不同生物过滤系统对石斑鱼循环水养殖效果的影响

■ 文｜广东省农业技术推广中心 甘松永 黄锦雄 陈吉圣 吴锦辉

仲恺农业工程学院动物科技学院 张潇潇 谭鑫 邬颖欣 林蠡 邹翠云

茂名市大渔水产品有限公司 欧佰侨

循环水养殖是一种新型的现代化养殖模式。在循环水养殖系统中，水处理环节是核心，包括固液分离器、生物滤池、消毒器等，它们可以有效地去除对水生生物有害的成分，如氨氮、亚硝酸盐氮和病原菌等。水的循环利用和水质的稳定十分关键，而水质的稳定性又与水的过滤处理密切相关。弧形筛过滤系统和微滤机过滤系统是两种常用的生物过滤系统，它们在循环水养殖中都有着重要的应用，能降低悬浮颗粒浓度，提高水体透明度，同时也具有去除水中的氨氮等有害物质的作用。弧形筛过滤系统是一种物理、生物过滤系统，它通过弧形筛网过滤污水中的固体颗粒，同时利用生物膜附着在筛网上的微生物分解有机物质。这种过滤系统适用于小型水产养殖场，对于鱼虾等小池养殖效果显著。微滤机过滤系统作为一种机械生物过滤系统，以其简约的结构、维护的方便、长久的使用寿命、高效的性能、高精度的过滤、稳定的出水水质、占地面积小、低运行费用、全自动连续工作、无需专人看管等特点，被广泛应用于过滤去除，是常用的过滤去除设备。它在循环水养殖过程中起到了过滤微小颗粒、富集营养物质和生物降解有机物的作用，在筛网的上部，还有一道反冲洗的水流，可以有效清洗掉杂质，将被拦截在筛网上的颗粒物清理掉，并将其排放到内部排污管道中，以确保筛网干净且不会滞留颗粒物，通过加入机械过滤器、曝气器和生物膜等组件，对循环水进行过滤并利用生物膜中的微生物降解有机物。这种过滤系统适用于大中型养殖场，其优点是操作简单方便，能够大量降解有机物质，提高水质的稳定性。总体来说，这两种生物过滤系统都有各自的优缺点，并且适用于不同的应用场景，依据实际情况进行选择。

石斑鱼被誉为海洋中的美食珍品，其肉质细嫩洁白，富含高蛋白质和多种营养成分，而且脂肪含量低，被誉为极品海鲜。但养殖环境对石斑鱼的生长及发育至关重要。传统的石斑鱼养殖方式也存在一些问题，如水的消耗、污染等，这些问题导致养殖出的石斑鱼质量参差不齐，也对水产品长期的可持续发展带来挑战。因此，石斑鱼循环水养殖成为了当今石斑鱼养殖业的热点和趋势。

本研究旨在探究不同生物过滤系统对石斑鱼循环水养殖效果的影响，为石斑鱼循环水养殖中生物过滤系统的选择提供参考。本研究采用了两种不同的生物过滤系统（一种是弧形筛过滤系统，一种是微滤机过滤系统），以石斑鱼为养殖对象并分为两组，探究其对水质、石斑鱼生长性能及形态参数、石斑鱼肝组织和肠道组织抗氧化能力、肝组织和肠道组织免疫相关基因表达的影响。研究结果有望为今后石斑鱼循环水养殖中生物过滤系统的选择提供有益的参考。同时，本研究也有助于推动循环水养殖技术的发展和推广，促进水产养殖业的可持续发展和解决粮食安全问题。

一、材料和方法

1.实验设计

选取虎龙杂交石斑鱼作为实验养殖对象，使用海水作为养殖用水。选取的石斑鱼规格均匀（200.0±5.0g）、个体健康。将石斑鱼随机分为2组，分别为：F1弧形筛过滤系统组与F2微滤机过滤系统组，每组进行3个重复，每个组200尾鱼。在养殖实验开始前，将石斑鱼放入循环水系统中进行暂养处理，以适应循环水养殖环境，并对实验条件进行严格控制，实验控制条件为：水温27.4±2.1℃，pH7.9～8.3，溶氧>6.0mg/L。在为期4个月的养殖试验中，每天固定时间对各组石斑鱼进行投喂；一周对水体进行一次采样，用于水质指标检测；每天最后一次投饵结束后对弧形筛进行清洁工作。

2.方法

经过为期四个月的养殖实验，对石斑鱼进行随机取样，随机从每组中取出20条鱼。取样时，通过给石斑鱼注射麻醉剂进行麻醉处理，待石斑鱼麻醉后，通过使用测量仪器，准确测量石斑鱼的体重和体长，麻醉致死后将鱼解剖，取出内脏、肝脏用于形体指标的测定，对石斑鱼各个参数进行记录，依次进行重复操作，然后计算石斑鱼的增重率（WG）、肥满度（CF）、肝体比（HSI）和脏体比（VSI），见表1。

