生物絮團技術(shù)在海水養(yǎng)殖中的研究與應(yīng)用.pdf

1、自上世紀(jì)70年代，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)作為增加蛋白質(zhì)來源最迅速最可靠的方式發(fā)展迅速，水產(chǎn)品產(chǎn)量平均每年的增長速率達(dá)8.9-9.1％，有效解決了發(fā)展中國家的蛋白來源匱乏問題。據(jù)世界糧農(nóng)組織報道，過去50年水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量已增長近40倍，未來50年至少增長5倍才能滿足人類日益增長的需要。然而，隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴大和養(yǎng)殖密度的提高，環(huán)境污染和經(jīng)濟制約等問題日益嚴(yán)重，極大限制了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。特別是在集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，大量殘餌糞便排放到養(yǎng)殖水體內(nèi)，使氨氮

2、等有毒物質(zhì)迅速累積，導(dǎo)致養(yǎng)殖水質(zhì)惡化，并產(chǎn)生潛在的環(huán)境污染。很長一段時間內(nèi)，解決水質(zhì)惡化的最有效的方法是及時進(jìn)行排水換水，然而，僅僅是小型或者中型的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)每天的用水量就達(dá)幾百方，南美白對蝦每生長1kg，至少需要20 m3的換水量，一個中型的跑道式養(yǎng)殖系統(tǒng)(140m3)的日換水總量大約是養(yǎng)殖池水總量的100倍。此外，還可通過基于不同生物處理模式的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)來消除養(yǎng)殖水體污染物，日換水量降至養(yǎng)殖水體總量的10％，極大節(jié)約了水資源，

3、然而該系統(tǒng)前期建設(shè)成本過高，資本金回收時間長，同時該系統(tǒng)運行過程中需要消耗大量的人力物力資源，加上前期的建設(shè)成本，該系統(tǒng)的養(yǎng)殖成本相對于傳統(tǒng)的養(yǎng)殖成本不但沒有降低，反而提高了近1/3。
　　如何改變這個資源消耗線性發(fā)展的現(xiàn)狀，一個很有發(fā)展前途的養(yǎng)殖技術(shù)就是所謂的生物絮團技術(shù)。生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中，養(yǎng)殖池內(nèi)的異養(yǎng)菌和藻類在可控條件可形成絮團，該系統(tǒng)是將傳統(tǒng)的水處理系統(tǒng)應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖中，微生物吸收轉(zhuǎn)化魚體排泄物可有效去除養(yǎng)殖水體污染物，

4、主要取決于異養(yǎng)菌的大量繁殖。異養(yǎng)菌消耗1g有機碳可生產(chǎn)0.4g菌體蛋白，取決于細(xì)菌轉(zhuǎn)化有機氮所需的C/N比，微生物本身C/N比為4，碳水化合物的含碳量為50％，因此轉(zhuǎn)化1g有機氮至少需要消耗20g碳水化合物。傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)微生物對殘余餌料及有機廢物的轉(zhuǎn)化率是極低的，僅有7％的氮和6％的磷被微生物轉(zhuǎn)化，但是如果養(yǎng)殖水體的碳和氮被很好的調(diào)控，微生物對殘餌糞便的轉(zhuǎn)化率就會明顯提高。
　　生物絮團技術(shù)在國外已應(yīng)用到羅非魚、凡納濱對蝦

5、、羅氏沼蝦和斑節(jié)對蝦等的養(yǎng)殖，但日本囊對蝦的養(yǎng)殖中該技術(shù)的應(yīng)用還未見報道。本論文通過添加蔗糖將生物絮團技術(shù)應(yīng)用到日本囊對蝦高密度精養(yǎng)系統(tǒng)中，研究整個養(yǎng)殖周期內(nèi)生物絮團技術(shù)對日本囊對蝦生長、存活及水質(zhì)調(diào)控的影響，進(jìn)一步分析生物絮團內(nèi)微生物的種群多樣性，確定生物絮團的優(yōu)勢菌群。結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過添加蔗糖，養(yǎng)殖水體氨氮和亞硝酸鹽濃度得以顯著降低，日本囊對蝦的餌料轉(zhuǎn)化率和蛋白利用率高達(dá)1.67和1.42，對蝦生長速度顯著提高，對蝦存活率高達(dá)65.7％

6、，最終實現(xiàn)了1.3kgm-2的養(yǎng)殖產(chǎn)量。PCR-DGGE分析生物絮團內(nèi)微生物的種群多樣性，發(fā)現(xiàn)生物絮團組的優(yōu)勢菌群為Probacterium和Bacillus sp.，而傳統(tǒng)對照組的優(yōu)勢菌群為Probacterium和Vibrio sp.，因此通過添加蔗糖形成的生物絮團內(nèi)含益生菌Bacillussp.，在一定程度上抑制了養(yǎng)殖水體內(nèi)致病菌Vibrio sp.的繁殖。
　　然而通過添加蔗糖培養(yǎng)生物絮團所需養(yǎng)殖成本過高，不適于大規(guī)模推廣

7、。本論文嘗試?yán)棉r(nóng)業(yè)副產(chǎn)品（秸稈、麥麩、豆粕、花生粕、玉米粉等）發(fā)酵生產(chǎn)堅強芽孢桿菌，通過獨立配方試驗篩選出最佳發(fā)酵培養(yǎng)基成分，采用單因素和正交試驗對培養(yǎng)基和發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，建立簡易可行的有益微生物發(fā)酵工藝，并將發(fā)酵菌液應(yīng)用到生物絮團強化培養(yǎng)過程中，為生物絮團培養(yǎng)提供有效的可溶性碳源，PCR-DGGE分析生物絮團內(nèi)微生物的種群多樣性及動態(tài)變化，確定發(fā)酵菌液添加所形成的益生菌優(yōu)勢，結(jié)果表明:采用小麥秸稈1.8％、麥麩4％、花生粕0.6％

