李朝政,趙 文,劉 鋼,王 珊

(大連海洋大學水產(chǎn)與生命學院,遼寧省水生生物學重點實驗室,遼寧大連116023)

參藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中孔石莼、蛋白核小球藻與刺參的相互作用研究

李朝政,趙 文,劉 鋼,王 珊

(大連海洋大學水產(chǎn)與生命學院,遼寧省水生生物學重點實驗室,遼寧大連116023)

為了探討參藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中孔石莼Ulva pertusar、蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa與刺參Apostichopus japonicus的相互作用,采用實驗生態(tài)學方法進行了106、105cells/mL兩種濃度的蛋白核小球藻與孔石莼及刺參不換水混養(yǎng)的生態(tài)效應研究。結(jié)果表明:孔石莼和小球藻能有效地吸收養(yǎng)殖水體中的氮磷;106cells/mL濃度的小球藻在與孔石莼、刺參混養(yǎng)時對孔石莼有明顯的抑制作用,而105cells/mL濃度的小球藻對孔石莼有一定的抑制作用。研究表明,小球藻濃度為105cells/mL的混養(yǎng)組在水質(zhì)、刺參生長方面與孔石莼混養(yǎng)組相近,且能較好地抑制孔石莼過快生長。

孔石莼;蛋白核小球藻;刺參;混養(yǎng);水質(zhì);生態(tài)效應

近年來,中國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速,但養(yǎng)殖系統(tǒng)中養(yǎng)殖動物的糞便和殘餌等已成為養(yǎng)殖水域的重要污染源[1-2],水產(chǎn)健康養(yǎng)殖場建設勢在必行。孔石莼是一種常見的大型海藻,已有學者對孔石莼與魚、蝦混養(yǎng)及凈化水質(zhì)等方面進行了研究,結(jié)果表明,其光合作用能有效吸收水體中的氮磷,對養(yǎng)殖廢水有良好的修復效果[3-8]。

有關(guān)孔石莼克制其他大型海藻及赤潮微藻的研究也很多,其克生作用可以有效抑制刺參養(yǎng)殖水體中有害的大型水藻(如剛毛藻等)[9-12]。然而,在富營養(yǎng)水體和高溫環(huán)境下,孔石莼容易迅速繁殖,其光合作用會使大片藻體上浮,覆蓋水體表面,導致水體缺氧,且自身的腐爛會分解釋放有害氣體,導致水質(zhì)變差。在參藻混養(yǎng)模式中發(fā)現(xiàn),蛋白核小球藻對孔石莼有抑制作用,所以如何利用小球藻抑制孔石莼過快生長,對減少刺參生產(chǎn)中孔石莼的負效應具有重要意義。

本研究中,選擇孔石莼和蛋白核小球藻與刺參混養(yǎng),探討小球藻對孔石莼生長的抑制作用,以便在養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中知曉何種濃度條件下小球藻能有效抑制孔石莼,防止孔石莼迅速繁殖為害,擴大孔石莼對刺參養(yǎng)殖的正效應。

1 材料與方法

1.1 材料

孔石莼Ulva pertusar采自大連市莊河海域,將其運回實驗室后,用海水洗凈,選取大小相對均一的藻體,在室溫、光照強度為2000～3000 lx條件下培養(yǎng)一周。

蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa由大連海洋大學遼寧省水生生物學重點實驗室提供,小球藻處于指數(shù)生長期。

刺參Apostichopus japonicus購自大連金砣水產(chǎn)食品有限公司,在塑質(zhì)水槽(200 cm×50 cm×80 cm)中饑餓暫養(yǎng)一周,選取體質(zhì)量大小相對均一的幼參進行試驗,幼參體質(zhì)量為(5.0±0.6)g。試驗用塑質(zhì)水槽在使用前經(jīng)0.1％高錳酸鉀浸泡24 h后反復沖刷干凈待用。

