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生物絮团是什么?

发表时间:2023/10/08 16:34:26  浏览次数:1654  
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一、组成和结构

生物絮团聚集体的粒径范围非常广,从微观级别到大于1毫米。甚至更大的生物体,例如桡足类和线虫,也可能会摄食絮状物并成为某些聚集体的一部分。絮团的形状通常不规则且相当脆弱,它们是通过细菌分泌物、丝状微生物的缠结以及静电力相互结合在一起的。

絮凝体的湿重密度通常略大于1g/mL,因此聚集体下沉速度较慢,相对容易保持悬浮状态。由于结构中的孔隙率高达99%(空的空间),养分、氧气和废物可以在絮凝体内部和周围水之间轻松交换,而系统中的混合作用进一步促进了这种交换。生物絮凝系统中的微生物组成会随时间而变化,包括不同系统之间和同一系统内的变化。

罗非鱼系统中的生物絮凝物包含了多种微生物,包括细菌、微藻、酵母和其他微生物。细菌和酵母的分类组成包括以下一些属:气单胞菌属、弧菌属、肠杆菌属、硝化螺菌属、芽孢杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、假单胞菌属、微丝菌属、硝化杆菌属、微球菌属、产碱菌属和红酵母属。

在水产养殖系统中,细菌通常占据主导地位。它们的数量非常丰富,每毫升水中可能有多达1亿个细菌,并且具有高度多样性。一项研究鉴定出来自10个不同水产养殖场的样本中的1265个属,包含了351到773个可操作的分类单元(大致相当于物种数量)。拟杆菌门在废水处理池中很常见,占总类群的26.5%。另一个常见的废水细菌是Chloroflexi,在研究的四个生物絮凝系统中占细菌总数的66.3%。

细菌絮凝体的组成受多种因素的影响,包括温度、盐度、pH值、光周期、垂直混合的强度以及可用于细菌代谢的有机碳类型等因素。这些因素共同决定了絮凝体中微生物的种类和数量。

二、生物絮团的培育

生物絮凝体通常会在适当的有机物来源积累到足够高的水平后,在新填充的系统中迅速形成。通常,在放养后的第三周,絮凝体会变得足够密集,以致使水体呈现着色现象。要提高絮凝体的形成速度,可以采取促进措施,例如添加有机碳来刺激絮凝体的形成。

絮凝体的形成速度受多种因素的影响,其中包括温度、溶解氧、pH值、有机负荷、光照和混合等。一般来说:

- 在较高温度和较高溶解氧水平下,絮凝体更大且更致密。

- 强烈的混合会破坏絮凝体,降低平均絮凝体的尺寸。

- 较低的溶解氧水平有利于丝状细菌的生长,可能是因为它们的表面积与体积比很高。

- pH值直接影响絮凝体的形成,每个物种都有其最适宜的pH范围,同时也通过其与碱度、无机碳和氨的关系间接影响。

- 光照会影响光合自养生物(如藻类)的生长,只有在没有光照的系统中才会缺乏光合自养生物。在受到光照的系统中,随着时间的推移,光合自养生物的丰度通常会下降,因为絮凝物浓度的增加会降低光的穿透力。

这些因素共同影响着生物絮凝体的发育和组成。

废水处理领域的研究成果对于理解水产养殖系统中的生物絮凝剂也有一定的帮助。值得注意的是,废水中约60%至70%的絮凝物是有机物,其中有机物的2%至20%存在于活细胞中。对于水产养殖中的生物絮凝体而言,这个范围似乎也是合理的。

三、生物絮团的优点

生物絮团在水产养殖中的优势包括其高营养价值、改善水质的作用以及对虾的益生作用。

1、生物絮团作为饲料

生物絮凝体的营养品质与野生虾在其自然栖息地中食用的食物相似。因此,通过在整个养殖周期中保持适当浓密的絮凝物,可以降低对添加饲料的需求。添加饲料通常占据传统水产养殖生产成本的至少一半。

生物絮凝蛋白质能够触发虾的消化酶,使其更容易代谢,相对于加工饲料中的蛋白质来说。此外,絮凝物中的益生菌作用可以刺激虾的部分免疫系统。

有研究表明,将干燥的生物絮凝物掺入含有较低DHA(一种必需脂肪酸)含量的饲料中可以刺激虾的食欲。虽然干燥絮凝物本身并不提供DHA,但它可以增加虾的采食量,有助于减轻DHA的不足问题。

絮凝物的营养品质与养殖水中的碳氮比、饲料中的蛋白质水平以及光照强度等因素有关。其他因素也会影响絮凝物的品质,这些因素在相关研究中得到了详细讨论。

生物絮团(干重)的近似分析如下:

