基于线粒体NADH脱氢酶亚基2标记的东南太平洋不同表型间茎柔鱼群体遗传学分析

徐豪, 梁绪虹, 王丛丛, 李纲

徐豪, 梁绪虹, 王丛丛, 李纲. 基于线粒体NADH脱氢酶亚基2标记的东南太平洋不同表型间茎柔鱼群体遗传学分析[J]. 南方水产科学, 2022, 18(1): 153-159. DOI: 10.12131/20210119
引用本文: 徐豪, 梁绪虹, 王丛丛, 李纲. 基于线粒体NADH脱氢酶亚基2标记的东南太平洋不同表型间茎柔鱼群体遗传学分析[J]. 南方水产科学, 2022, 18(1): 153-159. DOI: 10.12131/20210119
XU Hao, LIANG Xuhong, WANG Congcong, LI Gang. Population genetic structures of Dosidicus gigas in Southeast Pacific Ocean based on mitochondrial NADH dehydrogenase subunit 2 gene[J]. South China Fisheries Science, 2022, 18(1): 153-159. DOI: 10.12131/20210119
Citation: XU Hao, LIANG Xuhong, WANG Congcong, LI Gang. Population genetic structures of Dosidicus gigas in Southeast Pacific Ocean based on mitochondrial NADH dehydrogenase subunit 2 gene[J]. South China Fisheries Science, 2022, 18(1): 153-159. DOI: 10.12131/20210119

基于线粒体NADH脱氢酶亚基2标记的东南太平洋不同表型间茎柔鱼群体遗传学分析

基金项目: 国家重点研发计划项目 (2019YFD0901404);国家自然科学基金项目 (31702312);大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室开放基金项目 (A1-2006-00-301106)
详细信息
    作者简介:

    徐 豪 (1994—),男,硕士研究生,研究方向为渔业资源。E-mail: 1185323036@qq.com

    通讯作者:

    王丛丛 (1984—),女,讲师,博士,从事环境DNA和种群遗传学研究。E-mail: ccwang@shou.edu.cn

    李 纲 (1978—),男,副教授,博士,从事渔业资源研究。E-mail: g-li@shou.edu.cn

  • 中图分类号: Q 319+.1

Population genetic structures of Dosidicus gigas in Southeast Pacific Ocean based on mitochondrial NADH dehydrogenase subunit 2 gene

