复合微生态制剂对盘锦稻蟹种养田水质和细菌群落的影响.pdf
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1、Advances in Marine Sciences 海洋科学前沿海洋科学前沿,2023,10(2),118-129 Published Online June 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/ams https:/doi.org/10.12677/ams.2023.102013 文章引用文章引用:吴元浩,姜玉声,马悦欣,常尚龙,杜世瀛,窦海琪,张冰倩,包鹏云.复合微生态制剂对盘锦稻蟹种养田水质和细菌群落的影响J.海洋科学前沿,2023,10(2):118-129.DOI:10.12677/ams.2023.102013 复合微生态制剂
2、对盘锦稻蟹种养田水质和复合微生态制剂对盘锦稻蟹种养田水质和 细菌群落的影响细菌群落的影响 吴元浩,姜玉声吴元浩,姜玉声*,马悦欣,常尚龙,杜世瀛,窦海琪,张冰倩,马悦欣,常尚龙,杜世瀛,窦海琪,张冰倩,包鹏云,包鹏云 大连海洋大学水产与生命学院,辽宁 大连 收稿日期:2023年4月12日;录用日期:2023年6月12日;发布日期:2023年6月25日 摘摘 要要 本研究建立一种新的生态调控模式,通过在有河蟹的稻田围隔内加入含有乳酸菌,反硝化细菌、芽孢杆本研究建立一种新的生态调控模式,通过在有河蟹的稻田围隔内加入含有乳酸菌,反硝化细菌、芽孢杆菌为主的复合微生态制剂,探讨微生态制剂对养殖水体中溶解
3、氧,菌为主的复合微生态制剂,探讨微生态制剂对养殖水体中溶解氧,pH,氨态氮、亚硝酸氮和活性磷以及,氨态氮、亚硝酸氮和活性磷以及河蟹生长和水稻产量的影响。通过研究得出以下结论:河蟹生长和水稻产量的影响。通过研究得出以下结论:在稻蟹种养田水体内添加微生态制剂可以显著影在稻蟹种养田水体内添加微生态制剂可以显著影响水质响水质,与对照组进行比较,试验组的,与对照组进行比较,试验组的pH、溶解氧、氨态氮、亚硝酸氮和活性磷有显著性差异、溶解氧、氨态氮、亚硝酸氮和活性磷有显著性差异(P 0.05)。其中溶解氧降低其中溶解氧降低14%,氨态氮升高,氨态氮升高53%,亚硝酸氮升高,亚硝酸氮升高50%,活性磷升高,
4、活性磷升高20%。但氨态氮,亚硝酸氮。但氨态氮,亚硝酸氮和活性磷相对含量都很低,同时也为水体带和活性磷相对含量都很低,同时也为水体带来了来了N和和P等营养物质。等营养物质。水体细菌群落没有显著变化,优势门水体细菌群落没有显著变化,优势门为为变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门。优势属分别为变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门。优势属分别为Limnohabitans、Hydrogenophaga、多、多核杆菌属、核杆菌属、黄杆菌属黄杆菌属,Curvibacter。水稻千粒重增加。水稻千粒重增加9.14%,扣蟹质量增加,扣蟹质量增加11.87%,且均没有病害发,且均没有病害发生。因此,在稻蟹种
5、养田中应用微生态制剂对水质有显著影响,生。因此,在稻蟹种养田中应用微生态制剂对水质有显著影响,水体细菌群落水体细菌群落基本保持稳定,水稻和扣基本保持稳定,水稻和扣蟹产量上升,有较好的经济增加产出。蟹产量上升,有较好的经济增加产出。关键词关键词 微生态制剂,稻蟹共生,水质,细菌群落微生态制剂,稻蟹共生,水质,细菌群落 Effects of Composite Microecological Preparations on Water Quality and Bacterial Community in Rice Crab Cultivation Fields of Panjin Rice Yua
6、nhao Wu,Yusheng Jiang*,Yuexin Ma,Shanglong Chang,Shiying Du,Haiqi Dou,Bingqian Zhang,Pengyun Bao College of Fisheries and Life Sciences,Dalian Ocean University,Dalian Liaoning *通讯作者。吴元浩 等 DOI:10.12677/ams.2023.102013 119 海洋科学前沿 Received:Apr.12th,2023;accepted:Jun.12th,2023;published:Jun.25th,2023 Ab
