鱼类循环水养殖系统中细菌群落结构研究进展

谷雪勤

（天津农学院，天津西青 300380）

循环水养殖系统（Recirculating Aquaculture System，RAS）是一种将同一养殖体系中的水经过养殖系统内部净化处理之后循环利用的一种养殖模式，其主要原理是在相对封闭的空间内，优化组合曝气、沉淀、过滤、生物净化等水处理技术手段，去除养殖对象的代谢产物和饵料残渣，降低水体中亚硝酸盐氮、氨氮、硝酸氮、磷、化学耗氧率（COD）等指标浓度，使水质得以净化以实现重复利用［1］。微生物作为分解者可以转化养殖系统中积累的污染物，调节养殖环境，影响养殖动物的健康，进而影响高级营养生物的群落结构，影响整个养殖生态系统的健康状况［2］。因此，微生物的数量及构成与RAS 系统的运行及养殖动物的健康息息相关。我国是一个具有丰富资源的国家，有着非常丰富的自然资源，所以要充分研究养殖生态系统，这样才能更好地提高养殖水平，保护好当地的生态系统，基于这样的考虑，全面研究鱼类循环水养殖系统中的细菌群落结构，对未来水产养殖业发展具有非常重要的作用。

1 鱼类RAS

RAS 作为新兴的养殖模式，集水产养殖学、生物学、信息与计算科学和工程学诸多学科优势，具有设备先进、养殖技术精细化、养殖产量高、高效、节水、节能、环保、可控和水产品质量安全可靠等优点，是目前和未来水产养殖重要模式之一，也是现代养殖业的主要发展方向。目前我国海水鱼RAS 主要养殖对象包括大菱鲆（Scophthalmus maximus）、半滑舌鳎（Cynoglossus semilaevis）、石斑鱼（Epinephelusspp）、大马哈鱼（Oncorhynchus keta）和红鳍东方鲀（Takifugu rubripes）等名贵鱼类品种［3］。RAS 节能表现在保温，防止水体温度变化过大；环保表现在改善养殖水体，增强水体自净能力，如鳜鱼（Siniperca chuatsi）RAS利用滤食性鱼类鲢鱼、鳙鱼及微生态制剂改善水质，增强水质净化能力；可控表现在RAS 和清洁工具彻底消毒等，可操作性强，病原相对可控［4］。

RAS 运行过程中系统内的微生物群落结构对水生生物的健康产生重要影响。循环水养殖系统主要通过物理、生物和化学等方法对养殖水体进行净化处理，从而去除养殖水体中的有害物质。循环水养殖系统内水体经过不同功能区域设备的处理以达到提升水质的目的，尤其是生物滤池，通过好氧硝化细菌将NH4+转化成NO2-，再进一步转化成毒性较低的NO3-，其中主营NH4+氧化的细菌属主要包括亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化单胞菌属，主营NO2-氧化的细菌属包括硝化杆菌属、硝化球菌属、硝化刺菌属和消化螺菌属。微生物作为RAS 的重要组成部分，不仅参与氮、磷、硫等元素的转化，还参与水质调节和有机碎屑的降解；RAS 中水质好坏依赖于微生物群落，但对于其中大部分微生物尚未有详细研究［5］。

虽然RAS 有很多优点，但还是存在不足之处，一些致病菌的入侵导致海水鱼患病，进而导致整个系统中海水鱼疾病的暴发，给养殖业带来巨大的经济损失。高密度养殖产生的应激条件，严重降低宿主免疫反应，并促进病原体的产生和传播。RAS 中各环节细菌分布和消除效果的研究表明病原菌可分布在鱼体、残饵、池壁污物及循环水各处理环节，不健康苗种和养殖工具也可携带病菌。池壁水位线处常会积累大量的污物，是RAS 中藏匿细菌最多的地方。新进的鱼苗体内和体表、养殖人员、清洁和捕捞工具、空气等均可能携带病原菌，引起RAS 中水生生物集中暴发疾病。RAS在运行时耗电量大。因此，海水鱼RAS 中细菌群落结构的研究，对于发现RAS 中的致病菌、非致病菌有指导作用，对于海水鱼的养殖生产会产生更高的经济效益。在进行养殖过程中，不仅要重视经济效益，也要重视生态效益，这样才能实现可持续发目标，对保护环境和自然生态也有着非常重要的意义和作用。人类的发展离不开自然环境，所以要重视对自然环境的保护。

2 鱼类RAS细菌群落的研究进展

2.1 RAS 中生物载体上细菌群落研究进展

生物滤池中的生物载体上生物膜是否形成是RAS能否健康运行的关键条件。目前，RAS 中生物载体上细菌群落结构的研究主要是为了改善养殖水环境。水产养殖生物载体中的微生物研究较多，生物载体包括底泥和生物滤池中的生物膜、悬浮颗粒、生物絮团和毛刷等，它们表面附着的菌群对水产养殖水质调控起关键作用。在RAS 中的悬浮颗粒提供了可被细菌定植的表面积，同时增加了系统的细菌携带能力。不同级别滤池、不同时期和不同水生动物RAS 中，生物滤池中的菌群都存在变形菌门、拟杆菌门和一些硝化菌门。RAS 中生物滤池中均匀悬挂的类似毛刷的生物载体上存在去除养殖水体污物的菌群，优势菌有变形菌门和黄杆菌门。水产养殖中成熟的生物絮团上存在的硝化螺旋菌门，能有效降低养殖水体氨氮盐水平，可以有效控制水质，增加水体微生物的代谢功能。研究发现半滑舌鳎RAS 生物滤池前段、后段和污泥中存在的变形菌门和拟杆菌门，它们是所有样本的优势菌，其次是硝化螺旋菌门、酸杆菌门和浮霉菌门。

