對蝦養殖環境中浮游微藻、細菌及水質的關係


摘自《廣東海洋大學學報》




近十幾年來，水產養殖迅速發展，對蝦養殖已成為我國許多地方重要的經濟產業，並隨養殖規模的擴大和出口的增加而取得巨大的經濟效益和社會效益，但高密度養殖下的殘餘餌料及水產動物的排泄物易造成水質惡化、細菌孳生，增加了養殖對蝦病害發生的機會。

使用大量化學藥物防治病害的效果不明顯，並增加病菌的耐藥性，且化學藥品的積累破壞或干擾了水體原有微生物區系的生態平衡，對環境造成污染的同時能在生物體內殘留影響產品品質。

用微藻和有益菌改善養殖水體生態環境，抑制病原微生物，修復淨化養殖水環境因其科學安全、環境友好等諸多優點在水產養殖業中越來越受重視[1-3]，是解決養殖生態環境失衡、病害頻發、周邊水域環境富營養化等問題的突破口，是未來養殖業發展的趨勢。

筆者總結了近十幾年藻、菌生物技術及其協同改善養殖水環境的研究概況，以期為藻、菌結合優化養殖水質維持生態系統動態平衡，構建藻、菌生物調控技術提供參考資料。


1 養殖池中微藻的作用

1.1 養殖池中微藻對水體理化因數的影響

水質調控是對蝦養殖成敗的關鍵因素之一。

有學者提出對蝦養殖的水質要求：pH 7.8 ~ 8.8；養殖初期透明度在25 ~ 30 cm，中後期在15 cm 以上；DO 約6 mg•L-1；亞硝酸鹽氮小於0.05 mg•L-1；氨氮小於0.2 mg•L-1；硫化氫小於0.1 mg•L-1 [4]；有效磷濃度應大於0.046 mg•L-1；有效氮濃度大於0.34mg•L-1[5]。

而過高的氨氮、亞硝氮、硫化物將引起對蝦一系列生理生化指標的變化，使其抵抗力下降而易發疾病[6-9]。

水體中各項水質因數的變動與浮游微藻種群的生長變動有密切關係。

浮游微藻能為水體提供氧氣，吸收水中的營養鹽及某些有毒有害物質而改善水質[10]。因而是水體中各種水質因數變化的重要緩衝環節，對減緩水生動物的應激反應十分重要。

有學者將波吉卵囊藻（Oocystis borgei）和微綠球藻（Nannochloris oculata）固定化處理後用以優化養殖生態，發現微綠球藻對於增加溶氧作用明顯，混合藻對於降低COD 作用較為突出，接入微藻對養殖水環境pH 值提高有一定作用，並能有效降低水體中的氨氮和亞硝酸鹽，在一定程度上促進對蝦免疫酶活性，增強對蝦抗病力[11-12]。


1.2 養殖池中微藻對水色的影響

水體中微藻群落結構對水色具有重要影響。水色是水產養殖中水體環境品質的外觀表現，也是水體營養狀況的生物表徵，不同水色可反映不同的水質營養狀況。

微藻種類是水色的重要成因。如水體綠藻繁殖較多時呈鮮綠色，矽藻大量繁殖時呈黃褐色，甲藻大量繁殖時呈黑褐色，藍藻大量繁殖時為藍綠色[13]。

蝦池浮游微藻中，綠藻和矽藻是精養蝦池的優勢種群，許多學者和養殖者認為綠藻為主體的綠色水系是理想的養殖水體，這可能是因為以綠藻為主的綠色水系對水環境變化的適應性較強，能大量吸收氮肥，容易保持池水“活、爽”，水體水質穩定，蝦病較少。

以矽藻為主的褐色水系藻類單一，穩定性不及綠色水系，對蝦容易產生應激反應[14]。


1.3 養殖池中微藻與水體營養鹽的相互作用

營養鹽是浮游微藻生長繁殖的必需營養來源，如氮、磷參與植物生長發育過程中的各種代謝活動，對植物的光合速率、光合效率、氨基酸合成影響甚大，磷限制時，微藻光合作用中的光飽和速率下降[15-17]。

氮限制能夠誘導藻細胞進入靜止期[18]，氨基酸合成受抑制，蛋白質含量減少，碳水化合物和脂類含量增加，出現能量積累趨勢[19-21]。

水體營養鹽濃度與微藻的密度往往呈負相關，構成蝦池初級生產力的限制因素。不同微藻對營養鹽的需求不同，這決定了微藻間可能存在競爭或共存的關係，也是維持水體中微藻生物多樣性的基礎[22]。

研究表明，水體中營養鹽的形式及濃度對浮游植物的生物量、種類數和種類組成影響較大。如綠球藻在硝酸鹽為28.30 mg•L-1、PO4３＋-P 為2.076 mg•L-1 時生長效果較好[23]。谷皮菱形藻以 CO(NH2)2 為氮源時生長最快，而NaNO3 為0.72 g•L-1 時有利於其生長[24]。

