對蝦池塘養殖過程中纖毛蟲的動態變化及改性粘土防控初探*

劉正宇 俞志明 宋秀賢 曹西華

對蝦池塘養殖過程中纖毛蟲的動態變化及改性粘土防控初探*

劉正宇1, 2, 3, 4俞志明1, 2, 3, 4①宋秀賢1, 2, 3, 4曹西華1, 2, 3, 4

(1. 中國科學院海洋研究所海洋生態與環境科學重點實驗室 山東青島 266071; 2. 青島海洋科學與技術試點國家實驗室海洋生態與環境科學功能實驗室山東青島 266237; 3. 中國科學院大學 北京 100049; 4. 中國科學院海洋大科學研究中心 山東青島 266071)

纖毛蟲是一類單細胞原生動物, 部分類群是對蝦池塘養殖過程中的病害生物。該研究跟蹤了2020年7～10月凡納濱對蝦()養殖過程中纖毛蟲的動態變化情況, 分析了多種環境因素對其動態變化的影響。通過現場噴灑, 發現改性粘土對纖毛蟲有一定的控制作用; 故結合室內實驗, 探究了改性粘土對水體中纖毛蟲的去除作用和機制。研究結果表明, 蝦池內纖毛蟲及2～5 μm微微藻的密度變化呈現出一定的捕食-被捕食關系, 后者可通過食物豐歉的方式上行控制纖毛蟲; 蝦池水溫為20～25 °C時更易于纖毛蟲生長; 纖毛蟲偏好較低鹽度的環境。在養殖過程中使用改性粘土調控水質會在一定程度上降低水體中的纖毛蟲的密度; 進而通過室內實驗初步探討了改性粘土對水體中的纖毛蟲的去除作用及機制, 發現氧化復合改性的硫酸鋁改性粘土(MC II)可有效去除纖毛蟲, 該研究將為對蝦養殖過程中纖毛蟲病害的防控工作提供參考。

對蝦養殖; 環境因素; 纖毛蟲動態變化; 改性粘土; 防控方法

纖毛蟲是一類高度分化、結構復雜的原生動物, 其在水體中的危害作用較大, 有些種類可引發赤潮或通過產生毒絲泡或黏絲泡來危害水體(宋微波等, 1993)。病害性纖毛蟲可引發對蝦病害, 產生致死效應(Azam, 1983; 吳淑波, 2009); 或抑制對蝦游動、攝食, 阻礙其生長(劉志玲等, 2014; 鄧楠楠, 2018)等。故病害性纖毛蟲被認為是一類在對蝦養殖過程中危害較大的生物類群, 且一些經濟型養殖生物如魚類、海參、鮑魚等也極易受到纖毛蟲的侵害(王印庚等, 2005; 徐力文等, 2005; 陳建國等, 2007; 王孟華, 2012)。研究表明纖毛蟲病害會顯著影響養殖生物質量, 甚至會導致其大量死亡, 進而造成巨大經濟損失(宋微波等, 2003; 王婭寧等, 2009)。

如何防控纖毛蟲病害一直是水產養殖領域的研究熱點。研究表明, 化學試劑, 如甲醛、高錳酸鉀等, 可以有效滅殺水體中的纖毛蟲(邱彥濤, 2003; 宮春光等, 2007); 一些抗生素能有效抑制纖毛蟲的種群動態變化(杜明磊, 2020); 使用當歸、黃連等中草藥制成的中藥組合物也可有效治療纖毛蟲引發的病害(袁進洪, 2019)。但在養殖環境中濫用藥物、試劑, 會產生諸多不良效應, 如破壞水體中生物群落的穩定性、脅迫養殖動物、使病害生物產生抗藥性等, 甚至會誘發其他病害(俸成榮, 2017)。

凡納濱對蝦()在世界范圍內被廣泛養殖, 是我國主要的對蝦養殖品種(Lu, 2015; 張慶起等, 2017)。近年, 國內外對纖毛蟲的分類鑒定及致害作用的研究較多, 而缺乏對蝦養殖水域中纖毛蟲動態變化的相關研究。本研究跟蹤研究了2020年7～10月凡納濱對蝦養殖過程中纖毛蟲的動態變化, 考察了各種環境因素的影響; 發現國內外普遍使用的有害藻華應急處置材料——改性粘土對纖毛蟲有一定的控制作用(Yu, 2017); 結合室內實驗, 探究了改性粘土對水體中纖毛蟲的去除作用和機制, 以期為對蝦養殖過程中纖毛蟲病害的防控提供參考。

1 材料與方法

1.1 現場調查跟蹤與樣品采集

2020年6～10月, 本研究于山東省東營市三角洲養殖繁育有限公司進行凡納濱對蝦養殖實驗, 蝦池(118°9′E, 37°5′N), 面積約1 000 m2, 實際養殖水體面積約為800 m2, 池底自外向內逐漸凹陷, 中心深度約為1.5 m, 池水體積約為1 000 m3。于6月29日投入健康的凡納濱對蝦苗50 000尾(體長約1.6 cm, 濕重約0.035 g)合計約2.4 kg, 即養殖密度約50尾/m3, 養殖過程中每日投喂固體餌料, 于8月29日至9月20日額外投喂活體餌料(大鹵蟲), 持續培養至10月17日收獲。

