南美白對蝦兩種養(yǎng)殖模式水體微生物群落特征研究

DOI：0.3969/j.issn.004-6755.2025.07.06

Characterization of microbial communities in water from two Litopenaeus vannamei aquaculture systems

TIAN Tao ^1，2 ，DOU Shilong1，2 ，JIANG Shuai1，2 ，LI Hongye12 ，XU Houguo3 ，GUO Ran ^1，2 （204 （1.OceanCollege，Hebei Agricultural University，Qinhuangdao O66ooo，China； 2.KeyLaboratoryofNutritionalRegulationandDiseaseControlinAquacultureof Hebei Province，QinhuangdaoO66oo，China; 3.Yellw Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Qingdao 266ooo，China）

Abstract：The experiment was designed with two aquaculture systems for Litopenaeus uannamei ： the flow-through aquaculture system as the control group （Group C），and the zero一water exchange aquaculture system as the experimental groups （Groups F and S），each group consisted of 5 concrete tanks with a stocking density of 3OO individuals per square meter and a 6O一day culture period. High -throughput sequencing analysis revealed significant differences in microbial communities between the two systems.Proteobacteria and Bacteroidota were the dominant phyla in both systems，but Bacteroidota exhibited a higher relative abundance system. Functional prediction demonstrated that microbial communities in the zero一water exchange system were more active in pathways such as amino acid metabolism，carbohydrate metabolism，and energy metabolism，providing enhanced nutritional support for the shrimp.

Key words：zero-water exchange aquaculture； flow-water aquaculture;Litopenaeus uannamei ； mi-crobial communities in water

南美白對蝦（Litopenaeusvannamei）主要有土池養(yǎng)殖、高位池養(yǎng)殖、工廠化養(yǎng)殖3種養(yǎng)殖模式[1。其中，工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖綜合運(yùn)用物理、化學(xué)、生物等技術(shù)手段，把水體中的懸浮物、氨氮、亞硝酸鹽、糞便、殘餌等進(jìn)行去除，實現(xiàn)動物的疾病管控和水體的循環(huán)利用，避免污染[2]，是近年來被廣為研究的養(yǎng)殖模式。譚建等[3]發(fā)現(xiàn)循環(huán)水養(yǎng)殖能提高南美白對蝦養(yǎng)殖密度；鮑鷹等4發(fā)現(xiàn)在標(biāo)粗階段運(yùn)用生物絮團(tuán)技術(shù)能顯著提高蝦的總體成活率。

微生物是生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)物最重要的分解者和初始利用者，在整個生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程中發(fā)揮重要作用[5]。傳統(tǒng)工廠化流水養(yǎng)殖模式（暗棚）中一般需要定期補(bǔ)充特定菌群以維持高密度養(yǎng)殖環(huán)境的穩(wěn)定，補(bǔ)充的菌種以芽孢桿菌、硝化細(xì)菌、EM菌為主，具體補(bǔ)充量與換水量呈負(fù)相關(guān)。因此，微生態(tài)制劑的使用成本約占養(yǎng)殖成本的 5%～20% ，主要取決于技術(shù)路徑和管理精細(xì)化程度。

因此，探究更節(jié)能、節(jié)水、節(jié)藥的養(yǎng)殖模式，對南美白對蝦養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。建立穩(wěn)定的養(yǎng)殖水自穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)并明確該系統(tǒng)的穩(wěn)定因素，是對蝦零排水養(yǎng)殖技術(shù)能夠真正確立并獲得廣泛認(rèn)可的關(guān)鍵。研究人員嘗試構(gòu)建一種少換水甚至零換水的南美白對蝦養(yǎng)殖體系，并探究其穩(wěn)定環(huán)境中的菌群結(jié)構(gòu)，明確優(yōu)勢菌群種類，并進(jìn)一步發(fā)掘優(yōu)勢菌群特性，為構(gòu)建節(jié)約型對蝦養(yǎng)殖模式提供數(shù)據(jù)支撐。