  • 摘要: 为了解东南太平洋茎柔鱼 (Dosidicus gigas) 大、中、小3种表型群体间的遗传分化和结构,利用线粒体NADH脱氢酶亚基2 (ND2) 基因,对东南太平洋大、中、小3种表型群,共90尾性成熟茎柔鱼样本进行群体遗传学研究。ND2基因序列测序结果显示3个表型群总的单倍型多样性指数 (Hd) 为0.818,核苷酸多样性指数 (Pi) 为0.002 40,表现出较高的单倍型多样性和较低的核苷酸多样性。来源于群体内的变异达到了100.45%,两两群体间的遗传分化系数(Fst)均小于0.05 (P>0.05),且基因流(Nm)远大于1,说明3种表型的茎柔鱼未出现显著的遗传分化。中性检验呈极显著负值 (Fs=−8.617 73, P<0.01),核苷酸错配分布曲线均出现明显单峰,推测东南太平洋茎柔鱼在历史上可能经历过快速的群体扩张事件。该研究结果表明分布于东南太平洋不同海域茎柔鱼大、中、小3个表型群之间因生殖行为可能存在广泛的基因交流,应属于同一个种群,在渔业管理上应予以充分考虑。
    Abstract: To understand the genetic differentiation and structure among the large, medium and small phenotypic groups of Dosidicus gigas in the Southeast Pacific Ocean, we studied a total of 90 samples of matured D. gigas from different phenotypic groups for population genetics by using the mitochondrial NADH dehydrogenase subunit 2 (ND2) gene. The average haplotype diversities (Hd) and nucleotide diversities (Pi) of the three groups of D. gigas were 0. 818 and 0.002 40, respectively, showing a high haplotype diversity index but a low nucleotide diversity index. The genetic variation observed within populations reached 100.45%. The value of genetic differentiation index (Fst) was less than 0.05 (P>0.05), but the gene flow (Nm) was far more than 1, indicating no significant genetic divergence among the three phenotypes of D. gigas. The neutrality test was highly significantly negative (Fs=−8.617 73, P<0.01) and the nucleotide mismatch distribution curves all showed significant single peaks, suggesting that D. gigas in the Southeast Pacific Ocean might have historically experienced rapid population expansion events. In conclusion, there may be extensive genetic exchange between different phenotypic groups of D. gigas in Southeast Pacific Ocean due to their reproductive behavior and that they should belong to the same stock, which must be fully considered in fisheries management.
  • 中国滨海河口因受潮汐影响水体多呈半咸水状态,存在大面积的咸淡水养殖区,其中珠江三角洲依靠南海,地处亚热带,全年均可开展养殖作业,是中国水产养殖的重要区域。凡纳滨对虾 (Litopenaeus vannamei) 作为中国海水与咸淡水养殖中最具代表性的品种,其养殖产业近年来呈现高速发展的态势[1-2]。在珠三角地区,凡纳滨对虾养殖规模不断扩大,但养殖方式仍以传统的土塘养殖为主。由于缺乏规范化的养殖模式以及众多进排不分的养殖用水系统,池塘养殖尾水大多未经处理直接排放,导致受纳水体富营养化,水质恶化,水华赤潮、生态破坏等一系列问题不断加剧[3-4]。氮 (N)、磷 (P) 污染已成为制约养殖产业可持续发展的主要威胁,解决这一问题的关键在于养殖过程中水质的调控和净化。通过生物调控、生态防治等技术手段和模式创新实现养殖尾水零排放是目前主要的研究方向[5-7]。其中,人工湿地处理技术自20世纪70年代提出,在成本投入、维护管理、处理效果、运行稳定、抗冲击负荷等方面均有突出优势[8],在废水处理中具有较好的应用前景。水稻 (Oryza sativa L.) 作为人工湿地净化植物,能很好地发挥脱氮除磷的作用。已有研究表明,稻田在低污染废水中无机氮 (DIN) 和总磷 (TP) 的去除率分别可达41.4%~93%和60.3%~96%[9-11]。稻-虾共作模式已在淡水养殖中应用 [12-13],但对半咸水和海水养殖而言,由于受人工湿地植物选择范围的限制,存在较大的技术难点,目前开展的相关研究较少。

    水稻是一种对盐碱中度敏感的作物,常规水稻盐度阈值通常介于0‰~5‰,在不同生长阶段耐盐性差异较大,强耐盐型水稻全生育期盐度阈值可达5‰以上[14-15]。海水稻是一种强耐盐水稻,可以在沿海滩涂等高盐条件下正常生长,具有一定的抗涝、抗盐碱、抗倒伏、抗病虫害等能力 [16-17]。近年来,海水稻的成功种植为解决当今粮食短缺、耕地资源不足、生态环境污染等问题提供了新出路,可以在很大程度上节约淡水资源并增加耕地面积,从而实现资源的充分利用和农业的可持续发展,战略意义重大,现已被包括中国在内的多个国家用于研究和栽培[18-21]。截至目前,利用海水稻稻田人工湿地处理海水/半咸水养殖尾水的技术手段尚未见报道。本研究通过构建海水稻人工湿地,分别对夏、冬两季的凡纳滨对虾养殖尾水进行净化处理,探讨海水稻稻田湿地在水稻生长季与非生长季对N、P等营养元素的吸收利用和基质净化作用,以期为珠江三角洲地区的凡纳滨对虾养殖及海水稻种植提供切合点,为实现绿色、高效、可持续的渔农共作模式提供参考。

    试验于2020年8月至2021年4月在中国水产科学研究院南海水产研究所珠海试验基地 (113.58°E, 22.27°N) 进行。试验用水稻品种为海水稻和珠江三角洲地区广泛种植的常规水稻 (深两优5814),试验池塘养殖对象为凡纳滨对虾。

