小檗堿對養(yǎng)殖池塘生態(tài)環(huán)境的影響

胡雪+姬玉+李唯民+張樹林+張達(dá)娟

摘 要：為了探討小檗堿在養(yǎng)殖池塘中實(shí)際應(yīng)用的可能性及對環(huán)境的影響，選取一藍(lán)藻爆發(fā)的養(yǎng)殖池塘為試驗地，向全池潑灑小檗堿，監(jiān)測小檗堿潑灑后192 h內(nèi)養(yǎng)殖水體的主要水質(zhì)理化指標(biāo)、浮游生物組成及生物量的變化。結(jié)果表明，小檗堿對養(yǎng)殖池塘的溶解氧、亞硝酸態(tài)氮、氨態(tài)氮，有不同程度的抑制作用，對于COD和硝酸態(tài)氮有一定的促進(jìn)作用；對藍(lán)藻門生物量存在明顯的抑制作用，而對綠藻門及硅藻門生物量均存在不同程度的促進(jìn)作用。小檗堿可以作為抑制銅綠微囊藻大量爆發(fā)的生態(tài)調(diào)節(jié)劑，具有改善水質(zhì)的作用，有著十分廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：小檗堿；生態(tài)環(huán)境；銅綠微囊藻

中圖分類號：S955 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.07.004

Abstract： In order to investigate the possibility of using berberine to inhibit the cyanobacteria blooms in the aquaculture ponds and effects on environmental conditions， a pond was chosen and splashed berberine solution into the pond water. The indexes of water quality and the composition of plankton and biomass were monitored. The results showed that the berberine inhibited the DO， NO2-N and NH4-N， and promoted the COD and NO3-N. The berberine also inhibited the biomass of cyanobacteria and enhanced biomass of Chlomphyta and Bacillariophyta. Berberine， as an ecological regulator， could inhibit cyanobacteria blooms， improve the water quality， showing broad application prospects.

Key words： berberine； ecological environment； Microcystis aeruginosa

淡水養(yǎng)殖池塘是一個較為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，由于多種因素的影響與干擾，常常致使池塘水質(zhì)發(fā)生明顯的變化[1]，其中最為明顯的即為營養(yǎng)鹽含量的顯著上升，很多養(yǎng)殖池塘由于不合理的飼養(yǎng)方式及飼養(yǎng)密度，使水質(zhì)呈污染狀態(tài)，且富營養(yǎng)化程度很高[2]。當(dāng)溫度、pH值等其他環(huán)境條件適宜時，銅綠微囊藻可以在富營養(yǎng)化的水體中快速繁殖、生長，且易爆發(fā)形成水華。銅綠微囊藻的爆發(fā)可以在短時間內(nèi)破壞養(yǎng)殖水環(huán)境的平衡，造成養(yǎng)殖對象不同程度的死亡[3-4]。對于銅綠微囊藻水華的控制可以通過物理方法、化學(xué)方法和生物處理等方法來實(shí)現(xiàn)，但存在著成本高、作用水體小、易造成二次污染及作用緩慢等缺點(diǎn)[5]，不適宜規(guī)?；竺娣e應(yīng)用，迫切需要提出新的抑藻技術(shù)。

近幾年興起的化感物質(zhì)抑藻的研究受到廣大關(guān)注，被認(rèn)為是一種高效、安全的新型抑藻技術(shù)[6-8]。小檗堿又稱黃連素、小蘗堿、小檗鹼，是一種常見的異喹啉生物堿，可以在中草藥黃連、黃柏等植物的根莖中大量提取，由于其具有安全性高、來源性廣等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖水環(huán)境的調(diào)控中[9-10]。實(shí)驗室的研究結(jié)果表明，小檗堿對銅綠微囊藻具有顯著的抑制作用，并且檢測到其濃度在20 mg·L-1時，抑藻效果明顯，且對模擬池塘的生態(tài)系統(tǒng)不產(chǎn)生顯著影響，這使小檗堿抑制藍(lán)藻的實(shí)際運(yùn)用有了更深入的理論支持[11]。本試驗擬通過在爆發(fā)藍(lán)藻水華的泥鰍養(yǎng)殖池塘中運(yùn)用小檗堿進(jìn)行抑藻試驗，旨在探討小檗堿在養(yǎng)殖池塘實(shí)際應(yīng)用的可能性。

