对虾封闭循环水养殖系统中Cu~(2+)的生态效应

IOCAS-IR > 海洋生物技术研发中心

	对虾封闭循环水养殖系统中Cu~(2+)的生态效应
	程波
学位类型	博士
导师	刘鹰 ; 杨红生
	2010-05-01
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位专业	海洋生态学
关键词	凡纳滨对虾(Litpenaeus Vannamei) 循环水 Cu污染生物滤器 Cu收支生理响应体液免疫生物富集
摘要	本文以凡纳滨对虾封闭循环水养殖系统为研究对象，模拟养殖源水受Cu污染条件，研究Cu~(2+)对养殖对虾和生物滤器的影响；查明系统中Cu的收支、分布和代谢途径；并从养殖水环境、对虾体液免疫、消化功能、组织损伤、生理代谢、重金属富集等方面，比较Cu污染对凡纳滨对虾在封闭循环水养殖系统和静水养殖系统中的影响程度。主要研究结果如下：1．查明了Cu对凡纳滨对虾稚虾(体长4．04±0．4cm，体重0．94±0．02g)在24h、48h、72h和96h的半致死浓度(LC_(50))分别为54．81mg/L、42．92mg／L、23．91 mg/L和13．11mg／L。Cu~(2+)胁迫能破坏凡纳滨对虾鳃丝的组织结构和功能，抑制耗氧速率和鳃丝中Na~+-K~+-ATP酶活性，诱导肝胰腺中金属硫蛋白(MT)的合成和排氨率的增加，引起对虾死亡。2．凡纳滨对虾(体长8．5±0．76cm，体重7．6±0．5g)分别暴露于0．5mg/L和5mg／L， Cu~(2+)浓度7天，耗氧率分别降低24．62％和44．03％，排氨率分别增加78．26％和175．69％；Cu能在凡纳滨对虾体内富集，各组织中富集量顺序依次为：肝胰腺>鳃>甲壳>肌肉，肝胰腺中富集量约为肌肉中富集量的100倍。3．质量浓度为0．3mg／L的Cu~(2+)浓度污染，对循环水养殖系统生物滤器中的异养细菌(HB)、氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)数量影响不显著，对生物滤器的COD、NH_4-N和NO_2-N去除率影响不显著。养殖实验初期，填料表面 HB、AOB和NOB数量级分别为10~3CFU／g、10~2-10~3MPN／g和10~0-10~1MPN/g：养殖过程中，三类细菌数量均呈现逐渐增加的趋势：在生物滤器稳定运行阶段，HB数量级为10~6 CFU／g，AOB和NOB数量级为10~4-10~3 MPN／g。HB和AOB数量达到稳定约需30 d，NOB约需45 d。养殖过程中生物滤器对COD、NH_4-N和NO_2-N平均去除率分别为10%、18.5%和29%。4.质量浓度为0.3mg/L的Cu~(2+)污染对封闭循环水养殖系统的运行不造成显著影响。处理组和对照组相比，在对虾体重(11.08±0.76 mg vs 10.52±0.51 mg)，产量(6．42±0．33 kg/m~3vs 5．994±0．39kg／m~3)，存活率(67.78±5.29% vs 66.39±1.93%)和饵料转化率FCR (1．2±0．060 vs 1．29±0．082)方面差异不显著。养殖过程中对照组 NH4-N和NO_2-N的平均浓度分别为0．28±0．13mg／L和4.02±5.60mg／L，处理组中分别为0．26±+0．1 mg/L和4．42±6.09mg／L。封闭循环水养殖系统能够提供较好的水质4. 质量浓度为0．3mg／L的Cu~(2+)污染对封闭循环水养殖系统的运行不造成显著影响。处理组和对照组相比，在对虾体重（11.08±0.76 mg vs 10.52±0.51 mg），产量(6.42±0.33kg/m~3 vs 5.99±0.39 kg/m~3)，存活率（67.78±5.29% vs 66.39±1.93%）和饵料转化率FCR(1.2±0.060 vs 1.29±0.082)方面差异不显著。养殖过程中对照组NH_4-N和NO_2-N的平均浓度分别为0.28±0.13mg/L，处理组中分别为0.26±0.1 mg/L和4.42±6.09 mg/L。封闭循环养殖系统能够提供较好的水质条件，获得较高的产量和较低的FCR。5．在质量浓度为0．3mg／L的Cu~(2+)污染条件下，输入水体中的Cu是封闭循环水养殖系统中Cu的主要来源，占全部Cu来源的75．