    在有透明顶棚遮蔽的试验车间内放置若干长方形帆布池,容积为2.352 m3,帆布池内固定有长116 cm、宽44 cm的水稻种植框,种植框内装入相同质量的稻田土壤 (取自试验基地塘田联作池塘稻田区) 并植入水稻。设置3个水稻种植处理组和1个无水稻对照处理组 (NR),以常规水稻机栽种植密度 (株行距25 cm×30 cm) 为标准,3个水稻种植处理组分别为:海水稻单倍密度种植组 (R1)、海水稻1.5倍密度种植组 (R2)、常规水稻单倍密度种植组 (R3),每组设3个重复。试验开始时,在每个帆布池内注入1 200 L养殖尾水 (取自试验基地凡纳滨对虾养殖池塘底排污出水口),DIN质量浓度为 (4.51±0.134) mg·L−1,TP质量浓度为 (0.124±0.004) mg·L−1,盐度为 (2.86±0.35)‰。每隔1 h用功率为40 W的水泵将帆布池底部水体抽入水稻种植框,使水流从一端流入,另一端流出,形成水平潜流,每次抽水时间持续3 min,模拟虾−稻塘田联作池塘实际操作中的水循环模式。每周用清水补充帆布池内蒸发水量,使水位保持在初始水位线。试验于2020年8月3日开始,9月14日结束,实验周期42 d,期间每隔7 d测定帆布池内水质变化情况。

    2020年底,试验基地海水稻−对虾塘田联作稻田的海水稻地上部分收割后,池塘区进行冬棚养殖。选取3口面积相近的塘田联作池塘为试验塘,另取3口面积相近的凡纳滨对虾单养池塘为对照塘,其中试验塘堤埂与稻田共用,塘、田面积相同,但水深相差1.2 m。试验塘和对照塘养殖区平均面积分别为0.27和0.4 hm2。试验塘与对照塘分别于2020年12月9日和12月14日放养来源和规格相同的凡纳滨对虾虾苗,放养密度为90万尾·hm−2;池塘管理按照凡纳滨对虾冬棚养殖常规方式进行。2021年1月15日以后,试验塘每天在喂食3 h后用小型水泵 (30 m3·h−1) 从养殖区底部抽水至稻田区,水流从稻田一角进,经过整个稻田区,再从另一角回流到养殖区,形成小水体循环,每次抽水时间持续1 h;至2021年4月3日结束。试验期间,池塘水温为22.3~29.2 ℃,溶解氧 (DO)质量浓度为5.04~8.46 mg·L−1,pH为8.46~8.93,盐度为1.41‰~4.31‰。放苗后每隔7 d测定池塘水质,水样采集于早上7:00—9:00,用2.5 L有机玻璃采水器在池塘四角及中央水面以下30 cm处取样,采集完毕后充分混匀立即送往实验室经0.45 μm微孔滤膜过滤,于4  ℃保存,24 h内完成相关指标的测定。

    实验测定的指标包括水质及土壤指标,水质指标包括氨氮 (NH4 +-N)、硝酸盐氮 (NO3 -N)、亚硝酸盐氮 (NO2 -N)、TP、化学需氧量 (COD)、总悬浮颗粒物 (TPM)、颗粒有机物 (POM) 及颗粒无机物 (PIM) 等。其中NH4 +-N、NO3 -N、NO2 -N和TP质量浓度分别参考GB/T 12763.4—2007《海洋调查规范》中的次溴酸钠氧化法、锌镉还原法、重氮−偶氮法和过硫酸钾氧化法测定;COD采用碱性高锰酸钾 (GB 17378.4—2007) 测定;TPM、POM和PIM按GB/T 12763.9—2007《海洋调查规范》的方法测定;常规水质指标如水温、DO等采用YSI-556MPS型多参数水质测量仪监测;土壤总氮 (TN) 采用C/H/N/S/O 元素分析仪 (Vario EL III,德国) 测定;土壤TP的测定采用碱熔−钼锑抗分光光度法 (HJ 632—2011)。

