不同生物過濾系統對石斑魚循環水養殖效果的影響

■ 文｜廣東省農業技術推廣中心 甘松永 黃錦雄 陳吉圣 吳錦輝

仲愷農業工程學院動物科技學院 張瀟瀟 譚鑫 鄔穎欣 林蠡 鄒翠云

茂名市大漁水產品有限公司 歐佰僑

循環水養殖是一種新型的現代化養殖模式。在循環水養殖系統中，水處理環節是核心，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。水的循環利用和水質的穩定十分關鍵，而水質的穩定性又與水的過濾處理密切相關?；⌒魏Y過濾系統和微濾機過濾系統是兩種常用的生物過濾系統，它們在循環水養殖中都有著重要的應用，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的作用?；⌒魏Y過濾系統是一種物理、生物過濾系統，它通過弧形篩網過濾污水中的固體顆粒，同時利用生物膜附著在篩網上的微生物分解有機物質。這種過濾系統適用于小型水產養殖場，對于魚蝦等小池養殖效果顯著。微濾機過濾系統作為一種機械生物過濾系統，以其簡約的結構、維護的方便、長久的使用壽命、高效的性能、高精度的過濾、穩定的出水水質、占地面積小、低運行費用、全自動連續工作、無需專人看管等特點，被廣泛應用于過濾去除，是常用的過濾去除設備。它在循環水養殖過程中起到了過濾微小顆粒、富集營養物質和生物降解有機物的作用，在篩網的上部，還有一道反沖洗的水流，可以有效清洗掉雜質，將被攔截在篩網上的顆粒物清理掉，并將其排放到內部排污管道中，以確保篩網干凈且不會滯留顆粒物，通過加入機械過濾器、曝氣器和生物膜等組件，對循環水進行過濾并利用生物膜中的微生物降解有機物。這種過濾系統適用于大中型養殖場，其優點是操作簡單方便，能夠大量降解有機物質，提高水質的穩定性?？傮w來說，這兩種生物過濾系統都有各自的優缺點，并且適用于不同的應用場景，依據實際情況進行選擇。

石斑魚被譽為海洋中的美食珍品，其肉質細嫩潔白，富含高蛋白質和多種營養成分，而且脂肪含量低，被譽為極品海鮮。但養殖環境對石斑魚的生長及發育至關重要。傳統的石斑魚養殖方式也存在一些問題，如水的消耗、污染等，這些問題導致養殖出的石斑魚質量參差不齊，也對水產品長期的可持續發展帶來挑戰。因此，石斑魚循環水養殖成為了當今石斑魚養殖業的熱點和趨勢。

本研究旨在探究不同生物過濾系統對石斑魚循環水養殖效果的影響，為石斑魚循環水養殖中生物過濾系統的選擇提供參考。本研究采用了兩種不同的生物過濾系統（一種是弧形篩過濾系統，一種是微濾機過濾系統），以石斑魚為養殖對象并分為兩組，探究其對水質、石斑魚生長性能及形態參數、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基因表達的影響。研究結果有望為今后石斑魚循環水養殖中生物過濾系統的選擇提供有益的參考。同時，本研究也有助于推動循環水養殖技術的發展和推廣，促進水產養殖業的可持續發展和解決糧食安全問題。

一、材料和方法

1.實驗設計

選取虎龍雜交石斑魚作為實驗養殖對象，使用海水作為養殖用水。選取的石斑魚規格均勻（200.0±5.0g）、個體健康。將石斑魚隨機分為2組，分別為：F1弧形篩過濾系統組與F2微濾機過濾系統組，每組進行3個重復，每個組200尾魚。在養殖實驗開始前，將石斑魚放入循環水系統中進行暫養處理，以適應循環水養殖環境，并對實驗條件進行嚴格控制，實驗控制條件為：水溫27.4±2.1℃，pH7.9～8.3，溶氧>6.0mg/L。在為期4個月的養殖試驗中，每天固定時間對各組石斑魚進行投喂；一周對水體進行一次采樣，用于水質指標檢測；每天最后一次投餌結束后對弧形篩進行清潔工作。

2.方法

經過為期四個月的養殖實驗，對石斑魚進行隨機取樣，隨機從每組中取出20條魚。取樣時，通過給石斑魚注射麻醉劑進行麻醉處理，待石斑魚麻醉后，通過使用測量儀器，準確測量石斑魚的體重和體長，麻醉致死后將魚解剖，取出內臟、肝臟用于形體指標的測定，對石斑魚各個參數進行記錄，依次進行重復操作，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）水質檢測。選取固定的點位進行取樣，以保證所取樣品的準確性和可靠性。為了消除樣品中雜質對檢測結果的影響，對所取樣品先進行過濾處理，然后運用對應的檢測方法對各項指標進行檢測，得到檢測結果后對結果進行計算，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行衡量，檢測方法如表2所示。

表2 水質指標檢測

（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）、谷草轉氨酶（GOT）和谷丙轉氨酶（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）。在進行肝腸組織取樣前，需要提前準備好生理鹽水，并將其放到冰箱中預冷，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，再將離心管放入冰水中進行破碎，使用離心機離心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，然后將上清液轉移至新的離心管中，加入勻漿介質混合均勻。將最終的組織勻漿分裝至適當的離心管中，放在-80℃的冷凍冰箱中備用。

（4）酶活實驗操作流程。在測定之前，先將分光光度計預熱30min以上，然后根據不同酶檢測試劑盒說明書的要求，調節分光光度計的不同波長以適應不同的酶檢測。調節完成后，使用蒸餾水進行零點校準。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行測定，測定石斑魚肝組織和腸組織的抗氧化酶。然后根據試劑盒說明書上提供的公式，計算各種酶的活力值。

