短短芽孢杆菌(Brevibacillus brevis)对鲤鱼养殖水质及其生长特性的影响

付保荣, 刘梦琦, 张润洁, 张楠, 任婧



短短芽孢杆菌()对鲤鱼养殖水质及其生长特性的影响

付保荣, 刘梦琦, 张润洁, 张楠, 任婧*

辽宁大学环境学院,沈阳 110036

试验共设单因素4水平, 分别对应水体中含0 mL、20 mL、60 mL、100 mL4种体积短短芽孢杆菌的试验组。通过测定养殖水体COD、NH4+-N、DO、pH等指标, 鲤鱼生长性能及消化酶活性等指标, 研究短短芽孢杆菌()对鲤鱼养殖水体水质及鲤鱼生长特性的影响。结果显示, 短短芽孢杆菌能有效降低养殖水体中COD和NH4+-N浓度(<0.05), 维持DO在较高水平(<0.05), 保持pH稳定, 改善养殖水质。试验组中鲤鱼的肥满度、增重率及特定生长率与对照组相比均显著提高(<0.05), 鲤鱼肠道蛋白酶、淀粉酶和肝胰脏淀粉酶活性与对照组相比显著升高(<0.05)。

芽孢杆菌; 短短芽孢杆菌; 养殖水质; 鲤鱼生长特性

1 前言

随着水产养殖业规模的扩大, 水产养殖过程中会产生大量的残饵、粪便以及养殖动物残骸,滋生大量病原微生物,致使水体微生态平衡被破坏,养殖水体水质日益恶化, 直接影响水产养殖动物的生长发育, 严重时导致养殖动物大量死亡[1]。所以寻找一种可以改善养殖水体水质、修复和维持养殖水体微生态平衡的途径, 势在必行。

微生态制剂又称微生态调节剂, 是从天然环境中筛选出来的有益微生物, 经过培养、发酵、干燥和加工等特殊工艺研制而成的一类活菌制剂, 具有改善养殖环境、维持养殖水体微生态平衡以及促进动物生长的作用[2]。芽孢杆菌在生长代谢过程中可以产生多种有机酸、维生素等营养物质, 有助于食物的消化吸收, 促进动物生长;还能够产生多种能降解有机物的酶类(蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等), 降解转化污染物质, 改善养殖生态环境[3–5]。另外, 芽孢杆菌属(Bacillus)菌种因能够产生芽孢, 抗逆性强, 故能耐高温、高压, 易加工储存[6], 是水产养殖中研究和使用较多的一类微生态制剂。本试验以实验室分离筛选出的1株短短芽孢杆菌为试验材料, 以一年生鲤鱼为研究对象, 通过向鲤鱼养殖水体中投加不同体积的短短芽孢杆菌, 研究短短芽孢杆菌对养殖水体环境、鲤鱼生长性能及消化酶活性的影响, 以期为短短芽孢杆菌在鱼类健康养殖中的合理利用提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 试验菌株

试验用短短芽孢杆菌分离纯化于沈阳市某鲤鱼养殖池塘, 采用牛肉膏蛋白胨液体培养基培养, 将培养到对数期的短短芽孢杆菌菌液于4 ℃离心(5000 r·min-1, 20 min), 用灭菌的磷酸盐缓冲液(pH 7)洗涤三遍后, 用无菌水重悬[7], 调整短短芽孢杆菌菌悬液活菌数为3×108cfu·mL-1。

2.2 试验动物及饲养管理

试验用当年生鲤鱼鱼种购买自沈阳市某农贸市场, 平均体质量为80±5 g, 体长为16±1 cm。鲤鱼用基础颗粒饲料投喂驯化7 d后, 选择规格为20×30×50 cm长方体水族箱进行饲养试验, 每一水族箱加入20 L经过曝气的自来水, 放入5尾经过驯养的健康、质量基本一致的鲤鱼, 配有1台增氧机, 每天晚21:00至次日上午9:00充氧12 h, 试验期间水温为25±2 ℃。每天投喂2次, 上午8: 30和下午4: 30各投喂一次, 使其饱食并无饲料剩余。