試驗用海水取自大連市黑石礁近岸海域,經(jīng)孔徑為37.5μm的篩絹網(wǎng)過濾、沉淀后待用。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗設高濃度小球藻試驗組(A)、低濃度小球藻試驗組(B)、孔石莼對照組(C)、小球藻對照組(D)、海水空白對照組(E)共5組,A、B、C 3組分別接種孔石莼60 g(藻體濃度為3 g/L),A組接種106cells/mL小球藻,B、D兩組接種105cells/mL小球藻,E組不接種小球藻及孔石莼,每組設3個重復,每個重復組放入10頭預培養(yǎng)的刺參進行混養(yǎng),每3 d采集1次樣品并進行測定。試驗期間,培養(yǎng)溫度為(23±1)℃,鹽度為(30±1),試驗過程中用恒溫加熱棒控溫,全程用氣泵進行充氧,采用光照強度為2000～3000 lx的白熾燈作為光源,光暗比為12 h∶12 h。每48 h投入經(jīng)烘干處理的海參餌料,投入量為海參體質(zhì)量的1％。每24 h對塑質(zhì)水槽進行吸底,吸出廢液經(jīng)篩絹網(wǎng)過濾,用5 L錐形瓶收集,并于吸底后倒回至養(yǎng)殖箱中。

1.2.2 指標的測定與計算 每3 d測定1次水質(zhì)。用次溴酸鹽氧化法測定氨氮含量,用鉬-銻-抗法測定活性磷含量,用鋅-鎘還原法測定硝酸氮含量,用萘乙二胺分光光度法測定亞硝酸氮含量[13-14]。每3 d從每組取1 mL水樣,用Lugol碘液固定,以血球計數(shù)板在顯微鏡下計算蛋白核小球藻數(shù)量變化。每12 d用天平稱量1次孔石莼和刺參體質(zhì)量。根據(jù)下式計算餌料系數(shù):

餌料系數(shù)=餌料消耗量/增重量×100％。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析(ANOVA),用Duncan法進行多重比較。試驗數(shù)據(jù)均用平均值±標準誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 參藻混養(yǎng)系統(tǒng)中營養(yǎng)鹽含量及其動態(tài)

從表1可見:高濃度小球藻組和海水對照組營養(yǎng)鹽平均濃度均較高,其余3組均較低;高濃度小球藻組、海水對照組氨氮濃度高于漁業(yè)水質(zhì)標準(0.2 mg/L),小球藻對照組氨氮濃度稍高于標準,孔石莼對照組及低濃度小球藻組氨氮濃度均低于標準,且各濃度組氨氮濃度均顯著低于海水對照組(P＜0.05);各組硝酸氮濃度均低于海水對照組,僅低濃度小球藻組和孔石莼對照組硝酸氮濃度顯著低于高濃度小球藻組及海水對照組(P＜0.05);各組亞硝酸氮濃度均低于海水對照組,僅孔石莼對照組亞硝酸氮濃度顯著低于海水對照組(P＜0.05);各組活性磷濃度均低于海水對照組,且低濃度小球藻組、孔石莼對照組、小球藻對照組活性磷濃度顯著低于海水對照組(P＜0.05)。

表1 參藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)鹽的平均濃度Tab.1 M ean concentrations of nutrients in polyculture of sea cucumber w ith alga mg/L

從圖1可見:海水對照組氨氮濃度一直呈上升趨勢;高濃度小球藻組氨氮濃度試驗初期先降低,于第3天后一直上升;小球藻對照組氨氮濃度試驗初期保持穩(wěn)定,于第15天降低后又轉(zhuǎn)為上升;低濃度小球藻組和孔石莼對照組氨氮濃度先降低后保持平穩(wěn),繼而于第15天二次降低后又轉(zhuǎn)為上升;各組氨氮濃度均在最后階段有下降趨勢,最高值均出現(xiàn)在第33天。

試驗過程中,海水對照組硝酸氮濃度先保持平穩(wěn),第30天后迅速上升;其余4組先保持平穩(wěn),經(jīng)小幅上升后回落,繼而平穩(wěn)上升,各組硝酸氮濃度最高值均出現(xiàn)在第36天。

