蟹虾贝混养系统细菌群落结构与功能多样性初步研究
养殖环境中微生物有重要的地位,有些微生物具有生产者的作用、绝大部分担任消费者角色,最重要的是占据分解者的地位;微生物不仅在养殖环境的物质循环中承担着重要角色,而且在维持养殖环境稳定的过程中有重要的作用。同时,微生物与养殖生物的健康生长也有密切的联系,是导致养殖对象生病的主要病原菌。而在养殖过程中,不合理投饵所产生的残饵、养殖生物产生的粪便及药物的滥用等,往往都会导致水体微生态平衡受到严重破坏,进而给水产养殖造成直接或间接的负面影响。由上分析可以看出,养殖环境的健康状况与微生物群落的结构和功能有紧密的联系。因此,探究不同养殖模式环境中细菌群落的组成与功能特征对于水产养殖业具有重要的理论和实践意义。 三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)在我国沿海地区养殖范围广阔,从北到南都能进行养殖,是我国沿海的主要经济蟹类,也是输出到国外的最重要海产品之一,在国内外都非常畅销。其生长快、经济价值高、养殖效益好、肉多、味道鲜美、营养丰富,已成为我国沿海区域养殖业的支柱之一。而综合养殖模式是依据自然生态环境中生物生活的特定空间,把生活在不同水层的生物混养在一起,达到充分利用养殖空间提高养殖产量的科学混养模式。梭子蟹、对虾和贝类混养既可以提高经济效益,又可增强养殖生态系统内生物群落的空间结构和层次、优化调节生态结构、提高物质和能量的利用效率,是一种收益更高、更环保、更健康的养殖新模式。关于梭子蟹、对虾和贝类混养系统微生物群落的结构和功能多样性特点目前还少见研究。 本研究以三疣梭子蟹、对虾和菲律宾蛤仔混养生态系统微生物群落为研究对象,综合利用传统的微生物培养分离方法、Biolog-Eco技术、变性梯度凝胶电泳等方法,针对不同的蟹、虾、贝混养模式,对不同混养系统中微生物群落的结构与功能进行了初步研究,以期从微生物群落结构和功能特征方面为蟹、虾、贝混养结构的优化提供一定的理论依据。主要结果如下: 1蟹虾贝混养系统微生物数量的变动及群落组成的初步研究 从2012年7月22日开始,至10月6日结束,对蟹虾贝混养池塘水体和底泥中的细菌数量变化和菌群种类进行了研究。结果表明,不同模式生态系统细菌数量和群落组成在整个养殖期间呈现动态变化趋势。(1)随着时间的推移,CBS1模式水体中异养菌数量逐渐增多。实验后期,CBS1和CBS2模式显著高于梭子蟹单养模式;在整个养殖期间各模式底泥异养菌数量与水体相似,但CBS3和CBS2模式显著高于单养模式,CBS1模式中异养菌数量则没有CBS3和 CBS2增长明显。(2)在整个养殖期间不同模式水体和底泥细菌群落组成存在差异。CBS1模式中水体细菌类群数量最多其次为CBS2,CBS3模式中底泥细菌类群数量最多,其次为CBS2。但总体上水体中细菌群落多样性比底泥中丰富。(3)各模式比较,水体细菌群落Shannon指数高于底泥细菌,CBS1和 CBS2模式水体细菌群落多样性指数均显著高于梭子蟹单养;CBS2和CBS3模式底泥细菌群落多样性指数高于单养模式。综上,与梭子蟹单养模式相比,混养中国明对虾和凡纳滨对虾可以显著提高水体异养菌数量和细菌多样性,混养凡纳滨对虾和日本囊对虾则可显著增加底泥异养菌数量和细菌多样性。三种对虾比较,混养凡纳滨对虾可能更有助于对混养生态系统细菌群落的结构与功能的优化。 2蟹虾贝混养系统细菌群落组成的PCR-DGGE分析 从2012年7月22日开始,至10月6日结束,对蟹虾贝混养池塘水体中的细菌群落组成多样性进行了实验研究。3个月的养殖实验结果表明:(1)不同模式之间具有一定的差异性,虾蟹贝混养模式的微生物丰富度高,细菌类群多,其中CBS3的微生物丰度最高,细菌种类最多,其次为CBS1养殖模式,而单养模式C的微生物丰度最低,细菌总类最少。实验共切取了三次样品中的64条不同的DGGE条带中的 DNA片段,并进行测序;同时建立系统发育树进行进化分析。