本研究對整個培養周期內對蝦養殖池塘的各項水質指標進行了持續檢測, 每日在現場使用便攜式多功能水質儀(EXO, 美國YSI公司)測定水體的溫度()、鹽度()、溶氧(DO)、pH值、葉綠素濃度等水質參數; 每日定點采集10 L表層水樣, 裝于聚乙烯桶中, 立即取部分水樣使用魯哥試劑固定, 于0.1 mL計數框在顯微鏡下對粒徑為2～5 μm的微微藻進行計數。

纖毛蟲樣品的采樣和分析按照《Zooplankton Methodology Manual》(Harris, 2000)進行, 即采集100 mL水樣裝入塑料樣品瓶中, 用1 mL魯哥試劑固定, 于0.1 mL計數框在顯微鏡下對纖毛蟲進行計數; 每隔4～5日采集用于進行18S rDNA測序的樣品(在纖毛蟲密度劇烈波動時加采一次), 水樣先經過200 μm的無菌篩絹過濾后, 經0.22 μm孔徑的聚碳酸酯膜過濾, 樣品富集于濾膜上, 將過濾后的濾膜置于無菌凍存管中, 立即放入液氮中速凍, 保存于-80 °C冰箱中, 后續將用于分析纖毛蟲的群落結構。將濾膜送至公司(基迪奧, 廣州), 經提取和純化樣品膜上的環境樣品DNA后, 使用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測提取DNA的質量。待DNA樣品合格后進行檢測, 18S rDNA使用通用引物528F(5′-GCGGTAATTCCAGC TCCAA-3′)和706R(5′-AATCCRAGAATTTCACCTC T-3′)進行目的基因擴增, 分別構建測序文庫, 使用MiSeq 測序儀(PE250, 美國Illumina公司)測序, 分析用數據庫為SILVA, 聚類方式為USEARCH, 依據OUT值分析測序結果。參照相關分類學文獻(Kofoid, 1929; 宋微波等, 1997; 林曉鳳, 2005; 徐大鵬, 2007; 伊珍珍, 2009; 高珊, 2011; 張武昌等, 2012; 劉安, 2014; 張武昌等, 2016; 張雪等, 2017; 黃平平等, 2017; 邵晨等, 2020)對纖毛蟲進行種類鑒定。

1.2 纖毛蟲防控實驗

1.2.1 實驗材料 天然粘土為高嶺土, 取自江蘇吳縣。本研究所使用的聚合氯化鋁改性粘土(MC I)(俞志明等, 1994)、硫酸鋁改性粘土(MC II)(Liu,2016)、高嶺土與六水合氯化鐵混合粘土(MC V) (質量比為高嶺土︰六水合氯化鐵=5︰1)三種改性粘土依次分別是用聚合氯化鋁(PACs)、硫酸鋁及三氯化鐵改性天然粘土制成。氧化復合改性粘土為將單過硫酸氫鉀(純度98%,薩恩化學技術有限公司)作為第三組分搭配使用的改性粘土。

1.2.2 現場實驗 針對蝦池水質較差(透明度較低、濁度較高、富營養化)、赤潮暴發(葉綠素保持較高水平)、纖毛蟲密度較高等情況,本研究將于蝦池噴灑改性粘土,作業方式為將粘土同海水制成混漿后使用高壓噴槍在蝦池內均勻噴灑。粘土用量參照4～ 10 t/km2(俞志明等,1994), 基于上述用量開展的毒理實驗顯示改性粘土對對蝦的運動、存活均無影響。在噴灑前及噴灑后24 h時定點采集水樣,后續處理方式同1.1。

1.2.3 室內纖毛蟲去除實驗 (1) 考察了高嶺土、MC I、MC II及MC V四種粘土在不同用量下對纖毛蟲的去除作用。去除實驗在100 mL比色管中進行, 實驗用纖毛蟲(密度約4 000 cells/mL)取自對蝦養殖池塘表層水, 將海水混勻后分別加入比色管, 粘土濃度梯度設定為: 0.2、0.3、0.5、0.8 g/L, 按照相應用量加入改性粘土后顛倒混勻三次, 設置空白對照, 且每組均設兩個平行。在改性粘土添加后3 h處取樣觀察, 記錄纖毛蟲密度, 并參照以下公式計算纖毛蟲去除率:

(2) 基于(1)實驗結果, 探究單過硫酸氫鉀改性對MC II及MC V改性粘土去除纖毛蟲的影響。纖毛蟲來源同上, 實驗在100 mL比色管中進行, 將水樣混勻后分別加入比色管。設定粘土用量為0.3 g/L, 單過硫酸氫鉀濃度梯度設定為: 0、1、5、10 mg/L, 按照相應用量加入改性粘土后顛倒混勻三次, 設置陰性對照及空白對照, 且每組均設二個平行。在改性粘土添加后3 h處取樣觀察, 去除率計算方法同(1)。

1.3 數據統計與分析

使用Excel及Origin 2019作圖, 各指標以平均值±標準差(mean ± SD)表示; 數據統計分析使用IBM SPSS Statistics 19中的one-way ANOVA及獨立樣本檢驗進行, 其中顯著性水平設置為0.05,<0.05即認為差異顯著,<0.01認為差異極顯著; 數據相關性分析使用IBM SPSS Statistics 19中的雙變量相關性分析, 采用Pearson系數進行計算, ||=0～0.2認為兩者無相關性, ||=0.2～0.4認為兩者存在弱相關性, ||=0.4～0.6認為兩者中等程度相關, ||=0.6～0.認為兩者存在強相關性, ||=0.8～1認為兩者存在極強相關性。

