鲴對食微囊藻鰱鳙排泄物及藻活性的作用研究

郭艷敏,高月香,張毅敏*,孫麗偉*,何 東,巫 丹(.東南大學(xué)能源與工程學(xué)院,江蘇 南京 0096；.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇 南京 004)

鲴對食微囊藻鰱鳙排泄物及藻活性的作用研究

郭艷敏1,高月香2,張毅敏2*,孫麗偉1*,何 東2,巫 丹2(1.東南大學(xué)能源與工程學(xué)院,江蘇 南京 210096；2.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇 南京 210042)

開展室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),研究鰱、鳙和鲴不同混養(yǎng)系統(tǒng)中排泄物的量及微囊藻活性的變化.實(shí)驗(yàn)設(shè)置鰱鳙組合,鰱鳙鲴組合以及對照組,其中鰱鳙生物量放養(yǎng)比例為3:1,鰱鳙鲴組合中生物量放養(yǎng)比例為3:1:1,實(shí)驗(yàn)周期14d.結(jié)果顯示,鰱鳙組和鰱鳙鲴組均能降低微囊藻密度,兩組無顯著差異(P＞0.05),但是均極顯著小于對照組(P＜0.01).混養(yǎng)鲴魚可以降低排泄物的量及微囊藻的被消化率,鰱鳙鲴組排泄物的量在第 4d開始下降,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)是鰱鳙組的 16.08%.鰱鳙鲴組微囊藻的被消化率,第 5d后快速增長,至實(shí)驗(yàn)結(jié)束達(dá)到 85.9%,極顯著高于鰱鳙組(P＜0.01).鰱鳙組和鰱鳙鲴組排泄物中的氨基酸和總氮含量相比未被攝食微囊藻減少率分別為33.17%、53.62%和34.97%、54.27%.鰱鳙鲴組和鰱鳙組排泄物光能活性(Fv /Fm、Fv /Fo、Yeld、qP及NPQ表示)和生長活性差異(EPS、Chla表示)較大,鰱鳙組微囊藻葉綠素?zé)晒鈪?shù)(除NPQ外)值經(jīng)過短暫的下降后開始增長,而鰱鳙鲴組Fv /Fm、Fv /Fo、Yeld及qP在培養(yǎng)過程中下降顯著,且至第5d后葉綠素?zé)晒鈪?shù)(除NPQ外)均極顯著低于鰱鳙組(P＜0.01).鰱鳙鲴組NPQ呈上升的趨勢,且第7d后極顯著高于鰱鳙組(P＜0.01).在排泄物培養(yǎng)期間,鰱鳙鲴組排泄物中微囊藻的胞外多糖(EPS)含量、葉綠素a(Chl a)濃度不斷下降,至實(shí)驗(yàn)結(jié)束極顯著低于鰱鳙組(P＜0.01).結(jié)果表明,在鰱鳙控藻的基礎(chǔ)上,混養(yǎng)鲴魚可以減少鰱鳙攝食微囊藻后的排泄物,同時(shí)降低排泄物中微囊藻活性,減少了因鰱鳙排泄物引起的水環(huán)境污染和生態(tài)影響.關(guān)鍵詞：鲴魚；鰱；鳙；混養(yǎng)；排泄物；藻活性

