การเลือกสื่อกรองชีวภาพสำหรับเบสปากใหญ่- ลักษณะของฟิล์มชีวะและประสิทธิภาพการเจริญเติบโต
ปลาลาร์จเมาท์เบส (Micropterus salmoides)หรือที่รู้จักกันในชื่อแคลิฟอร์เนียเบส เป็นของ Actinopterygii, Perciformes, Centrarchidae, Micropterus มีถิ่นกำเนิดในแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา และมีข้อดี เช่น เติบโตเร็ว รสชาติอร่อย มีคุณค่าทางโภชนาการสูง และมีมูลค่าทางเศรษฐกิจสูง มันได้กลายเป็นหนึ่งในสายพันธุ์เพาะเลี้ยงน้ำจืดที่สำคัญในประเทศจีน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ท่ามกลางการเปลี่ยนแปลงและยกระดับการประมง รวมถึงการพัฒนาอย่างแข็งขันของการประมงแบบดิจิทัลและอัจฉริยะ การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนทางอุตสาหกรรมได้ค่อยๆ เกิดขึ้น โหมดการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำของปลากะพงปากใหญ่ยังเปลี่ยนจากการเลี้ยงในบ่อแบบดั้งเดิมไปเป็นโหมดการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนที่มีประสิทธิภาพอีกด้วย การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนมีข้อดี เช่น การประหยัดน้ำและที่ดิน ความหนาแน่นของฝูงสัตว์สูง และการจัดการที่สะดวก ด้วยวิธีการและอุปกรณ์ทางกายภาพ ชีวภาพ เคมี ของแข็งแขวนลอยและสารอันตรายในแหล่งน้ำจะถูกกำจัดออกหรือเปลี่ยนเป็นสารที่ไม่เป็นอันตราย เพื่อให้คุณภาพน้ำเป็นไปตามความต้องการการเจริญเติบโตตามปกติของสายพันธุ์ที่เพาะเลี้ยง ด้วยเหตุนี้จึงทำให้เกิดการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ภายใต้สภาวะการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่มีความหนาแน่นสูง- ได้รับประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่ดีในสายพันธุ์ที่เพาะเลี้ยงหลายชนิด
ปัจจุบัน การวิจัยเกี่ยวกับการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนของปลากะพงขาวส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การสืบพันธุ์ โภชนาการอาหาร การเลือกสายพันธุ์ การให้อาหารที่แม่นยำ การเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมของน้ำ และคุณภาพทางโภชนาการ การวิจัยเกี่ยวกับการเพาะเลี้ยงปลาแบสปากใหญ่แบบหมุนเวียนทางอุตสาหกรรมในร่มมุ่งเน้นไปที่การเลี้ยงปลาวัยอ่อนขนาดใหญ่-เป็นหลัก และการเลี้ยงปลาโตเต็มวัย-ทั้งวงจรยังไม่ได้รับการส่งเสริมอย่างกว้างขวาง ความท้าทายหลักที่การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำหมุนเวียนแบบปลากะพงปากใหญ่ต้องเผชิญคือการรักษาสภาพแวดล้อมของน้ำที่ดีภายใต้สภาวะที่มีความหนาแน่นสูง- เพื่อให้มั่นใจว่าสายพันธุ์ที่เพาะเลี้ยงจะเติบโตตามปกติ การบำบัดน้ำเป็นหัวใจหลักของการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน และตัวกลางกรองชีวภาพบำบัดน้ำที่มีประสิทธิภาพเป็นรากฐานของระบบบำบัดน้ำ แม้ว่าจะมีรายงานมากมายเกี่ยวกับการทำน้ำให้บริสุทธิ์โดยสื่อกรองชีวภาพ แต่รายงานโดยเฉพาะเกี่ยวกับการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนในอุตสาหกรรมปลากะพงปากใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับการคัดกรองสื่อกรองชีวภาพบำบัดน้ำที่มีประสิทธิภาพ โครงสร้างชุมชนจุลินทรีย์ของแผ่นชีวะบนสื่อกรองชีวภาพที่แตกต่างกัน ผลการรักษา และผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของสายพันธุ์ที่เพาะเลี้ยงยังขาดอยู่ มีการเลือกสื่อกรองชีวภาพสามประเภท โดยฟองน้ำสี่เหลี่ยมและสื่อกรองชีวภาพแบบฟลูอิไดซ์เบดบอลมีต้นทุนต่ำ-และใช้งานง่าย และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดน้ำหางของการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ Mutag Biochip 30 (เรียกย่อว่า Biochip) เป็นสื่อตัวกรองชีวภาพรูปแบบใหม่ที่เกิดขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยมีข้อดีคือ ทนทานต่อแรงกระแทกและมีอายุการใช้งานยาวนาน แต่ยังไม่มีรายงานผลการใช้งานจริงของ Mutag Biochip 30 เพื่อจุดประสงค์นี้ เทคโนโลยีการหาลำดับปริมาณงานสูง-ของ 16S rDNA ถูกนำมาใช้เพื่อวิเคราะห์สถานการณ์การก่อตัวของฟิล์มชีวะของตัวกลางกรองชีวภาพสำหรับการบำบัดน้ำ 3 ชนิด ขณะเดียวกันก็วิเคราะห์สถานการณ์การเติบโตของปลาเบสปากใหญ่ไปพร้อมๆ กัน เพื่อคัดกรองสื่อกรองชีวภาพสำหรับการบำบัดน้ำที่ใช้งานได้จริง และจัดหาสื่อบำบัดน้ำที่มีประสิทธิภาพสำหรับการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนทางอุตสาหกรรม
1. วัสดุและวิธีการ
1.1 วัสดุทดสอบ
สารกรองชีวภาพที่เลือกสำหรับการทดสอบนี้คือฟองน้ำสี่เหลี่ยม, ไบโอชิป, และลูกบอลฟลูอิไดซ์เบดดังที่แสดงในรูปที่ 1- วัสดุฟองน้ำสี่เหลี่ยมเป็นโพลียูรีเทน มีรูปร่างเป็นลูกบาศก์โดยมีความยาวด้านข้าง 2-0 ซม- พื้นที่ผิวจำเพาะ (3-2~3-5)×10⁴ ตร-ม-/ตร-ม- วัสดุ Biochip คือโพลีเอทิลีน ซึ่งมีรูปร่างเป็นวงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3-0 ซม- ความหนาประมาณ 0-11 ซม- พื้นที่ผิวจำเพาะ 5-5×10³ ตร-ม-/ลบ-ม- วัสดุลูกกลมฟลูอิไดซ์เบดคือโพลีเอทิลีน พื้นที่ผิวจำเพาะที่มีประสิทธิภาพ 500~800 ตร-ม-/ตร-ม-
1.2 การจัดกลุ่มการทดลอง
กลุ่มการบำบัดสื่อกรองชีวภาพฟองน้ำสี่เหลี่ยมถูกตั้งค่าเป็นกลุ่ม T1 ฟิล์มชีวะของสื่อที่เกี่ยวข้องมีป้ายกำกับว่า B1 และน้ำเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่เกี่ยวข้องมีป้ายกำกับว่า W1 กลุ่มการบำบัดสื่อกรองชีวภาพของ Biochip ถูกตั้งค่าเป็นกลุ่ม T2 ฟิล์มชีวะของสื่อที่เกี่ยวข้องมีป้ายกำกับว่า B2 และน้ำเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่เกี่ยวข้องมีป้ายกำกับว่า W2 กลุ่มการบำบัดสื่อกรองชีวภาพแบบฟลูอิไดซ์เบดบอลถูกตั้งค่าเป็นกลุ่ม T3 ฟิล์มชีวะของสื่อที่เกี่ยวข้องมีป้ายกำกับว่า B3 และน้ำเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่เกี่ยวข้องมีป้ายกำกับว่า W3
1.3 ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ
การทดลองนี้ดำเนินการในระบบเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนที่ฐานการทดลองที่ครอบคลุมบาหลีของสถาบันประมงน้ำจืดเจ้อเจียงมีถังเพาะเลี้ยงทั้งหมด 9 ถัง ปริมาตร 500 ลิตร ปริมาณน้ำที่มีประสิทธิภาพ 350 ลิตร ถังกรองชีวภาพทำจากตู้ปลาพลาสติกขนาด ยาว 80 ซม. กว้าง 50 ซม. และสูง 50 ซม. ปริมาตร 200 ลิตร ปริมาตรน้ำที่มีประสิทธิภาพ 120 ลิตร- ถังเพาะเลี้ยงและถังกรองชีวภาพเชื่อมต่อกันด้วยปั๊มน้ำเพื่อสร้างการไหลเวียนภายใน อัตราการไหล 3~4 ลิตร/นาที พร้อมการเติมอากาศเพื่อให้ออกซิเจน ออกซิเจนที่ละลายน้ำคงอยู่เหนือ 5 มก-/ลิตร สารกรองชีวภาพถูกจัดกลุ่มแบบสุ่ม สารกรองชีวภาพแต่ละประเภทมี 3 ซ้ำ ถังกรองชีวภาพแต่ละถังบรรจุด้วยสารกรองชีวภาพ 2-0 กิโลกรัม ขณะเดียวกันก็ระงับแหล่งคาร์บอน-ที่ปล่อยออกมาช้าๆ ในเวลาเดียวกัน ในช่วงระยะเวลาเพาะเลี้ยงไบโอฟิล์ม น้ำ 10% จะถูกเปลี่ยนทุกวันตัวบ่งชี้คุณภาพน้ำเริ่มต้น: ไนโตรเจนทั้งหมด (TN) 9.41 มก./ลิตร, ฟอสฟอรัสทั้งหมด (TP) 1.02 มก./ลิตร, แอมโมเนียไนโตรเจน (TAN) 1.26 มก./ลิตร, ไนไตรท์ไนโตรเจน (NO₂⁻-N) 0.04 มก./ลิตร, ดัชนีเปอร์แมงกาเนต (CODₘₙ) 3.73 มก./ลิตร.