2 結果

2.1 纖毛蟲的動態變化與影響因素

2.1.1 對蝦養殖池塘中纖毛蟲的群落結構 纖毛蟲的種群動態變化基于18S rDNA測序分析結果, 圖1為對蝦養殖過程中, 8月4日至10月17日纖毛蟲的種類組成及密度的動態變化。8月份對蝦養殖池塘中的纖毛蟲密度較低, 8月4日主要以旋唇綱(Spirotrichea)纖毛蟲為主, 其中環毛目(Choreotrichida)纖毛蟲占比較高, 砂殼目(Tintinnida)的開孔真鈴蟲(Eutintinnus apertus)初時占比較高, 之后逐漸減少; 8月4～18日, 線口綱(Litostomatea)櫛毛科(Didiniidae)的纖毛蟲占比由2.63%升至70.34%, 逐漸取代旋唇綱成為優勢種; 8月28～29日纖毛蟲種類變化顯著, 櫛毛科占比升至57.61%, 取代擬盜蟲科(Strombidinopsidae)成為優勢種; 自9月起纖毛蟲密度顯著升高, 種類組成則變得單一, 櫛毛科纖毛蟲及兩種膜袋蟲[銀灰膜袋蟲()、海洋膜袋蟲()]先后被淘汰, 兩種擬盜蟲[沈氏擬擬盜蟲()和最小擬擬盜蟲()]分別在9月9日及9月11日成為優勢種; 銀灰膜袋蟲的占比在9月9～13日逐漸攀升, 由3.72%升至61.31%, 成為優勢種, 9月14日纖毛蟲密度驟降至800 cells/mL, 直至9月中旬(14、17、18日)蝦池中主要以沈氏擬擬盜蟲為主; 自9月17日開始至10月17日纖毛蟲種類多樣性較高, 而密度較低, 9月24日縮頸橋柱蟲()成為優勢種, 9月27日主要由尾絲蟲屬()、游仆蟲屬()、擬擬盜蟲屬()以及砂殼目(Tintinnida)纖毛蟲為主; 9月27日至10月13日沈氏擬擬盜蟲占比逐漸提高并最終成為優勢種, 海洋膜袋蟲()在此期間始終保有一定的種群密度, 10月17日其占比近50%。

圖1 對蝦養殖池塘中纖毛蟲的種類組成及密度變化

2.1.2 環境因素對纖毛蟲動態變化的影響 自7月31日首次監測到纖毛蟲以來, 對蝦養殖池塘中的纖毛蟲的密度呈現出先升高后降低的變化趨勢, 本研究依據蝦池中纖毛蟲的密度水平, 將其動態變化劃分為三個時期: 初期(7月31日至8月29日)、中期(8月30日至9月19日)及后期(9月20日至10月17日)。

纖毛蟲食性復雜, 海洋浮游纖毛蟲可以攝食較小的纖毛蟲、硅藻、甲藻、聚球藻、原綠球藻和細菌等(張武昌等, 2016)。浮游微藻是對蝦養殖池塘生態系的重要組成部分, 對維持對蝦的健康成長有重要意義; 蝦池中粒徑約2～5 μm的微藻是同纖毛蟲共現的重要類群, 其以綠藻、甲藻為主且正處于纖毛蟲的濾食偏好范圍內(0.2～20 μm微藻), 故其密度可對纖毛蟲的動態變化產生一定的影響。另外, 溫度、鹽度、擾動等環境條件的改變會影響纖毛蟲的攝食活動, 進而影響其動態變化(張武昌等, 2016)。本研究將就蝦池的跟蹤監測結果來闡釋多種環境因素對纖毛蟲動態變化的影響(圖2)。

蝦池中2～5 μm的微藻與纖毛蟲的密度變化如圖2a所示。初期較低的微藻密度, 使得纖毛蟲密度水平一直保持在較低水平; 前、中期當纖毛蟲密度保持在較高水平時, 微藻密度降低; 纖毛蟲密度呈下降趨勢時, 微藻密度又開始回升, 以上現象具有一定的滯后性, 纖毛蟲密度低谷同微藻密度高峰往往間隔1～2日; 9月下旬纖毛蟲密度驟降后, 后期微微藻對纖毛蟲的上行控制使得纖毛蟲密度同微藻密度呈強正相關關系(=0.634)(圖2a)。綜上所述, 纖毛蟲及微微藻具有一定的捕食與被捕食關系。

自8月29日開始(中期)可以觀察到纖毛蟲密度的顯著升高, 且其密度較其他兩個時期均維持較高水平, 該期間投喂的活體餌料(大鹵蟲)應該引發該現象的因素之一, 監測結果顯示中期時纖毛蟲密度與投喂量呈正相關關系; 9月20日停止投喂后, 纖毛蟲密度顯著降低, 且之后也未產生密度高峰。

溫度也是重要的環境因素(圖2b), 初期水溫較高(25～31 °C), 纖毛蟲密度水平較低, 期間8月19～20日由于連續降雨導致水溫驟降, 其后于8月22日纖毛蟲密度達到頂峰; 中期水溫在20～25 °C之間, 此時纖毛蟲密度顯著升高, 且長期保持較高水平; 后期纖毛蟲密度顯著降低, 9月底水溫顯著降低, 其中10月5～17日水溫(13～16 °C)經歷了一個先升高后降低的過程, 纖毛蟲的密度雖略有波動但仍同水溫變化趨勢相符(=0.507); 即對蝦養殖池塘中的纖毛蟲偏好較高的水溫, 且20～25 °C的水溫較適宜其生長。