為控制藻類水華,遏制水體的富營養(yǎng)化進(jìn)程,通過對武漢東湖的長期調(diào)查和圍隔實(shí)驗(yàn)提出了非經(jīng)典的生物操縱理論,即控制兇猛魚類和放養(yǎng)食浮游生物的濾食性魚類(鰱、鳙等)直接控藻,改善水生態(tài)環(huán)境[1-3].但其他研究表明鰱鳙對水華藍(lán)藻(微囊藻)的消化利用率只有 25%～30%[4],未消化的微囊藻隨排泄物的分解重新進(jìn)入水體.實(shí)驗(yàn)還表明,鰱魚在10d之內(nèi)排出的糞便重量幾乎等于其自身的重量[5],并且發(fā)現(xiàn)未消化微囊藻經(jīng)鰱、鳙代謝后其生長速率和光合活性均得到了增強(qiáng)[6-7],排泄物中大量的活性微囊藻重新進(jìn)入水體,可能引起水華藻類生物量的激增[8-9].底層魚類可以攝食利用水底碎屑,促進(jìn)泥水界面的物質(zhì)交換和水體的自凈,在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起著重要作用,因此構(gòu)建底層魚類—鰱鳙魚—藻類食物鏈對富營養(yǎng)化水體的凈化以及藻類的控制有很重要的意義.底層魚類—細(xì)鱗斜頜鲴(Xenocypris microlepis,以下簡稱鲴魚),俗名有沙姑子、黃尾刁子、黃片等,它肉質(zhì)鮮美、生長快,是一種優(yōu)良的養(yǎng)殖對象[10].研究發(fā)現(xiàn)該魚鰓耙排列緊密,消化能力極強(qiáng),下頜前有比較發(fā)達(dá)的角質(zhì)邊緣,能充分刮取和攝食能使水質(zhì)污染的腐殖質(zhì)、各種固有的藻類及上層魚類排泄物的有機(jī)碎屑,有水底“清潔工之稱”[11].張毅敏等[12]對鲴和三角帆蚌進(jìn)行混養(yǎng),結(jié)果表明鲴和三角帆蚌組合的協(xié)同控藻作用明顯,藻細(xì)胞去除率最高可達(dá)(86.11±0.30)%,而且鲴魚在不同水溫條件下對銅綠微囊藻均具有較強(qiáng)的控制作用[14].在養(yǎng)殖池塘中混養(yǎng)鲴魚,不僅明顯提高養(yǎng)殖效益,而且有效改善水質(zhì),提高溶解氧含量,降低氨氮和亞硝酸鹽氮的濃度[14-15].鲴魚可以攝食消化鰱鳙攝食微囊藻后的排泄物,鲴魚的攝食活動(dòng)是否減少鰱鳙攝食微囊藻后的排泄物,并影響微囊藻的被消化率及活性有待進(jìn)一步研究.

基于鲴魚的攝食特性,本文采用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),在模擬的富營養(yǎng)化水環(huán)境分別放養(yǎng)鰱鳙鲴和鰱鳙,研究鲴魚對鰱鳙控藻過程中排泄物及微囊藻活性的變化,旨在了解鲴魚在控藻食物鏈中的攝食作用,為鰱鳙鲴聯(lián)合操縱控藻改善水質(zhì)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí) 驗(yàn) 用 魚 :鰱 魚 (Hypophthalmichthys molitrix):體 重 :(35.34±2.25)g;體 長 :(12.54± 0.78)cm,鳙魚(Aristichthysnobilis):體重:(45.48± 3.75)g;體長:(13.24±0.69)cm,鰱鳙均為春片,由蕪湖紅鑫生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司提供.鲴魚:體重: (14.45±4.43)g;體長:(10.25±0.63)cm,魚齡接近一齡,從湖南醴陵市國家鲴魚良種場引種.

實(shí)驗(yàn)裝置:白色塑料圓桶,體積 100L,高63cm、頂部直徑52cm、底部直徑40cm.

實(shí)驗(yàn)用水:采用自來水(充氧泵曝氣除氯)、微囊藻(藻密度約為 8×107cells/L)和一定量的化學(xué)藥劑(0.92g K2HPO4、1.54g NaNO3) 在恒溫循環(huán)水槽中混合而成.混合均勻后再分裝到各白色塑料圓桶中.

微囊藻:從中科院水生生物研究所購得的純種銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)藻種,采用BG11培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)以實(shí)驗(yàn)備用,培養(yǎng)溫度為(25±0.5)℃,光照強(qiáng)度為 2000lx,24h曝氣,光暗比為12h:12h.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)設(shè)置 3組,鰱鳙組、鰱鳙鲴組和對照組,每組設(shè)3個(gè)平行.1#～3#放鰱鳙魚(4尾鰱魚,2尾鳙魚)、4#～6#桶放鰱鳙鲴魚(4尾鰱魚,2尾鳙魚,5尾鲴魚)、7#～9#桶不放魚,作為對照組,排除因微囊藻自身生長繁殖衰亡對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的干擾.供試前對鰱鳙鲴魚馴養(yǎng) 3周以使魚適應(yīng)新環(huán)境,再放在清水中饑餓處理 3d,以排空腸道.選其中健康活潑、大小相近的個(gè)體作為實(shí)驗(yàn)材料.實(shí)驗(yàn)水桶上方均裝有可調(diào)日光燈來調(diào)節(jié)光照,實(shí)驗(yàn)時(shí)光照保持在2700lx,每日光照時(shí)間為08:00～18:00, 24h曝氣.實(shí)驗(yàn)時(shí)間2015年9月11～25日,共計(jì)14d.取樣時(shí)間為上午9:30,每2d進(jìn)行監(jiān)測.測定的指標(biāo)有:藻細(xì)胞密度、單位面積沉積碎屑質(zhì)量、消化率(A).