1.4 ทดสอบการจัดการปลาและการเพาะเลี้ยง
ใช้ปลาแบสปากใหญ่เป็นพันธุ์เพาะเลี้ยง ก่อนเริ่มการทดสอบ พวกมันจะเคยชินกับสภาพในน้ำหมุนเวียนเป็นเวลา 7 วันการทดสอบดำเนินการตั้งแต่วันที่ 11 สิงหาคม 2565 ถึงวันที่ 22 กันยายน 2565 เป็นเวลา 42 วัน- ปลากะพงปากใหญ่ที่ไม่มีอาการบาดเจ็บที่ผิวน้ำ ดีต่อสุขภาพและมีชีวิตชีวา ได้รับการคัดเลือกสำหรับการจัดกลุ่ม โดยเลี้ยงปลา 60 ตัวในแต่ละถังเพาะเลี้ยง ให้อาหารวันละ 2 ครั้ง เวลาให้อาหารคือ 07-00 น- ในตอนเช้าและ 16-00 น- ในช่วงบ่าย ปริมาณการให้อาหารต่อวันคิดเป็นประมาณ 1-0%~1-5% ของมวลตัวปลาทั้งหมด มวลตัวเริ่มต้นของปลาทดสอบคือ (20-46 ± 0-46) กรัม
1.5 การเก็บตัวอย่าง
เก็บตัวอย่างน้ำจากถังกรองชีวภาพทุก 2 วัน บันทึกตัวชี้วัด เช่น อุณหภูมิของน้ำ ออกซิเจนที่ละลายน้ำ ค่า pH และการวัดแอมโมเนียไนโตรเจนและไนไตรท์ไนโตรเจน บันทึกปริมาณการให้อาหาร มวลตัวปลาในช่วงเริ่มต้นและสิ้นสุดการทดลอง และอัตราการรอดตาย หลังการทดลอง น้ำ 1 ลิตรจากถังเพาะเลี้ยงแต่ละถังถูกรวบรวมโดยใช้ถุงเก็บน้ำปลอดเชื้อ กรองผ่านเมมเบรนกรอง 0.22 ไมโครเมตร และเก็บไว้ในตู้แช่แข็ง -80 องศาเพื่อใช้ในภายหลัง ตัวอย่างสื่อกรองชีวภาพ 0.5 กรัมถูกนำปลอดเชื้อจากถังกรองชีวภาพแต่ละถัง เก็บในน้ำกลั่นที่ผ่านการฆ่าเชื้อ เขย่าแรงๆ เพื่อไล่จุลินทรีย์ออกจากพื้นผิวฟิล์มชีวะ จากนั้นกรองผ่านเมมเบรนกรอง 0.22 µm และเก็บไว้ในตู้แช่แข็ง -80 องศาเพื่อใช้ในภายหลัง
1.6 วิธีการวัด
1.6.1 การวัดคุณภาพน้ำ
ตรวจพบอุณหภูมิของน้ำ ออกซิเจนละลายน้ำ และค่า pH โดยใช้HACH Hq40d เครื่องวิเคราะห์คุณภาพน้ำแบบพกพา- วัดความเข้มข้นของแอมโมเนียไนโตรเจนโดยใช้วิธีรีเอเจนต์สเปกโตรโฟโตเมตริกของเนสเลอร์ ตรวจพบความเข้มข้นของไนโตรเจนไนไตรต์โดยใช้วิธีสเปกโตรโฟโตเมตริกของกรดไฮโดรคลอริกแนฟทิลเอทิลีนไดเอมีน
1.6.2 การวัดประสิทธิภาพการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ
สูตรการคำนวณอัตราการเพิ่มของน้ำหนัก อัตราการเปลี่ยนอาหาร และอัตราการรอดของปลามีดังนี้
l อัตราการเพิ่มน้ำหนัก= (มวลตัวปลาสุดท้าย - มวลตัวปลาเริ่มต้น) / มวลตัวเริ่มต้น × 100%;
l อัตราการแปลงฟีด= การบริโภคอาหาร / น้ำหนักที่เพิ่มขึ้น;
l อัตราการรอดชีวิต= (จำนวนปลาเมื่อสิ้นสุดการทดลอง / จำนวนปลาเริ่มต้นเมื่อเริ่มต้นการทดลอง) × 100%
1.6.3 การจัดลำดับปริมาณงานของจุลินทรีย์สูง-
สกัด DNA ของแบคทีเรียจากน้ำและฟิล์มชีวะโดยใช้ชุดสกัด DNA ของแบคทีเรีย (OMEGA Biotech, USA) ไพรเมอร์เฉพาะ 338F (5'–ACTCCTACGGGAGGCAGCAG–3') และ 806R (5'–GGACTACHVGGGTWTCTAAT–3') ถูกนำมาใช้เพื่อขยายบริเวณ V3 และ V4 ของแบคทีเรีย 16S rDNA PCR ใช้ระบบปฏิกิริยา TransGen AP221-02: 4 µL ของ 5×FastPfu Buffer, 2 µL ของ 2.5 mmol/L dNTPs, 0.4 µL ของ FastPfu Polymerase, 0.8 µL อย่างละ 0.8L ของไพรเมอร์ไปข้างหน้าและย้อนกลับ 5 µmol/L, BSA 0.2 µL, เทมเพลต DNA 10 ng เสริมด้วย ddH₂O ถึง 20 µL สภาวะปฏิกิริยา PCR: 95 องศาเป็นเวลา 3 นาที; 95 องศา เป็นเวลา 30 วินาที, 53 องศา เป็นเวลา 45 วินาที, 72 องศา เป็นเวลา 1 นาที, 28 รอบ; ยืดออก 72 องศา 10 นาที ทำการขยาย PCR บนเครื่องมือปฏิกิริยา PCR 9700 (Applied Biosystems® GeneAmp®, USA) ผลิตภัณฑ์ PCR ได้รับการทำให้บริสุทธิ์โดยใช้เม็ดบีดแล้วจึงผ่านลำดับ การจัดลำดับดำเนินการโดย Shanghai Majorbio BioPharm Technology Co., Ltd.