7、stract In this study,a new ecological regulation model was established,and the effects of microecological preparations on dissolved oxygen,pH,ammonia nitrogen,nitrite nitrogen and active phosphorus,as well as Eriocheir sinensis growth and rice yield were explored by adding compound microeco-logical
8、preparations mainly containing lactic acid bacteria,denitrifying bacteria and bacillus in paddy fields with Eriocheir sinensis.Through the study,it was concluded that the addition of mi-croecological preparations to the water body of rice crab cultivation field could significantly affect the water q
9、uality,and compared with the control group,there were significant differences in pH,dissolved oxygen,ammonia nitrogen,nitrite nitrogen and active phosphorus in the experimental group(P 0.05).Among them,dissolved oxygen decreased by 14%,ammonia nitrogen increased by 53%,nitrite nitrogen increased by
10、50%,and active phosphorus increased by 20%.However,ammonia nitrogen,nitrite nitrogen and active phosphorus are relatively low in content,and they also bring nutrients such as N and P to the water body.There was no significant change in the bac-terial community of the water body,and the dominant phyl
11、um were Proteobacteria,Bacteroides,Actinomycetes,and Firmicutes.The dominant genera are Limnohabitans,Hydrogenophaga,Poly-nucleobacteria,Flavobacteria,and Curvibacter.The weight of 1,000 grains of rice increased by 9.14%,and the mass of buckle crab increased by 11.87%,and no diseases occurred.Theref
12、ore,the application of microecological preparations in rice crab breeding fields had a significant impact on water quality,the bacterial community of the water body remained basically stable,the yield of rice and juvenile crabs increased,and there was a good economic increase in output.Keywords Micr