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,收集不同放魚實(shí)驗(yàn)組中條狀排泄物.一部分離心,冷凍干燥分析氨基酸組成;一部分用去離子水緩緩沖洗排泄物表面附著物后轉(zhuǎn)入盛有經(jīng)GF/A膜過濾的某富營養(yǎng)化池塘水的錐形瓶中超聲振蕩打勻,進(jìn)行培養(yǎng).培養(yǎng)了17d,每2d取樣測定葉綠素a、胞外多糖濃度以及藻類葉綠素?zé)晒鈪?shù).

1.3 指標(biāo)測試與分析方法

藻密度采用血小板計(jì)數(shù)法測定[16].

實(shí)驗(yàn)桶底沉積碎屑質(zhì)量:

式中:ma為實(shí)驗(yàn)開始第 ad玻璃皿的質(zhì)量和沉積碎屑的質(zhì)量,g;a取 2,4,6,8,10,12,14;m0為實(shí)驗(yàn)開始前玻璃皿的質(zhì)量,g;s為玻璃皿的面積,cm2;S為實(shí)驗(yàn)桶底面積,cm2.

實(shí)驗(yàn)前對直徑為900mm的玻璃皿稱重、標(biāo)記,然后每個(gè)實(shí)驗(yàn)水桶放進(jìn) 7個(gè)玻璃皿.實(shí)驗(yàn)開始后,每隔1d,取出一個(gè)玻璃皿(取出前加蓋,防止碎屑流失),將玻璃皿中含有碎屑的懸濁液,在恒溫電磁攪拌器上攪拌均勻,用 100mL量筒定容,定容后取10mL的懸濁液,加入 1.5%的魯哥試劑固定,進(jìn)行藻類的計(jì)數(shù),活藻總數(shù)記為z;量筒中剩余懸濁液用GF/C膜過濾,將玻璃皿與濾膜干燥、稱重.

消化率的計(jì)算公式為:

式中:V為實(shí)驗(yàn)水的體積,L;C0為實(shí)驗(yàn)開始時(shí)的藻密度,cells/L;Ct為實(shí)驗(yàn)開始第 td的藻密度, cells/L,t取2,4,6,8,10,12,14;Z為魚排泄物中活藻總數(shù),cells.

葉綠素 a濃度經(jīng)熱乙醇法提取后,利用紫外分光光度計(jì)比色測定后計(jì)算得出[17].

氨基酸含量的測定:冷凍干燥至恒重的微囊藻及排泄物,參照 GB/T18246-2000[18]進(jìn)行常規(guī)酸水解處理.精密稱取樣品約 200mg,加 6mol/L鹽酸溶液 10mL,充入氮?dú)?迅速封口,在 110℃烘箱中沙浴水解 24h,然后開管,迅速置于水浴上蒸發(fā)干燥,殘物用0.02mol/L HCl稀釋成一定濃度,經(jīng)高速離心后,送入全自動(dòng)氨基酸分析儀S-433D,測定氨基酸含量組成.

游離胞外多糖濃度:取 10mL藻液,12000r/ min離心20min,用Whatman GF/C濾膜抽濾后,將上清液移入截留分子量為 3500的透析袋中,加去離子水透析 72h,并用磁力攪拌器攪拌,每12h換1次去離子水.透析結(jié)束后,取透析過的多聚糖樣品1mL于試管中,利用蒽酮硫酸法對游離胞外多糖(EPS)含量進(jìn)行測定.

葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定:利用葉綠素?zé)晒鈨xPAM-100,按照李曉等[19]的方法對藻類葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行測定.暗適應(yīng) 15～20min 后測量,進(jìn)行淬滅分析,選取達(dá)到穩(wěn)定后的熒光值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.葉綠素?zé)晒獾闹饕獏?shù)包括:基礎(chǔ)熒光 Fo,最大熒光Fm,可變熒光Fv,光下基礎(chǔ)熒光F'o,光下最大熒光 F'm,光下可變熒光 F'v,最大光能轉(zhuǎn)化效率 Fv/Fm,PSⅡ潛在活性(Fv/Fo),實(shí)際光能轉(zhuǎn)化效率(Yield),光合電子傳遞速率(ETR),光化學(xué)淬滅(qP),非光化學(xué)淬滅(NPQ).

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel2007和Origin7.5軟件處理并采用單因素方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 鲴鰱鳙組合系統(tǒng)中藻密度及排泄物沉積含量的變化

圖1 實(shí)驗(yàn)期間藻細(xì)胞密度、排泄物沉積量隨時(shí)間變化Fig.1 The variations of cell density、faces deposition during the experiment

如圖1所示,實(shí)驗(yàn)開始后由于魚類對微囊藻的攝食作用,鰱鳙組和鰱鳙鲴組藻細(xì)胞密度均有顯著降低,自第2d后均極顯著低于對照組(P＜0.01).實(shí)驗(yàn)前期,鰱鳙組和鰱鳙鲴組藻細(xì)胞密度均快速下降,沒有顯著差異(P＞0.05).鰱鳙組在第 10d降至實(shí)驗(yàn)期間最小值,隨后呈現(xiàn)緩慢增長的趨勢,而鰱鳙鲴組藻細(xì)胞密度繼續(xù)降低,至第14d鰱鳙鲴組藻細(xì)胞密度顯著低于鰱鳙組(P＜0.05).對照組前2d微囊藻密度基本不增加,甚至有較小的減小,第2d后由于水體中有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)以及適宜的生長溫度和光照等條件微囊藻迅速增殖,藻細(xì)胞密度因而也迅速增大,并最終趨于穩(wěn)定.

鲴魚與鰱鳙聯(lián)合控藻對排泄物沉積量的影響見圖 1.對照組沉積物的量在實(shí)驗(yàn)期間呈現(xiàn)上升趨勢,但一直在(0～0.2)g之間變化,是部分微囊藻自然衰亡后的沉降.實(shí)驗(yàn)前期,鰱鳙組和鰱鳙鲴組排泄物的沉積量均增長迅速,鰱鳙組排泄物的沉積量在第10d達(dá)到最大值,隨后呈現(xiàn)緩慢減少的趨勢,而鰱鳙鲴組排泄物的沉積量在第4d達(dá)到最大值,隨后快速減少,第4d開始,鰱鳙鲴組排泄物的沉積量極顯著低于鰱鳙組(P＜0.01),但均極顯著高于對照組(P＜0.01),第 10d相差最大為12.11g,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)鰱鳙鲴組排泄物沉積量含量只有鰱鳙組的16.08%.

2.2 鲴鰱鳙組合系統(tǒng)中微囊藻的被消化率及排泄物組成的變化

圖2 消化率隨時(shí)間的變化Fig.2 The variations of digestion rate during experiment

表1 微囊藻、鰱鳙及鰱鳙鲴排泄物的氨基酸及氮含量(干重%)Table 1 The composition of amino acids of Microcystis 、feces of silver carp、bighead and feces of silver carp、bighead、Xenocypris microlepis

鰱鳙組微囊藻的被消化率在實(shí)驗(yàn)前期,一直在26%左右波動(dòng),第11d后,消化率呈現(xiàn)小幅度的增長.鰱鳙鲴組微囊藻的被消化率在初期增速平緩,且與鰱鳙組無明顯差異.第5d后,鰱鳙鲴組微囊藻的被消化率快速增長,至實(shí)驗(yàn)結(jié)束達(dá)到85.9%,極顯著高于鰱鳙組(P＜0.01)(圖2).

排泄物中氨基酸(共 17種)主要有谷氨酸(2.41～3.94%)、天冬氨酸(2.58～3.50%)、丙氨酸(1.84～2.75%)等,鰱鳙組和鰱鳙鲴組排泄物中氨基酸總含量和氮含量分別為30.16%、20.93%和 4.11%和 2.89%(表 1),與未被攝食銅綠微囊藻相比減少率分別為 33.17%、53.62%和 34.97%、54.27%,比較發(fā)現(xiàn)鰱鳙鲴組可以明顯提高對銅綠微囊藻氨基酸和氮含量的去除率.