1.6.4 การวิเคราะห์ความหลากหลายของจุลินทรีย์
ข้อมูลดิบที่ได้รับจากการจัดลำดับจะถูกต่อเข้าด้วยกันในขั้นแรก ตามด้วยการกรองการควบคุมคุณภาพของคุณภาพการอ่านและเอฟเฟกต์การต่อประกบ และการแก้ไขทิศทางของลำดับ ส่งผลให้ได้ข้อมูลที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม หลังจากทำให้ข้อมูลสะอาดที่ได้รับในที่สุดเป็นมาตรฐานแล้ว การวิเคราะห์การจัดกลุ่ม OTU (หน่วยอนุกรมวิธานการดำเนินงาน) และการวิเคราะห์อนุกรมวิธานได้ดำเนินการที่ความคล้ายคลึงกัน 97% ฮิสโตแกรมของกลุ่มตัวอย่างถูกวาดโดยใช้ Excel และแผนที่ความร้อนถูกวาดโดยใช้ Majorbio Cloud Platform
1.7 การวิเคราะห์ข้อมูล
ซอฟต์แวร์ทางสถิติ SPSS 16.0 ใช้สำหรับการวิเคราะห์นัยสำคัญของความแตกต่าง และใช้วิธี Duncan ในการวิเคราะห์ความแปรปรวน (ANOVA) สำหรับการเปรียบเทียบหลายรายการ
2. ผลลัพธ์และการวิเคราะห์
2.1 ระยะเวลาการสร้างแผ่นชีวะของสื่อกรองชีวภาพต่างๆ
ดังแสดงในรูปที่ 2,ภายใต้สภาวะการก่อตัวของแผ่นชีวะตามธรรมชาติ ปริมาณแอมโมเนียไนโตรเจนในน้ำของถังกรองชีวภาพมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามด้วยการลดลงทีละน้อยปริมาณแอมโมเนียไนโตรเจนในน้ำของถังกรองชีวภาพที่สอดคล้องกับฟองน้ำสี่เหลี่ยมจะถึงจุดสูงสุดที่ 17 วัน ที่ 8.13 มก./ลิตร แล้วค่อยๆ ลดลงแตะระดับต่ำสุดในรอบ 41 วันหลังจากนั้นคงเหลือประมาณ 0.20 มก./ลิตร แสดงว่าระยะเวลาในการสร้างแผ่นชีวะสำหรับฟองน้ำสี่เหลี่ยมคือประมาณ 17 วัน- การเปลี่ยนแปลงของปริมาณแอมโมเนียไนโตรเจนในน้ำของถังกรองชีวภาพที่สอดคล้องกับ Biochip และฟลูอิไดซ์เบดบอลโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกัน โดยแสดงการเปลี่ยนแปลงที่ผันผวน ค่าพีคของแอมโมเนียไนโตรเจนปรากฏที่ 21 วัน ที่ 7-88 มก-/ลิตร และ 7-57 มก-/ลิตร ตามลำดับ แสดงให้เห็นว่าเวลาในการสร้างฟิล์มชีวะสำหรับ Biochip และตัวกลางกรองชีวภาพแบบฟลูอิไดซ์เบดบอลคือประมาณ 21 วัน. ปริมาณแอมโมเนียไนโตรเจนในถังกรองชีวภาพที่สอดคล้องกันสื่อทั้งสองนี้ลดลงต่ำสุดที่ 43 วัน และ 45 วัน ตามลำดับ.
2.2 การเปลี่ยนแปลงค่า pH ของน้ำในถังเพาะเลี้ยงต่างๆ
จากรูปที่ 3จะเห็นได้ว่าค่า pH เริ่มต้นของน้ำเพาะเลี้ยงคือ 7.3 เมื่อเวลาเพาะเลี้ยงขยายออกไป ค่า pH ของน้ำในถังเพาะเลี้ยงแต่ละถังมีแนวโน้มลดลง หลังจากผ่านไป 12 วัน ค่า pH ของถังเพาะเลี้ยงทั้งหมดจะน้อยกว่า 6.0 ซึ่งไม่เอื้ออำนวยต่อการเจริญเติบโตของพันธุ์ที่เพาะเลี้ยงดังนั้น หลังจากเกิดไบโอฟิล์มเป็นเวลา 12 วัน ควรให้ความสำคัญกับการปรับค่า pH ของน้ำในถังเพาะเลี้ยง.