69％，其次是投喂饲料，占全部Cu来源的21．03％。在系统中，机械过滤和排污分别排出全部Cu总量的41．72％和15．05％，养殖水体中Cu~(2+)浓度在养殖结束时降为0．089±0．012 mg／L，对凡纳滨对虾体液免疫指标、消化酶活等影响不显著。所养对虾体内Cu富集含量为42．91±6．10mg／kg，显著增加，但仍在国家"无公害食品水产品中有毒有害物质限量"农业行业标准(NY 5073-2006)范围之内(=50 mg／Kg)。6．在无Cu~(2+)污染的对虾封闭循环水养殖系统中，投喂饵料是系统中Cu的主要来源，占全部来源86．55％。系统中Cu主要通过机械过滤、排水和排污三大途径排放到系统外，分别排放Cu总量的22．33％、12．43％和11．83％。加强机械过滤单元的设计与管理，是减少Cu~(2+)对系统造成污染的关键。在98 d的对虾养殖实验中，通过过滤、排水和排污等方式分别排出14．7 mg、7.94 mg和7．56 mg的Cu。7.在质量浓度为0．8mg／L Cu~(2+)污染条件下，封闭循环水养殖系统与静水养殖系统相比，在对虾存活率(40．00±2．22％ vs 15．44±3．07％)、体重(13．36±0．74g vs10.34±1.15 g)和FCR(2.03±0．12 vs 6．524±0．32)上差异显著，养殖过程中水体NH_4-N (1．63±1．15 mg／L vs 6.48±8.41 mg／L)、NO_2-N(1.03±0．39 mg／L vs 6．09±1.32 mg/L)和COD (10.93±mg／L vs 24．36±13．87 mg／L)平均浓度差异显著。相较于静水养殖系统，封闭循环水养殖系统能够提供更好的水质条件，获得更快的生长速度和更低的FCR。8.在质量浓度为0.8mg/Cu~(2+)污染条件下，封闭循环水养殖系统和静水养殖系统中对虾血淋巴SOD、酚氧化酶活性和大颗粒细胞数量、血细胞总数和胃中淀粉酶活性均显著降低，但在静水系统中，酚氧化酶活性(0．008±0．003U／min／mg pr vs0．011±0．007 U／min／mg pr)受抑制程度显著增加。在免疫基因表达层面，封闭循环水养殖系统中对虾SOD mRNA相对表达量为1．41±0．57，显著增加，通过基因表达量增加对蛋白水平酶活性丧失进行补偿；溶菌酶和酚氧化酶基因mRNA相对表达量增加为1．49±1．32和1．40±1．19，差异不显著。静水养殖系统中，SOD和溶菌酶基因mRNA相对表达量为0．71±0．42和0．64±0．53，受到显著抑制；酚氧化酶基因 mRNA相对表达量为1．64±1．12，显著增加，通过基因表达量增加对蛋白水平酚氧化酶活性丧失进行补偿。可见，该浓度Cu~(2+)在两种养殖模式中均能降低凡纳滨对虾体液免疫水平，且在静水养殖系统中影响程度更大；Cu~(2+)胁迫下，凡纳滨对虾具有通过调节基因表达水平进而对蛋白酶活性损失进行补偿的能力；相较于酚氧化酶基因，SOD和溶菌酶基因对Cu~(2+)的胁迫更为敏感，且表达更易受到抑制。9．在质量浓度为0．8mg／L，的Cu~(2+)污染条件下，在封闭循环水养殖系统和静水养值系统中，对虾生理代谢、鳃丝中Na~+-K~+-ATP酶活性均受到显著抑制，并致使鳃丝柱细胞和上皮细胞丢失，结构扭曲，甚至失去完整的组织结构；以及肝胰腺肌上皮层与上皮细胞的分离，储存细胞与分泌细胞部分丢失，组织间隙水肿等症状，对鳃丝和肝胰腺的组织结构和功能均造成显著破坏和影响。对虾肝胰腺中金属硫蛋白 (MT)含量分别为2．27±0．62nmol／g和2．75±0．55nmol／g，具有显著差异；Cu的富集含量分别为834．52±267．41mg/kg干重和1398．31±263．90mg／kg干重，具有显著差异。 MT含量对Cu~(2+)胁迫敏感，并与肝胰腺中Cu的富集含量呈现较好的剂量效应关系，可望在量化封闭循环水养殖系统和静水养殖系统中对虾受胁迫程度的比较研究中得以应用。
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/17716
专题	海洋生物技术研发中心
推荐引用方式 GB/T 7714	程波. 对虾封闭循环水养殖系统中Cu~(2+)的生态效应[D]. 中国科学院研究生院,2010.