生物絮團(tuán)對水產(chǎn)動(dòng)物生長、消化及養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響

于 哲，李 良，朱 瑞，吳莉芳，李 民，段 晶，王婧瑤

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動(dòng)物生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，動(dòng)物營養(yǎng)與飼料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130118)

隨著集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展，飼料的需求量日益增加[1]。傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式的飼料利用率僅為20%～30%，無法達(dá)到精準(zhǔn)投喂的標(biāo)準(zhǔn)，大量殘飼和糞便在水中積累，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，毒害水產(chǎn)動(dòng)物[2]。生物絮團(tuán)技術(shù)是一種可以循環(huán)利用營養(yǎng)廢物、節(jié)約資源、避免污染并提供優(yōu)質(zhì)蛋白源的可持續(xù)發(fā)展型養(yǎng)殖技術(shù)[3]。目前，國內(nèi)外學(xué)者對生物絮團(tuán)技術(shù)的研究內(nèi)容主要包括生物絮團(tuán)對水產(chǎn)動(dòng)物生長、消化酶活力、非特異性免疫功能、抗氧化能力、腸道菌群及養(yǎng)殖水體水質(zhì)等方面的影響；研究的水產(chǎn)動(dòng)物主要包括：雜食性魚類，如斑點(diǎn)叉尾鮰(Ictaluruspunctatus)[4]、鯽(Carassiusauratus)[5]、鯉(Cyprinuscarpio)[6-7]、克林雷氏鯰 (Rhamdiaquelen)[8]、革胡子鯰(Clariasgariepinus)[9]、鳙(Aristichthysnobilis)[10]、松浦鏡鯉(CyprinusspecularisSongpu)[11]、吉富羅非魚(GIFT,Oreochromsniloticus)[12]、莫桑比克羅非魚(MozambiqueTilapia)[13]、尼羅羅非魚(NileTilapia)[14]、奧尼羅非魚(Oreochromis)[15]、異育銀鯽(Carassiusauratusgibelio)[16]；肉食性魚類，如雜交鱧(OphiocephalusargusCantor)[17]、花鰻鱺 (Anguillamarmorata)[18]；草食性魚類：草魚(Ctenopharyngodonidellus)[19]、團(tuán)頭魴(Megalobramaamblycephala)[20]；蝦類：羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)[21]、克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)[22]、凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)[23]、斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon)[24]、日本對蝦(Marsupenaeusjaponicu)[25]，其他如仿刺參(Apostichopusjaponicus)[26]、中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)[27]。

概述了生物絮團(tuán)對水產(chǎn)動(dòng)物生長、消化酶活力、非特異性免疫功能、抗氧化能力及養(yǎng)殖水體水質(zhì)等方面的影響，為進(jìn)一步合理開發(fā)利用生物絮團(tuán)技術(shù)、節(jié)約水資源、降低水體污染、提高飼料利用率提供參考。

1 生物絮團(tuán)對水產(chǎn)動(dòng)物生長的影響

1.1 生物絮團(tuán)對魚類生長的影響

1.1.1 雜食性魚類

生物絮團(tuán)除了可以提高飼料效率、提供優(yōu)質(zhì)蛋白源外，還富含生長促進(jìn)劑和生物活性化合物[28]。當(dāng)碳氮比適宜的條件下，能顯著提高雜食性魚類增重率、特定生長率和蛋白質(zhì)效率，使養(yǎng)殖魚類呈現(xiàn)最佳生長優(yōu)勢[5-16]。以色列水產(chǎn)專家Avnimelech等[13]利用13C追蹤標(biāo)記技術(shù)證實(shí)了生物絮團(tuán)被莫桑比克羅非魚攝食，反向佐證了BFT可提高蛋白質(zhì)利用率。Long等[29]發(fā)現(xiàn)生物絮團(tuán)可提高羅非魚增重率9.46%，個(gè)體增重率12.5%，粗脂肪含量5.9%。同時(shí)，添加不同碳源和益生菌對生物絮團(tuán)形成以及魚類生長也存在影響，F(xiàn)arideh等[7]研究發(fā)現(xiàn)玉米淀粉組形成的生物絮團(tuán)顯著增加鯉增重率和特定生長率，粗蛋白含量與粗脂肪含量也分別提高18.83%和15.1%。Iskandar等[9]研究在生物絮團(tuán)系統(tǒng)中添加益生菌對革胡子鯰生長性能和飼料利用率的影響，發(fā)現(xiàn)最適添加時(shí)間間隔為5 d，此時(shí)增重率、存活率、飼料利用率和特定生長率都顯著高于其他組。因此，可推斷出，生物絮團(tuán)促進(jìn)雜食性魚類生長的因素是適宜碳氮比(C/N)、合適的碳源以及可提高異養(yǎng)菌大量繁殖的益生菌。