2.3 การวิเคราะห์องค์ประกอบชุมชนจุลินทรีย์บนแผ่นชีวะของตัวกลางกรองชีวภาพต่างๆ และในน้ำ
2.3.1 องค์ประกอบชุมชนจุลินทรีย์ในระดับไฟลัม
ดังแสดงในรูปที่ 4,ในระดับไฟลัม แบคทีเรียที่โดดเด่นบนแผ่นชีวะของสื่อกรองชีวภาพทั้งสามชนิดเหมือนกัน โดยทั้งหมดคือ Proteobacteria, Actinobacteriota, Bacteroidota และ Chloroflexi ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์รวมกันคือ 68.96%, 64.74% และ 65.45% ตามลำดับ แบคทีเรียที่โดดเด่นในน้ำเพาะเลี้ยงนั้นแตกต่างกัน แบคทีเรียที่โดดเด่นใน W1 คือ Actinobacteriota โดยมีปริมาณค่อนข้างมากที่ 64.66% แบคทีเรียที่โดดเด่นใน W2 และ W3 คือโปรตีโอแบคทีเรีย โดยมีปริมาณสัมพัทธ์ 34.93% และ 50.10% ตามลำดับ
รูป. 4 องค์ประกอบชุมชนของแบคทีเรียในแผ่นชีวะและน้ำต่างๆ ในระดับไฟลัม
2.3.2 องค์ประกอบชุมชนจุลินทรีย์ในระดับครอบครัว
ดังแสดงในรูปที่ 5บนแผ่นชีวะของสื่อทั้งสามนั้น ประมาณ 48% ของแบคทีเรียเป็นชุมชนแบคทีเรียที่มีปริมาณสัมพัทธ์ทั้งหมดน้อยกว่า 3% แบคทีเรียเด่นของ B1 และ B2 เหมือนกัน โดยทั้งคู่คือ Xanthomonadaceae โดยมีปริมาณสัมพัทธ์ 11.64% และ 9.16% ตามลำดับ; แบคทีเรียที่โดดเด่นของ B3 คือ JG30-KF-CM45 โดยมีปริมาณค่อนข้างมากที่ 10.54% แบคทีเรียที่โดดเด่นในน้ำเพาะเลี้ยงแตกต่างจากแบคทีเรียที่อยู่ในอาหารกรองชีวภาพ Microbacteriaceae เป็นแบคทีเรียที่โดดเด่นอย่างแน่นอนใน W1 โดยมีความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ 62.10%; แบคทีเรียที่โดดเด่นใน W2 นอกเหนือจาก Microbacteriaceae (13.82%) ยังรวมถึงสัดส่วนของ Rhizobiales ด้วย (8.57%); แบคทีเรียที่โดดเด่นใน W3 คือ Rhizobiales โดยมีปริมาณสัมพัทธ์ 38.94% รองลงมาคือ Flavobacteriaceae โดยมีปริมาณสัมพัทธ์ 15.89%
นับ 50 อันดับแรกในระดับสกุล- หลังจากประมวลผลค่าตัวเลขแล้ว การเปลี่ยนแปลงมากมายของสายพันธุ์ต่างๆ ในตัวอย่างจะแสดงผ่านการไล่ระดับสีของบล็อกสี ผลลัพธ์จะแสดงในรูปที่ 6- Leifsonia เป็นแบคทีเรียที่โดดเด่นใน W1 โดยมีความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ 56-16%; แบคทีเรียที่โดดเด่นใน W2 ได้แก่ Leifsonia (10-30%) และ Rhizobiales_Incertae_Sedis (8-47%); แบคทีเรียที่โดดเด่นใน W3 คือ Rhizobiales_Incertae_Sedis โดยมีปริมาณค่อนข้างมากที่ 38-92% ในบรรดาแบคทีเรียที่ระบุตัวได้บนแผ่นชีวะ Thermomonas เป็นสกุลที่โดดเด่นใน B1 โดยมีปริมาณค่อนข้างมากที่ 4-71%; สกุลที่โดดเด่นใน B2 และ B3 คือ Nitrospira โดยมีความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ 4-41% และ 2-70% ตามลำดับ
รูป. 5 องค์ประกอบชุมชนของแบคทีเรียในแผ่นชีวะต่างๆและน้ำในระดับครอบครัว
รูป. 6 แผนที่ความร้อนขององค์ประกอบชุมชนแบคทีเรียในแผ่นชีวะและน้ำต่างๆ ในระดับสกุล
2.4 -การวิเคราะห์ความหลากหลายของชุมชนจุลินทรีย์บนแผ่นชีวะของตัวกลางกรองชีวภาพต่างๆ และในน้ำ