2.3 鲴魚與鰱鳙聯(lián)合控藻對排泄物葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

圖3 不同魚類組合排泄物培養(yǎng)期間藻類葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Fv/Fm、Fv/Fo、Yield、ETR、qP、NPQ)隨時(shí)間的變化Fig.3 Time dependent course of cyanobacteria photosynthetic activity after passage through the digestive tract of fish in different experimental group

微囊藻經(jīng)魚類攝食后,葉綠素?zé)晒鈪?shù)(除NPQ外)與對照組相比,均有所降低(如圖3).鰱鳙鲴組排泄物初始值Fv /Fm、Fv/Fo和Yield極顯著低于對照組(P＜0.01),分別為對照組的81.6%、82.1%和77.3%,0%,qP初始值為對照組的82.8%,鰱鳙組排泄物初始qP顯著低于對照組(P＜0.05);而鰱鳙鲴組初始NPQ顯著高于對照組(P＜0.05).排泄物藻類培養(yǎng)期間,鰱鳙組藻類的 Fv/Fm、Fv/Fo及qP前期下降,從第3d開始恢復(fù)增長,第11d達(dá)到最大值,后期均極顯著高于對照組(P＜0.05);鰱鳙鲴組Fv/Fm、Fv/Fo、Yield及qP前期快速下降,第11d后趨于穩(wěn)定,且鰱鳙鲴組葉綠素?zé)晒鈪?shù)(除NPQ外)至第5d后均極顯著低于鰱鳙組,實(shí)驗(yàn)后期隨著鰱鳙鲴組排泄物藻類的衰亡及鰱鳙組排泄物藻類活性的恢復(fù),鰱鳙鲴組與鰱鳙組之間的差距逐漸增大.鰱鳙組排泄物藻類ETR前期下降,在第5天達(dá)到最小值,隨后不斷增大,且始終高于鰱鳙鲴組,后期達(dá)到顯著水平(P＜0.01).鰱鳙鲴組排泄物藻類NPQ前期略低于鰱鳙組,后期卻極顯著高于鰱鳙組(P＜0.01),鰱鳙組排泄物藻類前期極顯著高于對照組(P＜0.01),后期極顯著低于對照組(P＜0.01)后期極顯著低于對照組(P＜0.01).

2.4 鲴魚與鰱鳙聯(lián)合控藻對排泄物Chl a濃度及EPS含量的影響

鲴魚與鰱鳙聯(lián)合控藻對排泄物Chl a濃度影響(圖4).鰱鳙組排泄物Chl a濃度在初期有小幅度的下降,第5d后快速增長,后期增速平緩.鰱鳙鲴組排泄物Chl a濃度在初期、后期下降幅度較小,實(shí)驗(yàn)期間總體低于鰱鳙組.第5d后,鰱鳙鲴組排泄物 Chl a濃度極顯著低于鰱鳙組,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)鰱鳙鲴組排泄物 Chl a濃度是鰱鳙組的17.11%.對照組Chl a濃度在125～150μg /L之間波動(dòng),實(shí)驗(yàn)期間總體在鰱鳙鲴組和鰱鳙組之間,且初期高于鰱鳙組和鰱鳙鲴組.

鰱、鳙濾食對藻類細(xì)胞密度的影響(見圖4).鰱鳙組排泄物培養(yǎng)期間EPS含量增長迅速.鰱鳙鲴組排泄物EPS含量在初期增長幅度較小,第3d開始不斷下降.自第 5d后,鰱鳙鲴組排泄物 EPS含量極顯著低于鰱鳙組(P＜0.01),第 18d相差最大為42mg/L.對照組藻類EPS含量在實(shí)驗(yàn)期間變化不大.