蝦池的鹽度先降低后升高, 在28～37之間波動(圖2c)。前期纖毛蟲密度較低, 水體鹽度逐漸降低, 其中8月11～12日、8月15～16日、8月19～20日、8月26～28日由降雨等因素引發的鹽度“V”字型波動,其后均可觀察到纖毛蟲的密度峰值, 二者的變化趨勢呈現強負相關性(=-0.607); 中期纖毛蟲密度較高, 該時期鹽度較低約28～32; 后期9月25日以后鹽度(32～35)的上升幅度較大, 纖毛蟲保持較低的密度水平。

2.2 改性粘土對纖毛蟲的控制作用

在對蝦養殖過程中, 由于測序定種較慢、鏡檢鑒定難度較高等現實原因, 無法較為準確地實時監測纖毛蟲種類, 且若觀察到對蝦染病往往為時已晚, 故養殖戶一般會通過投加藥品來降低纖毛蟲總密度從而預防、減少對蝦病害(宮春光等, 2007; 袁進洪, 2019; 杜明磊, 2020)。本研究基于上述情況, 嘗試使用改性粘土對水體中的纖毛蟲進行調控, 并跟蹤檢測了纖毛蟲的密度變化趨勢(圖3), 發現改性粘土可有效抑制纖毛蟲的生長, 前期在8月3、28日兩個密度高峰噴灑的改性粘土均顯著降低了纖毛蟲密度; 中期適宜的環境條件使得纖毛蟲密度急劇升高, 其增長曲線近“S”型, 該時期單日噴灑改性粘土(9月8日; 9月17日)亦可抑制纖毛蟲的生長, 且本研究于8月31日至9月1日; 9月11～13日進行的連續噴灑, 可使纖毛蟲密度驟降; 后期于9月27日及10月3日噴灑的兩次改性粘土均有效遏制了纖毛蟲密度的上升趨勢, 在之后的1～2日內呈現出較強的抑制效果。

為檢驗改性粘土對纖毛蟲的控制效用, 本研究在實驗室內進行了纖毛蟲去除實驗。本研究選用天然粘土、MC I、MC II及MC V不同改性粘土對采自蝦池的纖毛蟲進行去除實驗。結果表明, MC II及MC V兩種改性粘土的纖毛蟲去除能力均顯著強于天然粘土; 除天然粘土外, 三種改性粘土在用量為0.8 g/L時對纖毛蟲的去除率均可達到50%以上, 其中MC V可達80%左右; 用量為0.3 g/L時, MC II及MC V的去除率也可達50%左右(圖4)。四種材料對纖毛蟲的去除作用從強到弱依次為MC V、MC II、MC I、天然粘土。

為進一步提升改性粘土對纖毛蟲的抑制作用, 本研究選用單過硫酸氫鉀作為第三組分, 探究了氧化復合改性粘土對纖毛蟲的去除效果。參照前期實驗結果, 本研究使用去除效果較好的MC II和MC V, 設定粘土用量為0.3 g/L, 單過硫酸氫鉀濃度梯度為0、1、5、10 mg/L, 結果如圖5所示。單過硫酸氫鉀作為一種消毒劑, 低濃度時對纖毛蟲滅殺作用較弱, 5 mg/L 時去除率僅為47%, 高濃度時(10 mg/L)可達95%左右。經氧化復合改性后, 兩種改性粘土對纖毛蟲的去除率均顯著提高: 單過硫酸氫鉀濃度為1 mg/L時, 可使MC II去除率達66%, MC V較弱但效率也在50%左右; 當單過硫酸氫鉀濃度為5 mg/L時, 兩種改性粘土的去除率均提升至70%以上。綜上, 單過硫酸氫鉀可顯著提升改性粘土對纖毛蟲的滅殺效果。

圖2 對蝦養殖期內纖毛蟲動態變化與微微藻密度(a)、溫度(b)及鹽度(c)的相關性

圖3 對蝦養殖池內改性粘土噴灑的主要時間點

注: 粘土噴灑工作由灰色加粗線條標出

圖4 四種粘土對纖毛蟲的去除作用

注: *表示差異顯著(<0.05), **表示差異極顯著(<0.01)

圖5 單過硫酸氫鉀改性的MC II及MC V對纖毛蟲的去除作用

3 討論

3.1 纖毛蟲的動態變化特點

本研究依據在時間尺度上劃分的三個時期, 跟蹤監測了對蝦養殖過程中纖毛蟲的種類組成的動態變化, 并闡釋了多種環境因素對纖毛蟲動態變化的影響, 本研究亦對其中的主要環境因素的作用機制進行了初步探討。

蝦池中粒徑約2～5 μm的微藻是同纖毛蟲共享棲息環境的浮游生物, 且其正處于纖毛蟲的濾食偏好范圍內(0.2～20 μm微藻), 二者呈現一定的捕食與被捕食關系, 微微藻作為餌料可通過上行控制來影響纖毛蟲的動態變化。

研究發現, 纖毛蟲的攝食能力隨溫度梯度升高而增強(Rassoulzadegan, 1982); 且較高的溫度可以有效縮短纖毛蟲的世代時間, 提高其種群增長率(李承春等, 2010; 潘瑩等, 2010); 故在耐受限度以內, 較高的溫度有助于提高纖毛蟲的有效積溫速率, 加速其增殖(沈國英等, 2010)。結合本研究的監測結果, 即纖毛蟲偏好較高的水溫(20～25 °C)。

