不同生物過濾系統(tǒng)對石斑魚循環(huán)水養(yǎng)殖效果的影響

循環(huán)水養(yǎng)殖是一種新型的現(xiàn)代化養(yǎng)殖模式。在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，水處理環(huán)節(jié)是核心，包括固液分離器、生物濾池、消毒器等，它們可以有效地去除對水生生物有害的成分，如氨氮、亞硝酸鹽氮和病原菌等。水的循環(huán)利用和水質(zhì)的穩(wěn)定十分關(guān)鍵，而水質(zhì)的穩(wěn)定性又與水的過濾處理密切相關(guān)?；⌒魏Y過濾系統(tǒng)和微濾機(jī)過濾系統(tǒng)是兩種常用的生物過濾系統(tǒng)，它們在循環(huán)水養(yǎng)殖中都有著重要的應(yīng)用，能降低懸浮顆粒濃度，提高水體透明度，同時也具有去除水中的氨氮等有害物質(zhì)的作用?；⌒魏Y過濾系統(tǒng)是一種物理、生物過濾系統(tǒng)，它通過弧形篩網(wǎng)過濾污水中的固體顆粒，同時利用生物膜附著在篩網(wǎng)上的微生物分解有機(jī)物質(zhì)。這種過濾系統(tǒng)適用于小型水產(chǎn)養(yǎng)殖場，對于魚蝦等小池養(yǎng)殖效果顯著。微濾機(jī)過濾系統(tǒng)作為一種機(jī)械生物過濾系統(tǒng)，以其簡約的結(jié)構(gòu)、維護(hù)的方便、長久的使用壽命、高效的性能、高精度的過濾、穩(wěn)定的出水水質(zhì)、占地面積小、低運(yùn)行費(fèi)用、全自動連續(xù)工作、無需專人看管等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于過濾去除，是常用的過濾去除設(shè)備。它在循環(huán)水養(yǎng)殖過程中起到了過濾微小顆粒、富集營養(yǎng)物質(zhì)和生物降解有機(jī)物的作用，在篩網(wǎng)的上部，還有一道反沖洗的水流，可以有效清洗掉雜質(zhì)，將被攔截在篩網(wǎng)上的顆粒物清理掉，并將其排放到內(nèi)部排污管道中，以確保篩網(wǎng)干凈且不會滯留顆粒物，通過加入機(jī)械過濾器、曝氣器和生物膜等組件，對循環(huán)水進(jìn)行過濾并利用生物膜中的微生物降解有機(jī)物。這種過濾系統(tǒng)適用于大中型養(yǎng)殖場，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單方便，能夠大量降解有機(jī)物質(zhì)，提高水質(zhì)的穩(wěn)定性。總體來說，這兩種生物過濾系統(tǒng)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并且適用于不同的應(yīng)用場景，依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

石斑魚被譽(yù)為海洋中的美食珍品，其肉質(zhì)細(xì)嫩潔白，富含高蛋白質(zhì)和多種營養(yǎng)成分，而且脂肪含量低，被譽(yù)為極品海鮮。但養(yǎng)殖環(huán)境對石斑魚的生長及發(fā)育至關(guān)重要。傳統(tǒng)的石斑魚養(yǎng)殖方式也存在一些問題，如水的消耗、污染等，這些問題導(dǎo)致養(yǎng)殖出的石斑魚質(zhì)量參差不齊，也對水產(chǎn)品長期的可持續(xù)發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。因此，石斑魚循環(huán)水養(yǎng)殖成為了當(dāng)今石斑魚養(yǎng)殖業(yè)的熱點(diǎn)和趨勢。

本研究旨在探究不同生物過濾系統(tǒng)對石斑魚循環(huán)水養(yǎng)殖效果的影響，為石斑魚循環(huán)水養(yǎng)殖中生物過濾系統(tǒng)的選擇提供參考。本研究采用了兩種不同的生物過濾系統(tǒng)（一種是弧形篩過濾系統(tǒng)，一種是微濾機(jī)過濾系統(tǒng)），以石斑魚為養(yǎng)殖對象并分為兩組，探究其對水質(zhì)、石斑魚生長性能及形態(tài)參數(shù)、石斑魚肝組織和腸道組織抗氧化能力、肝組織和腸道組織免疫相關(guān)基因表達(dá)的影響。研究結(jié)果有望為今后石斑魚循環(huán)水養(yǎng)殖中生物過濾系統(tǒng)的選擇提供有益的參考。同時，本研究也有助于推動循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展和推廣，促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和解決糧食安全問題。