1.1.2 肉食性魚類

唐肖峰等[18]通過添加碳源，將生物絮團(tuán)技術(shù)與花鰻鱺健康養(yǎng)殖技術(shù)相結(jié)合，顯著提高了花鰻鱺平均體質(zhì)量、特定生長率和增重率。然而，王廣軍等[17]利用生物絮團(tuán)培養(yǎng)雜交鱧時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，隨著C/N升高雜交鱧生長性能逐漸降低，當(dāng)C/N為20時(shí)增重率顯著低于對照組。推測由于肉食性魚類不像雜食性魚類一樣利用絮團(tuán)，而像花鰻鱺這種雜食偏肉食性的魚，可能存在部分?jǐn)z食絮團(tuán)的現(xiàn)象，并且當(dāng)適宜的碳氮比水平可提高水質(zhì)，有益于魚類生長。所以對于不同魚類需甄選出最適碳氮比。

1.1.3 草食性魚類

關(guān)于草食性魚類的研究，盧炳國等[19]發(fā)現(xiàn)當(dāng)C/N為10.8時(shí)草魚的增重率、特定生長率最高，當(dāng)C/N比為20或25時(shí)對其生長性能無顯著影響。說明調(diào)節(jié)碳氮比對草魚作用不大，因其主要攝食水草與浮游植物，對異樣菌、浮游動(dòng)物及有機(jī)碎屑形成的絮團(tuán)利用率較低。然而，孫盛明等[20]研究團(tuán)頭魴卻發(fā)現(xiàn)，C/N為16～20時(shí)魚的終末體質(zhì)量、增重率和飼料利用率顯著高于C/N為8～12時(shí)，且在腸道內(nèi)發(fā)現(xiàn)絮團(tuán)。因此，針對不同魚類，即使是相同食性魚類，適宜的碳氮比也不可一概而論，仍需開展具體試驗(yàn)。

1.2 生物絮團(tuán)對蝦類生長的影響

目前，生物絮團(tuán)技術(shù)對蝦類生長的影響，已經(jīng)有諸多研究，如Zhao等[25]利用生物絮團(tuán)技術(shù)高密度養(yǎng)殖日本對蝦，提高了蝦產(chǎn)量13.4%、蛋白質(zhì)效率12.0%、飼料轉(zhuǎn)化率7.22%。Crab等[30]提出，生物絮團(tuán)可以部分替代魚蝦所需蛋白源，將傳統(tǒng)工廠化養(yǎng)殖的飼料利用率提高15%～25%。Burford等[31]利用15N追蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)，飼料氮的利用率高出傳統(tǒng)模式14%～24%。通過以上研究發(fā)現(xiàn)，生物絮團(tuán)提高蝦類生長、飼料利用率主要因?yàn)闋I養(yǎng)物質(zhì)的再利用，養(yǎng)殖水體中有機(jī)碎屑、殘餌和排泄物通過異樣菌黏附聚集成菌體蛋白，進(jìn)入蝦類食物鏈，促進(jìn)物質(zhì)的循環(huán)利用。

表1為國內(nèi)外學(xué)者研究的水產(chǎn)動(dòng)物及適宜的碳氮比(C/N)。上述研究表明，合理應(yīng)用生物絮團(tuán)技術(shù)可顯著提高水產(chǎn)動(dòng)物生長性能，但不同食性、同食性不同生理階段的水產(chǎn)動(dòng)物對生物絮團(tuán)利用有所不同，尤其肉食性、草食性魚類。所以，應(yīng)合理選擇碳源，調(diào)節(jié)碳氮比，適當(dāng)補(bǔ)充益生菌，優(yōu)化生物絮團(tuán)技術(shù)，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。

2 生物絮團(tuán)對水產(chǎn)動(dòng)物酶活性的影晌

2.1 生物絮團(tuán)對水產(chǎn)動(dòng)物消化酶活性的影響

2.1.1 魚類

消化酶活性對魚類健康生長至關(guān)重要，其中主要體現(xiàn)在蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等。Farideh等[7]研究發(fā)現(xiàn)，生物絮團(tuán)可顯著提高鯉消化酶活性，試驗(yàn)組蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性均顯著高于對照組。張明明等[16]發(fā)現(xiàn)當(dāng)C/N為20時(shí)生物絮團(tuán)可顯著提高異育銀鯽腸道脂肪酶、淀粉酶。孫盛明等[20]研究指出生物絮團(tuán)可顯著影響團(tuán)頭魴消化酶活性，當(dāng)C/N為16～20時(shí)，蛋白酶和淀粉酶活性逐漸升高，且均顯著高于C/N為8～12時(shí)；C/N為20時(shí)，蛋白酶活性和淀粉酶活性分別提高了1.92倍和0.69倍。

2.1.2 對蝦、海參

李京昊等[22]研究發(fā)現(xiàn)生物絮團(tuán)可提高克氏原螯蝦肝胰臟中淀粉酶和纖維素酶活性。Anand等[23]在斑節(jié)對蝦飼料中添加生物絮團(tuán)，結(jié)果顯示肝胰臟中淀粉酶活性高于對照組57.6%，與馬元慶等[26]研究結(jié)果相似，說明BFT不僅能提高甲殼類淀粉酶活性，還能影響無脊椎軟體動(dòng)物消化酶活性。葛海倫等[32]關(guān)于羅氏沼蝦的研究，發(fā)現(xiàn)腸、胃、胰脂肪酶，糜、胰蛋白酶均高于對照組，但腸、胰淀粉酶，胃蛋白酶、胃淀粉酶和纖維素酶活性無顯著差異。Xu等[33]研究凡納濱對蝦消化酶活性，發(fā)現(xiàn)蛋白酶和淀粉酶活性在肝胰臟中最高，胃中次之，腸道中最低，且均高于對照組，腸蛋白酶和淀粉酶活性有下降趨勢。

BFT顯著提高了水產(chǎn)動(dòng)物消化酶活力，究其原因可能是受絮團(tuán)自身營養(yǎng)物質(zhì)組成和胞外酶影響，或者養(yǎng)殖物受異養(yǎng)微生物刺激，分泌大量內(nèi)源性消化酶。

表1 水產(chǎn)動(dòng)物及適宜的碳氮比Tab.1 Aquatic animals and suitable ratio of carbon to nitrogen

2.2 生物絮團(tuán)對水產(chǎn)動(dòng)物非特異性免疫的影響

2.2.1 魚類

水產(chǎn)動(dòng)物因其發(fā)育不健全的免疫系統(tǒng)，在抵御病原體時(shí)主要依靠非特異性免疫。有研究顯示生物絮團(tuán)可顯著提高魚類免疫力，如：李朝兵等[10]研究報(bào)道生物絮團(tuán)可顯著提高鳙血清溶菌酶(LSM)、酸性磷酸酶(ACP)和一氧化氮合酶活力，增強(qiáng)機(jī)體免疫力。Ekasari等[14]利用生物絮團(tuán)技術(shù)養(yǎng)殖尼羅羅非魚，幼魚存活率可達(dá)到90%～98%。Mansour等[34]在絮團(tuán)組的羅非魚中，觀察到血細(xì)胞比容、白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、血漿蛋白、體液(免疫球蛋白、溶菌酶、髓過氧化物酶和乙酰膽堿)和細(xì)胞(吞噬作用活動(dòng)和呼吸爆發(fā))免疫參數(shù)有顯著改善；此外，投喂20%粗蛋白的絮團(tuán)組比投喂30%粗蛋白的對照組表現(xiàn)出相同或更高水平的免疫指標(biāo)。