纖毛蟲作為無細胞壁保護的原生動物, 其在高鹽度水體中為維持自身滲透壓平衡勢必會消耗一部分能量, 從而減少用于增殖的能量; 且研究表明低鹽度水體中, 藍藻與綠藻易成為微微藻優勢種, 硅藻則偏好高鹽度(吳斌等, 2008; 陳輝煌, 2013); 纖毛蟲的攝食手段主要為胞吞作用, 攜帶硅質外殼的硅藻較其他微微藻更難攝食, 故纖毛蟲理應偏好較低的鹽度環境。大規模降雨可顯著影響水體的溫度、鹽度變化, 使其呈“V”字型波動, 引發水體環境的顯著改變, 進而顯著影響纖毛蟲動態變化。通過本研究的跟蹤監測, 發現在蝦池水體的鹽度在28～37之間波動, 且總體而言纖毛蟲密度和鹽度的變化趨勢呈負相關關系。

綜上所述, 蝦池中纖毛蟲的動態變化特點如下(圖6): 初期蝦池內的高鹽度(32～37)水體、較高的水溫(25～31 °C)以及較低的微微藻密度對纖毛蟲產生持續性的脅迫, 其中幾次連續大規模降水(8月11～12日、8月18～19日)導致水體溫度、鹽度驟降, 使得纖毛蟲密度在幾日內略有升高, 但總體而言初期纖毛蟲密度較低。纖毛蟲在適應環境的同時其群落內部也存在一定的演替過程, 該時期主要以旋唇綱(Spirotrichea)及線口綱(Litostomate)纖毛蟲為主, 其下的兩種纖毛蟲(擬盜蟲科(Strombidinopsidae)和櫛毛科(Didiniidae), 與綱一一對應)持續競爭優勢種, 開孔真鈴蟲()隨日期占比遞減的原因可能是其偏好前期較高的鹽度, 且真鈴蟲和硅藻(偏高鹽度)存在一定的互利共生關系(Gómez, 2007)。8月28日的粘土噴灑不僅顯著降低了纖毛蟲密度, 還使得櫛毛科重新成為優勢種群。

中期水體的溫度(20～25 °C)、鹽度(29～32)較前期溫和, 微微藻密度逐漸攀升并維持較高密度水平, 且蝦池每日額外投喂的活體餌料帶來較高的營養物質外源輸入, 使得纖毛蟲密度的變化曲線近“S”型(圖6中橙色曲線), 并持續保持較高的密度水平。本研究在該時期多次施用改性粘土, 有效地抑制了纖毛蟲密度, 其中8月31日至9月1日及9月11至13日的兩次連續性噴灑均顯著滅殺了纖毛蟲。中期纖毛蟲種類組成較為單一, 兩種擬盜蟲科纖毛蟲占比較高, 尤其是沈氏擬擬盜蟲()對中期環境適應性較強, 其先后淘汰兩種膜袋蟲, 并于在9月8、9、14、17、18日成為優勢種, 9月8、17日的噴灑結果顯示改性粘土對其的控制作用較強。

后期纖毛蟲密度驟降, 該時期于9月20日停止投喂活餌, 同時逐漸降低的水溫(13～21 °C)及緩慢回升的鹽度(32～35)持續抑制纖毛蟲, 急劇降低的水溫(最低約5 °C)使得纖毛蟲在食物充足的情況下保持較低的密度水平。后期纖毛蟲多樣性提高, 縮頸橋柱蟲()在9月24日成為優勢種; 9月27日則以尾絲蟲()為主, 尾絲蟲屬盾纖亞綱(Scuticociliatia)嗜污目(Philasterida)是一類在水產養殖中危害較大的致病纖毛蟲(麻麗丹等, 2012; Du, 2019), 經改性粘土噴灑后, 在9月30日觀察到其密度驟降, 且在后續觀測中其種類占比均未超過5%; 10月4日水溫驟降至15.19 °C, 此時首次觀測到側口目(Pleurostomatida)的裂口蟲(), 這也同林曉鳳(2005)描述的五種裂口蟲生境溫度(15～18 °C)相符; 直至10月17日停止觀測, 海洋膜袋蟲()逐漸取代沈氏擬擬盜蟲()成為優勢種。

圖6 蝦池中纖毛蟲密度動態變化特點

3.2 改性粘土對纖毛蟲控制作用的機制探討

改性粘土絮凝法廣泛應用于近海的有害赤潮治理(Yu, 2017), 纖毛蟲的暴發性增殖或聚集本身也是一種“赤潮現象”。作為原生動物, 纖毛蟲無細胞壁結構, 這使得其較大多數浮游微藻更易被滅殺; 蝦池中的纖毛蟲大多個體較小, 且表膜脆弱易破(張翠霞, 2011), 使其較相似粒徑的多細胞浮游動物對環境脅迫的抵抗力較差(Twagilimana, 1998; Yan, 2007); 纖毛蟲體表附生的纖毛易于攀附粘土顆粒, 其中砂殼類纖毛蟲甚至會黏附水中顆粒物形成包覆自身的甲殼(張武昌等, 2012), 而較弱的運動能力(孫軍等, 2001)也使其更易被粘土絮凝沉降。