試驗過程中,海水對照組亞硝酸氮濃度先保持平穩(wěn),第30天后也迅速上升,其余4組亞硝酸濃度均先下降后保持平穩(wěn);高濃度小球藻組于第15天小幅上升后保持平穩(wěn),于第27天后迅速上升;低濃度小球藻組及小球藻對照組于第21天開始迅速上升;孔石莼對照組亞硝酸濃度則于試驗第30天開始迅速上升;各組亞硝酸氮濃度最高值均出現(xiàn)在第36天。

圖1 試驗期間參藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)鹽含量的變化Fig.1 Dynam ics of nutrients in polyculture of sea cucumber w ith alga during the experiments

試驗過程中,海水對照組活性磷濃度總體呈上升趨勢,其余4組活性磷濃度均先下降后呈上升趨勢;各組活性磷濃度最高值均出現(xiàn)在第36天。

2.2 孔石莼生長情況

從表2可見:試驗期間,試驗組和對照組中孔石莼均為負生長;12、24、36 d時,孔石莼質(zhì)量隨混養(yǎng)模式中小球藻濃度的降低而顯著升高(P＜ 0.05),高濃度小球藻組孔石莼質(zhì)量均顯著低于低濃度小球藻組(P＜0.05),而兩種小球藻濃度組孔石莼質(zhì)量均顯著低于對照組(P＜0.05);試驗結(jié)束時,高濃度、低濃度小球藻組孔石莼質(zhì)量較初始時分別減少76.13％和50.92％,均高于對照組(16.28％),說明蛋白核小球藻濃度對孔石莼質(zhì)量有顯著影響。表2 參藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中孔石莼的生長Tab.2 Grow th of sea lettuceUlva pertusarin polyculture of sea cucumber w ith alga

表2 參藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中孔石莼的生長Tab.2 Grow th of sea lettuceUlva pertusarin polyculture of sea cucumber w ith alga

2.3 小球藻生長情況

試驗過程中蛋白核小球藻密度的變動如圖2所示。從圖2可見:試驗組和對照組小球藻密度在前6天均有上升,低濃度小球藻組和小球藻對照組此后一直保持平穩(wěn),有緩慢下降趨勢;而高濃度小球藻組小球藻密度于第6天后迅速下降,至第15天后保持平穩(wěn)態(tài)勢,于第27天再次有明顯下降。

2.4 刺參生長情況

試驗過程中刺參生長情況如表3所示。從表3可見:在試驗第12天時,除海水對照組外,其余各組增重率均達到1.5％以上,其中僅高濃度小球藻組刺參增重率顯著高于海水對照組(P＜0.05);試驗進行至第24天時,除海水對照組外,其余各組刺參增重率均已達2.4％以上,其中小球藻對照組與孔石莼對照組增重率均顯著高于海水對照組(P＜0.05);到第36天試驗結(jié)束時,除海水對照組外,其余各組刺參增重率均已高于2.5％,且孔石莼對照組和小球藻對照組已達3.5％左右,其中低濃度小球藻試驗組、小球藻對照組和孔石莼對照組增重率均顯著高于海水對照組(P＜0.05)。

圖2 試驗生態(tài)系統(tǒng)中蛋白核小球藻密度的變化Fig.2 Dynam ics of green algaChlorella pyrenoidosadensity in the experimental ecosystem

表3 參藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中刺參的生長Tab.3 Grow th of sea cucumberApostichopus japonicusin the polyculture of sea cucumber w ith the alga

從表3還可見:孔石莼對照組的特定生長率最大(0.10％/d),小球藻次之(0.09％/d),而海水對照組最低(0.04％/d),其余兩組均在0.07 ％/d以上,且低濃度小球藻組、孔石莼對照組、小球藻對照組特定生長率均顯著高于高濃度小球藻組和海水對照組(P＜0.05);除海水對照組外,其余各組餌料系數(shù)均在10以下,其中海水對照組顯著高于其余各組(P＜0.05),高濃度小球藻試驗組顯著高于孔石莼對照組(P＜0.05)。

