(文献解读:张嘉祺)人工基质通过增加池塘水中参与氮、磷循环的细菌来增加草鱼的养殖密度

题目：Artificialsubstrata increase pond farming density of grass carp (Ctenopharyngodon idella)by increasing the bacteria that participate in nitrogen and phosphorus cyclesin pond water

第一作者：Zhifei Li

通讯作者：Jun Xie

研究单位：Key Laboratory of Tropical and Subtropical Fishery Resource Application andCultivation

发表期刊：PeerJ

发表年份：2019年

DOI：10.7717/peerj.7906

摘要

水产养殖已成为生产各种水产品的主要方法，集约化养殖技术已具有重要的商业价值。为了在不降低养殖鱼生长速度的前提下提高单位面积集约养殖效率，本研究探索了池塘人工基质的潜力。结果表明，不同养殖密度的草鱼养殖池中总氮(TN)和总磷(TP)浓度在多数情况下均低于对照组。此外，引入这些人工基质可显著降低草鱼的饲料转化率，在不降低草鱼生长速率的情况下，可显著提高养殖密度。人工基质还显著富集了池塘水体中的特定细菌，改变了池塘水体中微生物的结构。变形菌门的相对丰度显著增加，与N、P循环密切相关的细菌如:Hyphomicrobium、Chitinimonas、Legionella、Shewanella、Roseiflexus、plankton thrix显著增加。由此可见，人工基质通过富集N、P环化细菌提高了养殖池塘水体中TN和TP的去除率，从而显著提高了草鱼的特定生长率，显著降低了草鱼的饲料转化率。最后，在不降低生长速率的前提下，可以提高草鱼的饲养密度和池塘单位面积产量。

引言

水产养殖已成为水产生产的主要方式，在解决世界粮食短缺和提高人类身体素质方面发挥着重要作用(Bardach, 1985;Perschbacher,2015)。然而，随着如何引用这篇文章的不断进步，李智，王刚，于恩，张轲，于东，龚伟，谢军。人工基质通过增加池塘水中参与氮、磷循环的细菌来增加草鱼(Ctenopharyngodon idella)的养殖密度。全球工业化，水产养殖生产空间不断缩小。传统的水产养殖已经不能满足人类对相关食品快速增长的需求。因此，提高单位面积产量可能成为保证水产生产充足的有效手段(Cressey, 2009)。提高养殖密度是提高单产最常用的方法，但这最终增加了养殖水的自净负荷。大约75%的饲料氮和磷不像废物利用并保持在水里(Gutierrez-Wing &马龙,2006),严重超过自然净化的限制,从而影响水质和间接延缓鱼的生长(巴格利,宾利和胆,1994;北et al ., 2006; Hosfeld et al., 2009)。引入改善微生物附着的人工基质可以显著促进养殖物种的生长，同时恢复原位的水质(Bo et al.， 2010;Audelo-Naranjo, Martínez-Córdova & Voltolina,2010;Schveitzer et al.， 2013;Kumar et al.， 2015;Li et al.， 2017)。人工基质促进鱼类生长的主要途径有:通过吸收和异化附着在人工基质表面的微生物，降低养殖水体中氨氮和亚硝酸盐的浓度(Arndt et al.， 2002;Zhang et al.， 2019);通过细菌、真菌、藻类、原生动物和浮游动物等附着在人工基质表面的微生物的存在，为养殖生物体提供天然的饲料(Azim et al.， 2002);通过这些结构提供的物理遮蔽来减少应激反应引起的能量消耗(Huang et al.， 2013;Pandey, Bharti & Kumar, 2014)。Bratvold & Browdy(2001)和kumar et al.(2017)均报道，引入人工基质可以提高凡纳滨对虾的生长和生存能力，降低养殖水体中氨和亚硝酸盐的浓度。草鱼(Ctenopharyngodon idella)是中国最重要的本土淡水鱼之一，已经是世界上最大的淡水养殖产品(Ni et al.， 2014)。草鱼的输出仅在中国在2018年达到534.5万吨,占总产量的18.4%淡水水产养殖物种(渔业和渔业行政管理中国的农业和农村,2019),这提供了足够数量的高质量的,全球消费的低成本蛋白质。为了在不影响生长速率的情况下，进一步提高单位池塘面积草鱼的产量，并分析人工基质富集的微生物区系的潜在作用，本研究以草鱼养殖密度为变量，确定该人工基质是否能有效缓解养殖密度增加导致的养殖水质恶化。