一

材料和方法

1．實(shí)驗(yàn)設(shè)計選取虎龍雜交石斑魚作為實(shí)驗(yàn)養(yǎng)殖對象，使用海水作為養(yǎng)殖用水。選取的石斑魚規(guī)格均勻（200.0±5.0g）、個體健康。將石斑魚隨機(jī)分為2組，分別為：F1弧形篩過濾系統(tǒng)組與F2微濾機(jī)過濾系統(tǒng)組，每組進(jìn)行3個重復(fù)，每個組200尾魚。在養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)開始前，將石斑魚放入循環(huán)水系統(tǒng)中進(jìn)行暫養(yǎng)處理，以適應(yīng)循環(huán)水養(yǎng)殖環(huán)境，并對實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，實(shí)驗(yàn)控制條件為：水溫27.4±2.1℃，pH7.9~8.3，溶氧>6.0mg/L。在為期4個月的養(yǎng)殖試驗(yàn)中，每天固定時間對各組石斑魚進(jìn)行投喂；一周對水體進(jìn)行一次采樣，用于水質(zhì)指標(biāo)檢測；每天最后一次投餌結(jié)束后對弧形篩進(jìn)行清潔工作。2．方法經(jīng)過為期四個月的養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)，對石斑魚進(jìn)行隨機(jī)取樣，隨機(jī)從每組中取出20條魚。取樣時，通過給石斑魚注射麻醉劑進(jìn)行麻醉處理，待石斑魚麻醉后，通過使用測量儀器，準(zhǔn)確測量石斑魚的體重和體長，麻醉致死后將魚解剖，取出內(nèi)臟、肝臟用于形體指標(biāo)的測定，對石斑魚各個參數(shù)進(jìn)行記錄，依次進(jìn)行重復(fù)操作，然后計算石斑魚的增重率（WG）、肥滿度（CF）、肝體比（HSI）和臟體比（VSI），見表1。3．樣本檢測（1）水質(zhì)檢測。選取固定的點(diǎn)位進(jìn)行取樣，以保證所取樣品的準(zhǔn)確性和可靠性。為了消除樣品中雜質(zhì)對檢測結(jié)果的影響，對所取樣品先進(jìn)行過濾處理，然后運(yùn)用對應(yīng)的檢測方法對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測，得到檢測結(jié)果后對結(jié)果進(jìn)行計算，以毫克/升（mg/L）為單位，用于對水體中氨氮和亞硝酸鹽的濃度進(jìn)行衡量，檢測方法如表2所示。Fas：細(xì)胞死亡相關(guān)蛋白，TNF-α：腫瘤壞死因子-α，IL-1β：白細(xì)胞介素1β，IL-8：白細(xì)胞介素8，IkBα：核因子抑制蛋白，Bax：兔抗人單克隆抗體。（2）酶活檢測。本研究檢測的抗氧化酶主要為過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH）、堿性磷酸酶（AKP）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）和谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）。（3）肝腸組織樣本的前處理（10%肝組織或腸組織勻漿的制備）。在進(jìn)行肝腸組織取樣前，需要提前準(zhǔn)備好生理鹽水，并將其放到冰箱中預(yù)冷，首先從超低溫冰箱中取出石斑魚的肝腸組織，將肝或腸組織切成小塊，移至高速離心管中，加入勻漿介質(zhì)，再將離心管放入冰水中進(jìn)行破碎，使用離心機(jī)離心15分鐘，離心管中的上清液為組織勻漿，將其收集到新的離心管中。將組織勻漿離心10分鐘，然后將上清液轉(zhuǎn)移至新的離心管中，加入勻漿介質(zhì)混合均勻。將最終的組織勻漿分裝至適當(dāng)?shù)碾x心管中，放在-80℃的冷凍冰箱中備用。（4）酶活實(shí)驗(yàn)操作流程。在測定之前，先將分光光度計預(yù)熱30min以上，然后根據(jù)不同酶檢測試劑盒說明書的要求，調(diào)節(jié)分光光度計的不同波長以適應(yīng)不同的酶檢測。調(diào)節(jié)完成后，使用蒸餾水進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)。取出配置好的組織勻漿液試樣，加入試劑盒中提供的試劑，按照指定的時間間隔取樣，并將其加入分光光度計中進(jìn)行測定，測定石斑魚肝組織和腸組織的抗氧化酶。然后根據(jù)試劑盒說明書上提供的公式，計算各種酶的活力值。（5）實(shí)時熒光定量PCR（Rea-timequantitativePCR,qRT-PCR）檢測。按試劑盒提取方法進(jìn)行總RNA的提取，再進(jìn)行PCR逆轉(zhuǎn)錄，通過熒光定量PCR（qPCR）方法測定相對mRNA表達(dá)水平。數(shù)據(jù)分析：本研究中測定免疫炎癥基因（TNF-α；IL-1β；IL-8；Fas；IkBα；BAX）相對表達(dá)量，所用基因特異性引物如表3所示。4．?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計本研究采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）來表示所有數(shù)據(jù)結(jié)果。數(shù)據(jù)利用方差分析和SPSS22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，以P<0.05表示差異性顯著。二