结果显示,这64条DGGE条带分属于6个微生物类群:变形菌门(Proteobacteria),拟杆菌门( Spirochaetes),厚壁菌门(Firmicutes),放线菌门( Actinobacteria),球囊菌门(Glomeromycota)和甲藻门(Pyrrophyta)。(2)从不同月份4个处理的CA分析图及电泳条带分布图来看,实验起始时,各模式水体细菌群落的组成差异不大,反映出在养殖初期水体中低水平、稳态的微生物群落结构;随着时间的推移,不同系统水体细菌群落的组成逐渐发生分异,其中,CBS2和CBS3模式细菌群落结构组成与三疣梭子蟹单养组中的细菌组成分异最大;在实验后期,混养模式与对照梭子蟹单养模式的细菌群落结构组成分异显著。说明随着养殖时间的推移,不同养殖模式适宜生活的细菌类群发生变化。从不同养殖模式在CA1和CA2轴上的位置可以看出,单养模式中细菌类群结构组成变化较剧烈,而混养模式的点一直在0刻度附近波动,说明混养模式微生物的群落结构比较稳定,由于剧烈的菌群变化导致疾病爆发的潜在可能性较小。(3)RDA分析发现,不同养殖模式水体微生物群落结构变化与环境因子具有很好的相关性。7月份水体中,总氨氮、硝酸盐、活性磷、亚硝酸盐和总氮与细菌微生物群落结构组成呈现最大相关性,是微生物群落结构变化的主要影响因子;8月份,总氨氮、硝酸盐、活性磷、亚硝酸盐和总氮是微生物群落结构变化的主要影响因子;9月份,硝酸盐、亚硝酸盐、总氮和总磷是微生物群落结构变化的主要影响因子。本研究结论认为,不同养殖模式细菌群落结构具有明显变化,相对而言,其中以CBS2菌群结构最复杂,生物多样性最丰富;不同养殖模式细菌群落结构变化与环境因子具有很好的相关性。(4)各混养模式在整个养殖期间细菌群落结构组成相比,CBS2中细菌的菌群组成变化相对其它两种模式更稳定一些,梭子蟹与贝类、凡纳滨对虾可能更有助于对养殖生态系统细菌群落的结构组成的优化。这对于研究不同环境中水体微生物多样性具有重要的指导意义,并为以后的人工混养虾蟹及水体上层生物提供理论基础。 3蟹虾贝混养生态系统微生物群落功能多样性研究 从2012年7月22日开始,至10月6日结束,对蟹虾贝混养池塘水体和底泥中的细菌群落功能进行了研究。结果表明,不同模式生态系统细菌群落代谢功能在整个养殖期间呈现动态变化趋势,在底物碳源的利用数量和利用强度上也具有较大差异。(1)随着时间的推移,CBS1模式水体中细菌群落代谢活性逐渐增强,CBS3模式则逐渐降低。实验后期,CBS1和 CBS2模式显著高于梭子蟹单养模式;实验后期,各模式底泥细菌群落代谢强度分化明显,CBS2和CBS3模式显著高于单养模式,CBS1则显著低于单养模式。(2)不同模式水体和底泥细菌群落对碳源种类利用差异随时间分化显著。实验后期,CBS1模式中水体细菌群落和CBS3模式中底泥细菌群落对6类碳源的利用强度总体上均显著高于梭子蟹单养模式(P<0.05)。(3)各模式比较,水体细菌群落功能Shannon指数和Simpson指数在实验后期出现显著差异(P<0.05), McIntosh指数则在整个实验期间都表现出显著差异(P<0.05),CBS1和CBS2模式水体细菌群落三种多样性指数均显著高于梭子蟹单养(P<0.05);CBS2和CBS3模式底泥细菌群落功能McIntosh指数随时间呈显著升高趋势,而单养模式却随时间呈显著下降趋势。实验后期CBS2和CBS3模式底泥微生物群落多样性指数均显著高于单养模式(P<0.05)。综上,与梭子蟹单养模式相比,混养中国明对虾和凡纳滨对虾可以显著提高水体微生物群落的代谢活性和细菌多样性,混养凡纳滨对虾和日本囊对虾则可显著增加底泥微生物群落代谢活性和细菌多样性。三种对虾比较,混养凡纳滨对虾可能更有助于对混养生态系统细菌群落的结构与功能的优化。
三疣梭子蟹;对虾;贝类;混养模式;生态系统;微生物群落;功能多样性
中国海洋大学
硕士
水生生物学
田相利
2014
中文
S962.92;S968
85
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）