圖4 不同魚類組合排泄物培養(yǎng)期間藻類Chla濃度及EPS含量隨時(shí)間變化Fig.4 Chl a and extrtracellular exopolysaccharide concentrations in different experimental group

3 討論

本研究中,實(shí)驗(yàn)后期鰱鳙組的排泄物含量呈現(xiàn)下降趨勢,微囊藻細(xì)胞密度卻逐漸上升.閆玉華等[20]指出鰱、鳙排泄物中存在大量未消化的微囊藻,而這些微囊藻細(xì)胞可能參與群體的增殖.研究表明以微囊藻占優(yōu)勢時(shí),經(jīng)過魚類的腸道往往只是粘附在上面膠殼[21]被消化吸收,在營養(yǎng)物質(zhì)豐富情況下,膠鞘破壞有利于其繁殖[22].排泄物初入水體,表面有一層膠狀物,隨著鰱鳙的攝食活性,沉積下來的排泄物增多,但隨著水中細(xì)菌等微生物的作用,排泄物被分解而再次進(jìn)入水體,且鰱鳙排泄物中未消化微囊藻活性增強(qiáng),致使微囊藻生物量增加[9].值得注意的是,鰱鳙鲴組微囊藻細(xì)胞密度持續(xù)下降,排泄物沉積量第4d后持續(xù)減少,并極均顯著低于鰱鳙組(P＜0.01),說明鲴魚的攝食作用減少了排泄物的積累.Gehrke等[23]指出在澳大利亞通過魚類攝食藍(lán)藻、魚類捕食浮游動(dòng)物、魚類排便提供營養(yǎng)物質(zhì)、魚類攝食沉積物等途徑的相互作用提高底部食物網(wǎng)的營養(yǎng)可利用性.經(jīng)過魚類濾食后,仍存活的微囊藻成為底棲動(dòng)物的食物,增加營養(yǎng)的可利用性[24].劉敏等[11]指出由于鲴魚與鰱鳙營養(yǎng)生態(tài)位的差異,大多不能被放養(yǎng)的“四大家魚” 和其他自然增殖魚類所利用的特殊餌料資源如沉積有機(jī)碎屑,卻是細(xì)鱗鲴的最佳餌料.食碎屑魚類(如鲴、鯉和大眼華鳊等)對鰱鳙排泄物有機(jī)碎屑的攝食,加快池中物質(zhì)循環(huán)和變廢為利的作用,有利于水體的物質(zhì)循環(huán)和對水質(zhì)的凈化作用[25].因此,鲴魚與鰱鳙混養(yǎng),對鰱鳙攝食微囊藻的排泄物具有較好的清理效果,避免排泄物在微生物的分解作用下重新進(jìn)入水體,造成對水體的二次污染.

分析攝食微囊藻鰱鳙組及鰱鳙鲴組的排泄物,發(fā)現(xiàn)鰱鳙鲴組微囊藻的被消化率不斷增大,至實(shí)驗(yàn)結(jié)束極顯著大于鰱鳙組(P＜0.01),且鰱鳙鲴組排泄物氨基酸和氮含量減少率明顯高于鰱鳙組(P＜0.05),這一定與鲴魚對沉積排泄物的攝食作用有關(guān).鰱鳙對水華藍(lán)藻(微囊藻)的消化利用率較低,組成水華的大多數(shù)藍(lán)藻細(xì)胞表面具有大量的細(xì)菌和較厚的膠鞘[4],膠鞘作為保護(hù)屏障妨礙濾食性消化道的消化吸收[26].但微囊藻衣鞘和表面細(xì)菌在鰱鳙腸道消化細(xì)胞的作用下而被去除[21,27],微囊藻失去保護(hù)屏障,加之鲴魚對沉積鰱鳙排泄物(鰱鳙攝食微囊藻的排泄物)的再次攝食,提高了對微囊藻消化率及對微囊藻氨基酸和氮含量的去除率,這與鰱鳙對魚糞(魚攝食微囊藻后排的糞)的消化率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第一次攝食微囊藻的消化率的研究結(jié)果一致[28].由此可知,混養(yǎng)鲴魚能夠提高微囊藻的被消化率及對微囊藻營養(yǎng)物質(zhì)的去除率.