有研究指出，氮為2.0 mg•L-1、磷為0.3 mg•L-1 時，池水中藻類高峰期維持時間長，北方某些鹽度相對較高的池塘，施氮磷混合肥可有效促進小球藻等藻類增長，達到定向培育的目的[25]。

還有學者研究不同氮磷水準對微藻生長及競爭的影響，認為較低氮磷的水體中，微囊藻易成為優勢種，而在較高氮磷的水體中，四尾柵藻更容易成為優勢種[26]。

一些學者認為，氮磷比接近或等於20︰1 可有效控制固氮藍藻的爆發，低氮磷比有利於藍藻進行固氮作用，高氮磷比則有利於綠藻繁殖，提出引進某些對藍藻有拮抗作用的優良藻類進行選擇性施肥以控制藍藻生長[27]。


1.4 養殖池中微藻與蝦病的關係

水體中微藻的種類和數量與養殖對蝦的病害發生有密切關係，尤其是赤潮生物類群和數量與蝦病程度呈正相關[10]。

如對蝦養殖期，微囊藻的大量繁殖（平均密度達到1.0 ×107 /L 或優勢度平均達到35%以上）可降低淡化蝦池中浮游藻類群落的豐富度和多樣性，影響浮游藻類組成及群落穩定性，進而導致養殖對蝦發病，並隨微囊藻密度或優勢度升高而病情加重，對蝦養殖成活率和生長速度隨之降低[28]。

引入固定化波吉卵囊藻（Oocystis borgei）和微綠球藻（Nannochloris oculata）於凡納濱對蝦養殖環境中，發現藻珠可抑制弧菌的生長，提高與對蝦抗病力有關的酶的活性[29-30]。

某些微藻由於其表面的特殊結構可在一定時間內攜帶病毒感染養殖對蝦，如湛江等鞭金藻( Isochrysis zhanjiangensis) 、亞心形扁藻( Platymonas subcordiformis) 、鹽藻(Dunaliella salina) 和中肋骨條藻(Skeletonema costatum )可在一定時間內攜帶WSSV，並通過攝食方式感染浮游動物，使之成為WSSV 陽性，由此將WSSV 傳播給攝食浮游動物的對蝦幼體[31]。

還有報導指出赤潮異彎藻(Heterosigma ashiwo)對中國對蝦感染白斑綜合症病毒有一定影響，加入赤潮異彎藻的實驗組比對照組白斑綜合徵發病稍有緩和，檢測到的病毒數少於對照組，死亡高峰期也推遲[32]。


2 微藻與細菌相互關係

水環境中藻類和細菌的關係十分密切。

細菌是養殖水生生態系統中另一重要組成部分，對養殖水體的水質淨化和水環境生物修復有重要作用，是養殖生態系統中物質迴圈和能量轉換的主要推動者，可通過硝化作用、氨化作用為浮游生物提供氨態氮、硝態氮。有些細菌可迅速水解ATP 類的5’-核苷酸並還原為無機磷供浮游微藻吸收，同時吸收藻類產生的有機物質, 並為藻類的生長提供營養鹽和必要的生長因數，如有些細菌可把Fe3+還原為易溶性的Fe2+，為藻類生長提供必需的鐵元素，從而調節藻類的生長環境[33]。

細菌可通過其代謝物對微藻生長產生抑制或促進影響，亦可通過直接或間接的作用抑制藻細胞的生長，甚至裂解藻細胞。

研究發現，中性檸檬酸菌（Citrobacter intermedius）的分泌物對斜生柵藻（Scenedesmus obliquus）、粉核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）、羊角月牙藻（Selenastrumcapricormutum）、水華魚腥藻（Anabaena flosaquae）和易變魚腥藻（A. vqriabilis）的生長有促進作用，對銀灰平裂藻（Merismopedia glauca）、萊茵衣藻（ Chlamydononas reinhardii ） 和銅綠微囊藻（Microcystis aerugiuosa）的生長具有抑制作用。

細菌對藻類的作用並非僅僅體現在藻細胞的數目上，還作用於細胞大小。如中性檸檬酸菌胞外分泌物可促進粉核小球藻細胞個體的增大[34]。螺旋藻培養過程中菌類代謝物能直接損害藻體[35]。

細菌還會顯著影響藻菌共培液中胞外酶的活性[36]。


藻類對細菌亦有進或抑制兩方面的作用。

藻類生長佔優勢時可抑制細菌，而當藻類衰敗時則促進了細菌的增殖。如在餌料微藻大面積培育系統中很少檢測到弧菌，以微藻為餌料的蚤狀幼體培育期水體中弧菌數量降至最低點，說明微藻的大量存在可能限制弧菌生長[37]；處於生長指數後期至靜止期的微藻培育系統可強烈排斥弧菌[38]。還有報導稱，等鞭金藻、扁藻等的分泌物對鰻弧菌Vibro anguillarum也有抑制作用[39]。