13、oecological Preparations,Rice-Crab Symbiosis,Water Quality,Bacterial Community Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 稻蟹共生是一种立体生态农业种养新模式,有利于稻和蟹双方
14、的物质和能量进行良性循环流动,从而增加收入和资源利用的功能体系。推广稻田养殖技术,既能很好利用农村资源、提高土壤肥力和增加农民收入,又可以转移部分农村剩余劳动力,还能提高农民科学技术水平和生产技能1。一方面,水稻为河蟹提供了一个有利于生存的环境,另一方面,河蟹为水稻提供了肥料,促进生长,减少了田间病害的发生率,稻田生态养蟹的水质动态变化对水稻和河蟹生长均存在着至关重要的影响2。水质因子包括溶解氧、pH、水温、三态氮、磷、钾等。各因子间相互作用、相互影响、相互转化,一个因子的变化可能是由某一个因子引起的,可能是由多个因子引起的,其中的每一个因子都能对稻田水环境造成影响3。微生态制剂是从自然环境中
15、筛选得到微生物,再经过培养、繁殖之后,制成包含大量微生物的活菌制剂,是新兴的养殖添加剂,又被称为微生态调节剂。对于水产养殖来说,微生态制剂遵从微生态理论的指导,治理水污染环境,维持水生态平衡,而且能预防病原菌对水产养殖生物的入侵,提高水产养殖生物的健康水平及产量4。对于水体环境改善来说,微生态制剂具有无残留、不会造成二次污染,无毒Open AccessOpen Access吴元浩 等 DOI:10.12677/ams.2023.102013 120 海洋科学前沿 且无副作用,不仅可以用来净化水质、改善水生态环境,而且还能有效防治病害、增强生物的免疫力、提高人工饲料的生物利用率和养殖生物生长繁殖
16、性能,降低养殖水体及粪便中氨、磷等有害物质的含量,减少氨态氮、磷等对水体的污染,更重要的是减少养殖水体对周边环境所造成的污染4 5 6。微生态制剂的原理是利用菌群之间存在着相互竞争的机制,向水体中定量的投加能够改良水质、分解有机物和有毒物质,且对养殖生物不会产生危害、对水体无二次污染的生物制剂,将会在水体中建立一种新的动态平衡,使有毒物质得以分解,有害病原得以抑制,水体水质得到改善,水产养殖生物可以健康生长7。目前,国内外研究的微生态制剂包括单一菌种和复合菌种,单一菌种主要有枯草芽孢杆菌;复合菌种为多种有益菌按比例搭配而成8 9。微生态制剂的应用可以改善稻田水体水质10 11 12,促进河蟹生
17、长13 14,还可提高水稻产量15 16 17 18,谷加坤等19研究证明了微生态制剂可以增加养蟹水体微生物群落多样性,但对于稻田水体的研究较少,为此,本研究中探讨了三种微生态制剂对稻田水质、水体细菌群落、水稻生长及河蟹产量的影响,为微生态制剂在稻蟹种养田的广泛和高质量应用提供参考。2.材料和方法材料和方法 2.1.试验地点试验地点 试验在盘锦光合蟹业有限公司稻田进行。位于辽宁盘锦大洼地区(N 4090;E 12185)。年均气温8.5,平均降水量 650 mm,无霜期 180 天,为一年一季水稻种植区。2.2.试验材料试验材料 水稻品种为盐粳 927,大眼幼体来源于盘锦光合蟹业有限公司培育的
18、蟹苗。微生态制剂为配制的三种复合微生态制剂。水嫩爽(酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌等)活菌量为 5.0 105 cfu/g。黑变黄(酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌)活菌量为 5.0 105 cfu/g。高抗一号(酵母菌、乳酸菌等)活菌量为 1.0 105 cfu/g。2.3.试验设计试验设计 本试验选取 2 个相同规格地块,试验分为两组,A 为对照组,B 为试验组。每组一个地块,每个地块内有相邻的 8 个围隔,选取其中间的 3 个围隔为每个分组的平行,每个围隔面积为 5 5 m2,水深 620 cm,围隔内有水稻,投放大眼幼体约 2500 只。每个小组在整个试验周期内,不加肥不喂料。
19、对照组不加入微生态制剂,试验组于 8 月 11 日、8 月 17 日、8 月 25 日、9 月 2 日、9 月 14 日、分别加入微生态制剂,每个地块 10 kg 水嫩爽,10 kg 黑变黄,5 kg 高抗一号均匀泼洒到 8 个围隔里,当天天气状况均为良好,整个试验时长为 41 d。2.4.采样与分析方法采样与分析方法 在整个试验周期内,取每块地中间的三个围隔的样本,每个稻田围隔内设 4 个取样点(a、b、c、d),分别位于围隔四个角即东南(a)、东北(b)、西北(c)、西南(d),每个取样点距稻田围隔侧边各 15 cm 左右,每天每个监测点分别取表层水样各一瓶混合,采样时间为 16:00,当