2.3 试验设计

试验设4个水平, 分别为对照组、试验组1、试验组2、试验组3, 各组短短芽孢杆菌投加量见表1, 每组3个重复, 共12个处理。试验周期60 d,每隔12 d向养殖水体中重新投加一次短短芽孢杆菌制剂, 每隔6 d测定水体COD、NH4+-N、DO、pH;试验结束后, 鲤鱼禁食24 h后, 将每尾鱼空腹称重, 测量体长。最后, 每个处理各取2尾鱼, 每个水平共6尾鱼用于鲤鱼体内肠道蛋白酶、肠道淀粉酶和肝胰脏蛋白酶、肝胰脏淀粉酶的活性测定。

2.4 测定指标及方法

2.4.1 水质理化指标测定

COD: 采用高锰酸钾法(GB 11892—1989)测定;

NH4+-N: 采用纳氏试剂分光光度法(HJ 535—2009)测定;

DO: 采用碘量法(GB/T7489—87)测定;

pH: 采用YSI多功能水质分析仪测定。

2.4.2 生长性能指标测定

肥满度(%)=终末均重/(终末均长^3)×100;

增重率(%)=[(终末均重－初始均重)/初均重]×100;

特定生长率(%)=( ln终末均重－ln初始均重)/试验天数×100。

2.4.3 消化酶活性测定

(1)消化酶分析样品的制备: 将鲤鱼断脊处死后, 置于冰盘上解剖, 打开腹腔, 分别取出肝胰脏和全肠, 剔除脂肪, 用4 ℃的去离子水小心冲洗肠内容物, 用滤纸轻轻吸去水分, 称重后剪碎, 按重量:体积为1:9加入4 ℃的磷酸盐缓冲液(pH 7), 在冰浴下匀浆, 匀浆液在4000 r·min-1、4 ℃下离心30 min, 获得上清液即为粗酶液, 置于4 ℃下保存, 供作酶活测定[8]。

(2)消化酶活性测定:

蛋白酶活性: 采用Folin-酚法测定, 每克组织每分钟水解酪蛋白产生1 μg酪氨酸定义为1个酶活性单位(U);

淀粉酶活性:采用碘-淀粉比色法测定, 每克组织每小时酶促生成1 mg葡萄糖定义为1个酶活性单位(U)。

表1 短短芽孢杆菌投加量

2.5 数据统计与分析

用SPSS22.0软件对数据进行单因素方差分析 (One-way ANOVA), 若组间差异显著, 以Duncan氏方法进行多重比较。<0.05为差异显著, 结果以平均值±标准误表示。

3 结果与分析

3.1 短短芽孢杆菌对养殖水体水质的影响

(1)短短芽孢杆菌对养殖水体中COD的影响

从图1可以看出, 随着养殖时间的延长, 4组养殖水体中的COD均呈现逐渐上升的趋势。从第12 d开始, 3组试验组养殖水体中的COD均显著低于对照组(<0.05), 从第24 d开始, 试验组3养殖水体中的COD显著低于其他各组。试验结束时, 对照组、试验组1、试验组2和试验组3养殖水体中的COD分别为54.57 mg·L–1、40.29 mg·L–1、42.85 mg·L–1和36.77 mg·L–1。上述结果表明在水体中添加短短芽抱杆菌可以有效降低COD含量。

(2)短短芽孢杆菌对养殖水体中NH4+-N的影响

从图2可以看出, 养殖水体中NH4+-N浓度随着养殖时间的延长呈现出逐渐上升的趋势, 对照组养殖水体中NH4+-N浓度显著高于其他试验组, 从第24 d到第48 d期间内, 试验组1和试验组2养殖水体中的NH4+-N浓度差异不显著(>0.05), 在整个试验周期内, 试验组3养殖水体中的NH4+-N浓度上升趋势较为平缓, NH4+-N浓度显著低于其他各组。试验结束时, 与对照组相比, 试验组1、试验组2和试验组3养殖水体中的NH4+-N分别降低7.20%, 16.70%, 21.20%。上述结果表明在养殖水体中添加短短芽抱杆菌, 可以在一定程度上降低NH4+-N含量。