    采用SPSS 22.0和Excel 2016软件对数据进行统计分析,数值用“平均值±标准差$(\overline X \pm {\rm{SD}})$”表示,采用单因子方差分析 (One-way ANOVA)、T检验和Duncan's多重比较进行显著性分析,差异显著度为0.05。采用Sigmaplot 12.5 软件绘图。

    试验期间,3个水稻种植组 (R1、R2和R3) 之间NH4 +-N、NO3 -N、NO2 -N、DIN、TP、COD平均质量浓度无显著性差异 (P>0.05,表1),除NO2 -N和COD外,水稻种植组各水质指标平均质量浓度均显著低于无水稻对照组 (NR) (P<0.05);就营养盐去除率而言,单倍密度海水稻 (R1) 对NH4 +-N和DIN的去除率显著高于常规水稻 (R3) (P<0.05),而R1处理与1.5倍海水稻处理 (R2) 之间则无显著性差异 (P>0.05);NO3 -N、NO2 -N、TP和COD去除率在3个水稻种植处理组间无显著性差异 (P>0.05);R1处理NH4 +-N、NO3 -N、NO2 -N、TP去除率最高,分别为81.6%、68.2%、63.7%、91.0%;R2处理COD去除率最高,为31.7%。总体而言,各处理净化效率表现为R1>R2>R3>NR。

    表  1  夏季尾水净化试验水质指标
    Table  1  Water quality index in summer trial of tail water
    水质指标
    Water quality index
    处理
    Treatment
    平均质量浓度
    Average mass concentration/(mg·L−1)
    去除率
    Nutrient removal rate
    氨氮 NH +-N R1 0.282±0.033a 0.816±0.019b
    R2 0.312±0.031a 0.747±0.081ab
    R3 0.275±0.037a 0.693±0.070a
    NR 0.423±0.022b 0.520±0.137a
    硝酸盐氮 NO3 -N R1 1.164±0.032a 0.682±0.040b
    R2 1.159±0.039a 0.560±0.011ab
    R3 1.231±0.026a 0.482±0.070ab
    NR 1.433±0.104b 0.456±0.030a
    亚硝酸盐氮 NO2 -N R1 1.292±0.038a 0.637±0.026b
    R2 1.316±0.044a 0.590±0.022b
    R3 1.295±0.023a 0.546±0.031b
    NR 1.335±0.010a 0.435±0.039a
    可溶性无机氮 DIN R1 2.737±0.086a 0.681±0.007c
    R2 2.787±0.113a 0.598±0.0040bc
    R3 2.800±0.018a 0.541±0.036ab
    NR 3.191±0.104b 0.458±0.038a
    总磷 TP R1 0.068±0.001a 0.910±0.009b
    R2 0.073±0.002ab 0.832±0.039ab
    R3 0.077±0.003b 0.756±0.123ab
    NR 0.086±0.002c 0.632±0.050a
    化学需氧量 COD R1 4.921±0.065a 0.297±0.032b
    R2 4.947±0.224a 0.317±0.032b
    R3 4.966±0.201a 0.313±0.035b
    NR 5.346±0.110a 0.184±0.023a
    注:R1. 海水稻单倍密度种植组;R2. 海水稻1.5 倍密度种植组;R3. 常规水稻单倍密度种植组;NR. 无水稻对照处理组。相同指标同列不同字母的两项间差异显著 (P<0.05);后表同此。 Note: R1. Single density planting group of seawater rice; R2. 1.5 times density planting group of seawater rice; R3. Conventional rice single density planting group; NR. Non rice control treatment group. There are significant differences between two items with different letters for the same index within the same column (P<0.05). The same case in the following table.
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    在4组稻田净化单元处理下,养殖尾水中各水质指标质量浓度均随时间呈现下降趋势 (图1),总体而言,水稻种植组 (R1、R2和R3) 在试验期间池水NH4 +-N、NO3 -N、NO2 -N、TP、COD质量浓度始终低于无水稻对照组 (NR),其中以NH4 +-N质量浓度较对照组差异最显著;水稻组和对照组TP质量浓度前期差异较小,后期差异较大,COD质量浓度在前两周迅速下降至低值,第3、第4周小幅回升后逐渐下落。水稻种植组平均DIN和TP质量浓度分别在试验开始后的第4和第5周下降到初始值的50%以下。