3 討論

3.1 小球藻對孔石莼生長的影響

研究表明,孔石莼對氨氮有較強的吸收作用[15-18],而小球藻不能直接吸收氨氮[19-20]。本試驗中,小球藻試驗組氨氮濃度高于孔石莼對照組,所以小球藻對孔石莼的生長和生理狀態(tài)有明顯的影響。而高濃度小球藻組氨氮開始升高的時間早于低濃度小球藻組,且氨氮濃度也高于低濃度小球藻組,說明小球藻濃度為106cells/mL時對孔石莼的生長抑制作用比濃度為105cells/mL時強。

孔石莼和小球藻對硝酸氮均有一定的吸收作用[15-20]。若小球藻對孔石莼不產(chǎn)生抑制作用,則小球藻試驗組硝酸氮濃度應較孔石莼對照組低,且高濃度小球藻組應低于低濃度小球藻組,從圖2、表1可知,小球藻試驗組硝酸氮濃度較孔石莼對照組高,所以小球藻對孔石莼的生長和生理狀態(tài)有一定影響,且高濃度小球藻組硝酸氮濃度高于低濃度小球藻組,說明高濃度小球藻抑制作用更明顯,同時說明孔石莼吸收硝酸氮作用要強于小球藻。這也表明,小球藻濃度為105cells/mL時對孔石莼的抑制作用不如濃度為106cells/mL時強。

本試驗中,高濃度小球藻組孔石莼質(zhì)量減少了76.13％,而低濃度小球藻組孔石莼質(zhì)量也減少了50.92％,且3組孔石莼質(zhì)量差異顯著,說明小球藻對孔石莼生長有明顯抑制作用,且小球藻濃度越高越明顯。

由此可見,小球藻可以抑制孔石莼的生長并可影響其生理狀態(tài),而且高濃度小球藻抑制作用比較明顯,這可能是因為較高濃度的微藻克藻效應比較強,且較高的小球藻濃度使水顏色改變,對主要在塑質(zhì)水槽底部生長的孔石莼形成一定遮光效應,影響了孔石莼對光的吸收及其光合作用,從而影響其生長。試驗過程中還發(fā)現(xiàn),分解后的孔石莼會被刺參攝食一部分,因此,可以利用這一現(xiàn)象在刺參養(yǎng)殖生產(chǎn)中對孔石莼的生物學進行調(diào)控。

3.2 孔石莼對小球藻生長的影響

本試驗中,高濃度小球藻試驗組小球藻的密度于第6天后有明顯下降,說明受到了孔石莼的抑制作用,而低濃度小球藻試驗組和對照組小球藻密度目相對較平穩(wěn),說明小球藻濃度為105cells/mL時抵抗孔石莼抑制作用的能力強于小球藻濃度為106cells/mL時。

本試驗中,孔石莼和小球藻對活性磷均有一定的吸收作用[15-20],小球藻試驗組活性磷濃度在第15天前均低于孔石莼對照組,說明105cells/mL小球藻濃度組對磷的吸收能力強于孔石莼組,這可能是因為大型海藻對活性磷的吸收是主動吸收[21]。也有研究表明,孔石莼對磷酸鹽的吸收在高氮環(huán)境(5mmol/L)下會受到抑制[22]。但高濃度小球藻試驗組活性磷濃度在第15天之后迅速升高,說明此時小球藻的數(shù)量增長已經(jīng)受到了孔石莼的抑制作用。

3.3 孔石莼對刺參生長的影響

在本試驗的參藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中,孔石莼吸收水中多余氮磷,能為刺參生長提供較好的水質(zhì)環(huán)境,同時能使刺參在適宜的避光條件下吸附,為刺參提供很好的棲息環(huán)境,而孔石莼分解后也可作為生長飼料供刺參舔舐。小球藻試驗組由于孔石莼受抑制,且小球藻凈水作用有限,導致刺參生長的水質(zhì)環(huán)境略差于孔石莼組,生長變緩。