20、天天气均为良好。测定加菌与不加菌稻田水质的水平变化。所测的水环境指标包括:溶解氧(DO)、pH、氨态氮(NH4-N)、亚硝酸氮(NO2-N)和磷酸盐(PO4-P)。所有水样经分类编号后,在公司水化学试验室 2 h 内完成测定。DO 和 T 采用美国 YSI550A 便携式溶解氧测定仪直接测定,pH 采用便携式 pH 计(PHB-1,上海三信仪表厂)测量,S 用便携式盐度计测定,NH4-N含量采用纳氏试剂分光光度法测定;NO2-N 采用 N-(1-萘基)-乙二胺光度法;PO4-P 采用钼酸铵分光光度吴元浩 等 DOI:10.12677/ams.2023.102013 121 海洋科学前沿 法测定
21、。试验结束时将各组水样由真空泵经微孔滤膜 50 mm/0.45m(直径/孔径)进行抽滤,收集菌体,将所抽好的滤膜放在无菌离心管中,保存于80的超低温冰箱,由北京百迈克生物科技有限公司进行 DNA 提取与高通量测序。2.5.水样水样 DNA 提取、提取、PCR 扩增和建库测序流程扩增和建库测序流程 无菌条件下将80保存的滤膜研磨称重后进行水样 DNA 的提取。使用 TGuide S96 磁珠法土壤/粪便基因组 DNA 提取核酸试剂盒提取总 DNA,使用 16S 全长序列引物 27F 和 1492R(Lane,1991)。PCR扩增在总体积为 30 uL 的溶液中进行,其中含有 1.5 uL 基因
22、组 DNA、10.5 L NFW、15 uL KOD ONE MM、3 uL barcode 引物对。PCR 反应条件为 95 2 min,98 10 s,55 30 s,72 1.5 min,72 2 min,25 个循环7。将 PCR 产物纯化、定量并均质化以形成测序文库(SMRT-Bell)。在对文库进行量化后,使用单分子测序仪(PacBio SequelII)进行高通量测序。机外数据采用 bam 文件格式,CCS(循环共识排序)文件由smrtlink 分析软件(SMRTLink,8.0 版)导出。根据序列识别来自不同样品的数据,并将其转换为 fastq 数据集。运用 ylima(vl.
23、7.0)软件识别不同样品的 CCS 序列,并去除嵌合体,从而生成高质量 CCS 序列8。2.6.数据处理与分析数据处理与分析 OTU 即分类操作单元,是在系统发生学研究或群体遗传学研究中,为了便于进行分析,人为给某一个分类单元(品系,种,属,分组等)设置的同一标志。可以根据不同的相似度水平,对所有序列进行OTU 划分,每个 OTU 对应于一种代表序列。使用 Usearch 软件对 Reads 在 97%的相似度水平下进行聚类、获得 OTU。通过 RDF 分类器(v2.2)使用 SILVA 数据库(release132)对 OTU 进行分类注释(置信阈值为 80%)。再使用 PyNAST(V1.
24、2.2)将选定的 OTU 与 SILVA 数据库的核心比对模板进行比对。以显示细菌群落组成的差异。使用 QIIME2 软件,对 多样性指数进行评估,比较不同样品在物种多样性方面存在的相似程度。基于 Beta 这种多样性的分析重建方法得到的四种距离矩阵,通过使用 R 语言的聚类工具可以采用非加权组物种配对平均法(UPGMA)对每一个样品间物种进行系统的层次聚类,以准确地判断各个物种的样品间相似度和物种层次发生组成的系统相似性。其原理是:假定的前条件是在进化过程中,每一世系发生趋异的次数相同,即核苷酸或氨基酸的替换速率是均等且恒定的。通过 UPGMA 法所产生的系统发生树可以说是物种树的简单体现,
25、在每一次趋异发生后,从共同祖先节点到 2 个特征间的支的长度一样。试验数据均以平均值 标准差(mean S.D.)表示,采用 SPSS 26.0 软件对试验数据采用独立样本 t检验比较,以 P 0.05 为差异显著水平,P 0.01 为差异极显著水平。3.结果与分析结果与分析 3.1.微生态制剂对稻田水质的影响微生态制剂对稻田水质的影响 由图 1 可知,试验期间,B 组 pH 变化范围为(7.198.19),平均为(7.62 0.20)。A 组 pH 变化范围为(7.167.83),平均为(7.43 0.13)mg/L,试验组与对照组有显著差异(P 0.05)。由图2可知,试验期间,DO含量变
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