    图  1  夏季尾水净化试验水质指标动态变化
    Fig. 1  Dynamic change of water quality index in summer trial of tail water

    试验前后,各处理土壤基质中TN和TP质量浓度均不存在显著性差异 (P>0.05,图2),其中海水稻种植组 (R1和R2) 和对照组 (NR) TN质量浓度较试验前有所升高;R2组、常规水稻组 (R3) 和NR组TP质量浓度较试验前有所升高。试验结束后,NR组TN和TP质量浓度分别较试验前增加了12.9%和21.2%。

    图  2  土壤基质中总氮和总磷质量浓度变化
    注:NS表示组内无显著性差异 (P>0.05);图5同此。
    Fig. 2  Changes of mass concentrations of TN and TP in soil
    Note: NS indicates that the difference within group is not significant (P>0.05). The same case in Fig. 5.

    在冬棚养殖试验整个采样周期中,试验塘的 NH4 +-N、NO2 -N、DIN和TPM平均质量浓度显著低于对照塘 (P<0.05),且分别较对照塘减少了51.5%、40%、36.7%和11.2% (表2);试验塘的NO3 -N、TP、COD、POM、PIM平均质量浓度与对照塘无显著性差异 (P>0.05)。对照塘的NO2 -N、DIN和PIM质量浓度显著高于试验塘 (P<0.05)。

    表  2  海水稻-对虾联作池塘冬季试验水质指标
    Table  2  Water quality index in winter trial of pond-paddy field combined farming
    水质指标   
    Water quality index   
    池塘模式
    Type of pond
    平均质量浓度
    Average mass concentration/(mg·L−1)
    极差
    Vmax−Vmin/(mg·L−1)
    氨氮 NH4 +-N 对照塘 0.511±0.037b 0.923±0.126a
    试验塘 0.248±0.044a 0.594±0.113a
    硝酸盐氮 NO3 -N 对照塘 0.309±0.039a 0.717±0.112a
    试验塘 0.284±0.019a 0.586±0.120a
    亚硝酸盐氮 NO2 -N 对照塘 0.375±0.038b 0.930±0.161b
    试验塘 0.225±0.011a 0.488±0.039a
    可溶性有机氮 DIN 对照塘 1.195±0.048a 2.262±0.221a
    试验塘 0.756±0.049b 1.451±0.162b
    总磷 TP 对照塘 0.105±0.003a 0.127±0.025a
    试验塘 0.128±0.002a 0.196±0.042a
    化学需氧量 COD 对照塘 5.593±0.141a 1.817±0.051a
    试验塘 5.141±0.174a 2.189±0.453a
    总悬浮颗粒物 TPM 对照塘 39.223±1.086b 48.516±4.693a
    试验塘 34.808±0.455a 30.007±0.681a
    颗粒有机物 POM 对照塘 11.877±0.341a 20.522±1.303a
    试验塘 10.743±0.732a 15.96±1.401a
    颗粒无机物 PIM 对照塘 26.602±1.116a 48.002±3.138b
    试验塘 23.747±1.239a 33.624±1.515a
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    冬季试验期间,各池塘水体营养盐指标呈现逐渐上升的趋势 (图3)。总体而言,养殖前3个月,试验塘与对照塘各营养盐指标相对稳定,有小幅波动,但变化范围不大,且试验塘各营养盐指标变化范围均小于对照塘;2月27日后,塘田联作池塘与对照池塘营养盐指标均呈现较明显的上升趋势,除TP外,试验塘各营养盐指标上升幅度均小于对照塘;试验塘DIN质量浓度在养殖过程中始终低于对照塘。养殖过程中,试验塘的COD和颗粒物 (TPM、POM和PIM) 质量浓度总体低于对照塘 (图3图4)。养殖结束后,试验塘的NO3 -N、NH4 +-N、NO2 -N、DIN、TP、COD、TPM、POM和PIM质量浓度分别为对照塘的0.84、0.36、0.50、0.53、1.72、0.94、1.16、0.87和3.62倍。