3.4 小球藻、孔石莼與海參混養(yǎng)模式評價

在參藻混養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)中,孔石莼能為刺參提供附著基,在光照充足時其自身光合作用會產(chǎn)生大量氣體,使大型藻體上浮,能起到一定的遮光作用,為刺參提供良好的棲息環(huán)境,且能凈化水質(zhì),吸收多余氮磷,促進自身生長。當孔石莼在較高溫度下生長過快時,加入小球藻能抑制其過快生長,使孔石莼分解沉入池底,作為天然餌料被刺參舔舐,且小球藻自身也有一定的凈水作用。本試驗結(jié)果表明,小球藻試驗組刺參初期(12 d)增長較快(增重率＞1.7％),而孔石莼對照組刺參增長也較快(1.5％),均比海水對照組(0.8％)要快一倍左右,說明小球藻、孔石莼與刺參混養(yǎng)對刺參生長均有一定促進作用。在試驗中期(24 d),小球藻試驗組刺參的增長速度減慢,同時,低濃度小球藻試驗組和小球藻對照組刺參增重率下降且相近,孔石莼對照組刺參增重率仍較大,說明孔石莼對小球藻的生長有影響,而對刺參生長影響有限。其中,高濃度小球藻試驗組的刺參增重率僅提高0.2％,而此時孔石莼已大量裂解,說明孔石莼裂解后對刺參生長有影響,而此影響很可能是由于孔石莼裂解后將之前吸收的氮磷釋放回養(yǎng)殖水體,導致水質(zhì)變差,從而影響到刺參生長。試驗結(jié)束時,孔石莼對照組刺參增重率顯著高于其他組,除高濃度小球藻試驗組外,小球藻組刺參增重率顯著高于海水對照組,說明孔石莼、小球藻對刺參生長有顯著促進作用。結(jié)合餌料系數(shù)可以發(fā)現(xiàn),在小球藻濃度為105cells/mL的條件下,可以有效控制孔石莼增長,且對刺參有促進作用,而且能較好地節(jié)省養(yǎng)殖成本。而高濃度小球藻混養(yǎng)組雖然能較好地抑制孔石莼生長,但后期由于缺少孔石莼的凈水作用導致水體水質(zhì)變差,刺參生長受到了抑制。所以養(yǎng)殖生產(chǎn)中需注意孔石莼裂解后的水質(zhì)變化,應保持一定的換水量,以防水體中氮磷突然升高影響刺參的生長發(fā)育。

研究表明,在以刺參為主養(yǎng)對象的養(yǎng)殖模式中,混養(yǎng)對象間及投入物(如微生態(tài)制劑)和生態(tài)育苗設施等均會對養(yǎng)殖系統(tǒng)有影響[23-25]。本研究中僅研究了混養(yǎng)對象之間的影響,至于參藻混養(yǎng)系統(tǒng)投入物及設施的影響尚需進一步研究。

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Interaction among sea lettuceUlva pertusar,gree algaChlorella pyrenoidosaand sea cucumberApostichopus japonicusin a polyculture ecosystem

LIChao-zheng,ZHAOWen,LIU Gang,WANG Shan
(Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province,College of Fisheries and Life Science,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China)

The ecological effectswere studied in a 200 cm×50 cm×80 cm polyculture tank of sea cucumberApostichopus japonicuswith sea lettuceUlva pertusarand green algaChlorella pyrenoidosaat two concentrations of 106cells/mL and 105cells/mL withoutwater exchanging in order to evaluate the interaction among sea lettuce,green alga and sea cucumber in the polyculture ecosystem.The results showed that the sea lettuce,and green alga effectively absorbed nitrogen and phosphorus in water for aquaculture.The green alga had significant inhibition of sea lettuce at alga concentration of106cells/mL and to some extent inhibition of sea lettuce at alga concentration of105cells/mL,atwhich water quality and growth of sea cucumber nearly were the same with those in the polyculture of sea cucumber with sea lettuce,especially restraining the growth of sea lettuce.

Ulva pertusar;Chlorella pyrenoidosa;Apostichopus japonicus;polyculture;water quality;ecological effect

S968.9

A

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.06.010

2095-1388(2016)06-0640-06

2016-03-02

國家海洋公益項目(201305005)

李朝政(1990—),男,碩士研究生。E-mail:919098138@qq.com

趙文(1963—),男,教授,博士生導師。E-mail:zhaowen@dlou.edu.cn