ดังแสดงในตารางที่ 1ดัชนีแชนนอนของชุมชนจุลินทรีย์บนแผ่นชีวะของตัวกลางที่แตกต่างกันมีค่ามากกว่าดัชนีของน้ำเพาะเลี้ยงที่สอดคล้องกัน ในขณะที่ดัชนีซิมป์สันกลับตรงกันข้าม จากการวิเคราะห์น้ำเพาะเลี้ยงที่สอดคล้องกัน ดัชนีแชนนอนชุมชนแบคทีเรียของ W2 นั้นสูงที่สุด ซึ่งสูงกว่าของ W1 และ W3 อย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่ดัชนี Simpson ต่ำกว่าของ W1 และ W3 อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งบ่งชี้ว่า -ความหลากหลายของมันสูงที่สุด แตกต่างจาก -ความหลากหลายของน้ำเพาะเลี้ยง แม้ว่าดัชนีแชนนอนชุมชนจุลินทรีย์ในแบคทีเรียในอาหารเลี้ยงเชื้อ B2 จะมีค่ามากที่สุดและดัชนี Simpson ก็มีค่าน้อยที่สุด แต่ก็ไม่มีความแตกต่างที่มีนัยสำคัญระหว่างสารกรองชีวภาพทั้งสามชนิด ความครอบคลุมของการเรียงลำดับตัวอย่างทั้งหมดสูงกว่า 0.990 ซึ่งบ่งชี้ว่าความลึกของการเรียงลำดับสามารถสะท้อนถึงระดับที่แท้จริงของตัวอย่างได้
2.5 ผลกระทบของสื่อกรองชีวภาพที่แตกต่างกันต่อการเจริญเติบโตของปลาเบสปากใหญ่
ตารางที่ 2แสดงสถานการณ์การเติบโตของปลาเบสปากใหญ่ในกลุ่มสื่อกรองชีวภาพต่างๆ หลังจากการเพาะเลี้ยงเป็นเวลา 44 วัน มวลตัวสุดท้ายและอัตราการเพิ่มของน้ำหนักของปลาเบสปากใหญ่ในกลุ่มเพาะเลี้ยงฟองน้ำสี่เหลี่ยมจะสูงกว่ากลุ่มเลี้ยงในกลุ่มฟลูอิไดซ์เบดบอลและกลุ่ม Biochip อย่างมีนัยสำคัญ และอัตราส่วนการแปลงฟีดต่ำกว่ากลุ่มอื่นๆ อย่างมีนัยสำคัญ อัตราการรอดชีวิตของปลาแบสปากใหญ่ในแต่ละกลุ่มสูงกว่า 97% โดยไม่มีความแตกต่างกันระหว่างกลุ่ม
3. บทสรุปและการอภิปราย
3.1 เวลาในการสร้างแผ่นชีวะของสื่อกรองชีวภาพต่างๆ
แผ่นชีวะติดอยู่กับพื้นผิวของสื่อกรองชีวภาพ วัสดุ โครงสร้าง และพื้นที่ผิวจำเพาะของตัวกลางกรองชีวภาพเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการสร้างฟิล์มชีวะ มีสองวิธีทั่วไปสำหรับการเพาะเลี้ยงไบโอฟิล์ม: วิธีสร้างไบโอฟิล์มตามธรรมชาติ และวิธีการสร้างไบโอฟิล์มที่เพาะเชื้อ วิธีสร้างแผ่นชีวะแบบต่างๆ ส่งผลต่อระยะเวลาการสุกของแผ่นชีวะ หูเสี่ยวปิง และคณะ ใช้วิธีการที่แตกต่างกัน 4 วิธีในการสร้างแผ่นชีวะ และผลการวิจัยพบว่าเมื่อใช้วิธีการต่างๆ เช่น การเติมไคโตซาน ไอออนของเหล็ก และการปลูกเชื้อด้วยกากตะกอนที่ปล่อยออกมาเพื่อสร้างแผ่นชีวะ ระยะเวลาการสุกของแผ่นชีวะจะสั้นกว่าวิธีสร้างแผ่นชีวะตามธรรมชาติ แม้ว่าการเติมจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์หรือสารออกฤทธิ์จะช่วยลดระยะเวลาการสร้างแผ่นชีวะได้ แต่ก็มีปัญหาต่างๆ เช่น ความยากในการได้รับหัวเชื้อ การสร้างกระบวนการที่ซับซ้อน และค่าใช้จ่ายสูง Guan Min และคณะ ภายใต้เงื่อนไขที่มีปริมาณอินทรียวัตถุต่ำ ได้ใช้น้ำดิบโดยตรงเพื่อสร้างฟิล์มชีวะ และถังกรองชีวภาพก็ประสบความสำเร็จในการเริ่มต้นสร้างฟิล์มชีวะตามธรรมชาติหลังจากผ่านไปประมาณ 38 วัน ผลการวิจัยนี้คล้ายคลึงกับผลการศึกษาครั้งนี้ ผลการศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะการสร้างแผ่นชีวะเดียวกัน ระยะเวลาในการสร้างแผ่นชีวะของฟองน้ำทรงสี่เหลี่ยมจะสั้นกว่าเวลาของตัวกลางกรองชีวภาพอีก 2 ตัว ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ ความสามารถในการชอบน้ำสูง และความง่ายในการติดแผ่นชีวะของฟองน้ำสี่เหลี่ยม พื้นที่ผิวจำเพาะของฟองน้ำสี่เหลี่ยมนั้นสูงถึง 32,000~35,000 ตร.ม./ลบ.ม. ซึ่งใหญ่กว่าสื่ออีกสองชนิดมาก นอกจากนี้ วัสดุของฟองน้ำทรงสี่เหลี่ยมคือโพลียูรีเทน ซึ่งจะขยายตัวเมื่อโดนน้ำ มีความสามารถในการละลายน้ำสูง และเอื้อต่อการเกาะติดและการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในน้ำ ผลการวิจัยของ Li Yong และคณะ ยังแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพการเริ่มต้น-และประสิทธิภาพการกำจัดแอมโมเนียไนโตรเจนของฟองน้ำโพลียูรีเทนนั้นดีกว่าประสิทธิภาพของโพลีโพรพีลีน ซึ่งสอดคล้องกับผลการศึกษานี้ นอกจากนี้ ในการศึกษานี้ พื้นที่ผิวจำเพาะของตัวกลางตัวกรองชีวภาพ Biochip สูงถึง 5,500 ตร.