    图  3  冬季试验池塘水体营养盐指标变化
    Fig. 3  Dynamic change of water nutritrional index in winter trial
    图  4  冬季试验池塘水体颗粒物质量浓度变化
    Fig. 4  Dynamic change of suspended particulate matter mass concentration in winter trial

    试验塘、对照塘沉积物中TN、TP质量浓度在养殖前后均无显著性差异 (P>0.05,图5),两组池塘底泥中TN质量浓度较试验前有所升高,分别较养殖前增加了9.0% (对照塘) 和4.7% (试验塘);两组池塘底泥中TP质量浓度较试验前有所下降,分别较养殖前降低了6.9% (对照塘)和0.6% (试验塘)。

    图  5  池塘沉积物中总氮和总磷质量浓度变化
    Fig. 5  Changes of TN and TP mass concentrations in pond sediment

    人工湿地是由植物、基质和微生物共同构成的复合生态系统,通过基质吸附、植物吸收、微生物分解等一系列物理、化学和生物的协同作用,能够使富含污染物的水体得到净化[22]。已有学者利用耐盐湿地植物构建人工湿地,并对含盐废水进行处理,涉及植物种类有香蒲(Typha orientalis)、睡莲 (Nymphaea tetragona)、水葱 (Scirpus tabernaemontani)、美人蕉 (Canna gengralis)、黄花鸢尾 (Iris pseudoacorus)、大米草(Spartina anglica Hubb)、盐角草 (Salicornia europaea)、盐地碱蓬 (Suaeda salsa)、碱蒿 (Artemisia anethifolia)、卤蕨 (Acrostchum aurtum)、白骨壤 (Avicennia marina)等[23-26]。其中,就脱氮除磷效果而论,TN去除率以白骨壤人工湿地最高,达77.19%~84.66%[26];TP去除率以黄花鸢尾人工湿地最高,可达35%以上[24],低于本研究结果中海水稻人工湿地的TP去除率。水稻作为唯一能在水中种植的大宗粮食作物,生长能力强,与养殖系统结合具有较大优势,张弘杰等[27]研究表明,在不更换养殖用水的情况下,水稻能够有效控制养殖水体中的N、P含量,且对TP的去除率高于TN,这与本研究结果相似。目前,利用水生植物构建人工湿地多以沙砾或碎石作为基质,或以无土栽培的方式搭建生态浮床[28-29],往往难以保证植物长期正常生长,而普通耐盐植物大多不具备经济价值,更难以进行二次利用。本研究利用耐盐水稻 (海水稻) 作为净化植物,以农田土壤为基质,模拟构建水平潜流稻田人工湿地净化单元,结果表明,6周内水稻维持正常生长,DIN、TP和COD的平均去除率分别为60.67%、83.27%和30.9%,水稻作为禾本科植物能在养殖尾水中发挥较好的营养吸收作用。另外稻田基质 (对照组) 处理中,水体营养盐也呈现明显的下降趋势,对DIN、TP和COD的去除率分别达到45.8%、63.2%和18.4% (表1图1);由此可见,基质对水中营养盐的吸纳作用明显,说明基质的选择对人工湿地的构建非常关键,通过基质沉降以及基质-微生物的综合作用实现营养盐的转化。相比于普通水稻,海水稻的脱氮除磷效率更高,尤其对NH4 +-N的去除率显著高于普通水稻,但提高海水稻的种植密度,对其水质净化作用并无显著影响,这可能与本研究中处理的养殖尾水N、P负荷较低有关,故而在低负荷养殖尾水中水稻人工湿地种植密度不宜过高。