• 12%–50% 蛋白质,但通常为 30%–45%,与大多数加工饲料相似

• 0.5%–41.0% 脂质,但通常为 1%–5%

• 14%–59% 碳水化合物

• 3.0%–61.4% 灰分

这些显著的差异主要是由于年轻和成熟絮凝体之间的成分差异以及不同的养殖条件引起的。对于后者,Ogello等人(2014)的研究发现,在使用葡萄糖、淀粉或醋酸盐作为底物时,生物絮凝物的蛋白质含量分别为40%、21%和19%。脂质、碳水化合物和能量含量也在不同底物下发生了类似的变化。在盐度为30 ppt且没有额外补充碳源的情况下,生物絮凝物的蛋白质含量低于20%(Richardson等,2011年)。德克萨斯A&M-AgriLife研究海水养殖实验室(ARML)中的生物絮凝物的蛋白质含量在19%到20%之间变化(干重基础)。

细菌存储的有机物的数量和质量最终决定了絮凝物的营养价值。这种存储的有机物取决于可供细菌生长的有机碳的数量和类型。例如,生物絮凝物在使用乙酸盐(一种含有2个碳原子的有机化合物)或β-羟基丁酸盐进行培养时,其蛋白质含量较高,而在使用丙酸盐(含有3个碳原子的有机化合物)或聚羟基戊酸盐进行培养时,其蛋白质含量较低。这些化学名词可能会让人感到复杂,但基本思想很简单:“生物絮凝物的营养质量受到它所摄取的有机物的影响。”如果提供了适当的有机物质基质,那么絮凝物将储存高质量的化合物,有助于满足虾的营养需求。这引发了一个问题:管理者应如何确保提供适当的有机物基质?

除了直接分析外,海洋生物絮凝物通常富含氨基酸缬氨酸、赖氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和苏氨酸,但可能缺乏必需氨基酸精氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸,以及维生素C(Crab等人,2012年;Ekasari等人,2014年;Taw,2012年)。

因此,仅依赖生物絮团是不足以满足高密度虾养殖所需的生长和存活的。这就是为什么生物絮团主导方法与生物絮团专有方法的基本原理不同。前者依赖于生物絮凝剂和搭配的饲料,饲料提供了典型絮凝物所缺少的营养物质。

尽管生物絮团具有营养价值,但正如第2章所讨论的,不是所有虾类都能有效地摄取生物絮团。一个虾种能否消耗絮凝物取决于其摄食附属物的形态和大小,这一点在不同的物种和生活史阶段都有所不同(Kim等人,2015a)。

如前所述,太平洋白虾适合以生物絮团为主的养殖。与中国对虾或日本对虾相比,太平洋白虾的虾苗更擅长食用生物絮团(Jang和Kim,2014年),并且它们的幼虫可以通过絮团满足高达30%的需求(Burford等人,2004年)。

第三颌足的刚毛(毛发)结构的差异似乎是关键因素。太平洋白虾在其较长的第三颌足上拥有比其他两种虾更多的刚毛,这使其在过滤较小颗粒时具有优势。因此,太平洋白虾的虾苗能够更快地生长,并且在生物絮团中更好地存活。

2、生物絮团和免疫反应

虾拥有非特异性、不稳定(无长期记忆)的免疫系统。然而,生物絮团系统中的微生物群可能在激活它们的非特异性免疫系统中发挥作用,从而产生一种防御机制,可以快速响应对抗细菌感染。前面提到的生物絮团的益生菌作用涉及到细菌和真菌细胞壁中的短链脂肪酸(脂多糖、肽聚糖和 β-1,3-葡聚糖),这些脂肪酸在免疫反应中也发挥作用(Crab 等,2012;De Schryver 等人,2008 年;Emerenciano 等人,2013 年)。当虾遇到这些脂肪酸时,它们可以激活非特异性免疫系统,增加与免疫反应相关的基因表达,从而增强对感染的抵抗力(Chang 等人,1999;Kim 等人,2014;S€ oderh€ all和 Cerenius,1992;Song 等人,1997)。生物絮团微生物还通过竞争资源,如空间、底物和营养物质,以及分泌抑制性化合物来抑制病原体的生长(Emerenciano 等人,2013)。

需要注意的是,尽管大多数早期研究都将生物絮团产生的积极免疫影响归因于生物絮团,但这些出版物都没有提供这些活动的直接证据。

然而,Kim等人(2014年)通过对南美白对虾后期幼体在富含生物絮团的水中饲养和在清水中饲养的比较,展示了更好的生长、存活和免疫相关基因表达。他们通过分析六个与免疫相关的基因的mRNA来支持这一点。

(来源:循环水养殖系统)

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