高嶺土是一類1︰1型主體呈層狀結構的硅酸鹽礦物, 其結構單元層由Al-O(OH)八面體和Si-O四面體組成, 表面呈弱電負性。微生物或粘土顆粒在含有電解質的水中其周圍會形成雙電層(馬青山等, 1988), 溶液中離子強度越大, 越能夠壓縮雙電層, 使得顆粒之間的排斥能降低, 增加有效碰撞幾率, 促進顆粒絮凝(常青等, 1993; 鄒華等, 2005)。改性劑(如無機鋁鹽、鐵鹽)一般為帶正電荷或水解產物帶正電荷的物質, 使粘土經改性處理后表面帶正電, 從而增加粘土顆粒與微生物之間的靜電作用、橋連作用和網捕作用, 提升粘土絮凝作用的效率(Yu, 2017; Metaxas, 2018)。MCII是經硫酸鋁改性的高嶺土(Liu, 2016), 在海水中粘土表面帶正電, 硫酸鋁水解消耗水體中的OH–降低水體pH的同時, 會產生絮凝作用較強的水解產物Al(OH)3及Al(OH)4-, 從而抑制水體中的纖毛蟲; 而氯化鐵的作用方式同硫酸鋁類似, 其在改變粘土電負性的同時會水解產生絮凝能力較強的羥基鐵離子(常青等, 1985; 王燕等, 2006; 常青, 2003), 協助粘土絮凝沉降水體中的纖毛蟲。

去除實驗結果表明氧化復合改性可顯著提升改性粘土對纖毛蟲的去除能力。單過硫酸氫鉀是一種強氧化性的無機消毒劑(張文昭, 2001), 可用于飲用水消毒(李豪杰, 2017), 目前也廣泛應用于養殖水域(王兵等, 2008)。單過硫酸氫鉀可在水中經鏈式反應釋放一系列能量、活性均較高的自由基等過氧化氫衍生物(Paetzold, 2011; 宋海鵬, 2012)。故單過硫酸氫鉀可直接氧化滅殺微生物(Demple, 1983; Anipsitakis, 2008), 或通過其水解釋放的活性物質間接損傷微生物(Waites, 1976; Dukan, 1996; Prütz, 1996; Ding, 2016)。

由此推測, 單過硫酸氫鉀與MC II復合對纖毛蟲的去除存在兩方面的共同作用, 一方面可能是通過靜電作用及橋連作用網捕水體中的纖毛蟲, 改性劑(硫酸鋁)水解產生絮凝作用較強的Al(OH)3及Al(OH)4-黏附在纖毛蟲表面, 并攜其向水體底部沉降; 另外, 單過硫酸氫鉀直接氧化損傷纖毛蟲的同時其水解產物作用于纖毛蟲的細胞膜及胞內物質, 從而滅殺水體中的纖毛蟲, 故單過硫酸氫鉀與MC II復合后對纖毛蟲去除效果的提升較為顯著。

4 結論

(1) 在對蝦養殖過程中, 纖毛蟲的種群動態變化受多種因素影響: 20～25 °C是適宜纖毛蟲生長的溫度區間; 在纖毛蟲與微微藻之間存在一定的捕食-被捕食關系, 后者可通過食物豐歉的形式上行控制纖毛蟲; 大規模降水引發的溫度、鹽度等因素的改變會顯著影響纖毛蟲的動態變化。

(2) 改性粘土可以控制纖毛蟲的密度, 且連續多日施用可有效抑制較高密度的纖毛蟲; 在實驗測試的四種改性粘土中, MC II表現出良好的纖毛蟲抑制效果, 且氧化復合改性可顯著提升MC II的去除能力。

致謝 感謝池連寶、姜文彬、丁玉、王中石等同學在實驗工作中給予的幫助。特別感謝張武昌研究員在論文撰寫過程中的指導。

馬青山, 賈瑟, 孫麗珉, 1988. 絮凝化學和絮凝劑[M]. 北京: 中國環境科學出版社.

王印庚, 榮小軍, 張春云, 等, 2005. 養殖海參主要疾病及防治技術[J]. 海洋科學, 29(3): 1-7.

王兵, 艾紅學, 李菠, 等, 2008. 單過硫酸氫鉀對常見水產養殖生物致病菌的抑制與殺滅效果[J]. 中國消毒學雜志, 25(5): 501-502.

王孟華, 2012. 牙鲆幼魚盾纖毛蟲病藥物防治初步試驗[J]. 水產養殖, 33(2): 49-51.

王婭寧, 施心路, 劉桂杰, 等, 2009. 纖毛原生動物研究的經濟意義[J]. 生物學雜志, 26(6): 72-75.

王燕, 高寶玉, 岳欽艷, 等, 2006. 鐵鹽類無機有機復合絮凝劑的水解特性及脫色效能[J]. 環境化學, 25(6): 730-734.

鄧楠楠, 2018. 常州市主要水產養殖病害及防治方法[J]. 科學養魚(12): 59-61.

伊珍珍, 2009. 旋唇綱、寡膜綱和前口綱纖毛蟲原生動物研究——系統發育中的親緣關系探討[D]. 青島: 中國海洋大學.

劉安, 2014. 鉤刺及前口類纖毛蟲部分類群的分子系統學初探[D]. 青島: 中國海洋大學.

劉志玲, 唐啟勝, 2014. 對蝦養殖過程中常見疾病防治[J]. 科學養魚(5): 89.

孫軍, 史屹峰, 2001. 單細胞原生動物的生存策略[J]. 生物學通報, 36(9): 20-22.

杜明磊, 2020. 三種抗生素對兩種纖毛蟲的毒性效應研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱師范大學.

李承春, 徐奎棟, 類彥立, 2010. 食物和溫度對海洋底棲纖毛蟲——葉狀突口蟲種群增長的影響[J]. 應用與環境生物學報, 16(4): 545-549.

李豪杰, 2017. 單過硫酸氫鉀復合粉用于飲用水消毒的效果研究[D]. 北京: 清華大學.