图1 各试验组养殖水体中COD的变化

图2 各试验组养殖水体中NH4+-N的变化

(3)短短芽孢杆菌对养殖水体中DO的影响

试验过程中采取间断充氧, 理论上充氧时间与充氧量相同, 各组DO应该相同, 但实际上对照组DO远小于试验组, 从图3可以看出, 对照组养殖水体中DO含量前24 d呈现下降趋势, 从第24 d到第48 d呈现上升趋势, 然后DO含量趋于平稳。试验组1、2、3养殖水体中DO在前18 d呈现上升趋势, 在第18 d到第30 d呈现下降趋势, 然后DO含量趋于平稳。从第12 d开始, 试验组养殖水体中DO含量显著高于对照组(<0.05)。上述结果表明向养殖水体中投加短短芽孢杆菌可以使养殖水体中的DO不发生大幅度的波动, DO含量维持在较高水平。

(4)短短芽孢杆菌对养殖水体中pH的影响

从图4可以看出, 在整个试验周期内, 对照组养殖水体的pH随着养殖时间的延长逐渐降低, 直至试验结束, pH还有逐渐降低趋势。从第12 d开始, 试验组2与试验组3养殖水体的pH在整个试验周期内差异不显著(>0.05), 从第30 d开始, 试验组2和试验组3养殖水体pH显著高于对照组(<0.05)。在前42 d, 试验组1养殖水体pH波动范围较大, 从第42 d开始, 3组试验组养殖水体pH波动范围不明显。上述结果表明向养殖水体中投加短短芽孢杆菌可以使养殖水体中的pH不发生大幅度的波动, 能起到较好地稳定水质的作用。

图3 各试验组养殖水体中DO的变化

图4 各试验组养殖水体中pH的变化

3.2 短短芽孢杆菌对鲤鱼生长性能的影响

经过60 d饲养试验, 各试验组对鲤鱼生长性能的影响如表2所示。与对照组相比, 试验组1鲤鱼终末均重与对照组相比没有显著变化(>0.05);试验组2鲤鱼终末均重、增重率及特定生长率等指标显著升高(<0.05);试验组3鲤鱼增重率及特定生长率显著高于其他组(<0.05)。

3.3 短短芽孢杆菌对鲤鱼消化酶活性的影响

养殖试验60 d结束后, 各试验组对鲤鱼肠道和肝胰脏消化酶活性的影响结果如表3所示。各试验组鲤鱼肠道蛋白酶、肠道淀粉酶和肝胰脏淀粉酶活性与对照组相比均显著升高(<0.05);与对照组相比,试验组1鲤鱼肠道淀粉酶活性显著高于其他组(<0.05); 试验组2鲤鱼肝胰脏蛋白酶活性没有显著变化(>0.05);试验组3鲤鱼肠道蛋白酶和肝胰脏淀粉酶活性显著高于其他组(<0.05)。

表2 各试验组对鲤鱼生长情况的影响

注:同一行数据标有不同上标字母表示数据间差异显著(<0.05)。下表同。

表3 各试验组对鲤鱼消化酶的影响

4 讨论

4.1 短短芽孢杆菌对养殖水质的影响

在高密度、集约化的水产养殖过程中, 由于残饵、粪便的积累导致水体中有机物不断增加, COD、NH4+-N含量升高, DO及pH降低, 引起水质恶化, 增加了养殖对象患病的危险[9]。

本试验研究结果表明, 短短芽孢杆菌能有效遏制COD含量升高, 减轻水质恶化。试验过程中, 各组养殖水体COD含量均随养殖时间的延长不断升高, 这可能是由于剩余饵料与鲤鱼排泄物积累过多, 超过短短芽孢杆菌的降解能力, 所以COD含量不断增加, 对照组养殖水体自净能力有限, 因而随着有机物的增加,COD迅速上升。杨艳等[10]向鲫鱼养殖水体中投加巨大芽孢杆菌制剂后, 养殖水体COD含量显著下降;杭小英等[11]将枯草芽孢杆菌制剂投加到罗氏沼虾养殖池塘水中, 养殖水体的COD水平显著降低。

试验结果表明短短芽孢杆菌可以有效降低养殖水体中NH4+-N浓度, 分析原因可能一方面是由于短短芽孢杆菌通过同化作用将NH4+-N转化为自身营养物质[12], 另一方面可能是通过影响水体中的氮循环细菌的数量而促进水体中氮素循环[13]。姚茹等[14]发现在饲料中添加枯草芽孢杆菌制剂能够降低养殖水体中的NH4+-N, 在一定程度上使养殖水质得到优化;S Nimrat等[15]将复合芽孢杆菌投加到白对虾养殖池塘中, 养殖水体中NH4+-N浓度显著降低。