    水稻的生长发育离不开N,水稻吸收的N大部分以结构蛋白形式存在[30],不同植物种类对土壤和水体中不同形式的含氮离子的吸收存在很大差异,杨秀霞等 [31]研究指出水稻会优先利用NH4 +-N,其次是NO3 -N,这与本研究中稻田对NH4 +-N去除效率高于NO3 -N和NO2 -N的结果相符。在养殖过程中,由于饵料残留、粪便排泄物积累等原因,水体中会产生大量的DIN;其中,NO2 -N和NH4 +-N会对对虾产生毒害作用,包括影响虾体内与免疫能力相关的酶活性,改变血细胞内细胞器的结构和功能,进而使其免疫能力降低,增加细菌感染风险、患病风险及死亡率等[32-34]。本研究中,海水稻人工湿地净化单元对养殖尾水中NH4 +-N和NO2 -N的去除率分别达83.27%和63.2%,说明海水稻在对虾养殖池塘中能很好地发挥水环境调节作用,在净化养殖水质的同时促进对虾健康生长。

    在中国南方亚热带地区,对虾四季可养,但水稻无法全年种植,在入冬前收割后的水稻根系以及稻田基质仍具备一定的物理沉降、吸附和微生物分解作用。本研究通过对冬季海水稻-对虾联作池塘与对虾单养池塘水质变化进行对比;结果表明,联作池塘中NH4 +-N、NO2 -N、NO3 -N和COD质量浓度虽低于单养池塘,但均呈现随时间延长逐渐上升的趋势,以单养池塘为对照的DIN仅下降了36.7%,TP质量浓度在养殖后期甚至高于单养池塘 (图3) ,这一结果与前期研究中夏季 (水稻生长季) 海水稻-对虾联作池塘试验中无机N、P下降幅度分别超过78%、35%的结果[35]相距甚远,说明在缺少水稻生长吸收作用的情况下,冬季稻田基质对养殖水体中营养盐的沉降和吸附净速率小于池塘内对虾残饵、排泄物中营养盐的释放和累积速率。稻田基质对养殖水体净化的另一重要方面表现为要方面表现为对水中TPM的吸纳作用。养殖池塘水体中TPM主要由POM和PIM组成,其中POM主要包括浮游生物、颗粒腐质及细菌等[36]。冬季塘田联作池塘水体中TPM平均质量浓度显著低于单养池塘,而在养殖中后期,联作池塘TPM、POM和PIM质量浓度均低于单养池塘,说明冬季稻田湿地可对养殖水体中的悬浮颗粒物起到较好的沉降与吸纳作用。总体而言,冬棚养殖过程中,联作池塘水体中N、P等营养物质有一定程度的累积,但相较单养池塘具有较低的营养盐、颗粒物质量浓度和更稳定的水质变化。另外,冬季稻田对NH4 +-N和NO2 -N的净化效果优于对NO3 -N的净化效果 (表2),这与夏季实验研究结果相似。

    目前,渔农共作模式已在淡水稻田或池塘中广泛应用[37],如稻鲤共作、稻蟹共作、稻虾 [克氏原螯虾 (Procambarus clarkii)] 共作和稻鳖共作等,这些模式的开展多从养殖效益的角度出发,以水稻原位种植的渔农共作为主要模式,对养殖水质净化方面的关注相对较少,主要以水稻种植为主,且局限于淡水养殖区域,在海水/半咸水养殖中仍存在较大空白。另外,河口地区土地资源稀缺,许多地方为追求养殖收益,存在农田改虾池的现象,不利于耕地资源的保护。海水稻-对虾塘田联作种养殖模式将相邻的稻田和池塘系统通过养殖尾水管路连接起来,以稻田湿地净化池塘养殖尾水,尾水中的营养盐和有机质可作为水稻的肥料,清水回流入池塘,互惠互利,节能环保零排放,其构建可填补半咸水环境高效稻渔综合种养模式的空白。本研究表明,海水稻人工湿地在对虾池塘养殖过程中,不仅在水稻生长期具有较高的水质净化能力,DIN和TP去除率均达到60%以上;在非水稻生长季节 (冬棚养殖),稻田湿地也有助于维持池塘良好的水质,有效控制NH4 +-N和NO2 -N在养殖水体中的积累 (DIN下降率超过35%),有利于维持对虾健康生长。因此,海水稻-对虾塘田联作是一种适宜在河口区半咸水环境推广应用的绿色种养新模式。

