蛋白核小球藻對羅非魚生長性能及沉積物氮、磷和有機質(zhì)含量的影響

秦 璐，陳 曦，裘麗萍，齊延凱，孟順龍,，陳家長,

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇無錫 214081；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江下游漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測實驗站,中國水產(chǎn)科學(xué)研究院內(nèi)陸漁業(yè)生態(tài)環(huán)境和資源重點開放實驗室，江蘇無錫 214081)

我國是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，2019年淡水養(yǎng)殖總產(chǎn)量為3 013萬t，其中羅非魚產(chǎn)量達164萬t，占整個淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量的5.44%[1]。吉富羅非魚(Oreochromisniloticus)作為被改良過的品種，其遺傳性狀穩(wěn)定，養(yǎng)殖周期短，是我國目前羅非魚養(yǎng)殖的主導(dǎo)品種之一[2，3]。當前通過添加外源物質(zhì)來提高羅非魚的生長性能，提升肉質(zhì)和口感，增加魚體的抗逆性等是重要的研究方向。

小球藻(Chlorellapyrenoidosa)屬于綠藻門綠藻綱小球藻屬，含有多種不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)、類胡蘿卜素、生物多糖、礦物質(zhì)、微量元素和生物活性物質(zhì)及代謝產(chǎn)物[4]。小球藻在畜禽和水產(chǎn)生物飼料中被廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已發(fā)展為極具開發(fā)潛力的飼料添加物質(zhì)[5]。眾多研究結(jié)果表明小球藻具有調(diào)節(jié)免疫、提高抗氧化能力、改善動物生長、提高養(yǎng)殖效益等多方面生物功能。劉華忠等[6]研究表明飼料中添加螺旋藻可以提高彭澤鯽(Carassiusauratusvar.pengsenensis)的生長速率和成活率，降低餌料系數(shù)。寧運旺等[7]把螺旋藻添加到幼鱉飼料中，發(fā)現(xiàn)幼鱉增重率較對照組升高，攝食量也有不同程度增加。在奧尼羅非魚(O.niloticus♀×O.aureus♂)養(yǎng)殖水體中，添加0.10%的馬尾藻多糖可以顯著促進魚體生長，提高增重率，降低飼料系數(shù)[8]。

目前，針對小球藻的研究主要集中在對養(yǎng)殖水體凈化方面的影響，而對沉積物和魚體方面的研究還相對薄弱。相對于傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式而言，在集約化養(yǎng)殖過程中，飼料的投喂量較多，投入飼料中的氮磷少部分以魚體生物量形式產(chǎn)出，更多未被利用的氮磷則會進入水體，從而破壞水環(huán)境，如果這一過程不能及時加以控制或改善，易造成水體富營養(yǎng)化[9]，進而成為農(nóng)業(yè)污染源[10]；同時，污水處理設(shè)施的建設(shè)還不太成熟，無法完全跟上水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的節(jié)奏，一些未經(jīng)處理的養(yǎng)殖污水直接排入到河流中，對河流生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重破壞[11,12]。

有研究表明，自然條件下和人為輸入到池塘系統(tǒng)的營養(yǎng)物質(zhì)中，有50% 以上的氮、磷營養(yǎng)鹽會富集到池塘沉積物中[13,14]。當池塘中的底泥受到擾動或水環(huán)境條件發(fā)生變化時，沉積物中的營養(yǎng)鹽會釋放到上層水體中，引起整個養(yǎng)殖系統(tǒng)環(huán)境波動，對水產(chǎn)養(yǎng)殖生物的生長造成很大影響[15-17]，沉積物的污染狀況可以間接反映養(yǎng)殖水域環(huán)境的變化和河流受污染的程度[18]。對于污染比較嚴重的集約化養(yǎng)殖池塘，可以通過研究添加外源物質(zhì)，研究池塘表層沉積物中營養(yǎng)鹽的含量及其分布特征，探究養(yǎng)殖池塘及河流的污染現(xiàn)狀[19]，因此，從沉積物層面開展池塘污染狀況的研究至關(guān)重要。

鑒于小球藻對水體的凈化作用以及為水產(chǎn)動物提供餌料的功能，本試驗以吉富羅非魚為試驗對象，通過在水體中添加不同水平的小球藻，研究其通過凈化水體和提供能量兩方面直接和間接對羅非魚生長性能和沉積物氮磷、有機質(zhì)的影響，以期為羅非魚高效環(huán)保配合飼料的配制提供理論依據(jù)[20]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用藻為蛋白核小球藻，購自中國科學(xué)院淡水藻種庫(FACHB)，在實驗室用BG11液體培養(yǎng)基對藻種進行擴大培養(yǎng)。試驗用魚宜興羅非魚養(yǎng)殖試驗基地提供。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 試驗分組和養(yǎng)殖周期