生物载体在属水平，主要存在亚硝化单胞菌属Nitrosomonas和硝化螺旋菌属Nitrospira，这些菌属有硝化和脱氮的作用，从而降低水中高浓度的硝酸盐对鱼类的侵害。研究发现，在石斑鱼（Epinephelusspp）RAS 3 个不同级别的生物滤池内，亚硝化单胞菌、硝化螺旋菌起硝化作用。斑石鲷（Oplegnathus punctatus）RAS 生物滤池内细菌群落组成对养殖水质有一定净化作用。在属水平上，亚硝化单胞菌属Nitrosomonas、硝化螺旋菌属Nitrospira起硝化作用。养殖底泥中细菌种类丰富，底泥中的微生物群落结构的变化能够及时反应环境的变化，同时影响水产品的质量，养殖一年的样品中优势菌群有蛋白菌属（Prolixiacter）、荚硫菌属（Thiocapsa）、浮霉菌属（Planctomycetes）和脱硫微菌属（Desulphurization），养殖4 年的样品中优势菌群有Prolixibacter、黄色单胞菌属Xanthomonas、Cetobacterium和噬纤维菌属Cytophaga，底泥中的细菌群落在长期的积累过程中，微生物群落多样性和结构发生变化促进养殖生态系统新陈代谢、改善鱼类肠道微生物菌群、降低鱼类细菌性疾病。

2.2 RAS 中水体细菌群落研究进展

水体中细菌群落受到复杂的非生物和生物影响，非生物影响包括铵态氮、pH 值、化学需氧量、溶解氧、营养元素和水体富营养状态，生物影响包括放射菌（Actinobacteria）、蛋白菌（Proteobacteria）、拟杆菌（Bacteroidetes）、硬壁菌（Firmicutes）、疣微菌（Verrucomicrobia）、蓝细菌（Cyanobacteria）、酸菌（Acidobacteria）等细菌的作用。

在不同养殖模式的水体中细菌群落的多样性对养殖水体具有调节作用，门水平一般存在变形菌、拟杆菌，不同水生生物的养殖水体中细菌群落组成都存在变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门，也存在不同的菌，海水鱼RAS 中的细菌种类相似。研究发现大鹏湾海水环境中，变形菌门和拟杆菌门是优势菌。武汉市少谭水库养殖基地3 种养殖模式中，发现水体中存在变形菌门、拟杆菌门、蓝藻细菌门和浮霉菌门等。通过大菱鲆（Scophthalmus maximus）和塞内加尔鳎（Solea senegalensis Kaup）RAS 水体细菌群落组成的研究发现，变形菌门是这2 种海水鱼RAS 养殖水体含量最高的细菌门，其次是拟杆菌门。黑鲷（Acanthopagrus schlegelii）RAS 水体中优势菌门为变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、疣微菌门和厚壁菌门，属水平嫩杆菌（Lentibacter）、马里维塔（Marivita）、东吉科拉（Donghicola）、硫酸杆菌（Sulfitobacter）、鲁埃杰里亚（Ruegeria）菌属的相对丰度最高。褐点石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus）和 东 星（Plectropomus leopardus）RAS 水体中优势细菌类群为变形菌门、拟杆菌门、蓝藻门、梭杆菌门、厚壁菌门和硝化螺旋菌门。从大黑口鲈（Micropterus salmoides）RAS 水体中发现的优势菌有假交替单胞菌属，黄杆菌属为优势菌属。

3 总结

3.1 鱼类RAS 的细菌群落结构

鱼循环水养殖系统中几乎都存在厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门，说明这些菌门在循环水养殖系统中对海水鱼的健康有一定的影响作用。在海水鱼循环水养殖系统不同部位的微生物种类也不同。生物滤池中存在一些与硝化作用有关的菌，如硝化螺旋菌门、亚硝化单胞菌属、硝化螺菌属等可以降低水中的有害物质对海水鱼的影响。海水鱼的皮肤和鳃等部位与循坏水系统的水环境密切接触，其中也发现了变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门为优势菌。在健康鱼的肠道内也发现了厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门，这些菌门和循环水养殖系统环境中的菌门类似，说明海水鱼肠道中的菌有一部分来自于循环水养殖系统，海水鱼的健康与外界的循坏水密切相关。

3.2 鱼类RAS 细菌群落结构研究展望

本研究仅从微生物多样性角度分析海水鱼循环水养殖系统中的微生物群落结构，没有具体分析在不同循环水养殖系统的不同部位微生物的组成。这就需要进一步去发现在门、纲、目、科、属水平上，海水鱼循环水养殖系统不同部位的细菌群落，是否存在致病菌、非致病菌、机会致病菌，从而减少海水鱼循环水养殖系统微生物群落中致病菌的比例，维持循环水系统中微生物群落结构的稳定，保障海水鱼健康养殖。益生菌在调控菌群结构、预防水产动物患病方面发挥了重要作用。养殖水环境因子如盐度、温度、养殖密度和pH 值等对循环水养殖系统中微生物的群落组成有影响。这也需要同步检测，构建关键养殖环境因子与菌群结构的关系，有助于为海水鱼循环水健康养殖生产提供直接指导。