ม./ลบ.ม. ซึ่งมากกว่าพื้นที่ผิวของตัวกลางตัวกรองชีวภาพแบบฟลูอิไดซ์เบดบอลมาก แต่โดยพื้นฐานแล้วระยะเวลาการก่อตัวของฟิล์มชีวะจะเท่ากันกับของตัวกลางของตัวกรองชีวภาพแบบฟลูอิไดซ์เบดบอล ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับขนาดรูขุมขน การศึกษาบางชิ้นชี้ให้เห็นว่าขนาดเชิงพื้นที่ภายในของสื่อตัวกรองชีวภาพส่งผลต่อการเติบโตของแผ่นชีวะ แม้ว่าสื่อกรองชีวภาพบางชนิดจะมีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ แต่รูพรุนก็ยังดี และขนาดรูพรุนก็เล็กกว่าความหนาของฟิล์มชีวะที่โตเต็มที่ ซึ่งสามารถนำไปสู่การอุดตันของรูพรุนได้ง่าย ทำให้ฟิล์มชีวะในรูขุมขนเข้าถึงการสะสมสูงสุดได้ยาก รูขุมขนของไบโอชิปมีขนาดเล็ก ส่งผลให้ไบโอฟิล์มเติบโตช้าลงและมีเวลาในการสร้างไบโอฟิล์มนานขึ้น
3.2 องค์ประกอบชุมชนจุลินทรีย์ของสื่อกรองชีวภาพและน้ำเพาะเลี้ยง
ในการศึกษานี้ แบคทีเรียที่โดดเด่นบนตัวกลางกรองชีวภาพและในน้ำเพาะเลี้ยงที่สอดคล้องกันแตกต่างกัน ดัชนีแชนนอนของแผ่นชีวะบนตัวกลางกรองชีวภาพมีค่ามากกว่าดัชนีของน้ำเพาะเลี้ยงที่สอดคล้องกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าตัวกลางกรองชีวภาพมีผลต่อการเพิ่มคุณค่าของจุลินทรีย์ ซึ่งสอดคล้องกับผลการวิจัยของ Hu Gaoyu และคณะ มีปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อโครงสร้างชุมชนจุลินทรีย์ เช่น ประเภทพาหะ ความลึกของตัวกรอง ความเค็ม ความเข้มข้นของสารอินทรีย์ เป็นต้น สารกรองชีวภาพชนิดเดียวกันภายใต้เงื่อนไขการเพาะเลี้ยงที่แตกต่างกัน จะมีชุมชนจุลินทรีย์ต่างกันบนแผ่นชีวะ ผู้เขียนเคยศึกษาสถานการณ์การเกิดแผ่นชีวะของตัวกลางกรองชีวภาพฟลูอิไดซ์เบดบอลในระบบเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนสำหรับกุ้งน้ำจืดขนาดยักษ์ (Macrobrachium rosenbergii) ผลการวิจัยพบว่าไฟลัมที่โดดเด่นบนฟิล์มชีวะของมันคือ Firmicutes ในขณะที่ในการศึกษานี้ ไฟลัมที่โดดเด่นบนฟิล์มชีวะของฟลูอิไดซ์เบดบอลคือโปรตีโอแบคทีเรีย สาเหตุหลักสำหรับความแตกต่างนี้อาจเป็นเพราะสภาพแวดล้อมในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่แตกต่างกัน สารกรองชีวภาพทั้งสามชนิดที่ใช้ในการศึกษานี้มีเงื่อนไขเริ่มต้นเหมือนกันสำหรับการปลูกฝังแผ่นชีวะ อาจเป็นไปได้ว่าเนื่องจากลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างกันของตัวกลาง ความหนาของแผ่นชีวะที่เกิดขึ้นและสภาพแวดล้อมภายในจึงแตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดความแตกต่างในชุมชนจุลินทรีย์ ดังนั้นความแตกต่างของพาหะจึงเป็นเหตุผลหลักที่ทำให้เกิดความแตกต่างในชุมชนจุลินทรีย์ นอกจากนี้ ในระหว่างกระบวนการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ สภาพแวดล้อมของน้ำและชุมชนจุลินทรีย์มีอิทธิพลต่อกันและกัน สาเหตุของความแตกต่างในชุมชนจุลินทรีย์อาจเกี่ยวข้องกับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น การวิจัยของ Yuan Cuilin ระบุว่าจำนวนแบคทีเรียเฮเทอโรโทรฟิคทั้งหมดในร่างกาย ฟ่าน ติงหยู และคณะ เชื่อว่าค่า