3 微藻和細菌在養殖中的應用

浮游微藻在養殖生產上應用較多，如養殖池注水後經合理施肥培育一定濃度的浮游微藻，可增加水體溶氧，吸收有害物質，改善水質，並為養殖生物提供一定餌料[40]；根據環境條件定向培育有益微藻，控制水體中藻類數量，殺滅有害藍藻[41]；水色是水體微藻的直觀表現，定期觀測水色可直接快速判別水中微藻，具環境監測及生產預警作用[42-43]，為無鑒定檢測微藻與水質的生產實踐提供指導。


近十幾年來，隨著養殖生產引起的嚴重污染人們對安全、高效改善養殖環境研究的日益深入，有益微生物的應用日益廣泛。

研究表明，微生態複合菌製劑有良好的水質調節作用，可明顯改善蝦池環境：有效降低氨氮、亞硝酸鹽、COD、BOD、硫化物、有機物含量（4 d 後COD 的去除率為43.52%），降解大分子有機物，促進水中氮迴圈速率[44-46]，養殖池中細菌和弧菌總數也不同程度降低[47-48]，並可調節水體 pH 值，增加水體溶解氧，營造良好水色；影響機體中過度繁殖菌群的活性，在水體中形成生物團，增加基礎餌料數量，進而改變機體消化道的內環境，調節消化道菌群組成，改善機體代謝，啟動免疫系統，提高動物免疫力，還能促進動物消化道吸收，達到促進養殖動物生長的目的[49-50]。


微藻和細菌是水生態系統中調節各環境因數兩最重要的微小生物，在水生態系統中有重要作用和地位。

目前，對藻菌間關係的研究逐漸深入，許多研究者嘗試分析微藻、細菌群落，將它們間的競爭、拮抗、共生關係應用於養殖生產。一般來說，細菌主要通過營養物交換，氣體、酸鹼度調節等促進藻類生長。

細菌通過分解有機物，為藻體提供了二氧化碳、大量無機物、生長因數等，同時對水體pH 值也起了調節作用。

研究指出，養殖池塘自有菌群的部分菌株降解、轉化物質能力較弱，自身的繁殖無法給浮游微藻的繁殖生長提供充足的營養元素，所以菌―藻不能同時增長，出現異養細菌數量增多，浮游微藻數量減少的狀況時，施放有益芽孢桿菌群的池塘由於菌株在自身繁殖的同時，快速降解、轉化有機物質，為浮游微藻的繁殖生長提供營養元素，使浮游微藻能平穩繁殖，且能明顯抑制浮游藍藻和弧菌的繁殖（藍藻占浮游微藻總量的20%以下，弧菌的數量為103 /mL 以下）[51]。

斑節對蝦節水型養殖就是利用有益微生物分解養殖過程中產生的有機物，採用單細胞藻類吸收利用營養鹽，使養殖環境品質得到改善，投放有益微生物的試驗池底質硫化物含量波動較小，增速較慢，增幅較小。

在養殖後期試驗池底質硫化物含量只增高68%，而對照池增高252%，在一定程度上抑制水體和底質中硫化物的積累[45]。

細菌可合成藻類必需的生理活性物質（如維生素B12），而藻細胞的特殊代謝物也可促進某些細菌的生長繁殖。因此，藻類和細菌常構成藻菌共生系統[33]。

許多學者利用這種共生關係，研究如何建立藻―菌系統以淨化水質，維持穩定的微生態平衡。如以柵藻、小球藻、亞硝酸化細菌、硝化細菌的最優化數量配比2.13∶1∶2.38∶3.73 去除池塘老化水體中的氨態氮、亞硝酸態氮，去除率分別為97.3%和68.8%，遠遠高於單用藻或菌，同時能增加養殖水體溶解氧，並可為水產動物提供1.6×106 /mL 的天然藻類餌料[52]。

為改善富營養化水體水質，以由改良高分子材料製成的人工水草作藻―菌生物膜的載體，水體透明度由6 cm 增至62 cm，對COD、TP、TN和NH4+-N 的削減率依次為92.89%、49.25%、94.97%和70.15%，DO 亦可維持在一定水準[53]。


養殖水生生態系統極為複雜，但其微生物間存在一定的平衡關係。

由於生物之間競爭和協同作用，向水體中投入一定量有利於水質改良而對養殖動物無害的有益微生物後，一種新動態平衡得以建立，進而改良水質，抑制病原菌生長，使養殖動物健康生長。

我國對藻―菌關係在水產養殖中的應用研究尚處於初步階段，只有深入分析養殖水體理化因數、藻菌關係及生理生化特性，以及這種關係對養殖水環境的影響，並加以合理利用，才能構建良好的菌藻群落結構，抑制有害藻類、病原菌的增長，為進一步建立安全高效的養殖水質調控技術，優化養殖水環境，控制病害發生，提高養殖生產的經濟效益和生態效益，提供充實的理論支撐。