  • 图  1   主要采样区域

    Figure  1.   Main sampling sites

    图  2   基于ND2基因的茎柔鱼群体核苷酸不配对分布

    Figure  2.   Mismatch distribution graphs of populations based on ND2 gene sequences

    图  3   基于ND2基因的茎柔鱼NJ系统进化树

    Figure  3.   Rooted neighbor-joining tree of populations based on ND2 gene haplotypes

    图  4   茎柔鱼ND2基因单倍型的网络图

    Figure  4.   Median-joining network of ND2 gene haplotypes of D. gigas

    表  1   样本采集区域与数量

    Table  1   Area and number of samples

    样品表型
    Phenotype of samples
    采样区域
    Sampling sites
    采样数目
    Number of samples/尾
    采样时间
    Sampling date
    样品胴长
    Mantle length of samples/cm
    大表型 Large 76°W—81°W, 17°S—20°S 18 2018年10月 100~120
    中表型 Middle 79°W—86°W, 3°S—20°S 42 2019年8月 30~60
    小表型 Small 95°W—106°W, 1°S—3°S 30 2018年8月 15~25
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    表  2   引物序列

    Table  2   Primer sequences

    引物
    Primer
    引物序列 (5'—3')
    Reference sequence (5'—3')
    产物长度
    Product
    length/bp
    ND2-F GCTGCTAACTTTATTTTGAGC 876
    ND2-R ATTAGTCTTAGAGAAGTTCC
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    表  3   基于ND2序列的茎柔鱼遗传多样性参数

    Table  3   Genetic diversity parameters of ND2 gene sequences in D. gigas

    项目    
    Item    
    大表型
    Large
    中表型
    Middle
    小表型
    Small
    全部样本
    Total
    样本数 Number of samples 18 42 30 90
    多态性位点数 Number of polymorphism sites 14 18 14 31
    单倍型多样性 (Hd) Haplotype diversity 0.797 0.872 0.768 0.818
    核苷酸多样性 (Pi) Nucleotide diversity 0.002 25 0.002 85 0.001 86 0.002 40
    单倍型数 Number of haplotypes 9 20 13 33
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    表  4   基于ND2基因的茎柔鱼群体间遗传分化系数 (对角线下方) 和基因流 (对角线上方)

    Table  4   Population pairwise Fst (below diagonal) and gene flow (Nm, above diagonal) of populations based on ND2 gene sequences

    遗传分化系数/
    基因流
    Fst/Nm
    大表型
    Large
    中表型
    Middle
    小表型
    Small
    大表型 Large Inf Inf
    中表型 Middle −0.003 57 (P>0.05) Inf
    小表型 Small −0.012 70 (P>0.05) −0.002 14 (P>0.05)
    注:Inf. 无限大。 Note: Inf. Infinite.
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    表  5   中性检验结果和Raggedness index的计算 (包含P)

    Table  5   Results of neutrality tests and Raggedness index including P-values

    群体  
    Population  
    中性检验 Neutrality test粗糙指数
    Raggedness index (P)
    Tajima's D (P)Fu's Fs (P)
    大表型 Large −1.938 06 (P<0.05) −3.754 03 (P<0.05) 0.054 04 (P>0.05)
    中表型 Middle −1.303 59 (P>0.05) −13.660 82 (P<0.01) 0.045 89 (P>0.05)
    小表型 Small −1.797 99 (P<0.05) −8.438 33 (P<0.01) 0.032 32 (P>0.05)
    平均值 Mean −1.679 88 (P<0.05) −8.617 73 (P<0.01) 0.044 08 (P>0.05)
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  • 收稿日期:  2021-04-18
  • 修回日期:  2021-06-02
  • 录用日期:  2021-06-22
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  • 刊出日期:  2022-02-04

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