選取體重為(14.18±0.93) g的魚360尾隨機分為對照組(NC)、低濃度組(LC)、中濃度組(MC)和高濃度組(HC) 4個組，根據(jù)之前做的預(yù)實驗及學(xué)者對小球藻凈化水體的最佳濃度，確定小球藻的初始濃度為1×109cell/L，添加量為0、50、500 和5 000 mL，每10 d添加一次，根據(jù)藻濃度-吸光度之間的關(guān)系，確定每次應(yīng)該加入小球藻的體積。每個處理組3個重復(fù)，每個重復(fù)放養(yǎng)30尾魚，在1 000 L的圓形聚乙烯桶中進行室外養(yǎng)殖試驗。每個桶中加水800 L自來水，用增氧泵曝氣7 d以上后使用。試驗期間不換水，但由于滲漏、降水和天氣原因蒸發(fā)的水體，需在每次取樣后補充到初始量。養(yǎng)殖時間為2020年7-9月，每天定時投餌兩次，分別為上午9:00和下午16:00，養(yǎng)殖過程中投喂的飼料為羅非魚養(yǎng)殖配合飼料，投喂量為養(yǎng)殖桶中魚體重量的3%。用充氣泵全天增氧，每天下午記錄養(yǎng)殖水體溫度、溶解氧和pH。

1.2.2 樣品采集

每10 d從各養(yǎng)殖桶里分別隨機取兩尾羅非魚，試驗期間共采樣6次(含試驗開始時取樣1次)，立即測定其全長、體長和體重。用沉積物被動采集器收集沉積物，試驗開始前在養(yǎng)殖水體中不添加沉積物，每次取樣時先把采集器從養(yǎng)殖桶中慢慢取出，轉(zhuǎn)移至塑料桶中，靜置一段時間后用虹吸管吸取上層水體，把剩余沉積物自然風干。取風干后的沉積物，在冷凍干燥機中過夜凍干，稱重后在高速粉碎機中粉碎、在100目篩網(wǎng)中過濾后用于測定總氮、總磷和有機質(zhì)。

1.3 實驗方法

1.3.1 魚體生長指標測定

用數(shù)顯游標卡尺測量魚體全長、體長，用電子秤稱量體重。各指標計算方法如下：

存活率=100%×Nt/N0;

增重率(WGR)=100%×(Wt-W0)/W0;

特定生長率(SGR)=100%×(lnWt-lnW0)/t;

體重絕對增長率(AGRW,g/d)=(Wt-W0+Wd)/t,

其中，Wt(g)為試驗?zāi)┤~總重，W0(g)為試驗初始全魚總重，t(d)為試驗的天數(shù)，Nt和N0分別為試驗?zāi)┖驮囼灣豸~體數(shù)量，Wd(g)為試驗?zāi)┧劳鲷~體總的重量，W(g)為體重。

1.3.2 沉積物中總氮、總磷和有機質(zhì)含量的測定

沉積物中總氮用凱氏定氮儀法測定，沉積物總磷用高氯酸-硫酸消化法測定，沉積物有機質(zhì)含量使用重鉻酸鉀法測定。

1.3.3 有機污染指數(shù)評價

有機污染指數(shù)法通常被用來評價湖庫沉積物的營養(yǎng)狀況，而有機氮則是判斷沉積物受氮污染程度的重要指標，見表1。

表1 沉積物有機污染指數(shù)評價標準Tab.1 Evaluation criteria of organic pollution index in the sediments

評價標準與計算方法:

有機污染指數(shù)(OI)=有機碳(OC)% ×有機氮(ON)% (1)；

有機碳(OC)%=有機質(zhì)(OM)%/1.724 (2)；

有機氮(ON)%=總氮(TN)% × 95% (3)。

2 結(jié)果與分析

2.1 魚體生長指標

2.1.1 魚體體重相關(guān)指標的變化

由圖1可知，不同處理組魚體的終末體質(zhì)量都有不同程度的增加，其中HC和NC、LC相比差異顯著，而HC和MC之間沒有顯著性差異。對養(yǎng)殖試驗期間魚體的WGR比較分析，發(fā)現(xiàn)其變化規(guī)律和終末體質(zhì)量相似，不同的是MC和HC之間也有顯著差異。

圖1 不同取樣時期魚體體重變化Fig.1 Changes of body weight in different sampling periods

分析發(fā)現(xiàn)MC、LC和NC相比沒有顯著性差異，但HC和NC相比差異顯著。養(yǎng)殖試驗期間，魚體AGRW和不同處理之間的SGR差異性相同，只有HC與NC之間差異顯著，養(yǎng)殖試驗期間，魚體沒出現(xiàn)異常死亡情況(表2)。

表2 不同濃度小球藻對吉富羅非魚生長性能的影響Tab.2 Effects of different concentrations of C.Pyrenoidosa on the growth performance of O.niloticus