1 材料和方法

1.1 試驗池塘及基本條件

試驗池塘為位于天津市漢沽區(qū)某養(yǎng)殖廠的泥鰍養(yǎng)殖池塘，長58.3 m，寬19 m，深1 m。

1.2 試驗設(shè)計及方法

試驗所需小檗堿為由天津馬克生物技術(shù)有限公司提供的標(biāo)準(zhǔn)品，純度97.89%，制成小檗堿母液，備用。

2014年6月27日銅綠微囊藻大量爆發(fā)，全池潑灑濃度為小檗堿，使其濃度達(dá)20 mg·L-1，潑灑后每48 h采樣1次，共采樣5次，對相應(yīng)水質(zhì)理化指標(biāo)進(jìn)行測定并對浮游生物種類組成進(jìn)行鑒定分類。

1.2.1 水化學(xué)樣本的采集及測定 水化學(xué)樣本的采集及測定均按照《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》[12]執(zhí)行。測定的主要指標(biāo)有pH值、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、硝酸態(tài)氮（NO3-N）、亞硝酸態(tài)氮（NO2-N）、氨氮（NH4-N）、磷酸鹽（PO43-P）。每個指標(biāo)的測定均重復(fù)3次，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1.2.2 浮游生物樣本的采集及分析 浮游生物樣本的采集及分析均按照《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》[12]執(zhí)行。每個樣品重復(fù)計數(shù)3次，每次誤差小于15%為有效。在浮游生物計數(shù)的基礎(chǔ)上采用細(xì)胞平均濕重法推算生物量。

2 結(jié)果與分析

2.1 小檗堿對泥鰍養(yǎng)殖池塘生態(tài)系統(tǒng)主要水化學(xué)指標(biāo)的影響

2.1.1 酸堿度（pH值） 小檗堿對養(yǎng)殖池塘酸堿度（pH值）的影響如圖1所示，使用小檗堿后池塘pH值明顯降低，96 h后pH值逐漸增大，192 h時pH值達(dá)到7.62。

2.1.2 溶解氧（DO） 潑灑小檗堿后，養(yǎng)殖水體DO呈下降趨勢（圖2），在48 h后下降較為劇烈，192 h水體平均DO含量為2.12 mg·L-1。單因素方差分析結(jié)果表明，小檗堿作用時間顯著影響?zhàn)B殖水體DO含量（P<0.01）。

2.1.3 化學(xué)需氧量（COD） 潑灑小檗堿后，池塘養(yǎng)殖水體COD含量呈上升趨勢（圖3），且潑灑48 h以后上升十分明顯。COD含量在4.24～5.25 mg·L-1之間，平均值為2.69 mg·L-1，單因素方差分析結(jié)果表明，小檗堿作用時間對養(yǎng)殖水體COD含量有顯著影響（P<0.01）。

2.1.4 硝酸態(tài)氮（NO3-N） 試驗池塘水體NO3-N含量介于0.13～0.15 mg·L-1之間，平均含量為0.14 mg·L-1。隨著小檗堿潑灑時間的增加，養(yǎng)殖池塘NO3-N含量逐漸增大，至192 h時NO3-N含量達(dá)0.15 mg·L-1（圖4）。單因素方差分析結(jié)果表明，小檗堿作用時間顯著影響?zhàn)B殖池塘內(nèi)NO3-N含量（P<0.01）。

2.1.5 亞硝酸態(tài)氮（NO2-N） 隨著小檗堿作用時間的延長，養(yǎng)殖池塘內(nèi)NO2-N的含量逐漸減?。▓D5），在192 h時NO2-N含量為0.015 mg·L-1，并且達(dá)到最小值，單因素方差分析結(jié)果表明，小檗堿可以顯著降低養(yǎng)殖池塘水體NO2-N含量（P<0.01）。

2.1.6 氨態(tài)氮（NH4-N） 潑灑小檗堿后，養(yǎng)殖水體NH4-N含量逐漸降低（圖6），在192 h時降到0.20 mg·L-1，單因素方差分析結(jié)果表明，小檗堿可以顯著降低池塘水體的NH4-N含量（P<0.01）。

2.1.7 磷酸鹽（PO43--P） 潑灑小檗堿后，養(yǎng)殖池塘水體PO43--P含量呈先下降再上升的趨勢（圖7），于48 h時達(dá)最低，為0.03 mg·L-1，于192 h時達(dá)到高，為0.04 mg·L-1。