2.2.2 對蝦、海參

不僅魚類，BFT還可以提高對蝦、海參免疫力；Chen等[35]研究發(fā)現(xiàn)，刺參絮團(tuán)組LSM、ACP、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及補(bǔ)體C3含量均顯著高于對照組。Panigrahi等[36]在生物絮團(tuán)中觀察到四種與免疫相關(guān)的基因，ras相關(guān)核基因(RNA)、絲氨酸蛋白酶基因(SP)、酚氧化酶活化酶(PPAE)和甲殼抗菌肽(crustin)的表達(dá)量隨碳氮比的增加而提高，分析表明，這些免疫基因的轉(zhuǎn)錄本在所有碳氮比處理中均顯著高于對照組。

關(guān)于生物絮團(tuán)對水產(chǎn)動(dòng)物非特異性免疫的影響，主要通過細(xì)胞免疫和體液免疫相關(guān)酶，SOD、LSM、ACP、堿性磷酸酶(AKP)等調(diào)控，而上述研究表明，BFT能顯著提高免疫酶活性，增強(qiáng)水生動(dòng)物免疫力。

2.3 生物絮團(tuán)對水產(chǎn)動(dòng)物抗氧化酶活力的影響

抗氧化防御系統(tǒng)是維持水生動(dòng)物健康生長，合理應(yīng)對氧化應(yīng)激和環(huán)境脅迫的主要生理機(jī)制，與免疫系統(tǒng)相類似，主要通過相關(guān)酶調(diào)控。Wang等[5]發(fā)現(xiàn)BFT可顯著提高鯽肝臟中SOD、谷胱甘肽還原酶(GSH)、過氧化氫酶(CAT)活性；Mansour等[34]測得BFT提高了尼羅羅非魚肝胰臟中SOD和CAT活性；Chen等[35]研究發(fā)現(xiàn)BFT可提高刺參的CAT和GSH活性。Xu等[37]研究在生物絮團(tuán)技術(shù)下不同蛋白質(zhì)水平(20%、25%、30%、35%)飼料對凡納濱對蝦抗氧化能力的影響，發(fā)現(xiàn)粗蛋白質(zhì)含量為20%時(shí)血漿和肝胰臟中的總抗氧化能力水平最低，且在血漿中具有最低的GSH與谷胱甘肽氧化酶(GSH-P)比率。飼喂蛋白質(zhì)水平為25%，30%和35%飼料時(shí)，蝦的總抗氧化能力(T-AOC)、SOD、GSH和GSH/GSH-P差異不顯著。Cardona等[38]探索生物絮團(tuán)對細(xì)角濱對蝦(Litopenaeusstylirostris)親蝦抗氧化能力的影響，也發(fā)現(xiàn)較高的T-AOC和GSH。

因此，無論魚、蝦、海參，BFT都可以顯著增強(qiáng)其抗氧化能力，根本原因在于BFT改善了水產(chǎn)動(dòng)物的抗自由基狀態(tài)，使其氧化應(yīng)激較不敏感，從而增強(qiáng)抗氧化能力；同時(shí)BFT含有的大量微生物，其本身和代謝產(chǎn)物均可以作為免疫刺激源，增加水產(chǎn)動(dòng)物承受應(yīng)激脅迫和抗氧化功能。

3 生物絮團(tuán)對養(yǎng)殖水體水質(zhì)的影響

3.1 生物絮團(tuán)凈化水質(zhì)原理

生物絮團(tuán)凈化水質(zhì)的原理是：養(yǎng)殖水體中異養(yǎng)微生物利用有機(jī)碳，在消耗一部分氧氣和堿度的情況下分解氨氮等含氮化合物，并轉(zhuǎn)換為自身菌體蛋白，凈化水質(zhì)[39]。當(dāng)C/N達(dá)到15以上時(shí)異養(yǎng)微生物優(yōu)先利用氨氮轉(zhuǎn)化為自身菌體蛋白，其過程是硝化細(xì)菌等自養(yǎng)菌作用效率的10倍，是分解無機(jī)氮的高效方式；當(dāng)C/N為8～10時(shí)異養(yǎng)微生物與自養(yǎng)微生物共同作用；而當(dāng)C/N為5以下時(shí)主要依靠自養(yǎng)微生物(硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌等)、藻類清除無機(jī)氮[40]。