結(jié)果1．生長性能和形態(tài)參數(shù)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同濾器對石斑魚增重率的影響如圖1所示，在第1、2、3月時F1濾器組和F2濾器組在增重率均無顯著差異（P>0.05），但在第4個月時F1濾器組在增重率上顯著高于F2濾器組（P<0.05），增重率達(dá)到了204.81%±7.21d。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同濾器對石斑魚形態(tài)指標(biāo)的影響如表4所示。在肥滿度、在肝體比和臟體比指標(biāo)上，F(xiàn)1濾器組和F2濾器組沒有顯著差異（P>0.05）。圖1循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同濾器對石斑魚生長性能的影響注：a-c不同字母表示差異顯著（P<0.05）。2．水質(zhì)指標(biāo)不同時間段循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同濾器對水體氨氮的影響如圖2所示，該圖記錄了從2022年8月2日至2022年10月24日的氨氮濃度，F(xiàn)2濾器組在8月份的氨氮量一直低于F1濾器組氨氮值；F2濾器組氨氮量在9月份時只有一次檢測略高于F1濾器組氨氮值，其余時間都低于F1濾器組氨氮值；F2濾器組在10月份的氨氮值也一直低于F1濾器組氨氮值。如圖3所示，通過8、9、10月份對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水體中亞硝酸鹽含量的檢測，發(fā)現(xiàn)F2濾器組在8月份亞硝酸鹽含量一直低于F1濾器組；F2濾器組在9月份的亞硝酸鹽含量一直低于F1濾器組的亞硝酸鹽含量；在10月份時，F(xiàn)2濾器組亞硝酸鹽含量只有一次檢測略高于F1濾器組亞硝酸鹽含量，其余時間都低于F1濾器組亞硝酸鹽含量。圖2循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同濾器對水體氨氮的影響圖3循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同濾器對水體亞硝酸鹽的影響3．肝組織抗氧化能力肝臟組織上清液酶活性檢測結(jié)果表明：過氧化氫酶（CAT）F1濾器組和F2濾器組無顯著差異（P>0.05）（圖4A）；超氧化物歧化酶（SOD）F1濾器組顯著高于F2濾器組（P<0.05）（圖4B）；谷胱甘肽（GSH）F1濾器組顯著高于F2濾器組（P<0.05）（圖4C）；谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）F1濾器組顯著高于F2濾器組（P<0.05）（圖4E）；堿性磷酸酶（AKP）和谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）F1濾器組和F2濾器組無顯著差異（P>0.05）（圖4D和圖4F）。圖4循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同濾器對石斑魚肝組織抗氧化能力的影響注：a、b字母不同表示差異顯著（P<0.05）。4．腸道組織抗氧化能力腸道組織酶活性檢測進(jìn)一步評估了循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同濾器對石斑魚抗氧化能力的影響（圖5）。在腸道組織中，F(xiàn)2組過氧化氫酶（CAT）的表達(dá)量顯著高于F1組（P<0.05）（圖5A）；F2組超氧化物歧化酶（SOD）的表達(dá)量顯著高于F1組（P<0.05）（圖5B）；谷胱甘肽（GSH）F2濾器組顯著高于F1濾器組（P<0.05）（圖5C）；堿性磷酸酶（AKP）F1濾器組和F2濾器組無顯著差異（P>0.05）（圖5D）。圖5循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同濾器對石斑魚腸道組織抗氧化能力的影響注：a、b字母不同表示差異顯著（P<0.05）。5．肝組織和腸道組織免疫相關(guān)基因表達(dá)石斑魚肝臟及腸道免疫相關(guān)基因的mRNA表達(dá)如圖6所示。在肝臟中，免疫相關(guān)基因Fas、IL-1β、BAX、IL-8、TNF-α和IkBα的表達(dá)F1濾器組和F2濾器組均無顯著差異（P>0.05）（圖6A、B、C）。在腸道中，與F1濾器組相比，F(xiàn)2濾器組腸道Fas基因表達(dá)量顯著升高（P<0.05）（圖6D），而免疫相關(guān)基因IL-1β、BAX、IL-8、TNF-α和IkBα的表達(dá)F1濾器組和F2濾器組均無顯著差異（P>0.05）（圖6D、E、F）。圖6循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)不同濾器對石斑魚免疫相關(guān)基因表達(dá)的影響注：a、b字母不同表示差異顯著（P<0.05）。三