1材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗以北方普遍存在的傳統(tǒng)工廠化暗棚流水式養(yǎng)殖模式作為對照（C組），全程不排水只補(bǔ)水養(yǎng)殖模式（零排水模式）為試驗組（F、S組）。每個處理5個水泥池 （6m×6m×1m） ，共用10個水泥池，每池養(yǎng)殖密度300尾/ 。試驗初始對蝦為P20蝦苗。試驗用飼料為工廠化養(yǎng)殖用商業(yè)飼料，飼料蛋白 42% 。對照組每天采用 24h 緩慢補(bǔ)水，日換水率 20%～30% ，投喂次數(shù)5次/d，總投喂量為對蝦體質(zhì)量的 10%～15% 。試驗組提前1個月建立養(yǎng)殖用水自穩(wěn)態(tài)體系。再與對照組一起分別放入300尾/ in² 對蝦開始養(yǎng)殖，投喂過程與對照組保持一致。每天檢測 pH 值 （7.8～8.5） 、溶解氧 （?5mg/L） 、氨氮（ lt;0.5mg/L ）、亞硝酸鹽 （lt;0.2mg/L） 等。若任何一個水池水質(zhì)指標(biāo)超出常規(guī)，停飼一天以穩(wěn)定水體。

1.2 試驗地點

唐山禾豐科技有限公司樂亭縣養(yǎng)殖場。

1.3水體微生物樣品采集與處理

采樣點設(shè)置為池塘四角。在每個采樣點分別采集1L表層水樣，在 內(nèi)用微孔濾膜（上海新亞孔徑， 0.45μm） 對水樣進(jìn)行過濾，過濾后的濾膜放入 10mL 無菌離心管中妥善保存。全部樣品均放置在 -80^°C 的冰箱內(nèi)保存，待后續(xù)檢測分析。選取養(yǎng)殖池塘第30天（F）的樣品代表養(yǎng)殖中期、第60天（S）的樣品代表養(yǎng)殖末期的水體微生物樣品，委托派森諾公司進(jìn)行高通量測序。

2 結(jié)果與分析

2.1 水體測序結(jié)果

對養(yǎng)殖周期內(nèi)的水環(huán)境微生物群落變化展開分析，最終獲取 1025690-1986302 條原始序列，過濾低質(zhì)量、短長度后的序列 915866-1034172 條，獲得有效序列 46573-932477 條。根據(jù)養(yǎng)殖水體微生物樣本的OTUs（Operational TaxonomicUnits，操作分類單元）繪制成韋恩圖（見圖1），用于分析9個樣品共有和特有OTUs以及之間的關(guān)系。由圖1可見，9個水體樣品匯聚了9469個OTUs，它們共有的206個OTU，S組特有的OTUs有4081個，顯著高于C（1912個）和F（2867個）。

2.2 群落結(jié)構(gòu)分析

由圖2可知，門水平下的物種豐度三個樣品組的優(yōu)勢菌門均為變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidota），其次是放線菌門（Acti-nobacteriota）。其中F組的擬桿菌門占比（ 53.42% ）高于其他兩組，變形菌門占比（28.44% ）顯著低于其他兩組，放線菌門占比（10.00% 高于其他兩組。由圖3可知，在屬水平下，C組的優(yōu)勢物種為海洋NS3a群（NS3ama-rinegroup），占比為 10.56% ；硫微球菌屬（Thio-microhabdus），占比為 8.81% ；浮游菌屬（Plank-tomarina），占比為 8.27% 。F組的優(yōu)勢物種為海洋NS3a群，占比為 15.10% ；浮游菌屬（Plank-tomarina），占比 13.73% 。S組的優(yōu)勢物種為海生菌屬（Marivita），占比為 15.77% 。

2.4水體微生物差異

運(yùn)用LEfSe（LDAEffectSize）分析對水體微生物群落差異進(jìn)行分析，篩選出對水體微生物群落具有顯著指示作用的物種，見圖4。S組中顯著富集的分類群最多，且LDA得分普遍較高，與其他組有較大差異，例如：嗜麥芽假單胞菌屬（Mo-tilimonas）、納諾西斯菌屬（Nannocystis）、納諾西斯菌目（Nannocystales）、微桿菌屬（Microbacte-rium）。C組和F組中顯著富集的分類群相對較少，且LDA得分相對較低。

2.5水體微生物功能分析

如圖5所示，根據(jù)功能分類的條形圖可以看出，細(xì)胞過程運(yùn)輸和分解代謝的數(shù)值為155.70，運(yùn)輸和分解代謝功能在樣本中有一定存在，環(huán)境信息處理中膜運(yùn)輸?shù)臄?shù)值為697.25，在樣本中有一定存在；氨基酸代謝的數(shù)值為5838.43，在樣本中非常顯著；其他次生代謝物的生物合成的數(shù)值為895.61；碳水化合物代謝的數(shù)值為5442.31，能量代謝的數(shù)值為2260.45，在樣本中非常顯著；輔因子和維生素的代謝數(shù)值為4982.05，在樣本中較為顯著。氨基酸代謝、碳水化合物代謝、能量代謝等相關(guān)功能在樣本中占據(jù)主導(dǎo)地位，樣本中的微生物群落在這些代謝過程中非常活躍。