吳淑波, 2009. 斑節對蝦纖毛蟲病綜合防控[J]. 海洋與漁業·水產前沿(5): 37.

吳斌, 廖思明, 2008. 廣西北海凡納濱對蝦養殖池塘中微型藻類組成調查[J]. 廣西科學, 15(4): 452-455.

邱彥濤, 2003. 對蝦養殖水體中浮游纖毛蟲原生動物的生態學及三種藥物對纖毛蟲的毒殺作用研究[D]. 青島: 中國海洋大學.

鄒華, 潘綱, 陳灝, 2005. 離子強度對粘土和改性粘土絮凝去除水華銅綠微囊藻的影響[J]. 環境科學, 26(2): 148-151.

沈國英, 黃凌風, 郭豐, 等, 2010. 海洋生態學[M]. 3版. 北京: 科學出版社.

宋海鵬, 2012. 過一硫酸氫鉀復合鹽的制備方法: CN102311100A[P]. 2012-01-11.

宋微波, 王梅, 1993. 海水養殖水體中的病害纖毛蟲[J]. 海洋科學(4): 41-47.

宋微波, 趙元莙, 徐奎棟, 等, 2003. 海水養殖中的危害性原生動物[M]. 北京: 科學出版社.

宋微波, 胡曉鐘, 魏軍, 1997. 海洋赤潮纖毛蟲─中縊蟲(spp.)的形態學及種間比較[J]. 應用與環境生物學報, 3(2): 163-167.

張文昭, 2001. 過一硫酸氫鉀復鹽的制備及應用前景[J]. 甘肅化工, 15(3): 101-103.

張慶起, 王興強, 曹梅, 等, 2017. 對蝦營養需求及飼料投喂技術[J]. 養殖與飼料(12): 50-55.

張武昌, 豐美萍, 于瑩, 等, 2012. 砂殼纖毛蟲圖譜[M]. 北京: 科學出版社.

張武昌, 陳雪, 李海波, 等, 2016. 海洋浮游纖毛蟲攝食研究綜述[J]. 海洋與湖沼, 47(1): 276-289.

張雪, 王玉蕊, 樊陽波, 等, 2017. 小腔游仆蟲形態學、個體發育與分子系統學研究[J]. 生物多樣性, 25(5): 549-560.

張翠霞, 2011. 我國海區浮游纖毛蟲的生態學研究[D]. 青島: 中國科學院研究生院(海洋研究所).

陳建國, 黃榮靜, 2007. 危害魚類的幾種常見纖毛蟲[J]. 河南水產, 71(2): 29-30.

陳輝煌, 2013. 凡納濱對蝦低鹽綜合養殖池塘浮游生物群落結構的研究[D]. 寧波: 寧波大學.

邵晨, 陳旭淼, 姜佳枚, 2020. 中國腹毛亞綱纖毛蟲[M]. 北京: 科學出版社.

林曉鳳, 2005. 山東沿海的側口目纖毛蟲[D]. 青島: 中國海洋大學.

俞志明, 鄒景忠, 馬錫年, 1994. 一種提高粘土礦物去除赤潮生物能力的新方法[J]. 海洋與湖沼, 25(2): 226-232.

宮春光, 李鳳晨, 2007. 牙鲆盾纖毛蟲病的藥物防治試驗[J]. 水產科學, 26(9): 509-511.

袁進洪, 2019. 一種用于治療蟹纖毛蟲病的中藥組合物: CN109512954A[P]. 2019-03-26.

俸成榮, 2017. 水產養殖病害的發生及防治措施[J]. 農民致富之友(15): 82.

徐力文, 劉廣鋒, 陳畢生, 2005. 鮑類寄生性病害研究進展[J]. 海洋環境科學, 24(4): 71-76.

徐大鵬, 2007. 青島沿海寡毛類纖毛蟲的分類學研究[D]. 青島: 中國海洋大學.

高珊, 2011. 寡毛類等5個重要纖毛蟲類群的分子系統學研究[D]. 青島: 中國海洋大學.

黃平平, 趙峰, 徐奎棟, 2017. 基于形態學與核糖體DNA及其cDNA高通量測序的海洋沉積物中纖毛蟲多樣性比較[J]. 海洋與湖沼, 48(2): 285-296.

常青, 湯鴻霄, 1985. 聚合鐵的形態特征和凝聚-絮凝機理[J]. 環境科學學報, 5(2): 185-194.

常青, 傅金鎰, 酈兆龍, 1993. 絮凝原理[M]. 蘭州: 蘭州大學出版社: 109-110.

常青, 2003. 水處理絮凝學[M]. 北京: 化學工業出版社,234.

麻麗丹, 王殿夫, 于曉婕, 等, 2012. 養殖河豚魚的海洋尾絲蟲病病例[J]. 中國獸醫雜志, 48(3): 69-70.

潘瑩, 姜勇, 張偉, 等, 2010. 不同溫度對3種海洋纖毛蟲種群增長的影響[J]. 應用與環境生物學報, 16(6): 807-811.

ANIPSITAKIS G P, TUFANO T P, DIONYSIOU D D, 2008. Chemical and microbial decontamination of pool water using activated potassium peroxymonosulfate [J]. Water Research, 42(12): 2899-2910.

AZAM F, FENCHEL T, FIELD J G,, 1983. The ecological role of water-column microbes in the sea [J]. Marine Ecology-Progress Series, 10: 257-263.