（5）實時熒光定量PCR（Reatime quantitative PCR, qRT-PCR）檢測。按試劑盒提取方法進行總RNA的提取，再進行PCR逆轉錄，通過熒光定量PCR（qPCR）方法測定相對mRNA表達水平。數據分析：本研究中測定免疫炎癥基因（TNF-α；IL-1β；IL-8；Fas；IkBα；BAX）相對表達量，所用基因特異性引物如表3所示。

表3 本研究所用相關的引物序列Table 3 Primer design forrelated genes in this study

4.數據統計

本研究采用平均值 ±標準差（Mean±SD）來表示所有數據結果。數據利用方差分析和SPSS22.0軟件進行統計學分析，以P<0.05表示差異性顯著。

二、結果

1.生長性能和形態參數

循環水養殖系統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），增重率達到了204.81%±7.21d。

圖1 循環水養殖系統不同濾器對石斑魚生長性能的影響

循環水養殖系統不同濾器對石斑魚形態指標的影響如表4所示。在肥滿度、在肝體比和臟體比指標上，F1濾器組和F2濾器組沒有顯著差異（P>0.05）。

2.水質指標

不同時間段循環水養殖系統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，F2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月份對循環水養殖系統水體中亞硝酸鹽含量的檢測，發現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，F2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。

3.肝組織抗氧化能力

肝臟組織上清液酶活性檢測結果表明：過氧化氫酶（CAT）F1濾器組和F2濾器組無顯著差異（P>0.05）（圖4 A）；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 循環水養殖系統不同濾器對石斑魚肝組織抗氧化能力的影響

4.腸道組織抗氧化能力

腸道組織酶活性檢測進一步評估了循環水養殖系統不同濾器對石斑魚抗氧化能力的影響（圖5）。在腸道組織中，F2組過氧化氫酶（CAT）的表達量顯著高于 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 循環水養殖系統不同濾器對石斑魚腸道組織抗氧化能力的影響

5.肝組織和腸道組織免疫相關基因表達

石斑魚肝臟及腸道免疫相關基因的mRNA表達如圖6所示。在肝臟中，免疫相關基因Fas、IL-1β、BAX、IL-8、TNF-α和IkBα的表達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，F2濾器組腸道Fas基因表達量顯著升高（P<0.05）（圖6D），而免疫相關基因IL-1β、BAX、IL-8、TNF-α和IkBα的表達F1濾器組和F2濾器組均無顯著差異（P>0.05）（圖6D、E、F）。

圖6 循環水養殖系統不同濾器對石斑魚免疫相關基因表達的影響

三、討論

循環水養殖相較于傳統池塘養殖模式，在餌料利用率、生長性能等方面都具有較大的優勢。不同的養殖環境不僅會影響水產養殖動物的營養風味、規格均一性等，還會影響養殖魚類的生長性能。從本實驗的結果可以看出，微濾機過濾系統組在循環水養殖中可以顯著提高石斑魚的生長性能。李海軍實驗指出，微濾機的使用可以增加草龜的平均體重。周勝杰等研究表明，小頭鮪在循環水養殖中肥滿度更好。形態特征主要由遺傳基因決定，但同時也會受到環境條件的影響。

弧形篩過濾系統和微濾機過濾系統是兩種常用的生物過濾系統，它們都有降低懸浮顆粒濃度的作用。在本研究中，微濾機過濾系統組表現出比弧形篩過濾系統組更好的水質凈化效果，這可能是由于微濾機過濾系統的濾孔較小，能夠有效去除水中的顆粒物質和有機物質，從而提高水質。同時，微濾機過濾系統的濾材表面積較大，微生物附著量高，使得生物附著膜的生長和發展更好。魚類養殖密度過高或飼料投放量過多都會導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，還會導致魚類免疫力的下降，這樣就導致魚類對外界環境的抵抗力變差，這會間接引起魚類疾病的發生，從而導致魚類的死亡；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，進而影響魚類養殖的經濟效益。在水體氨氮含量方面，F2濾器組含量要低于F1濾器組。李海軍實驗指出，微濾機對烏龜養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生嚴重的影響，還會導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，F2濾器組含量要低于F1濾器組，李葉指出，微濾機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于微濾機濾器組，但這兩組的含量值都處于正常水平并且比較接近。在這方面相關研究報道較少，具體情況還需進一步探究。王孝杉等指出，循環水養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，這說明微濾機濾器組在石斑魚腸道抗氧化能力方面要強于弧形篩濾器組。

在本實驗探究中，微濾機過濾系統組在肝臟Fas、TNFα、IL-1β、IL-8、BAX、IkBα基因表達與弧形篩過濾系統組差異不顯著；微濾機過濾系統組的腸道Fas基因表達顯著高于弧形篩過濾系統組，這說明微濾機濾器組在腸道免疫相關基因表達方面具有更好的作用。然而，此類研究報道極少，還需進一步探究。

綜上所述，本研究通過對石斑魚進行循環水養殖，運用兩種不同的生物過濾系統進行比較實驗，得出以下結論：微濾機過濾系統比弧形篩過濾系統更適合石斑魚的循環水養殖，具有更好的水質凈化效果以及在石斑魚的生長性能、腸道抗氧化能力和腸道免疫相關基因表達方面具有更好的作用。但是，本研究還需要進一步探索微濾機過濾系統的優化方法和實際應用效果，以更好地為水產養殖業提供技術支持和指導