3.样本检测

（1）水质检测。选取固定的点位进行取样，以保证所取样品的准确性和可靠性。为了消除样品中杂质对检测结果的影响，对所取样品先进行过滤处理，然后运用对应的检测方法对各项指标进行检测，得到检测结果后对结果进行计算，以毫克/升（mg/L）为单位，用于对水体中氨氮和亚硝酸盐的浓度进行衡量，检测方法如表2所示。

表2 水质指标检测

（2）酶活检测。本研究检测的抗氧化酶主要为过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH）、碱性磷酸酶（AKP）、谷草转氨酶（GOT）和谷丙转氨酶（GPT）。

（3）肝肠组织样本的前处理（10%肝组织或肠组织匀浆的制备）。在进行肝肠组织取样前，需要提前准备好生理盐水，并将其放到冰箱中预冷，首先从超低温冰箱中取出石斑鱼的肝肠组织，将肝或肠组织切成小块，移至高速离心管中，加入匀浆介质，再将离心管放入冰水中进行破碎，使用离心机离心15分钟，离心管中的上清液为组织匀浆，将其收集到新的离心管中。将组织匀浆离心10分钟，然后将上清液转移至新的离心管中，加入匀浆介质混合均匀。将最终的组织匀浆分装至适当的离心管中，放在-80℃的冷冻冰箱中备用。

（4）酶活实验操作流程。在测定之前，先将分光光度计预热30min以上，然后根据不同酶检测试剂盒说明书的要求，调节分光光度计的不同波长以适应不同的酶检测。调节完成后，使用蒸馏水进行零点校准。取出配置好的组织匀浆液试样，加入试剂盒中提供的试剂，按照指定的时间间隔取样，并将其加入分光光度计中进行测定，测定石斑鱼肝组织和肠组织的抗氧化酶。然后根据试剂盒说明书上提供的公式，计算各种酶的活力值。

（5）实时荧光定量PCR（Reatime quantitative PCR, qRT-PCR）检测。按试剂盒提取方法进行总RNA的提取，再进行PCR逆转录，通过荧光定量PCR（qPCR）方法测定相对mRNA表达水平。数据分析：本研究中测定免疫炎症基因（TNF-α；IL-1β；IL-8；Fas；IkBα；BAX）相对表达量，所用基因特异性引物如表3所示。

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

4.数据统计

本研究采用平均值 ±标准差（Mean±SD）来表示所有数据结果。数据利用方差分析和SPSS22.0软件进行统计学分析，以P<0.05表示差异性显著。

二、结果

1.生长性能和形态参数

循环水养殖系统不同滤器对石斑鱼增重率的影响如图1所示，在第1、2、3月时F1滤器组和F2滤器组在增重率均无显著差异（P>0.05），但在第4个月时F1滤器组在增重率上显著高于F2滤器组（P<0.05），增重率达到了204.81%±7.21d。

图1 循环水养殖系统不同滤器对石斑鱼生长性能的影响

循环水养殖系统不同滤器对石斑鱼形态指标的影响如表4所示。在肥满度、在肝体比和脏体比指标上，F1滤器组和F2滤器组没有显著差异（P>0.05）。

2.水质指标

不同时间段循环水养殖系统不同滤器对水体氨氮的影响如图2所示，该图记录了从2022年8月2日至2022年10月24日的氨氮浓度，F2滤器组在8月份的氨氮量一直低于F1滤器组氨氮值；F2滤器组氨氮量在9月份时只有一次检测略高于F1滤器组氨氮值，其余时间都低于F1滤器组氨氮值；F2滤器组在10月份的氨氮值也一直低于F1滤器组氨氮值。

如图3所示，通过8、9、10月份对循环水养殖系统水体中亚硝酸盐含量的检测，发现F2滤器组在8月份亚硝酸盐含量一直低于F1滤器组；F2滤器组在9月份的亚硝酸盐含量一直低于F1滤器组的亚硝酸盐含量；在10月份时，F2滤器组亚硝酸盐含量只有一次检测略高于F1滤器组亚硝酸盐含量，其余时间都低于F1滤器组亚硝酸盐含量。

3.肝组织抗氧化能力

肝脏组织上清液酶活性检测结果表明：过氧化氢酶（CAT）F1滤器组和F2滤器组无显著差异（P>0.05）（图4 A）；超氧化物歧化酶（SOD）F1滤器组显著高于F2滤器组（P<0.05）（图4B）；谷胱甘肽（GSH）F1滤器组显著高于F2滤器组（P<0.05）（图4C）；谷草转氨酶（GOT）F1滤器组显著高于F2滤器组（P<0.05）（图4E）；碱性磷酸酶（AKP）和谷丙转氨酶（GPT）F1滤器组和F2滤器组无显著差异（P>0.05）（图4D和图4F）。

图4 循环水养殖系统不同滤器对石斑鱼肝组织抗氧化能力的影响

4.肠道组织抗氧化能力

肠道组织酶活性检测进一步评估了循环水养殖系统不同滤器对石斑鱼抗氧化能力的影响（图5）。在肠道组织中，F2组过氧化氢酶（CAT）的表达量显著高于 F1组（P<0.05）（图5A）；F2组超氧化物歧化酶（SOD）的表达量显著高于F1组（P<0.05）（图5B）；谷胱甘肽（GSH）F2滤器组显著高于F1滤器组（P<0.05）（图5C）；碱性磷酸酶（AKP）F1滤器组和F2滤器组无显著差异（P>0.05）（图5D）。