對攝食微囊藻的鰱鳙組及鰱鳙鲴組排泄物進(jìn)行培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)排泄物葉綠素?zé)晒饧吧L活性初始值降低,鰱鳙鲴組排泄物初始生長及光合活性顯著低于鰱鳙組.鰱鳙組微囊藻葉綠素?zé)晒鈪?shù)(除NPQ外)值經(jīng)過短暫的下降后開始恢復(fù)增長,說明PSⅡ反應(yīng)中心部分失去活性,但經(jīng)過短時(shí)間的適應(yīng)性調(diào)節(jié)后,PSⅡ開放光化學(xué)效率及 PSⅡ反應(yīng)中心開放部分的比例增加,進(jìn)而光合碳代謝的電子供應(yīng)得到一定程度恢復(fù),從而恢復(fù)正常的光合作用,這與王銀平等[29]的研究結(jié)果一致.而鰱鳙鲴組葉綠素?zé)晒鈪?shù)(除NPQ外)持續(xù)降低,說明鲴魚對微囊藻的二次攝食導(dǎo)致微囊藻葉綠體的類囊體膜受到嚴(yán)重?fù)p傷,光合電子傳遞以分子態(tài)氧為受體的支路反應(yīng)的增強(qiáng)和PSⅡ的失活,抑制光合碳代謝的電子供應(yīng),從而抑制光合作用.而且PSⅡ的失活,使得微囊藻吸收的過剩光能通過光化學(xué)反應(yīng)途徑和非輻射能量途徑耗散受阻,從而增加了過剩光能所激發(fā)的電子用來生成活性氧的比例,會(huì)加劇光抑制,最終導(dǎo)致藻類的失綠壞死.實(shí)驗(yàn)前期鰱鳙鲴組和鰱鳙組NPQ均極顯著高于對照組,這說明卡爾文循環(huán)活性受抑制的程度增大,PSⅡ天線色素將不能用于光合電子傳遞的光能以熱的形式耗散掉,是藻類受濾食傷害后的自我保護(hù)機(jī)制.但自第 3d后,鰱鳙組排泄物NPQ下降到較低水平,說明藻細(xì)胞的卡爾文循環(huán)活躍,能量利用率開始提高,光合反應(yīng)恢復(fù)正常狀態(tài),而鰱鳙鲴組排泄物 NPQ不斷增大,說明藻類已經(jīng)失去吸收光能的能力,幾乎全部的光能以熱量的形式耗散掉.對照組藻類 Chla濃度及 EPS含量變化較小,鰱鳙組排泄物EPS含量經(jīng)過一周的恢復(fù)后增長迅速,與排泄物Chla濃度變化結(jié)果一致,主要是微囊藻生長繁殖的結(jié)果.藻類細(xì)胞能夠合成胞外多糖并釋放到細(xì)胞外圍及周圍環(huán)境中,這是其為適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境而進(jìn)化出的一種適應(yīng)性機(jī)制[30].鰱鳙鲴組排泄物胞外多糖含量初值極顯著低于鰱鳙組,并隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行快速下降,說明鰱鳙鲴組藻類由于機(jī)體組織受到嚴(yán)重的損失,已經(jīng)失去分泌胞外多糖的能力,并在實(shí)驗(yàn)?zāi)┢谶_(dá)到最小值.

混養(yǎng)鲴魚對攝食微囊藻鰱鳙排泄物具有較好的清理效果,避免排泄物在微生物的分解作用下重新進(jìn)入水體,造成對水體的污染.由于鲴魚對攝食微囊藻鰱鳙排泄物的二次攝食,能夠顯著降低排泄物中未消化微囊藻的數(shù)量和活性,避免藻類被鰱、鳙濾食后出現(xiàn)超補(bǔ)償生長狀態(tài)[31],改善鰱鳙控藻水環(huán)境的生態(tài)后效.鲴魚與鰱鳙控制微囊藻生長的相互作用關(guān)系,有待更進(jìn)一步深入的研究.

4 結(jié)論

4.1 鲴魚的攝食活動(dòng)減少了系統(tǒng)中排泄物含量.實(shí)驗(yàn)周期內(nèi),鰱鳙組和鰱鳙鲴組藻細(xì)胞密度均小于對照組;鰱鳙鲴組排泄物的沉積量明顯少于鰱鳙組,僅是鰱鳙組的 16.08%,鲴魚加入系統(tǒng),有利于沉積排泄物的清除,避免排泄物在微生物的分解作用下重新進(jìn)入水體,造成對水體的污染.

4.2 鲴魚的攝食活動(dòng)提高了對微囊藻的消化率及對微囊藻營養(yǎng)物質(zhì)的去除率.實(shí)驗(yàn)周期結(jié)束時(shí),鰱鳙鲴組微囊藻的被消化率達(dá)到 85.9%,是鰱鳙組的3.3倍,鰱鳙組和鰱鳙鲴組排泄物中氨基酸總含量和氮含量與未被攝食微囊藻相比減少率分別為 33.17%、53.62%和 34.97%、54.27%.