pH สามารถส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อปริมาณไนโตรเจนทั้งหมดในน้ำ และมีบทบาทสำคัญในการกระจายตัวของชุมชนแบคทีเรียในน้ำในส่วนของแม่น้ำภายใน แอมโมเนียไนโตรเจน ฟอสฟอรัสทั้งหมด และคลอโรฟิลล์เอยังมีอิทธิพลต่อองค์ประกอบของชุมชนแบคทีเรียในแหล่งน้ำในระดับที่แตกต่างกัน ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่ทำให้เกิดความแตกต่างในองค์ประกอบชุมชนจุลินทรีย์ในการศึกษานี้ยังต้องได้รับการยืนยันเพิ่มเติม
3.3 ผลกระทบของสื่อกรองชีวภาพที่แตกต่างกันต่อการเจริญเติบโตของปลาเบสปากใหญ่
จากผลการเจริญเติบโตพบว่าเบสปากใหญ่ในกลุ่มฟองน้ำสี่เหลี่ยมเติบโตเร็วที่สุด โดยมีอัตราการเพิ่มของน้ำหนักสูงกว่าตัวกลางสองตัวอื่นอย่างมาก และมีอัตราการแปลงฟีดต่ำที่สุด ซึ่งสอดคล้องกับผลการวิจัยก่อนหน้านี้ ในการศึกษานี้ การก่อตัวของแผ่นชีวะและการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำดำเนินการไปพร้อมๆ กัน เมื่อพิจารณาจากเวลาในการสร้างแผ่นชีวะ แผ่นชีวะฟองน้ำสี่เหลี่ยมจะเจริญเติบโตเร็วขึ้น และหลังจากที่แผ่นชีวะเจริญเต็มที่ ความเข้มข้นของแอมโมเนียไนโตรเจนและไนไตรต์ไนโตรเจนในน้ำจะต่ำกว่าความเข้มข้นของตัวกลางอีกสองตัวเสมอ นอกจากนี้ ฟองน้ำสี่เหลี่ยมยังมีความสามารถในการกรอง ปริมาณของแข็งแขวนลอยในน้ำเพาะเลี้ยงต่ำกว่า และน้ำค่อนข้างใส การเจริญเติบโตที่ดีขึ้นของปลาเบสปากใหญ่ในกลุ่มฟองน้ำสี่เหลี่ยมอาจสัมพันธ์กับคุณภาพน้ำที่ดี อย่างไรก็ตาม ผลการทำให้บริสุทธิ์ของตัวกลางฟองน้ำสี่เหลี่ยมต่อไนโตรเจนทั้งหมด ฟอสฟอรัสทั้งหมด และดัชนีเปอร์แมงกาเนตในน้ำ จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม เป็นที่น่าสังเกตว่าในระหว่างการทดลอง ค่า pH มีแนวโน้มลดลงโดยรวม หลังจากการเพาะเลี้ยง 12 วัน ค่า pH ของถังเพาะเลี้ยงทั้งหมดจะน้อยกว่า 6.0 ซึ่งสอดคล้องกับผลการวิจัยของ Zhang Long และคณะ ค่า pH ที่ลดลงเป็นเพราะไอออนไฮโดรเจนจำนวนมากถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการเพาะเลี้ยงไบโอฟิล์ม ส่งผลให้ค่า pH ของน้ำลดลง ดังนั้นในระหว่างกระบวนการสร้างแผ่นชีวะ จึงจำเป็นต้องปรับค่า pH ของน้ำในถังเพาะเลี้ยงโดยทันที เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำจะอยู่ในช่วงการเติบโตปกติของสายพันธุ์ที่เพาะเลี้ยง เมื่อพิจารณาต้นทุนทางเศรษฐกิจ ราคาตลาดของฟองน้ำสี่เหลี่ยมอยู่ที่ 70~100 หยวน/กก. และต้นทุนอยู่ระหว่างสื่อกรองชีวภาพอีก 2 ตัว เมื่อรวมกับผลการเจริญเติบโตในระยะสั้น ฟองน้ำสี่เหลี่ยมเป็นสื่อกรองชีวภาพบำบัดน้ำที่ค่อนข้างใช้งานได้จริงสำหรับการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน อย่างไรก็ตาม ฟองน้ำทรงสี่เหลี่ยมมีความเหนียวต่ำและมีอายุการใช้งานสั้น ผลการใช้ในระยะยาว-และผลจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติม
โดยสรุปภายใต้สภาวะการก่อตัวของแผ่นชีวะตามธรรมชาติ สารกรองชีวภาพแบบฟองน้ำสี่เหลี่ยมจะมีระยะเวลาการสร้างฟิล์มชีวภาพที่สั้นที่สุด ราคาปานกลาง และมวลตัวสุดท้ายและอัตราการเพิ่มน้ำหนักของปลาเบสปากใหญ่ในกลุ่มฟองน้ำทรงสี่เหลี่ยมนั้นสูงกว่าสื่อกรองชีวภาพอีกสองตัวอย่างมีนัยสำคัญ ในระยะสั้น มันเป็นสื่อกรองชีวภาพบำบัดน้ำที่ค่อนข้างใช้งานได้จริงสำหรับการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน