接種兩株有益菌的生物絮團凈水性能及飼料化潛力

張 波 劉泳宏 張倩倩 虞 舟 王 強 肖恩榮 邱東茹 吳振斌

(1.中國科學(xué)院水生生物研究所淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點實驗室, 武漢 430072; 2.中國科學(xué)院大學(xué), 北京 101400;3.東華理工大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院, 南昌 330013; 4.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢), 武漢 430072)

20世紀(jì)70年代以來, 高密度集約化養(yǎng)殖模式加大了餌料的投入, 該模式下餌料中僅有11%—36%的氮被魚類利用[1], 冗余餌料會殘留在養(yǎng)殖水體和底泥中, 影響水產(chǎn)品的品質(zhì), 甚至影響了漁民的利益[2,3]。生物絮團由藻類、細(xì)菌、原生動物和真菌等組成, 生物技術(shù)(Biofloc technology, BFT)可將水體中的無機有害氮源轉(zhuǎn)化為濾食性魚類攝食利用的菌體蛋白, 通過原位或異位的方式與池塘養(yǎng)殖結(jié)合, 是目前較為有效的適合高密度養(yǎng)殖模式的水體處理技術(shù)之一[4]。當(dāng)養(yǎng)殖水體的有機碳和總氮的比例(C/N)達(dá)到(10—20)∶1, 異養(yǎng)菌快速生長并大量分泌胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS), 形成具有絮凝作用的生物團聚體[5], 并能充分吸收轉(zhuǎn)化養(yǎng)殖水體中的氮來改善水質(zhì)質(zhì)量[6,7], 同時異養(yǎng)菌在很大程度上決定著絮團的結(jié)構(gòu)、粒徑及蛋白質(zhì)和脂類等營養(yǎng)組分的差異[8]。利用生物絮團絮凝技術(shù)轉(zhuǎn)化養(yǎng)殖尾水中的氮, 以改善養(yǎng)殖水環(huán)境, 并將回收絮團飼料化, 降低飼料系數(shù)、促進(jìn)魚類生長, 是一項值得嘗試的高效、健康、節(jié)水養(yǎng)殖模式及生物修復(fù)工藝?？莶菅挎邨U菌[9,10]作為目前生物絮團培養(yǎng)常見的益生菌, 能有效降低生物絮凝系統(tǒng)構(gòu)建過程中氨氮濃度、縮短生物絮凝系統(tǒng)啟動時間、提高絮團粗蛋白含量, 更加有利于為養(yǎng)殖對象提供蛋白源[11]; 活性污泥中富含大量生物絮團所需的絲狀菌和菌膠團, 可用作生物絮團系統(tǒng)的接種物[12]; 而偽杜搟氏菌YN12是新發(fā)現(xiàn)的菌膠團形成菌, 該菌可以能吸收多種單糖、二糖和多糖, 利用養(yǎng)殖水體中高濃度的銨離子合成氨基酸和蛋白質(zhì), 進(jìn)而形成生物絮團被魚類濾食利用[13]。為探討偽杜搟氏菌YN12作為新的絮團形成菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖的實用性, 本研究采用枯草芽孢桿菌、偽杜搟氏菌YN12以及活性污泥分成7個組合, 利用模擬養(yǎng)殖尾水產(chǎn)出生物絮團, 并監(jiān)測評估出水質(zhì)質(zhì)量、絮團產(chǎn)出量及微生物群落優(yōu)勢的最佳組合, 并將回收的絮團以5%的添加水平和商業(yè)混合制成魚飼料顆粒[14],探討其對胡子鯰的生長表現(xiàn)、肌肉營養(yǎng)成分及肝臟酶活性的影響, 為該新菌屬在生物絮團養(yǎng)殖的應(yīng)用提供有價值的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗接種菌

(1)偽杜搟氏菌YN12為實驗室前期培養(yǎng)[13], 挑選合適的菌落于LB液體培養(yǎng)基(10 g/L氯化鈉,5 g/L酵母提取物和10 g/L蛋白胨)上培養(yǎng)。(2)BS分離自商業(yè)菌粉, 以表面粗糙不透明、污白色或者微黃色的單個菌在R2A液體培養(yǎng)基[15](胰蛋白胨0.25 g/L,酸水解酪蛋白0.5 g/L, 酵母浸粉0.5 g/L, 可溶性淀粉0.5 g/L, 磷酸氫二鉀0.3 g/L, 硫酸鎂0.1 g/L, 丙酮酸鈉0.3 g/L, 蛋白胨0.25 g/L, 葡萄糖0.5 g/L)上作為培養(yǎng)對象。(3)活性污泥采集于武漢江夏污水處理廠好氧池。

1.2 生物絮團培養(yǎng)

實驗采用6 L的透明玻璃缸(14 cm×19 cm×30 cm)模擬養(yǎng)殖水體中的絮團反應(yīng)器, 共14個, 有效體積4 L, 隨機分為7組, 依次為: 活性污泥組(AS)、偽杜搟氏菌YN12組(YN)、枯草芽孢桿菌組(BS)、活性污泥+偽杜搟氏菌YN12組(AS+YN)、活性污泥+枯草芽孢桿菌組(AS+BS), 偽杜搟氏菌YN12+枯草芽孢桿菌組(YN+BS)、活性污泥+偽杜搟氏菌YN12+枯草芽孢桿菌組(AS+YN+BS), 每組兩個平行。模擬養(yǎng)殖廢水配制每升溶液中含有513 mg CH3COONa、76 mg NH4Cl、17 mg KH2PO4、10 mg MgSO4·7H2O 、10 mg CaCl2及微量元素: 640 mg C10H14N2Na2O8(EDTA)、50 mg FeSO4·7H2O、130 mg ZnSO4、399 mg MnCl2·4H2O、75 mg CuSO4·5H2O 和38 mg CoCl2·6H2O組成[16]。整個試驗過程分為兩個階段,第一階段為1—7d, 每隔3d添加1次上述配方, 共計3次; 第二階段為8—19d停止添加配方。同時全程不換水, 用蒸餾水補充損失的水分。YN和BS分別在LB液體培養(yǎng)基、R2A液體培養(yǎng)基中擴大培養(yǎng), 單菌組每次添加100 μL, 混合組按1∶1比例配制共計100 μL, 試驗1—10d每隔3d添加1次, 11—19d停止添加。pH維持在7.5—9.5, 進(jìn)水C/N比在(15—20)∶1,24h連續(xù)爆氣維持溶解氧(DO)＞5 mg/L, 環(huán)境溫度控制在15—28℃。每3d測下水中各形態(tài)氮: 氨氮(Ammonium nitrogen, AN)、亞硝酸鹽(Nitrite-N,-N)、硝酸鹽(Nitrate-N,-N)和總氮(Total nitrogen, TN)。

1.3 生物絮團添加飼料的制備

選取水質(zhì)凈化、絮團產(chǎn)出效果最佳處理組的生物絮團, 60℃烘箱烘干24h, 然后研磨成粉末, 與商業(yè)飼料以5%添加量均勻混合并使用1 mm模具造粒, 然后將顆粒放在60℃烘箱干燥至水分低于10%,將飼料放在干燥箱備用。

1.4 魚生長實驗

將初始平均體長和體重分別為(5.4±0.1) cm、(1.4±0.3) g的胡子鯰(Claris fuscus)隨機分成4組, 每個玻璃缸的放養(yǎng)密度為1000條/m2, 玻璃缸有效體積20 L, 放養(yǎng)2d前自來水消毒曝氣, 隨機分成兩組:絮團組和對照組。在15d的實驗期間, 絮團組前3d用通用飼料喂養(yǎng), 后12d用絮團飼料喂食, 對照組全程喂養(yǎng)商業(yè)飼料(表1)。每天喂食2次(9:00/17:00),投喂飼料重量為體重的3%—5%飽食投喂。每次喂完后換1/3的水并清除玻璃缸中糞便和未攝食的飼料, 每3d測基本的水質(zhì)參數(shù)以保持所需水質(zhì)穩(wěn)定。在整個試驗過程中, 水溫、pH和溶解氧分別保持在(25.0±1.0)℃、7.2±0.2和(6.5±0.5) mg/L, AN、-N和-N濃度維持在(3.82±0.59)、(1.41±0.35)和(0.06±0.05) mg/L。

表1 商業(yè)飼料主要營養(yǎng)成分Tab.1 Chemical composition of commercial feed

1.5 測定方法

絮團指標(biāo)表征 絮團形態(tài): 生物絮團先經(jīng)冷凍干燥機(SCIENTZ-10N)干燥24h后, 置于5 mL離心管中, 再加入2.5%戊二醛, 恒溫固定1h; 繼續(xù)置于4℃冰箱固定12h; 隨后用0.2 mol/L磷酸緩沖液沖洗3次, 每次10min; 然后依次用30%、50%、75%、90%、95%、100%乙醇脫水, 每次10min; 最后將樣品放在干燥器中干燥12h, 置于場發(fā)射掃描電子顯微鏡(Hitachi S-4800)下觀察并拍照。

絮團粒徑: 取適量生物絮團樣品, 以激光粒度分布儀(BT-9300ST)為基礎(chǔ), 測得生物絮團的顆粒粒徑分布。

絮團量(ml/L): 在試驗結(jié)束時, 使用英霍夫錐形管取裝置中1 L水樣靜置30min記錄絮團體積。

水質(zhì)指標(biāo)測試方法水質(zhì)指標(biāo)測試方法: 溫度(T)、溶解氧(Dissolved oxygen, DO)和pH等指標(biāo)用多參數(shù)水質(zhì)測定儀(YSI556MPS)測定, 每天2次;每隔3d測定模擬反應(yīng)器出水各形態(tài)的氮氨氮(AN)、亞硝酸鹽氮(-N)、硝酸鹽氮(-N)、總氮(TN)及COD參照國標(biāo)(GB 17378.4-2007)中相應(yīng)方法測量[17]。

微生物群落分析在系統(tǒng)運行結(jié)束后, 取各組系統(tǒng)中的生物絮團樣品, -80℃儲存, DNA提取和測序委托北京百邁客生物科技有限公司完成。生物絮體中微生物使用的引物序列為F: 5′-ACTCCTAC GGGGAGGCAGCA-3′和R: 5′-GGACTACHVGGGT WTCTAAT-3′[18]。首先提取絮團DNA后, 設(shè)計引物并在末端加上測序接頭, 接著利用PCR擴增并對其產(chǎn)物進(jìn)行定量、純化和均一化形成測序文庫, 然后通過高通量測序Illumina Novaseq 6000進(jìn)行測序。堿基識別分析將上述測序所得的原始圖像數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為原始測序序列。OTU(Operational Taxonomic Unit)信息以97.0%的相似度通過Usearch軟件進(jìn)行聚類, 每個樣本的群落組成均在各個水平進(jìn)行統(tǒng)計分析。其中數(shù)據(jù)預(yù)處理: 主要有如下3個步驟:(1)質(zhì)量過濾: 首先使用 Trimmomatic v0.33軟件, 對測序得到的原始序列進(jìn)行過濾; 然后使用cutadapt 1.9.1軟件進(jìn)行引物序列的識別與篩選, 得到不包含引物序列的待分析數(shù)據(jù); (2)雙端序列拼接: 使用Usearch v10軟件, 通過overlap對每個樣品的待分析數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接, 接著根據(jù)不同區(qū)域的長度范圍對拼接后數(shù)據(jù)進(jìn)行長度過濾; (3)去噪: 使用QIIME軟件進(jìn)行去噪并去除嵌合體序列, 得到最終有效數(shù)據(jù)。

魚成長表現(xiàn)在魚飼養(yǎng)階段1d和15d, 對魚進(jìn)行計數(shù), 并饑餓24h后隨機取8條測量體長和體重,根據(jù)以下等式計算生長和營養(yǎng)相關(guān)指數(shù):

存活率(Survival rate, SR, %)=[最終魚數(shù)/初始魚數(shù)]×100

增重(Weight gain, WG, g)=平均最終體重(g)-平均初始體重(g)

增重率(Weight gain rate, WGR, %)=[平均最終體重(g)-平均初始體重(g)]/平均初始體重×100

體長增加(Lenght gain, LG, cm)=平均最終體長(cm)-平均初始體長(cm)

飼料系數(shù)(Feed conversion ratio, FCR)=[(投入飼料干重-未攝食飼料干重)(g)/魚凈增重(g)]×100

特定生長率(Specific growth rate, SGR, %/d)=[ln平均最終體重(g)-ln平均初始體重(g)]×100/培養(yǎng)天數(shù)

肌肉營養(yǎng)成分分析為了確定飼料對于胡子鯰的生理影響, 隨機取8條采集肝臟和肌肉于-80℃冰箱保存。為確定肌肉的近似成分, 樣品在烘箱中60℃干燥至恒重, 氨基酸參照(GB/T 18246-2019)飼料中氨基酸的測定。

肝臟生化分析肝臟指標(biāo)檢測交于武漢賽維爾生物科技有限公司, 其中ɑ-淀粉酶(α-Amylase)、堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase, AKP)、總膽紅素(Total Bilirubin, TBIL)、總蛋白(Total protein, TP)和丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(Alanine transaminase, ALT)由全自動生化儀檢測; 總超氧化物歧化物(Superoxide dismutase, SOD)活力、丙二醛(Malonaldehyde, MDA)、谷胱氨酸過氧化物酶(Glutathione peroxidase, GSHPx)和過氧化氫酶(Catalase, CAT)用相應(yīng)的商業(yè)試劑盒(南京建成試劑盒)。

數(shù)據(jù)分析利用Excel和DPS數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析, PowerPoint 2021和Origin 2021進(jìn)行繪圖。實驗數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,P＜0.05為差異性顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1 生物絮團的形成及特征

生物絮團表觀形態(tài)取各組生物絮團在顯微鏡下(圖1a—g)觀察形態(tài): 其均為褐色, 外形不規(guī)則且表面多孔隙, 聚集了絲狀菌、原生動物等。原生動物不僅豐富了生物絮團微生物的多樣性, 還能形成較長的食物鏈, 增強了絮團的穩(wěn)定性。在AS、YN、AS+YN和AS+YN+BS組中發(fā)現(xiàn)大量的線蟲和輪蟲等, 可提供優(yōu)質(zhì)蛋白作為魚類食物的來源[19], 提高了生物絮團作為飼料的營養(yǎng)價值。由于枯草芽孢桿菌對線蟲等有很強的抑制作用[20], 在BS和AS+BS組幾乎沒有此類生物, 而在AS+YN+BS組又出現(xiàn)了大量此類生物, 可能在接種的活性污泥中帶有大量的線蟲, 枯草芽孢桿菌在該組中并未展現(xiàn)出很好的抑制效果[21]。取YN+BS組于掃描電鏡SEM下觀察, 絮團(圖1h和圖1i)表觀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜, 出現(xiàn)大量的不規(guī)則孔狀結(jié)構(gòu), 同時存在大量的絲狀物和微生物。

圖1 顯微鏡觀察(×10)生物絮團的形態(tài)Fig.1 Microscopic observation (×10) morphology of bioflocs

絮團大小及生成量絮團粒徑大小是影響絮團成分的重要因素之一, 絮團粒徑(＜48 μm)越小富含越多必需氨基酸, 粒徑越大(＞100 μm)則含有更高質(zhì)量的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)[22]。此外生物絮團的大小還可能會影響生物絮團技術(shù)(BFT)的硝化過程,低粒徑的絮凝物在氨氮和亞硝態(tài)氮氧化方面效率較低[23], 高粒徑絮團可提供更大的表面積以供微生物附著, 其菌群擁有更高的豐度及多樣性[24]。在試驗結(jié)束時, AS組絮團粒徑低于100 μm 的占比高于其余6組, 可能會導(dǎo)致硝化作用效率下降, 在StageⅡ出現(xiàn)明顯的AN和TN積累(圖4)。粒徑(＞100 μm)占比變化不明顯。混合菌組(AS+YN、YN+BS和AS+YN+BS)在絮團量均高于單菌組(AS和YN), 表明混合菌能更好地利用養(yǎng)殖尾水中的氮產(chǎn)出更多的生物絮團[25], 從而能有效的將模擬養(yǎng)殖水體中的有害氮轉(zhuǎn)化菌體蛋白改善水質(zhì)。

絮團微生物群落結(jié)構(gòu)在門水平上, 變形菌門(Proteobacteria)、擬桿菌門(Acteroideria)、疣微菌門(Verrucomicrobia)和厚壁菌門(Firmicutes)作為優(yōu)勢菌門, 它們的相對豐度占總細(xì)菌的比例依次為85.8%、93.1%、93.4%、88.3%、89.1%、97.0%和85.8%。變形菌門是水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的常見菌[26], 在生物絮團的組成細(xì)菌種類中占主導(dǎo)地位, 它可去除有機物, 在反硝化處理中也起著重要作用[27], 在AS和YN+BS組的最高相對豐度分別為79.7%和77.8%。擬桿菌門也是常見的益生菌[28], 可以分解蛋白質(zhì)和淀粉等大分子物質(zhì)[29], 在生物絮團的形成過程也不可或缺。擬桿菌門通常能在生物絮團系統(tǒng)中觀察到[30], 它是異養(yǎng)菌的主要成員并且在生物絮團中比例較大[31], 在AS組分布最低為5.4%, 而在其他6組分布為(21.6±4.6)%。異養(yǎng)菌的比例和氮去除效率、絮團量有著一定的聯(lián)系, AS組擬桿菌分布少, 在Stage Ⅱ出現(xiàn)-N和-N積累(圖4),絮團量較低(圖2)。厚壁菌門在YN組最高為13.9%,而在其他幾組較低為0.8%—2.3%。厚壁菌門在地表淡水豐度較低[32],而在廢水中檢測到的豐度較高[33]。在本研究中觀察到的YN組厚壁菌門較高的豐度暗示該系統(tǒng)中水體的凈化效能較低, 這與氨氮去除效率較低(圖4)存在一定聯(lián)系。

圖2 不同組別絮團粒徑大小占比及絮團量Fig.2 The proportion of floc particle size and the amount of floc in different groups

圖3 不同組別生物絮團在門水平和屬水平(反硝化菌屬和其他菌屬)上的菌群結(jié)構(gòu)Fig.3 The bacterial community structure of different groups of bioflocs at the phylum level and the genus level (Denitrifying bacteria and other genera)

圖4 生物絮團培養(yǎng)過程中各形態(tài)氮的變化Fig.4 Changes of four nitrigen in groups of bioflocs culture

在屬水平上,Hydrogenophaga、Flavobacterium、Pseudoxanthomonas、Burkholderiaceae、Comamonas、Acinetobacter、Thauera、Paracoccus、Gemmatimonas、Pseudomonas和Blastocatellaceae是常見的反硝化菌屬, 在AS(41.3%)和YN+BS(47.5%)組占據(jù)主要的優(yōu)勢, 其余五組為17.5%—22.6%。噬氫菌屬(Hydrogenophaga)是水徑流系統(tǒng)中的主要的反硝化細(xì)菌[34,35], 在AS組相對豐度最高有17.4%, 是活性污泥處理廢水中的優(yōu)勢菌群之一[36];Flavobacterium是一種典型的異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌屬[37],在混合菌組(AS+YN、AS+BS、YN+BS和AS+YN+BS)相對豐度4.5%—6.4%明顯高于單菌組1.2%—2.7%。Pseudoxanthomonas和Acinetobacter作為反硝化菌屬[38,39], 在YN+BS組分布最高為7.9%和9.2%,應(yīng)該與該組較好的氮去除率(圖4)和較高的絮團量(圖2)有關(guān)。Burkholderiaceae科具有典型的異養(yǎng)反硝化[40]和絮凝[41]功能。偽杜搟氏菌YN12(Pseudoduganella eburneaYN12)隸屬于該菌科, 在混合菌YN+BS組達(dá)11.7%, 而在單菌YN組僅有1.4%, 可能YN+BS組更適合該菌屬的穩(wěn)定生長。Comamonas和Gemmatimonas是分別能通過異養(yǎng)硝化-好氧反硝化[42]和增強生物膜形成進(jìn)行高級脫氮的反硝化菌屬[43], 兩種菌屬在各組中相對豐度占比不明顯。Thauera作為傳統(tǒng)的反硝化菌屬, 能在異養(yǎng)和自養(yǎng)的條件下生活[44], 在AS組相對豐度9.0%顯著高于其他6組(0.03%—1.6%);Paracoccus和Pseudomonas在高溶解氧條件下能有效去除有機酸的好氧反硝化菌屬[45—47], 在YN組分布6.6%高于其他6組(1.3%—3.0%);Blastocatellaceae屬是一種重要的產(chǎn)絮菌[20], 具備良好的絮凝能力, 在各組相對豐度占比不均勻, 可能致使各組中絮團量分布存在一定差異。

絮團凈水性能試驗每次進(jìn)水COD濃度300—500 mg/L、TN濃度20—25 mg/L、碳氮比(C/N)15-20, 以AN為主。試驗分為兩個階段, 3次添加模擬養(yǎng)殖尾水(Stage Ⅰ: 1—7d)和停止添加模擬尾水(Stage Ⅱ: 8—19d; 圖4)。AN和TN從StageⅠ最高濃度( 28.32±1.48)和(33.28±3.19) mg/L逐漸下降到Stage Ⅱ的最低濃度(2.22±1.54)和(4.20±2.87) mg/L, YN組對AN去除效率(79.9%)明顯低于其他6組(95.9%—98.1%); AS、AS+YN、AS+BS和AS+YN+BS組在Stage Ⅱ出現(xiàn)-N積累[(3.98±0.15)、(4.04±0.04)、(3.45±0.11)和(7.64±0.01) mg/L];-N在整試驗過程波動相對平穩(wěn)。

該7組試驗生物絮團利用養(yǎng)殖尾水脫氮效率高達(dá)91.2%—99.1%, 相對常見益生菌(產(chǎn)朊假絲酵母固體菌[48]AN去除率69.52%、巨大芽孢桿菌[49]TN去除率63.61%等)處理養(yǎng)殖尾水氮去除率效果更佳。生物絮團系統(tǒng)通常具有明顯的消除亞硝酸鹽氮的能力[50], 與AS相關(guān)的組(AS、AS+YN、AS+BS和AS+YN+BS)在Stage Ⅱ均出現(xiàn)了明顯的-N積累, 表明接種活性污泥的生物絮團體系中反硝化過程可能具有不穩(wěn)定性。YN組AN去除效率明顯低于其他幾組, 可能由于單菌下的絮團反硝化菌屬豐度(22.6%)較低, 厚壁菌門豐度(13.9%)較高導(dǎo)致水質(zhì)受污染[31](圖3), 氨氮同化成菌體蛋白受阻,絮團量也相對低于其他6組(圖2)。整個試驗過程BS和YN+BS對養(yǎng)殖尾水氮控制效果較明顯, 未出現(xiàn)明顯的氮積累滯后, 絮團形成菌能充分利用氮轉(zhuǎn)化成自身菌體蛋白, 其中YN+BS相對BS絮團量產(chǎn)出更加明顯(圖2)。

從水質(zhì)參數(shù)、絮團量和微生物群落結(jié)構(gòu)分析表明YN+BS組在水質(zhì)質(zhì)量、絮團產(chǎn)出及反硝化菌屬占比上優(yōu)于其他6組, 可作為接下來絮團飼料養(yǎng)殖胡子鯰的試驗。

2.2 絮團飼料化養(yǎng)殖鯰魚綜合評價

生長性能生長性能和飼料利用率的提高是水產(chǎn)養(yǎng)殖實踐的主要目的[51]。在整個實驗過程中觀察到對照組1條魚死亡, 其生長存活率為(95±0.00)%低于絮團組(100±0.00)%。試驗結(jié)果表明(表2),絮團組比對照組具有更好的生長性能和飼料利用率, 具體表現(xiàn)絮團組在增重、體長增加、飼料系數(shù)及特定生長率均高于對照組。生物絮團作為微生物的集合體, 絮團的粗蛋白含量高, 在添加到飼料中能夠滿足水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的營養(yǎng)需求, 而魚類能夠很好地吸收生物絮團中的營養(yǎng)物質(zhì), 從而促進(jìn)動物生長, 降低飼料成本[52]。

表2 對照組和絮團組魚的生長性能和飼料利用率Tab.2 Growth performance and feed utilization rate of fish in control group and floc group

