中国科学院海洋研究所机构知识库

养殖水体和底质是对虾养殖环境中最重要的两个组成部分，本研究通过在养殖桶中铺设底泥的方式模拟封闭池塘养殖环境。养殖过程中少量换水，分别以高频率低剂量（5g/m³，三次/两周）和低频率高剂量（15g/m³，一次/两周）两种方式投放单过硫酸氢钾复合盐(KMPS)片剂，初步探讨单过硫酸氢钾投放以及不同的投放方式对养殖环境的改良效果，主要包括两个部分：

1、单过硫酸氢钾对水质、微生物群落及对虾生长性能的影响

每日对水体pH和溶解氧水平进行检测，结果显示，KMPS的投放后水体pH显著降低，溶解氧水平显著上升，表明KMPS对高pH水体起到一定的缓解作用，同时能够改善养殖水体的缺氧状态。每周取水样进行无机氮含量检测，结果显示，与对照组同期相比，两种KMPS投放方式均使水体中氨氮水平显著降低，亚硝态氮也在高频率低剂量KMPS投放下显著下降，而在低频率高剂量KMPS投放下显著上升，表明高频率低剂量KMPS投放下对水质具有较好的改良效果。进一步对水体微生物分析，发现KMPS投放对与有机物降解相关的微生物(变形菌门和厚壁菌门)影响不明显，但对某些具有厌氧反硝化作用的微生物(氢噬胞菌属)起到了抑制作用，能够防止水体中氨氮和亚硝态氮过度积累而对养殖动物形成危害。但同时低频率高剂量KMPS投放组的交替单胞菌属显著高于对照组和高频率低剂量组，该属具有好氧反硝化作用，可能使水体亚硝态氮积累。增强对虾抗病能力相关的益生菌(链霉菌属和嗜冷杆菌属)在不同KMPS投放方式下表现出不同的响应，KMPS的投放使链霉菌的相对丰度降低，这可能会对环境抗病能力产生影响，但同时KMPS的投放使嗜冷杆菌属的相对丰度上升，又为对虾的抗病能力提供了保障。以上结果表明KMPS投放一方面直接影响养殖环境中有机物的降解和营养盐的转化，另一方面又通过改变水体的氧化还原状态和各种营养盐的含量间接影响水体微生物的组成。对比不同KMPS投放方式可以发现，虽然高频率低剂量KMPS投放组微生物的丰富度下降，但下降并不显著，并且水质状态最好。进一步对对虾的生长状况进行评估，结果显示，三组中高频率低剂量KMPS投放下对虾的生长状态和存活率最高，而低频率高剂量KMPS投放下增加了对虾的应激和损伤，使该组的死亡率上升。对虾肠道菌群分析显示，KMPS的投放未对肠道菌群的稳定造成明显干扰，同时高频率低剂量下的环境状态增强了嗜糖假单胞菌属的定植，该属与对虾对饲料的利用效率有关，可能因此使对虾表现出较好的生长状态。因此高频率低剂量的KMPS的投放方式对养殖水质和对虾生长表现出更为积极的影响，更适宜作为养殖水体日常管理的参考应用方式。

2、单过硫酸氢钾对底泥硝化作用、氨氧化微生物丰度和群落结构的影响

养殖池溏的底部沉积了大量对虾粪便和未利用的饵料等高含氮量有机物，过量的氮不仅会破坏水产养殖环境，对养殖生物产生毒害，而且超过底泥负荷的积累还会使这些污染物向养殖水体排放，影响养殖水环境。因而去除底泥中过剩的氮是十分有必要的。本实验使用的单过硫酸氢钾为片剂复合盐形式，能够沉到养殖底部的水-泥界面，特别作用于表层底泥中氮素的降解。通过检测底泥中氨氮和亚硝态氮含量发现，与对照组相比，养殖后期低频率高剂量KMPS投放组中同期氨氮和亚硝态氮水平降低，而高频率低剂量KMPS投放组同期氨氮和亚硝态氮水平明显上升，表明高频率低剂量组底泥中的硝化作用受到抑制。氨氧化微生物中的氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)是介导该过程的关键微生物，通过绝对定量的qPCR测定 AOA和AOB中氨单加氧酶基因AOA-amoA和AOB-amoA基因的拷贝数来评估AOA和AOB微生物丰度的变化，发现随着养殖的进行所有组中AOA和AOB微生物丰度均上升，但养殖后期低频率高剂量组AOA和AOB丰度显著低于同期其余两个组中的丰度，表明高频率低剂量组对底泥中氨氧化微生物产生一定的抑制作用，不能够满足对底泥中含氮有机物的降解的需求。氨氧化微生物多样性分析结果同样显示高频率低剂量KMPS投放组中的AOA和AOB alpha多样性中的丰富度水平显著低于对照组和低频率高剂量KMPS投放组，表明高频率低剂量KMPS投放对AOA和AOB同时起到抑制的作用。但AOA和AOB的多样性在各组间没有显著差异，表明KMPS投放与否以及投放的方式对氨氧化微生物的多样性不产生影响。进一步对AOA和AOB微生物群落组成进行分析，结果显示AOA和AOB群落结构对KMPS的投放表现出不同的响应，表现为使底泥中AOA微生物群落中亚硝化侏儒菌属的相对丰度降低，亚硝化球菌属的相对丰度提升，但这种影响与KMPS的投放方式无关；AOB群落中KMPS的投放提升了亚硝化螺菌属的相对丰度，降低了高频率低剂量组中亚硝化单胞菌属的相对丰度，说明KMPS投放方式对AOB的影响强于AOA，并且低频率高剂量的投放方式对AOB群落表现出更为积极的影响，同时提示在养殖管理中应根据水体和底质的变化情况调整KMPS的投放方式，当KMPS用于底质改良时应该适当的降低投放的频率。以上结果为KMPS用于底质中氮素的降解提供了理论依据，同时为虾类养殖环境改善提供了更多的可选择办法。