试验过程中向养殖水体中投加短短芽孢杆菌可以在一段时间内维持养殖水体DO不发生大幅度波动, 维持在稳定状态。夏来根等[16]研究结果表明芽孢杆菌制剂可以有效提高养殖水体DO含量。Ji- Hoon Cha等[17]向褐牙鲆养殖水体中投加芽孢杆菌后, 养殖水体DO显著提高。

试验结果表明短短芽孢杆菌对养殖水体pH值具有一定的调节作用, 试验过程中3组试验组养殖水体的pH先下降后上升, 到试验后期, pH在小范围内波动, 分析原因可能是因为短短芽孢杆菌能够降解水体中的大分子有机物, 降低了酸性降解物的积累[18];且短短芽孢杆菌以NO3--N为最终电子载体, 生成NO2--N, 从而使养殖水体pH维持稳定[19]。

4.2 短短芽孢杆菌对鲤鱼生长性能的影响

本试验向鲤鱼养殖水体投加不同体积的短短芽孢杆菌, 结果表明短短芽孢杆菌能够有效促进鲤鱼生长。国内外已有大量研究表明, 芽孢杆菌中的枯草芽孢杆菌和短小芽孢杆菌等对南亚野鲮幼鱼[20]、青鱼[21]及鲈鱼[22]等水生鱼类的生长性能有明显提高, 如表4所示。一般认为, 芽孢杆菌能够促进水产动物生长, 一方面可能是芽孢杆菌菌体含有大量蛋白质、矿物质和维生素等营养物质, 为水产养殖动物补充营养[23];另一方面, 芽孢杆菌在代谢过程中产生多种酶类或者其他促生长化合物, 有助于动物对食物的消化和吸收, 促进动物生长[24]。

4.3 短短芽孢杆菌对鲤鱼消化酶活性的影响

试验向鲤鱼养殖水体投加短短芽孢杆菌可以显著提高鲤鱼消化酶活性(<0.05)。一般认为, 消化酶是动物体内消化吸收饲料的首要工具, 其活力高低对动物利用饲料的程度有很大影响, 芽孢杆菌增殖过程中会产生淀粉酶和蛋白酶等大量消化酶, 这些酶进入动物体内, 与动物机体自身的酶一起发挥作用, 可以提高动物体内消化酶的活性[25]。已有试验证实, 芽孢杆菌如凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌等对尖吻鲈[26]、刺参[27], 虾[28]等水生动物体内的胃淀粉酶、肠道蛋白酶和肠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, 在试验中, 短短芽孢杆菌对鲤鱼消化系统内4种消化酶活性的影响规律并不一致。其中, 试验组3鲤鱼肠道蛋白酶、肝胰脏蛋白酶活性和淀粉酶活性提高最为显著, 而肠道消化酶活性反而低于试验组1鲤鱼肠道消化酶活性。类似的结论在Koca S B等[29]研究中也有所体现, 虹鳟鱼肠道消化酶活性受枯草芽孢杆菌影响不明显, 饲养70 d后, 酶活性与对照组无显著区别。可见, 除菌剂投加量外, 芽孢杆菌对消化酶活性的作用效果还与消化酶自身的性质有关。

5 结论

本文研究结果表明, 短短芽孢杆菌能够有助于维持鲤鱼养殖水体水质稳定, 使养殖过程中水体中的COD和NH4+-N维持在相对较低的水平, DO和pH不发生大幅度波动;同时对鲤鱼个体生长有促进作用, 鲤鱼消化系统内消化酶活性显著提高。可见, 短短芽孢杆菌在养殖水体净化, 促进生物生长方面具有一定的潜在应用价值。

表4 不同微生物制剂对养殖动物生长性能的影响

表5 不同微生物制剂对养殖动物消化酶影响

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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

太子河流域山区段河流生态修复与功能提升关键技术与工程示范(2015ZX07202012)

付保荣(1965—), 女, 博士, 教授, 主要从事环境生物学研究, E-mail: fubaorong@yahoo.com.cn

通信作者:任婧(1988—), 女, 博士, 讲师, 主要从事环境生物学研究, E-mail: renjing@lnu.edu.cn

付保荣, 刘梦琦, 张润洁, 等. 短短芽孢杆菌()对鲤鱼养殖水质及其生长特性的影响[J]. 生态科学, 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.