8、的配方，在初始pH5.4-7.2、溫度30-40℃、裝液率50％的條件下發(fā)酵37-102h得到的菌體數(shù)量最高。將發(fā)酵菌液按照100ppm d-1添加到生物絮團強化培養(yǎng)系統(tǒng)中，培養(yǎng)第3天即可形成生物絮團，而且絮團內(nèi)微生物種群多樣性顯著升高，形成以芽孢桿菌為優(yōu)勢的微生物種群。
　　在此基礎(chǔ)上，將發(fā)酵菌液應(yīng)用到不同海水養(yǎng)殖動物（日本囊對蝦、凡納濱對蝦、中國對蝦、刺參）的生物絮團養(yǎng)殖系統(tǒng)中，研究不同發(fā)酵菌液添加量對不同海水養(yǎng)殖動物生長、存

9、活及水質(zhì)調(diào)控的影響，分析生物絮團應(yīng)用于不同養(yǎng)殖動物的最適發(fā)酵菌液添加量，建立不同養(yǎng)殖動物生物絮團的最適養(yǎng)殖工藝。結(jié)果表明，日本囊對蝦生物絮團的最適養(yǎng)殖工藝:在養(yǎng)殖密度為200尾m-2的日本囊對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)中，每天按照100ppm添加發(fā)酵菌液，整個養(yǎng)殖周期不換水。該系統(tǒng)中，生物絮團沉積量在養(yǎng)殖第11d即達(dá)0.3ml L-1，養(yǎng)殖水體的氨氮和亞硝酸氮濃度均維持在0.1mgL-1以下，對蝦生長速度達(dá)0.01g d-1，養(yǎng)殖40d對蝦成活率達(dá)65

10、％。凡納濱對蝦生物絮團的最適養(yǎng)殖工藝:在養(yǎng)殖密度為300尾m-2的凡納濱對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)中，每天按照100ppm添加發(fā)酵菌液，整個養(yǎng)殖周期不換水。該系統(tǒng)中，生物絮團沉積量在養(yǎng)殖第11d即達(dá)0.5 ml L-1，養(yǎng)殖水體的氨氮和亞硝酸氮濃度均維持在0.1 mg L-1以下，對蝦生長速度達(dá)0.02g d-1，養(yǎng)殖40d對蝦成活率達(dá)87.5％。中國對蝦生物絮團的最適養(yǎng)殖工藝:在養(yǎng)殖密度為100尾m-2的中國對蝦養(yǎng)殖系統(tǒng)中，每天按照100ppm添加

11、發(fā)酵菌液，整個養(yǎng)殖周期不換水。該系統(tǒng)中，生物絮團沉積量在第11d即達(dá)0.5 ml L-1，養(yǎng)殖水體的氨氮和亞硝酸氮濃度均維持在0.1mgL-1以下，對蝦生長速度達(dá)0.015gd-1，養(yǎng)殖40d對蝦成活率高達(dá)87.5％。刺參生物絮團的最適養(yǎng)殖工藝:在養(yǎng)殖密度為200頭m-2的刺參養(yǎng)殖系統(tǒng)中，每天按照100ppm添加發(fā)酵菌液，整個養(yǎng)殖周期不換水。該系統(tǒng)中，生物絮團沉積量在養(yǎng)殖第11d即達(dá)0.55 ml L-1，養(yǎng)殖水體的氨氮濃度維持在0.1

12、mg/L以下，刺參生長速度最快，成活率最高為68.7％。
　　發(fā)酵菌液應(yīng)用于不同養(yǎng)殖動物的生物絮團養(yǎng)殖過程中，根據(jù)養(yǎng)殖水體的氨氮和亞硝酸氮濃度，養(yǎng)殖動物的生長速度以及成活率，采集具有顯著功能性差異的生物絮團，進(jìn)一步研究不同功能生物絮團的微生物種群差異，結(jié)果表明生物絮團中調(diào)控水質(zhì)的原核生物可能包括脫硫菌Desulfobulbus japonicus、固氮菌Rhizobiales bacterium和亞硝酸氧化菌α-Proteobac

13、terium;促進(jìn)對蝦生長的原核生物可能包括海洋光合細(xì)菌Roseobacter sp.和變形桿菌Proteobacterium;抗病的原核生物可能包括變性桿菌Proteobacterium、發(fā)光桿菌Photobacterium、擬桿菌Bacteroidetes bacterium和枯草芽孢桿菌Bacillus subtilis。
　　總之，生物絮團技術(shù)可有效降低海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的氨氮和亞硝酸水平，提高海水養(yǎng)殖動物的生長速度以及存活率，

14、該作用效果可能與生物絮團內(nèi)微生物的種群多樣性有關(guān)。對特定的有益微生物進(jìn)行簡易發(fā)酵，并將其應(yīng)用到生物絮團的強化培養(yǎng)系統(tǒng)中，可快速形成生物絮團并建立益生菌優(yōu)勢。通過添加發(fā)酵菌液將生物絮團技術(shù)應(yīng)用到不同海水養(yǎng)殖動物系統(tǒng)中，研究不同海水養(yǎng)殖動物生物絮團養(yǎng)殖所需發(fā)酵菌液的最適添加量，建立不同海水養(yǎng)殖動物生物絮團的最適養(yǎng)殖工藝。采集具有顯著功能性差異的生物絮團，研究不同功能生物絮團的微生物種群差異，分析不同功能生物絮團的優(yōu)勢微生物種群。本研究將為生