2.1.2 魚體全長、體長的變化

圖2為不同取樣時間下各處理組之間魚體全長和體長的變化。從圖中可以看出，隨取樣次數(shù)的增加，各處理組魚體全長和體長都呈增加趨勢。NC和LC兩條折線相差不大，末次取樣和初次取樣時的全長差別不明顯。和NC相比，MC和HC兩條折線始終在其上方，對魚體體長的影響與對照組相比差異顯著。從圖中可以看出，魚體體長隨取樣次數(shù)的增加呈整體上升趨勢，其中MC和HC上升的更快。在第二次和第四次取樣時，MC和HC的體長和NC相比差異顯著，在前三次取樣時，MC的體長高于HC，但后兩次取樣時，HC的值高于MC的值。

圖2 不同取樣時期魚體全長、體長變化Fig.2 Changes of body length and body length in different sampling periods

2.2 添加小球藻對沉積物的影響

2.2.1 添加小球藻對沉積物產(chǎn)生量的影響

圖3為養(yǎng)殖期間各處理組養(yǎng)殖桶中沉積物的產(chǎn)生總量圖。從圖中可以看出，試驗期間沉積物的產(chǎn)生總量為：HC>MC>LC>NC。NC與其它三個處理組差別較大，但三個處理組之間差異較小。

圖3 不同處理組沉積物產(chǎn)生總量Fig.3 Total amount of sediment produced by different treatment groups

2.2.2 添加小球藻對沉積物TN的影響

不同處理組沉積物中TN的含量如圖4。隨著取樣次數(shù)的增加，羅非魚養(yǎng)殖過程中沉積物TN的含量整體呈上升趨勢。從單個取樣時間點來看，在第二次和第三次取樣時，HC沉積物TN含量和NC差異顯著；在第一次取樣時，各處理組之間TN含量差異不大，MC的TN含量略高于其它三個處理組；第三次取樣時，HC與其它三個組差異均顯著，但三個處理組之間差異不大；第四次和第五次取樣各處理組之間均不存在顯著性差異。

圖4 不同處理組沉積物TN含量Fig.4 Total nitrogen content in sediments of different treatment groups

2.2.3 添加小球藻對沉積物TP的影響

從圖5中可以看出，在整個羅非魚養(yǎng)殖試驗過程中，沉積物總磷的含量呈先升高后降低的趨勢。從單一時間節(jié)點來看，在第一次取樣時，各組TP含量均處于較低水平，NC、LC和MC均與HC有顯著性差異。第三、四和五次取樣時，NC沉積物TP的含量變化不大，但LC、HC與NC相比差異顯著，第三次取樣時，NC與HC也有顯著性差異，其它各處理組之間差異不明顯。

圖5 不同處理組沉積物TP含量Fig.5 Total phosphorus content in sediments of different treatment groups

2.2.4 添加小球藻對沉積物OM的影響

圖6為不同取樣時期，不同處理組沉積物中OM的含量分析柱狀圖。從圖中可以看出，從第一次取樣到最后一次取樣，沉積物中OM含量一直處于較高水平。從單個時間節(jié)點來看，第一次取樣時，HC與其它三個處理組均有顯著性差異，但這三個組之間沒有顯著性差異；第二、三次取樣時，對沉積物OM分析發(fā)現(xiàn)，NC與HC之間有顯著性差異；第四次和第五次取樣時，各處理組之間差異不顯著，但LC、MC、HC三個處理組OM含量比NC低，在其它各次取樣時也能得出相同結(jié)論。

圖6 不同處理沉積物OM含量Fig.6 The organic matter in sediments of different treatment groups

2.2.5 沉積物中TN、TP、OM的相關(guān)性分析

表3為羅非魚養(yǎng)殖試驗期間TN、TP和OM之間的Pearson相關(guān)性分析表。從表中可以看出，沉積物TN和TP的相關(guān)性系數(shù)為0.298，具有顯著正相關(guān)性，而沉積物TN和OM、TP和OM之間相關(guān)性不顯著。

表3 沉積物TN、TP和OM的Pearson相關(guān)性Tab.3 Pearson correlation of TN,TP and OM in sediments

2.2.6 沉積物污染狀況評價

采用OI對不同濃度小球藻添加組進行沉積物營養(yǎng)鹽狀況評價，其結(jié)果見圖7。

圖7 不同添加組沉積物OIFig.7 Contents of organic matter in sediments of different additive groups

不同取樣次數(shù)各處理組沉積物的OI如圖7所示。從圖中可以看出，整個養(yǎng)殖過程中OI值小于0.05，為II級清潔型底質(zhì)。NC的OI在養(yǎng)殖過程中呈上升趨勢，在第五次取樣時又降低。從單個取樣時間點來看，在前兩次取樣時，三個處理組的OI高于對照組；第三次取樣時，OI值NC>LC>MC>HC，但各處理組之間差異不顯著；第四次取樣時，各組之間的OI值基本持平，MC的值相對較低；最后一次取樣時，MC和LC的值高于NC，HC的數(shù)值低于NC，但各組之間的差異性未達到顯著性水平。