结果

• 人工基质显著提高了草鱼池塘养殖密度

试验期间池塘水温差异不显著(单因素方差分析，F=0.736,p=0.676)。池塘水体溶解氧与养殖密度呈密切负相关。无鱼塘的pH值在7.9 ~ 8.4之间，显著高于有鱼塘(5.5~ 7.5;单向方差分析,p < 0.05;表S1)。在实验过程中没有鱼死亡。除无草鱼池塘(D0和D0S)外，其他池塘TN和TP浓度从试验开始时就随培养时间的延长而波动增加，但试验中期后仍保持在一定范围内(图2)。S1andS2)。TN浓度的增加主要是由于池塘水体中硝酸盐浓度显著增加(图S3)，因为在实验过程中，亚硝酸盐和氨氮浓度并没有逐渐增加，而是在一定浓度范围内波动(图S3)。S4andS5)。多数情况下，在试验后期，添加人工基质的池塘总氮、总磷均低于对照池塘(图1)。S1andS2)。硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮的浓度也得到了类似的结果，特别是在饲养密度较高的池塘(D40和D50;S3-S5)。草鱼养殖密度的增加,TERW和货代的治疗和控制组织增加,而草鱼的岩石逐渐减少(图2)。苹果真正的草鱼显著增加了人工的存在根基(Pairedt-test,t =−3.070,p = 0.011)，FCR显著降低(Pairedt-test,t=3.045,p=0.011)。说明养殖池中人工基质的引入促进了草鱼的生长。根据拟合公式sgr处理=6.1075(养殖密度)−0.553、SGRcontrol=5.3384(养殖密度)−0.565(养殖密度)，在SGR为0.8的情况下，人工基质可使草鱼养殖密度提高到10.68尾/池。因此，池塘的估计放养密度可增加0.88kg/m3(2.67只/m3)。

• 人工基质显著增加了参与氮、磷循环的细菌

为确定人工基质的引入是否会增加池塘水体中参与氮代谢的微生物种类，对30个池塘水样(5个处理组和5个对照组的3个重复样品)和15个人工基质的微生物群落结构进行了分析。共获得优质序列2,557,442(56,832.04±1,202.30)条。为排除测序深度的影响，每个样本随机重采样28604条序列进行进一步分析。根据97%的序列相似性，共得到6782个otu。除少数(1.03±0.06%)序列无法在门水平上进行分类外，其余序列均属于51个门。Armatimonadetes Acidobacteria,放线菌,拟杆菌、ChlorobiChloroflexi,蓝藻、厚壁菌门,Fusobacteria,Gemmatimonadetes, Nitrospirae, Planctomycetes,变形菌门,Synergistetes,和Verrucomicrobia占据主导地位的门,相对丰度超过1%至少在一个示例(图3)。放线菌纲、衣原体纲、梭杆菌纲和普朗tomycetes的相对丰度随着处理的进行而显著降低，而变形菌纲的相对丰度显著升高(图3B)。这与人工基质诱导变形菌显著富集密切相关(图3B)。除少数序列(1.03±0.06%)外，共获得928个原核属，其中优势属320个(至少一个样品中相对丰度大于0.1%)。PCoA结果表明，人工基质的引入不仅会导致人工基质中形成与池塘水体不同的微生物群落，而且会显著改变池塘水体中微生物的组成(PERMANOVA,F=6.77,p=0.005)。有趣的是，有人工基质的池塘水体的微生物组成与人工基质更为相似(图4)。基于优势属的LEfSe显示，随着草鱼放养密度的增加，人工基质显著增强的微生物组成逐渐减少，主要是因为人工基质上的菌群与池塘水体的菌群更接近(图4)。人工基质上显著富集的细菌主要有变形菌门(Proteobacteria)，其中hideonella、Nordella、Hyphomicrobium、Pseudoduganella、几丁质单胞菌的富集最显著(至少在2个养殖密度下显著富集).此外，在添加人工基质的池塘水中，Perlucidibace、Polynucleobacter、Legionella、Romboutsia、Shewanella、Roseiflexus、planktonthrix、limnothrixin显著增强。

图3人工基质与对照池塘优势门的变化如图所示为圆形布局(A)和柱状图(B)。BS:来自人工基质的微生物群;WS:人工基质池塘水体中的微生物群;W，对照池塘水中的微生物群。

 

 

结论

通过引入人工基质，草鱼的SGR显著提高，FCR显著降低。研究认为，这主要是由于池塘水体中微生物群落结构的变化，导致参与N、P循环的细菌的富集，以及池塘水体中N、P浓度的降低。