討論

循環(huán)水養(yǎng)殖相較于傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖模式，在餌料利用率、生長性能等方面都具有較大的優(yōu)勢。不同的養(yǎng)殖環(huán)境不僅會影響水產(chǎn)養(yǎng)殖動物的營養(yǎng)風(fēng)味、規(guī)格均一性等，還會影響?zhàn)B殖魚類的生長性能。從本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出，微濾機(jī)過濾系統(tǒng)組在循環(huán)水養(yǎng)殖中可以顯著提高石斑魚的生長性能。李海軍實(shí)驗(yàn)指出，微濾機(jī)的使用可以增加草龜?shù)钠骄w重。周勝杰等研究表明，小頭鮪在循環(huán)水養(yǎng)殖中肥滿度更好。形態(tài)特征主要由遺傳基因決定，但同時也會受到環(huán)境條件的影響?；⌒魏Y過濾系統(tǒng)和微濾機(jī)過濾系統(tǒng)是兩種常用的生物過濾系統(tǒng)，它們都有降低懸浮顆粒濃度的作用。在本研究中，微濾機(jī)過濾系統(tǒng)組表現(xiàn)出比弧形篩過濾系統(tǒng)組更好的水質(zhì)凈化效果，這可能是由于微濾機(jī)過濾系統(tǒng)的濾孔較小，能夠有效去除水中的顆粒物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)，從而提高水質(zhì)。同時，微濾機(jī)過濾系統(tǒng)的濾材表面積較大，微生物附著量高，使得生物附著膜的生長和發(fā)展更好。魚類養(yǎng)殖密度過高或飼料投放量過多都會導(dǎo)致水體中氨氮濃度升高。氨氮含量的升高不僅會降低魚類的生長速率，還會導(dǎo)致魚類免疫力的下降，這樣就導(dǎo)致魚類對外界環(huán)境的抵抗力變差，這會間接引起魚類疾病的發(fā)生，從而導(dǎo)致魚類的死亡；其中幼魚對氨氮的敏感度更高，受到的影響更大。氨氮的濃度超過魚類生存的最高限度，即毒性濃度，會對魚類造成急性毒性，損害其生命健康，進(jìn)而影響魚類養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益。在水體氨氮含量方面，F(xiàn)2濾器組含量要低于F1濾器組。李海軍實(shí)驗(yàn)指出，微濾機(jī)對烏龜養(yǎng)殖水體中的氨氮具有良好的消除作用。水體中的亞硝酸鹽的含量是影響水生生物健康的重要因素之一，如果水體中的溶氧不足，亞硝酸鹽的含量會大幅升高，高濃度的亞硝酸鹽會對水生生物的生長和繁殖產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，還會導(dǎo)致水生生物的免疫力下降，從而影響生物體的正常代謝功能，甚至引起疾病感染。在水體亞硝酸鹽含量方面，F(xiàn)2濾器組含量要低于F1濾器組，李葉指出，微濾機(jī)顯著降低了亞硝酸鹽的濃度，提高了水處理能力。肝臟是重要的代謝器官。在肝臟組織酶活檢測中，弧形篩濾器組的SOD、GOT和GSH含量顯著高于微濾機(jī)濾器組，這說明弧形篩濾器組在提高石斑魚肝臟抗氧化能力方面要強(qiáng)于微濾機(jī)濾器組，但這兩組的含量值都處于正常水平并且比較接近。在這方面相關(guān)研究報道較少，具體情況還需進(jìn)一步探究。王孝杉等指出，循環(huán)水養(yǎng)殖對大黃魚肝臟抗氧化能力具有明顯的提高。因此在兩種系統(tǒng)選擇時還需參考其他因素的影響。在腸道組織酶活檢測中，微濾機(jī)濾器組的CAT、SOD和GSH含量顯著高于弧形篩濾器組，這說明微濾機(jī)濾器組在石斑魚腸道抗氧化能力方面要強(qiáng)于弧形篩濾器組。在本實(shí)驗(yàn)探究中，微濾機(jī)過濾系統(tǒng)組在肝臟Fas、TNFα、IL-1β、IL-8、BAX、IkBα基因表達(dá)與弧形篩過