2.2 小檗堿對養(yǎng)殖池塘浮游生物組成的影響

2.2.1 浮游植物種類組成 5次采樣共鑒定出綠藻門（Chlomphyta）、藍(lán)藻門（Cyanophyta）和硅藻門（Bacillariophyta）共3門浮游植物。其中綠藻門9個屬（種），分別為四尾柵藻（Scenedesmus quadricauda）、纖維藻（Ankistrodesmus spp.）、蹄形藻（Kirchneriella sp.）、四角藻（Teraedrom sp.）、鼓藻（Cosmarium sp.）、十字藻（Crucigenia sp.）、盤星藻（Pediastrum sp.）、集星藻（Actinastrum sp.）、弓形藻（Schroederia sp.）；硅藻門4個屬（種）：有舟形藻（Navicula sp.）、小環(huán)藻（Cylotella sp.）菱形藻（Nitzschia sp.）、直鏈藻（Melosira sp.）；藍(lán)藻門有4個屬（種）：銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）、平裂藻（Merismopedia sp.）、螺旋藻（Spirulina sp.）、席藻（Phormidium sp.）。優(yōu)勢種為藍(lán)藻門銅綠微囊藻和席藻等。

2.2.2 浮游植物生物量 隨著小檗堿作用時間的增加，藍(lán)藻門浮游植物生物量逐漸減?。▓D8），由潑灑時的26.83 mg·L-1降低至192 h時的14.25 mg·L-1，下降了46.89%；硅藻門浮游植物生物量呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢，48 h時為10.85 mg·L-1，隨后逐漸上升至192 h的15.30 mg·L-1；綠藻門浮游植物生物量隨小檗堿作用時間的延長而增大，至192 h時為17.55 mg·L-1。

2.2.3 小檗堿對泥鰍養(yǎng)殖池塘銅綠微囊藻的影響 小檗堿對池塘銅綠微囊藻生物量的影響見圖9，銅綠微囊藻生物量隨小檗堿作用時間的延長而降低，在0 h時生物量為19.75 mg·L-1，192 h后生物量達(dá)到最小值為10.37 mg·L-1，單因素方差分析結(jié)果表明，銅綠微囊藻的生物量受到小檗堿作用時間的顯著抑制作用（P<0.01）。

2.2.4 浮游動物組成及豐度 試驗過程共鑒定浮游動物10屬（種），小型浮游動物8屬（種），為萼花臂尾輪蟲（Brachionidae calyciflorus）、角突臂尾輪蟲（Brachionidae angularis）、曲腿龜甲輪蟲（Keratella ualga）、壺狀臂尾輪蟲（Brachionus aurceus）、螺形龜甲輪蟲（Keratella cochlearis）和三肢輪蟲（Filinia sp.）、俠盜蟲（Halteria sp.）、擬鈴殼蟲（Tintinnopsis sp.），其中以角突臂尾輪蟲為優(yōu)勢種；大型浮游動物2屬（種），其中枝角類1屬（種），為裸腹溞（Moiia sp.），橈足類1個屬（種），為劍水蚤（Mesocyclops sp.）。

隨著小檗堿作用時間的增加，浮游動物豐度逐漸減?。▓D10），變化范圍為12.84～29.35 個·L-1，在192 h時豐度達(dá)到12.84 個·L-1，為最小值。單因素方差分析結(jié)果表明，小檗堿作用時間顯著影響浮游動物的豐度（P<0.01）。

3 結(jié)論與討論

3.1 小檗堿對養(yǎng)殖池塘主要水化學(xué)指標(biāo)的影響

近年來，小檗堿作為一種新興的藥劑在養(yǎng)殖水體的生態(tài)調(diào)控中得到一定的應(yīng)用。魚蝦對pH值的適宜范圍是6.5～8.5之間。精養(yǎng)池塘一般控制在7～8.5之間，而此pH值范圍恰好是微囊藻屬種類大量繁殖的適宜pH值。本研究中潑灑小檗堿后水體的pH值逐漸下降至7.62，仍處在魚類生長的適宜范圍內(nèi)，降低了微囊藻大量爆發(fā)的風(fēng)險。水體DO含量對養(yǎng)殖對象的生存有著至關(guān)重要的作用，其含量往往是反映生物生長狀況和污染狀態(tài)的重要指標(biāo)，而DO含量的多少主要是由池塘水中浮游植物光合作用的強(qiáng)弱決定。盡管在小檗堿潑灑后期，綠藻門和硅藻門浮游植物生物量有一定的上升，在一定程度上會加快光合放氧，但降解死亡浮游生物，尤其是大量銅綠微囊藻細(xì)胞需要消耗大量的氧氣，導(dǎo)致潑灑小檗堿后池塘溶氧明顯下降，COD含量明顯上升?；诖?，建議在利用小檗堿控制養(yǎng)殖池塘銅綠微囊藻水華時，需要輔以添加適宜的微生態(tài)制劑，降低COD的含量[11]。