生化評價通過了解肝臟中消化酶的活性可以了解胡子鯰對飼料的消化作用能力, 消化酶的活性也與攝食飼料中營養(yǎng)物質(zhì)的種類和含量密切相關(guān)[53]。α-Amylase是參與營養(yǎng)物質(zhì)消化和吸收的主要消化酶, 是評估消化吸收能力及功能的重要指標(biāo)[54], α-Amylase可將淀粉催化分解成單糖以便吸收利用, 測定消化酶活性可有效反映其不同個體之間生理生化及所需營養(yǎng)的變化。有研究發(fā)現(xiàn)飼料中添加生物絮團可以提高養(yǎng)殖對象肝胰腺中蛋白類消化酶的活性[55], 然而在本試驗中對照組α-Amylase高于絮團組(圖5), 說明絮團組飼料并未提高酶活性, 這可能與絮團飼料烘干制作過程中破壞了酶的活性有關(guān)。堿性磷酸酶(AKP)是動物體內(nèi)重要的磷代謝酶, 具有促進(jìn)含磷(P)物質(zhì)消化吸收、代謝、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)運、再利用等的功能, 同樣是機體免疫反應(yīng)酶和解毒酶[56], 本試驗中兩組酶活性差異較小。谷草轉(zhuǎn)氨酶(ALT)活性和總膽紅素(TBIL)是反映肝臟受損的主要敏感指標(biāo)[57,58], ALT通過在氨基酸代謝和糖異生中發(fā)揮關(guān)鍵作用的氨基酸轉(zhuǎn)氨酶, 在機體蛋白質(zhì)代謝中起重要作用, 而TBIL是血紅蛋白降解的主要產(chǎn)物, 當(dāng)肝臟發(fā)生病變或受到損傷時, ALT和TBIL活性升高[59]; 本試驗中絮團組魚肝臟ALT(500.5＞403.9 U/L)和TBIL (10.7＞8.9 μmol/L)均高于對照組, 表明絮團組魚的肝臟可能存在輕微的損傷。此外肝臟是魚體合成蛋白質(zhì)的重要場所, 肝細(xì)胞受損意味著蛋白質(zhì)生產(chǎn)量下降[60], 在對照組和絮團組TP差異不明顯, 兩組的蛋白合成并未受影響。試驗一般用丙二醛(MDA)含量、過氧化氫酶(CAT)活力、總超氧化物歧化物(SOD)活力和谷胱氨酸過氧化物酶(GSH-Px)活力的過度積累來指示氧化應(yīng)激的變化[61], 總超氧化物歧化酶SOD是機體特異性清除活性氧自由基的重要抗氧化酶, CAT 是重要的細(xì)胞抗氧化酶, GSH-Px是一種保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能免受過氧化物的干擾和破壞的過氧化物降解酶, MDA是脂質(zhì)過氧化最主要的標(biāo)志物[62]。本試驗中對照組CAT、GSH-Px和SOD活力明顯高于絮團組, MDA含量略低于絮團組但差異不明顯, 意味著絮團組并未提高肝臟的抗氧化和自由基清除及抑制脂質(zhì)過氧化能力。

圖5 對照組和絮團組肝臟生化指標(biāo)比較Fig.5 Comparison of liver biochemical indexes between control group and floc group

魚肌肉營養(yǎng)成分分析肌肉組織是魚類的主要食用部位, 是水產(chǎn)養(yǎng)殖和魚類生長研究的首要目的。衡量魚的肌肉營養(yǎng)價值不僅要看蛋白質(zhì)含量, 更要看組成蛋白質(zhì)的氨基酸種類及其含量的高低[63]。實驗結(jié)果顯示絮團組飼養(yǎng)的胡子鯰肌肉常見的15種氨基酸(圖6)均低于對照組, 這可能與絮團飼料造成胡子鯰氨基酸代謝和肝功能受損, 不利于魚類生長發(fā)育有關(guān)。鮮味氨基酸的含量在一定程度上決定著動物蛋白質(zhì)的鮮美, 而其中谷氨酸Glu、天冬氨酸Asp、丙氨酸Gly和甘氨酸是呈鮮味的特征性氨基酸, 對鮮味的形成有明顯的促進(jìn)作用[64],而絮團組各氨基酸含量均略低于對照組, 說明絮團在魚肌肉營養(yǎng)成分及口感上并未取得優(yōu)勢。

圖6 對照組(左A)和絮團組(右B)肌肉氨基酸營養(yǎng)成分比較Fig.6 Comparison of amino acid nutritional composition of muscle between control group (left A) and floc group (right B)

3 結(jié)論

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn), YN+BS絮團組合具有穩(wěn)定的水質(zhì)凈化效果、良好的絮團產(chǎn)出能力及反硝化菌屬優(yōu)勢, 該組絮團粉加工成飼料, 促進(jìn)了胡子鯰的生長性能, 然而在消化酶、免疫酶及肌肉營養(yǎng)成分上并未表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢, 可以嘗試進(jìn)一步調(diào)整生物絮團粉添加水平, 優(yōu)化生物絮團飼料效果, 更好地促進(jìn)胡子鯰的生長。