、20天、30天采樣分析水質(zhì)指標(biāo),第30天采集水體和底泥樣品分析細(xì)菌群落。實驗中總氮、總磷、總有機碳逐漸積累。氨氮和亞硝氮隨著碳氮比升高而降低。水體和底泥中的細(xì)菌群落無論在門還是屬的水平上均隨著碳氮比升高而改變,導(dǎo)致水體和底泥中細(xì)菌群落明顯變化的碳氮比分別是10和12。碳氮比升高有利于潛在益生菌和致病菌的生長。高碳氮比提高了水體和底泥細(xì)菌中化能異養(yǎng)和碳水化合物降解功能團的相對豐度,降低了硝化和反硝化功能團的相對豐度。上述結(jié)果表明添加外源碳改變水中碳氮比可顯著影響蚌魚綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)中的細(xì)菌群落和水質(zhì)。4)比較了添加碳源、添加微生物制劑、聯(lián)合添加碳源和微生物制劑對魚類混養(yǎng)系統(tǒng)環(huán)境和細(xì)菌群落的影響。實驗利用設(shè)在養(yǎng)殖池塘中的2000 L原位水槽進(jìn)行,每個水槽中放養(yǎng)2尾草魚、2尾鯽、1尾鰱。每天投喂配合飼料。當(dāng)實驗進(jìn)行到40天時將水槽分為四組,一組作為空白對照,一組每6天添加葡萄糖60 g,一組每6天添加諾碧清凈水劑和氨硝凈各2 g,一組每6天添加葡萄糖60 g、諾碧清凈水劑和氨硝凈各2g。實驗結(jié)果表明:添加碳源能顯著降低氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽,添加微生物制劑不能降低無機氮,添加碳源和微生物制劑對降低無機氮無協(xié)同作用。添加處理前后,各處理組中無論在門或?qū)偎�平上的�?yōu)勢種均未發(fā)生變化。碳源和微生物制劑影響B(tài)acillus和hgcl_clade屬細(xì)菌的相對豐度且兩者存在交互效應(yīng)。5)分析了蚌魚綜合養(yǎng)殖池塘中銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)和血紅裸藻(Euglena sanguinea)水華中大型聚集物(直徑10μm)結(jié)合細(xì)菌、小型聚集物(直徑1-10 μm)結(jié)合細(xì)菌、浮游細(xì)菌(直徑0.22-1 μm)。兩種水華中優(yōu)勢細(xì)菌門為Proteobacteria和Bacteroidetes,而Actinobacteria門細(xì)菌的相對豐度在兩種水華水體中都有所降低。Gemmatimonadetes門細(xì)菌主要集中在大型聚集物上,Bacteroidetes門細(xì)菌主要集中在小型聚集物上,Candidate_division_TM7門細(xì)菌主要聚集在浮游細(xì)菌群落中。藍(lán)藻水華中細(xì)菌優(yōu)勢種為Chlorobi,Chloroflexi,Fusobacteria門細(xì)菌;裸藻水華中細(xì)菌優(yōu)勢種為Deinococcus-Thermus門細(xì)菌。化能異養(yǎng)功能團主要集中在小型聚集物上和浮游細(xì)菌中,而需氧氨氧化,硝化反應(yīng)、人體疾病相關(guān)功能團主要集中在藍(lán)藻水華中大型聚集物上。上述結(jié)果表明藻際環(huán)境提供了不同的細(xì)菌生態(tài)位,不同的細(xì)菌表現(xiàn)出功能分化。不同浮游植物種類水華中存在各自的特異性細(xì)菌群落。6)在單種培養(yǎng)小球藻(Chlorellla variabilis)中添加微生物制劑諾碧清(兩株活性菌種為Bacilluslicheniformis和Bacillus sp.),在有光照和無光照的情況下分別監(jiān)測初級生產(chǎn)力和群落呼吸。結(jié)果表明添加外源細(xì)菌后顯著提高小球藻初級生產(chǎn)力和群落呼吸,增加了小球藻豐度和藻液中細(xì)菌豐度,但對小球藻藻液中細(xì)菌群落未產(chǎn)生顯著影響。該研究表明外源細(xì)菌可以通過提高小球藻初級生產(chǎn)力和細(xì)菌豐度改善水質(zhì),但未改變細(xì)菌群落組成。7)分析了外源碳調(diào)控魚類混養(yǎng)系統(tǒng)中無機氮途徑及浮游植物和細(xì)菌對無機氮轉(zhuǎn)化的作用。