亞硝酸態(tài)氮是氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽過程中的中間產(chǎn)物，同時也是氨氮的硝化產(chǎn)物，亞硝酸鹽對魚、蝦的毒性較強(qiáng)，是養(yǎng)殖水域中誘發(fā)暴發(fā)性疾病的重要因素。本研究中，加入小檗堿后，水體的氨態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮含量明顯降低，而硝酸態(tài)氮含量明顯升高，說明小檗堿的加入使水體內(nèi)的氮鹽向著有益于浮游生物生長的方向變化。畢相東等[11]指出“小檗堿可以較好地降低養(yǎng)殖水體的NO2--N含量，促進(jìn)水體健康養(yǎng)殖，提高養(yǎng)殖對象免疫力”與本研究結(jié)果一致。

3.2 小檗堿對泥鰍養(yǎng)殖池塘生態(tài)系統(tǒng)浮游生物的影響

黃連堿、小檗堿等8種生物堿對有害藻類的抑殺具有良好的作用效果，尤其對于藍(lán)藻及綠藻的有害藻類生長均有一定的抑制作用[13]。20 mg·L-1的小檗堿對于泥鰍養(yǎng)殖池塘內(nèi)的有害藍(lán)藻具有一定的抑制作用，尤其對于銅綠微囊藻的豐度及生物量抑制效果十分明顯，對于硅藻門及綠藻門存在不同程度的促進(jìn)作用，由此可見，利用小檗堿治理或控制銅綠微囊藻的大量爆發(fā)對于生態(tài)環(huán)境的快速修復(fù)是十分可行的。藍(lán)藻與細(xì)菌一樣同屬于原核生物，小檗堿通過破壞銅綠微囊藻的細(xì)胞超微機(jī)構(gòu)、抑制DNA的轉(zhuǎn)錄及復(fù)制過程，從而使銅綠微囊藻細(xì)胞裂解[14]，削弱其光合作用等生理過程，小檗堿對于藍(lán)藻的抑制效果較為明顯[9]。在小檗堿作用下，浮游動物豐度逐漸減小，可能與由于養(yǎng)殖水體的DO含量隨著小檗堿作用時間的延長而降低，使養(yǎng)殖水體DO含量不足，以及浮游植物光合作用的減弱有直接的關(guān)系。因此，在潑灑小檗堿后應(yīng)適時增開增氧機(jī)，以維持養(yǎng)殖池塘良好的DO水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王瑞梅，何有緣，傅澤田. 淡水養(yǎng)殖池塘水質(zhì)預(yù)警模型[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2011（1）：84-88，92.

[2] 楊傳萍. 藍(lán)藻水華對水產(chǎn)養(yǎng)殖的危害和防治措施[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報， 2006（9）：132

[3] Pitois S， Jackson M H， Wood B J. Sources of the eutrophication problems associated with toxic algae： An overview[J]. Journal of Environmental Health， 2001， 64（5）：25-32.

[4] Anderson D M. Approaches to monitoring， control and management of harmful algal blooms （HABs） [J]. Ocean Coast Management， 2009， 52（7）： 342.

[5] Hu H Y， Hong Y. Algal-bloom control by allelopathy of aquatic macrophytes-A review[J].Front Environment Science and Engineering in China，2008，2（4）：421-438.

[6] 林娟，殷全玉，楊丙釗，等.植物化感作用研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報， 2007（1）：68-72.

[7] 鮮啟鳴，陳海東，鄒惠仙，等.淡水水生植物化感作用研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 2005（6）：664-669.

[8] 彭少麟，邵華.化感作用的研究意義及發(fā)展前景[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2001（5）：780-786.

[9] Zhang Shulin， Zhang Bo， Xing Kezhi， et al. Inhibitory effects of golden thread （Coptis chinensis） and berberine on Microcystis aeruginosa[J]. Water Science and Technology， 2010，61（3）：763-769.

[10] 張波，張樹林，陳成勛.微囊藻化學(xué)防治研究綜述[J].水生態(tài)學(xué)雜志，2009（4）：123-128.

[11] 畢相東，張樹林，張波，等. 微宇宙法分析小檗堿對模擬池塘生態(tài)系統(tǒng)的影響[J]. 南開大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012（5）：58-64.

[12] 農(nóng)業(yè)部.SC/T 9102.3—2007漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范（第3部分： 淡水）： 漁業(yè)生態(tài)調(diào)查[S].北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[13] 張樹林. 中草藥對銅綠微囊藻的抑制作用及機(jī)理研究[D]. 青島：中國海洋大學(xué)，2011.

[14] Bi Xiangdong， Dai Wei， Zhang Shulin， et al. Inhibition of photosynthesis-related gene expression by berberine in Microcystis aeruginosa[J]. Allelopathy Journal， 2014， 34 （2）： 335-343.