3.2 生物絮團(tuán)技術(shù)消除水體中氮、磷的效果

有研究表明，生物絮團(tuán)技術(shù)能快速轉(zhuǎn)化養(yǎng)殖水體中N、P等污染物，降低日換水量的14%，并且隨著時(shí)間推移，浮游生物量逐漸增加，水體含氮化合物質(zhì)量濃度逐漸降低[41]。Wang等[5]利用生物絮團(tuán)技術(shù)養(yǎng)殖鯉發(fā)現(xiàn)水體中，試驗(yàn)組氨氮(0.22 mg/L)、亞硝酸鹽氮(0.02 mg/L)、硝酸鹽氮(2.5 mg/L)均顯著低于對照組(0.41 mg/L、0.49 mg/L、26.5 mg/L)。Zhao等[6]研究不同碳氮比對養(yǎng)殖水體的影響，發(fā)現(xiàn)高C/N(16～23)時(shí)總磷顯著低于低C/N(7～11)時(shí)。Vinatea等[42]利用生物絮團(tuán)技術(shù)進(jìn)行高密度凡納濱對蝦養(yǎng)殖，可實(shí)現(xiàn)零換水。Schveitzer等[43]通養(yǎng)殖水體中總懸浮物(TSS)質(zhì)量濃度來判斷生物絮團(tuán)濃度，間接判斷生物絮團(tuán)消除有毒氮的能力，結(jié)果表明，當(dāng)水體中TSS含量處于400～600 mg/L時(shí)，氨氮、亞硝酸鹽氮含量顯著低于TSS 200 mg/L時(shí)，水質(zhì)較穩(wěn)定；當(dāng)水體中TSS含量為800～1 000 mg/L時(shí)，水體有毒氮與TSS 400～600 mg/L組差異不顯著，但對魚蝦鰓部有堵塞現(xiàn)象，不利于其生長。

3.3 生物絮團(tuán)技術(shù)與循環(huán)水技術(shù)結(jié)合

Fleckenstein等[44]研究比較生物絮團(tuán)(BF)、清水(CW)和混合再循環(huán)系統(tǒng)(HY)中水質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，CW組溶氧質(zhì)量濃度顯著高于BF組和HY組，BF組濁度顯著高于其他組，氨氮與硝酸鹽各組間差異不顯著。Tierney等[45]得出類似結(jié)論，BF組中亞硝酸鹽與硝酸鹽質(zhì)量濃度顯著高于CW組和HY組，表明單獨(dú)依靠生物絮團(tuán)技術(shù)凈水略有不足，與循環(huán)水系統(tǒng)合理搭配將出現(xiàn)更好效果。

上述結(jié)果表明，生物絮團(tuán)技術(shù)具有較高的生物學(xué)意義，科學(xué)合理地利用將可以快速、高效地清除養(yǎng)殖水體中N、P等有毒有害物質(zhì)，凈化水質(zhì)，穩(wěn)定水體，增加養(yǎng)殖動(dòng)物產(chǎn)量，提高經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益。

4 展望

綜上所述，盡管人們對生物絮團(tuán)技術(shù)做了大量的研究，但在關(guān)于生物絮團(tuán)技術(shù)與其他養(yǎng)殖模式相結(jié)合方面仍缺乏系統(tǒng)、深入的研究。未來的研究方向應(yīng)從生物絮團(tuán)技術(shù)與其他養(yǎng)殖模式相結(jié)合著手，進(jìn)一步合理開發(fā)生物絮團(tuán)技術(shù)。其中包括：生物絮團(tuán)技術(shù)與生物膜技術(shù)的結(jié)合；生物絮團(tuán)技術(shù)與循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的結(jié)合；生物絮團(tuán)技術(shù)與水產(chǎn)益生菌發(fā)酵技術(shù)的結(jié)合；生物絮團(tuán)技術(shù)與有益微藻的結(jié)合等。生物絮團(tuán)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖理論上雖然優(yōu)勢明顯，但在實(shí)踐中仍有可提高的地方，如前期成本投入高、碳水化合物用量大、技術(shù)操作繁雜等，相信經(jīng)過努力，將來生物絮團(tuán)技術(shù)必然會(huì)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中發(fā)揮更大的作用。

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