3 討論

本實驗結(jié)果顯示，隨著小球藻水平的增加，吉富羅非魚的增重率、特定生長率均呈增加趨勢，高濃度添加組吉富羅非魚的生長性能最佳，飼料利用率最高。苗衛(wèi)衛(wèi)等[10]研究發(fā)現(xiàn)，添加蛋白核小球藻和種植空心菜均能增加南美白對蝦(Litopenaeusvannamei)特定生長率和成活率，這與本研究的結(jié)論類似，分析原因可能與小球藻中含有豐富的氨基酸以及魚體生長必需的脂肪酸有關(guān)，也與小球藻中含有促生長因子(CGF)能夠滿足羅非魚的生長需要[22]有關(guān)。同時，本試驗發(fā)現(xiàn)，高濃度添加水平與中等濃度添加水平對魚體增重率和特定增長率影響差異不顯著，說明中濃度的小球藻已經(jīng)可以對魚體生長產(chǎn)生較理想的促進效果。林欽等[22]的研究結(jié)果表明，隨著小球藻添加的增加，黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)的終末體重、增重率呈上升趨勢，并隨著養(yǎng)殖的進行，變化幅度增大，這可能與養(yǎng)殖魚類以及養(yǎng)殖環(huán)境的變化有重要的關(guān)系，與本研究結(jié)果一致。隨著處理時間的增加，魚體的增重率和特定生長率呈上升趨勢，出現(xiàn)此結(jié)果的原因可能與小球藻內(nèi)豐富的生物活性物質(zhì)有關(guān)，其內(nèi)特殊的生長因子 CGF 對細胞生長具有促進作用。

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，虎杖種植可以增加底泥總有機碳(TOC)的含量[23]，本研究結(jié)果顯示，添加小球藻可以不同程度降低羅非魚養(yǎng)殖水體中的TOC和OM的含量，一方面可能與試驗所用的植物種類不同有關(guān)?；⒄葹榇笮退参铮递^大，可以形成生物膜，促進水體中的絮凝物沉積到水底，而小球藻屬于小型浮游植物，可以吸收水體中的物質(zhì)供自身生長代謝；另一方面，也可能與養(yǎng)殖環(huán)境有關(guān)。本試驗研究結(jié)果表明，高濃度小球藻添加可以顯著降低羅非魚養(yǎng)殖水體中的TN和TP含量，此前有研究表明虎杖種植可以顯著降低底泥中 TP、TN含量[24]，黎建斌等[25]研究了氧化底改和有益活菌聯(lián)合作用對池塘底泥總氮及總磷的降解作用，發(fā)現(xiàn)對照組的TN、TP含量顯著高于處理組，本試驗研究結(jié)果和其一致，這可能是因為小球藻和虎杖都可以吸收水體和沉積物中的營養(yǎng)鹽，含有的生物活性物質(zhì)可以促進魚體的攝食，使殘餌的含量減少，從而降低沉積物中的氮磷含量。

本研究中添加低濃度的小球藻對養(yǎng)殖過程沉積物的污染指數(shù)影響不大，但各個取樣時間HC的OI顯著低于對照NC，這說明小球藻可以通過調(diào)節(jié)水體，改善水環(huán)境，影響魚類的攝食和排泄活動，從而降低了沉積物中的有機物的產(chǎn)生量，進而降低OI，改善底質(zhì)環(huán)境。研究水質(zhì)狀況和沉積物理化指標之間的相關(guān)性，從而建立不同條件下的相關(guān)性模型。對于湖泊等大型水體，可以通過檢測沉積物不同層度的 理化指標值來估測湖泊水體所經(jīng)歷的水質(zhì)條件；對于養(yǎng)殖池塘等小水體，可以跟蹤水質(zhì)的變化來把握宏觀的沉積物污染狀況。同時，發(fā)展和完善沉積物理化指標分析技術(shù)，建立養(yǎng)殖池塘沉積物污染系數(shù)標準，以期改善和控制國內(nèi)養(yǎng)殖池塘水體的污染狀況。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，添加小球藻可以改善吉富羅非魚的生長性能，顯著提升魚體增重率、特定生長率、體重絕對增長率和成活率。添加小球藻對魚體的全長、體長的增加效果更明顯，在養(yǎng)殖后期顯著增加了魚體的全長和體長。此外，小球藻的添加可以通過改善水體狀況、促進魚類的攝食，進而降低沉積物氮磷的含量。小球藻還可以顯著降低羅非魚養(yǎng)殖過程中有機污染指數(shù)。