3討論

通過對兩種南美白對蝦養(yǎng)殖模式水體微生物群落的研究，分析了其豐富的物種多樣性和復(fù)雜的群落結(jié)構(gòu)。在門水平上，變形菌門和擬桿菌門是對照組和試驗組的共同優(yōu)勢菌門，這與以往研究中關(guān)于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中微生物群落的組成一致[。變形菌門通常具有豐富的代謝功能，能夠參與多種有機(jī)物的降解和轉(zhuǎn)化，對維持水體環(huán)境的穩(wěn)定具有重要作用[。擬桿菌門則在有機(jī)物分解和營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。中期養(yǎng)殖水體中擬桿菌門的占比顯著高于其他兩組，而變形菌門的占比則顯著低于其他兩組，這與中期養(yǎng)殖水體中特定的養(yǎng)殖條件或環(huán)境因素有關(guān)，如有機(jī)物含量、溫度、pH值等，這些因素可能影響了微生物群落的組成和結(jié)構(gòu)[8。在屬水平上，不同組的優(yōu)勢物種也存在差異。對照組養(yǎng)殖水體的優(yōu)勢物種為海洋NS3a群、硫微球菌屬和浮游菌屬，這些微生物可能與C組養(yǎng)殖水體特定的環(huán)境條件相適應(yīng)，參與特定的代謝過程。試驗組中期養(yǎng)殖水體的優(yōu)勢物種為海洋NS3a群和浮游菌屬，而末期養(yǎng)殖水體的優(yōu)勢物種為海生菌屬。海生菌屬通常具有適應(yīng)高鹽環(huán)境的能力9，這可能與S組水體的鹽度等環(huán)境參數(shù)有關(guān)。

試驗組末期養(yǎng)殖水體中顯著富集的分類群最多，且LDA得分普遍較高，這表明末期養(yǎng)殖水體的微生物群落具有較高的特異性和多樣性。例如，末期養(yǎng)殖水體中嗜麥芽假單胞菌屬、納諾西斯菌屬、納諾西斯菌目和微桿菌屬等分類群的顯著富集，可能與末期養(yǎng)殖水體中特定的環(huán)境壓力或養(yǎng)殖實踐有關(guān)。這些指示物種在末期養(yǎng)殖水體中發(fā)揮著獨特的作用，如參與特定有機(jī)物的降解、抗逆性增強(qiáng)等。這也說明長期不換水條件下，水體各項指標(biāo)壓力增加。相比之下，對照組養(yǎng)殖水體和中期養(yǎng)殖水體中顯著富集的分類群相對較少，且LDA得分較低，這意味著這些組的微生物群落結(jié)構(gòu)相對較為穩(wěn)定或受到的環(huán)境干擾較小[10]也與對照組養(yǎng)殖水體每天穩(wěn)定換水有一定關(guān)聯(lián)。

功能分析結(jié)果表明，水體微生物群落在多種代謝過程中非?；钴S，尤其是氨基酸代謝、碳水化合物代謝和能量代謝等功能在樣本中占據(jù)主導(dǎo)地位。這些功能的活躍程度與微生物群落的組成和環(huán)境條件密切相關(guān)[11]。氨基酸代謝的高活性可能與微生物對水體中有機(jī)氮源的利用和轉(zhuǎn)化有關(guān)[12]，這對于南美白對蝦的營養(yǎng)獲取和生長具有重要意義。碳水化合物代謝的活躍則可能反映了微生物對水體中碳源的分解和利用能力，有助于維持水體的碳平衡[13]。能量代謝的顯著性表明微生物在水體中通過各種途徑獲取能量，以支持其生長和代謝活動[14]。此外，其他次生代謝物的生物合成、輔因子和維生素的代謝等功能的存在，也表明微生物群落在水體生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著多方面的調(diào)節(jié)作用[14]。在零排水養(yǎng)殖環(huán)境中，配合飼料殘渣、對蝦糞便、對蝦蛻的皮等均沉積在水底或懸浮于水體中，成為微生物群落的營養(yǎng)物質(zhì)和天然溫床，較之傳統(tǒng)換水養(yǎng)殖方式，有較多的碳源、氮源和磷源供給微生物，也因此提升了微生物的種類和豐度。

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（收稿日期：2025-05-06）