DEMPLE B, HALBROOK J, LINN S, 1983.mutants are hypersensitive to hydrogen peroxide [J]. Journal of Bacteriology, 153(2): 1079-1082.

DING T, XUAN X T, LI J,, 2016. Disinfection efficacy and mechanism of slightly acidic electrolyzed water onin pure culture [J]. Food Control, 60: 505-510.

DU G X, QU L Y, SHANG K,, 2019. Ciliateis the causative agent of scuticociliatosis in farm raised turbot[J]. Journal of Oceanology and Limnology, 37(5): 1726-1735.

DUKAN S, TOUATI D, 1996. Hypochlorous acid stress in Escherichia coli: resistance, DNA damage, and comparison with hydrogen peroxide stress [J]. Journal of Bacteriology, 178(21): 6145-6150.

GóMEZ F, 2007. On the consortium of the tintinnidand the diatomin the Pacific Ocean [J]. Marine Biology, 151(5): 1899-1906.

HARRIS R P, WIEBE P H, LENZ J,, 2000. ICES Zooplankton Methodology Manual [J]. London, UK: Academic Press.

KOFOID C A, CAMPBELL A S, 1929. A Conspectus of the Marine and Freshwater Ciliata Belonging to the Suborder Tintinnoinea, with Descriptions of New Species Principally from the Agassiz Expedition to the Eastern Tropical Pacific, 1904-1905 [M]. Los Angeles: University of California, Publications in Zoology: 1-403.

LIU Y, CAO X H, YU Z M,, 2016. Controlling harmful algae blooms using aluminum-modified clay [J]. Marine Pollution Bulletin, 103(1/2): 211-219.

LU X, LUAN S, LUO K,, 2016. Genetic analysis of the Pacific white shrimp (): heterosis and heritability for harvest body weight [J]. Aquaculture Research, 47(11): 3365-3375.

METAXAS A, WILKINSON N, RAETHKE E,, 2018.polymer flocculation and growth in Taylor-Couette flows [J]. Soft Matter, 14(42): 8627-8635.

PAETZOLD S C, DAVIDSON J, 2011. Aquaculture fouling: efficacy of potassium monopersulphonate triple salt based disinfectant (Virkon? Aquatic) against[J]. Biofouling, 27(6): 655-665.

PRüTZ W A, 1996. Hypochlorous acid interactions with thiols, nucleotides, DNA, and other biological substrates [J]. Archives of Biochemistry and Biophysics, 332(1): 110-120.

RASSOULZADEGAN F, 1982. Dependence of grazing rate, gross growth efficiency and food size range on temperature in a pelagic oligotrichous ciliate Lohmanniella spiralis Leeg. fed on naturally occurring particulate matter [J]. Ann. Inst. Oceanogr. Paris, 58: 177-184.

TWAGILIMANA L, BOHATIER J, GROLIERE C A,, 1998. A new low-cost microbiotest with the protozoan: culture conditions and assessment of sensitivity of the ciliate to 14 pure chemicals [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 41(3): 231-244.

WAITES W M, WYATT L R, KING N R,, 1976. Changes in spores ofcaused by treatment with hydrogen peroxide and cations [J]. Journal of General Microbiology, 93(2): 388-396.

YAN Q Y, YU Y H, FENG W S,, 2007. Genetic diversity of plankton community as depicted by PCR-DGGE fingerprinting and its relation to morphological composition and environmental factors in Lake Donghu [J]. Microbial Ecology, 54(2): 290-297.

YU Z M, SONG X X, CAO X H,, 2017. Mitigation of harmful algal blooms using modified clays: theory, mechanisms, and applications [J]. Harmful Algae, 69: 48-64.

DYNAMIC CHANGES OF CILIATES COMMUNITIES IN SHRIMP POND CULTURE AND THE CONTROL WITH MODIFIED CLAY

LIU Zheng-Yu1, 2, 3, 4, YU Zhi-Ming1, 2, 3, 4, SONG Xiu-Xian1, 2, 3, 4, CAO Xi-Hua1, 2, 3, 4

(1. CAS Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Laboratory of Marine Ecology and Environmental Science, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237, China; 3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 4. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

Ciliates are a kind of single-celled protozoa, which is one of the main pathogenic organisms in shrimp pond culture. We monitored the dynamic changes of ciliates during the culture ofin summer 2020, and investigated the effects of various environmental factors. Through field experiments, we found that modified clay has a certain control effect on ciliates; then combined with laboratory experiments, we explored the removal effect and mechanism of modified clay on ciliates. Results show that changes in the density of ciliates and 2～5 μm microalgae in the ponds reflected a certain predation-predation relationship, and the latter could control the dynamics of ciliates through food enrichment. Higher water temperature (20～25 °C) and lower salinity were conducive to ciliates. In addition, modified clay was applied to the shrimp culture pond in laboratory experiments, showing that modified clay could inhibit ciliates and reduce its density, and especially, oxidized compound modified aluminum sulfate modified clay (MC II) could effectively remove ciliates. This study provided a reference for prevention and control of ciliate-induced diseases of shrimp in the pond culture.

shrimp culture; environmental factors; dynamic changes of ciliates; modified clay; prevention and control methods

Q958.8

10.11693/hyhz20211200317

*山東省重大科技創新工程項目, 2019JZZY010808號; 2019年度“泰山學者攀登計劃”, 泰山學者工程專項經費資助。劉正宇, 博士研究生, E-mail: 953292005@qq.com

俞志明, 博士生導師, 研究員, E-mail: zyu@qdio.ac.cn

2021-12-09,

2022-02-18