利用2000 L聚乙烯水槽構(gòu)建中型混養(yǎng)實驗系統(tǒng),每個水槽中放養(yǎng)1公斤草魚,3條鯽,1條鯉魚(Cyprinus carpio),1條鰱。每天投喂配合飼料。實驗進(jìn)行30天后,按照氨氮與外源碳1:3和1:6的比例設(shè)低碳源組和高碳源組,另設(shè)一組空白對照。實驗結(jié)果表明,對照組、低碳源組、高碳源組中氨氮均顯著下降,對照組中以硝化作用為主,低碳組中兼有硝化作用和同化作用,高碳組中以同化作用占主導(dǎo)。低碳組中細(xì)菌群落內(nèi)差異程度顯著低于對照組和高碳組的組內(nèi)細(xì)菌群落差異。細(xì)菌Chloroflexi門及其門下的Roseifexus屬相對豐度隨著碳源增加而增加。此外,利用500mL藍(lán)蓋玻璃瓶構(gòu)建原位微型實驗系統(tǒng)。一組不添加任何東西作為空白對照;一組按氨氮:外源碳=1:6添加碳源;一組先將浮游植物過濾后再添加碳源;一組添加碳源同時添加抗生素抑制細(xì)菌生長。實驗結(jié)果表明,碳源豐富情況下細(xì)菌和浮游植物對氨氮存在競爭關(guān)系,細(xì)菌同化作用不但能利用氨氮還能利用亞硝酸鹽和硝酸鹽,浮游植物同化作用以氨氮為主,細(xì)菌同化作用很大程度上被浮游植物抑制。在碳源豐富的情況下細(xì)菌Proteobacteria門存在著競爭優(yōu)勢,而細(xì)菌Bacteroidetes和Spirochaetae門存在競爭劣勢。碳源豐富情況下,Planctomycetes、Acidobacteria、Firmicutes門細(xì)菌的生長受浮游植物抑制。8)通過兩個原位實驗研究了碳源和兩種微生物制劑(諾碧清氨硝凈和諾碧清凈水劑)對養(yǎng)殖環(huán)境中氨氮轉(zhuǎn)化的影響。實驗一中設(shè)5組處理,一組為空白對照;一組添加碳源;一組添加異養(yǎng)菌劑;一組添加硝化菌劑;一組同時添加碳源和異養(yǎng)菌劑;一組同時添加碳源和硝化菌劑。實驗結(jié)果表明:各組氨氮均有下降,但途徑有所不同。對照組氨氮轉(zhuǎn)化成了亞硝酸鹽和硝酸鹽,硝化作用占主導(dǎo);碳源組只有一部分氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽;微生物制劑組以及微生物制劑和碳源的聯(lián)合組中氨氮下降后亞硝酸鹽和硝酸鹽不僅未增加,反而出現(xiàn)下降,碳源和微生物制劑存在交互效應(yīng),此時同化作用占主導(dǎo)。硝化菌劑只在第二天時候表現(xiàn)出硝化功能,其余時間都被同化作用抑制。細(xì)菌豐度變化顯示兩組微生物制劑組中以及微生物制劑和碳源聯(lián)合添加組中細(xì)菌數(shù)量顯著增加,碳源和微生物制劑對細(xì)菌數(shù)量存在交互效應(yīng)。實驗二中比較了滅菌失活后硝化菌劑和未失活硝化菌劑對無機氮轉(zhuǎn)化的影響。結(jié)果表明:滅菌和未滅菌組中無機碳和有機碳均明顯上升,兩組中無機氮的轉(zhuǎn)化趨勢一致,氨氮和亞硝酸鹽均未下降,硝酸鹽顯著下降。上述結(jié)果表明微生物制劑影響環(huán)境中無機氮轉(zhuǎn)化的原因可能是其具有碳源的作用,而碳源效應(yīng)與環(huán)境背景緊密相關(guān)。根據(jù)本研究結(jié)果,得出如下結(jié)論:1)在三角帆蚌,草魚和鯽魚綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)中添加諾碧清生物氨硝凈、碧沃豐生物BZT清污、華元谷納豆芽孢桿菌、EM微生物環(huán)境改良劑等四種商業(yè)微生物制劑不會明顯改善養(yǎng)殖產(chǎn)量和水質(zhì)。2)在三角帆蚌、草魚、鯽魚和鰱綜合養(yǎng)殖以及草魚,鯽,鯉魚和鰱混養(yǎng)系統(tǒng)中添加碳源可在一定程度上改善養(yǎng)殖水質(zhì),并且隨著碳氮比變化養(yǎng)殖水體和底泥中細(xì)菌群落發(fā)生明顯的變化。3)將硝化菌劑滅菌后其功能與未滅菌的作用無明顯變化,表明添加微生物制劑影響環(huán)境中無機氮轉(zhuǎn)化的原因可能是其本身發(fā)揮了碳源的作用。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S963
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本文編號：1283945