4.3 鲴魚對排泄物的二次攝食降低了微囊藻的光能活性和生長活性.魚類排泄物培養(yǎng)期間,實(shí)驗(yàn)組綠素?zé)晒鈪?shù)(Fv/Fo、Fv/Fm、Yield、ETR、qP)、Chla濃度及EPS在培養(yǎng)第2d均低于對照組,鰱鳙鲴組微囊藻的葉綠素?zé)晒鈪?shù)、Chla濃度及EPS均低于鰱鳙組.

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Effect of Xenocypris microlepis on feces and microcystis activity from microcystis-dietary silver carp and bighead carp.

GUO Yan-min1, GAO Yue-xiang2, ZHANG Yi-min2*, SUN Li-wei1*, HE Dong2, WU Dan2(1.School of Energy and Environment, Southeast University, Nanjing 210096, China；2.Nanjing Institute of Environmental Science, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China). China Environmental Science, 2016,36(12)：3784～3792

Effects on the amounts of feces and the activity of microcystis by the introduction of the different combination of Silver carp, bighead carp and Xenocypris microlepis were studied in indoor simulation experiments. During the experiment,three groups were set up: silver carp and bighead carp group, silver carp、bighead carp and Xenocypris microlepis group, blank control group, and the biomass proportion of silver carp and bighead was carp 3:1. The results showed that in both experimental groups, the densities of Microcystis aeruginosa were significantly reduced than blank control group (P＜0.01). The feces weight in silver carp and bighead carp group continually increased, however, which of polyculture of Xenocypris microlepis group reached maximum on the 4th day, then declined rapidly, and finally was 16.08% of silver carp and bighead carp group at the end of the experiment. There were no obvious change in algae digestibility in silver carp and bighead carp group, while the algae digestibility of the polyculture of Xenocypris microlepis gruoup appeared rapid growth from 5th day, reached 85.9% at the end of the experiment, which was significantly higher than the silver carp and bighead carp group (P ＜0.01). The amino acid and nitrogen content in the feces of experimental groups decreased compared with those undigested Microcystis aeruginosa: the decrement in silver carp and bighead carp group were 33.17% and 53.62% and those in polyculture of Xenocypris microlepis were 34.97% and 53.62%, respectively. Furthermore, after Microcystis aeruginosa was digested by fish, chlorophyll fluorescence parameters (except NPQ) was significantly lower than the blank control group (P＜0.05), but NPQ was significantly higher than the blank control group (P＜0.05). Chlorophyll fluorescence parameters (except NPQ) in silver carp and bighead carp group increased after a briefdecreasing. Fv /Fm、Fv /Fo、Yield and qP values in polyculture of Xenocypris microlepis group early rapidly declined at first, tended to be stable after the 11day, and 5days later were significantly lower than that of silver carp and bighead carp group (P＜0.01). NPQ in polyculture of Xenocypris microlepisgroup showed ascendant trend, and then was significantly higher than that of silver carp and bighead carp group after the 7th day (P＜0.01).During the feces cultivation, the EPS and Chla of feces in polyculture of Xenocypris microlepis group continually decreased, and until the end of the experiment, they was significantly lower than those of silver carp and bighead carp group (P＜0.01).Beside the introduction of silver carp and bighead carp, the polyculture of Xenocypris microlepis could reduce the feces of silver carp and bighead carp by feeding Microcystis aeruginosa and further reduce the activity of the algae in feces therefore, improved the removal effect caused by Microcystis aeruginosa, provided theoretical basis for biomanipulation mode of polyculture of Xenocypris microlepis.

Xenocypris microlepis；silver carps (Hypophthalmichthys molitrix)；bighead carp；polyculture；feces；algae activity

X52

A

1000-6923(2016)12-3784-09

郭艷敏(1990-),女,河南商丘人,東南大學(xué)碩士研究生,主要從事環(huán)境生態(tài)研究.

2016-05-06

國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)課題(2012ZX07101-007)

* 責(zé)任作者, 張毅敏, 研究員, zym7127@163.com; 孫麗偉, 責(zé)任作者, 副教授, liwei-sun@seu.edu.cn