图5 循环水养殖系统不同滤器对石斑鱼肠道组织抗氧化能力的影响

5.肝组织和肠道组织免疫相关基因表达

石斑鱼肝脏及肠道免疫相关基因的mRNA表达如图6所示。在肝脏中，免疫相关基因Fas、IL-1β、BAX、IL-8、TNF-α和IkBα的表达F1滤器组和F2滤器组均无显著差异（P>0.05）（图6A、B、C）。在肠道中，与F1滤器组相比，F2滤器组肠道Fas基因表达量显著升高（P<0.05）（图6D），而免疫相关基因IL-1β、BAX、IL-8、TNF-α和IkBα的表达F1滤器组和F2滤器组均无显著差异（P>0.05）（图6D、E、F）。

图6 循环水养殖系统不同滤器对石斑鱼免疫相关基因表达的影响

三、讨论

循环水养殖相较于传统池塘养殖模式，在饵料利用率、生长性能等方面都具有较大的优势。不同的养殖环境不仅会影响水产养殖动物的营养风味、规格均一性等，还会影响养殖鱼类的生长性能。从本实验的结果可以看出，微滤机过滤系统组在循环水养殖中可以显著提高石斑鱼的生长性能。李海军实验指出，微滤机的使用可以增加草龟的平均体重。周胜杰等研究表明，小头鲔在循环水养殖中肥满度更好。形态特征主要由遗传基因决定，但同时也会受到环境条件的影响。

弧形筛过滤系统和微滤机过滤系统是两种常用的生物过滤系统，它们都有降低悬浮颗粒浓度的作用。在本研究中，微滤机过滤系统组表现出比弧形筛过滤系统组更好的水质净化效果，这可能是由于微滤机过滤系统的滤孔较小，能够有效去除水中的颗粒物质和有机物质，从而提高水质。同时，微滤机过滤系统的滤材表面积较大，微生物附着量高，使得生物附着膜的生长和发展更好。鱼类养殖密度过高或饲料投放量过多都会导致水体中氨氮浓度升高。氨氮含量的升高不仅会降低鱼类的生长速率，还会导致鱼类免疫力的下降，这样就导致鱼类对外界环境的抵抗力变差，这会间接引起鱼类疾病的发生，从而导致鱼类的死亡；其中幼鱼对氨氮的敏感度更高，受到的影响更大。氨氮的浓度超过鱼类生存的最高限度，即毒性浓度，会对鱼类造成急性毒性，损害其生命健康，进而影响鱼类养殖的经济效益。在水体氨氮含量方面，F2滤器组含量要低于F1滤器组。李海军实验指出，微滤机对乌龟养殖水体中的氨氮具有良好的消除作用。水体中的亚硝酸盐的含量是影响水生生物健康的重要因素之一，如果水体中的溶氧不足，亚硝酸盐的含量会大幅升高，高浓度的亚硝酸盐会对水生生物的生长和繁殖产生严重的影响，还会导致水生生物的免疫力下降，从而影响生物体的正常代谢功能，甚至引起疾病感染。在水体亚硝酸盐含量方面，F2滤器组含量要低于F1滤器组，李叶指出，微滤机显著降低了亚硝酸盐的浓度，提高了水处理能力。

肝脏是重要的代谢器官。在肝脏组织酶活检测中，弧形筛滤器组的SOD、GOT和GSH含量显著高于微滤机滤器组，这说明弧形筛滤器组在提高石斑鱼肝脏抗氧化能力方面要强于微滤机滤器组，但这两组的含量值都处于正常水平并且比较接近。在这方面相关研究报道较少，具体情况还需进一步探究。王孝杉等指出，循环水养殖对大黄鱼肝脏抗氧化能力具有明显的提高。因此在两种系统选择时还需参考其他因素的影响。在肠道组织酶活检测中，微滤机滤器组的CAT、SOD和GSH含量显著高于弧形筛滤器组，这说明微滤机滤器组在石斑鱼肠道抗氧化能力方面要强于弧形筛滤器组。

在本实验探究中，微滤机过滤系统组在肝脏Fas、TNFα、IL-1β、IL-8、BAX、IkBα基因表达与弧形筛过滤系统组差异不显著；微滤机过滤系统组的肠道Fas基因表达显著高于弧形筛过滤系统组，这说明微滤机滤器组在肠道免疫相关基因表达方面具有更好的作用。然而，此类研究报道极少，还需进一步探究。

综上所述，本研究通过对石斑鱼进行循环水养殖，运用两种不同的生物过滤系统进行比较实验，得出以下结论：微滤机过滤系统比弧形筛过滤系统更适合石斑鱼的循环水养殖，具有更好的水质净化效果以及在石斑鱼的生长性能、肠道抗氧化能力和肠道免疫相关基因表达方面具有更好的作用。但是，本研究还需要进一步探索微滤机过滤系统的优化方法和实际应用效果，以更好地为水产养殖业提供技术支持和指导