本研究发现，高频率低剂量KMPS投放下的养殖水质状况良好，对虾生长状况最佳，表明该投放方式可以作为养殖水体管理的参考方式，但同时，该投放方式下的水体和底泥中的微生物均受到一定的抑制，因此长期以该方式进行养殖环境管理时，建议补充投放益生菌。

目 录

第 1 章 引言 ............................................................................................. 1

1.1 对虾养殖现状 ................................................................................................... 1

1.2 养殖环境管理 ................................................................................................... 1

1.2.1 氮素的积累 ................................................................................................. 1

1.2.2 水质的管理 ................................................................................................. 2

1.2.3 养殖底质的重要性 ..................................................................................... 3

1.2.4 底质中的硝化作用 ..................................................................................... 3

1.3 单过硫酸氢钾的研究现状 ............................................................................... 4

1.3.1 单过硫酸氢钾的理化性质 ......................................................................... 4

1.3.2 单过硫酸氢钾的研究现状 ......................................................................... 5

1.3.3 单过硫酸氢钾在水产养殖中的应用及研究现状 ..................................... 5

1.4 本研究的目的与意义 .......................................................................................... 6

第 2 章 单过硫酸氢钾对水质、微生物群落及对虾生长性能的影响 9

2.1 引言 ................................................................................................................... 9

2.2 材料和方法 ..................................................................................................... 10

2.2.1 实验设计及养殖管理 ............................................................................... 10

2.2.2 水和对虾肠道样品的采集和处理 ........................................................... 10

2.2.3 微生物基因组 DNA 提取与高通量测序分析 ........................................ 12

2.2.4 统计分析 ................................................................................................... 13

2.3 实验结果 ......................................................................................................... 13

2.3.1 水体理化因子分析 ................................................................................... 13

2.3.2 水体微生物分析 ....................................................................................... 16

2.3.3 对虾生长指标 ........................................................................................... 19

2.3.4 对虾肠道菌群分析 ................................................................................... 20

2.4 讨论 ................................................................................................................. 23

2.5 小结 ................................................................................................................. 27

第 3 章 单过硫酸氢钾对养殖底泥硝化作用、氨氧化微生物丰度和群

落结构的影响 ........................................................................................... 29

3.1 引言 ................................................................................................................. 29

3.2 材料和方法 ..................................................................................................... 30

3.2.1 实验设计及养殖管理 ............................................................................... 30

3.2.2 样品的采集及氨氮、亚硝态氮的测定 ................................................... 30

3.2.3 DNA 的提取和普通 PCR 扩增 ............................................................... 30

3.2.4 实时荧光定量 PCR 检测基因拷贝数 ..................................................... 31

3.2.5 Illumina MiSeq 高通量测序及分析 ........................................................ 31

3.2.6 统计分析 ................................................................................................... 31

3.3 实验结果 ......................................................................................................... 31

3.3.1 底泥中氨氮及亚硝态氮含量变化 ........................................................... 31

3.3.2 AOA 和 AOB 微生物丰度变化 .............................................................. 32

3.3.3 高通量测序结果及 AOA 和 AOB 群落 Alpha 多样性分析 ............. 33

3.3.4 AOA 和 AOB 群落物种组成分析 .......................................................... 34

3.4 讨论 ................................................................................................................. 35

3.5 小结 ................................................................................................................. 37

第 4 章 主要结论与创新点 .................................................................. 39

4.1 主要结论 ......................................................................................................... 39

4.2 创新点 ............................................................................................................. 39

4.3 展望 ................................................................................................................. 40

参考文献 ................................................................................................... 41

致 谢 ....................................................................................................... 49

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 ...................... 51