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虾塘的环境,细菌群落动态和白色粪便疾病暴发

尤斯蒂安·罗维·阿尔菲安萨(Yustian Rovi Alfiansah)博士 桑娅·彼得斯(Sonja Peters)博士 詹斯·哈德(Jens Harder)博士 ChristianeHassenrück博士 AstridGärdes博士

水的酸碱度,溶解氧,肠细菌是预防疾病的指标

白屎病
这项研究的结果旨在评估环境条件和细菌群落动态对商业池塘养殖白屎病暴发的潜在贡献。 南美白对虾 结果表明,水的pH值是暴发风险的可靠指标,并且溶解氧以及水和肠细菌的成分也可以用作预防WFD事件的指标。 Darryl Jory摄影。

数年来,各种细菌性疾病已给亚洲和拉丁美洲的虾类养殖业造成了严重的经济损失。这些细菌性疾病包括白色粪便疾病(WFD),与急性肝胰腺坏死疾病(AHPND)一起被认为是最具传染性和致命性的疾病。自2009年以来,WFD一直在亚洲对虾养殖中发生,并严重影响了对虾在池塘中的生存,其事件的特征是漂浮在饲养水中的白色粪便串存在。它们通常在养殖约50天后发生,导致虾生长迟缓,收成不丰厚甚至死亡。

与WFD相关的虾肝胰脏和中肠的变化表明该动物肠道存在病理过程。微孢子虫 肝小肠肠杆菌 (EHP),类似于原生动物的人造黄油和某些可培养的身体 弧菌 据报道,这些物种是WFD的潜在病原体。据报导,水质恶化,氧气浓度低于每升3.0毫克,碱度低于80 ppm,可能导致WFD爆发期间的最高死亡率。但是,WFD在虾池中的起源尚无定论。

肠道细菌的组成对虾的健康有很大的影响。 WFD可以通过移植患病虾的肠道菌群在健康虾中启动。对虾肠道中细菌群落的组成可能会随着对虾的发育和饮食的变化而动态变化。而且水柱和下面的沉积物(虾的栖息地)可能会影响肠道细菌,而野生虾的细菌不同于驯养/养殖虾的细菌。然而,关于疾病爆发之前,之中和之后,池塘水域中饲养水参数,肠细菌,粪便细菌和细菌群落组成之间相互作用的信息很少。

因此,我们认为需要更广泛的细菌群落动态信息,包括池塘水中的致病菌以及处于疾病和非疾病阶段的虾,以了解和预防WFD以及治疗患病虾。我们进一步提出,水质的突然变化将首先影响池塘水中的细菌群落(水细菌/池塘水),进而影响虾的生理及其肠道细菌。

本文–摘自 原始出版物 [Alfiansah,Y.R。等。 2020年。太平洋白腿虾与白色粪便疾病暴发相关的细菌群落结构和共现模式 南美白对虾 水产养殖。 科学代表 10,11980(2020)] –一项了解环境条件和细菌群落动态对白色粪便疾病(WFD)事件产生影响的研究的报告,我们在其中分析了水质并比较了水以及肠道和健康粪便中的细菌群落和病态的太平洋白虾(凡纳滨对虾) 分别。

研究设置

评估的虾塘位于印度尼西亚中爪哇省的Rembang Regency。从一个健康的池塘收集水样 南美白对虾 (P1,作为对照)和三个虾池(P2,P3和P4)在养殖周期的50至70天之间经历了WFD事件。在对虾放养前两周,所有池塘都衬有高密度聚乙烯(HDPE)塑料并进行了氯化处理。初始种群密度为每立方米40(P2)和90个无特定病原体的15天大的幼体(P1,P3和P4),所有幼体均来自同一商业,本地孵化场。

为了进行细菌群落分析,从每个池塘中感染虾的饲养盘中收集了10条新鲜的白色粪便。使用饲喂盘收集了十只来自P1的健康虾,并立即将其放在冷藏库中的冰上。然后将这些动物在实验室中解剖以收集其全部肠道。立即将所有样品保存并保存在负20摄氏度下,直到DNA提取和各种分析为止。

有关实验设计,样品收集和取样地点的详细信息;细菌培养和鉴定;细菌群落的分子分析;检测和定量毒力基因;和数据分析,请参阅原始出版物。

结果和讨论

为了更好地了解WFD爆发 南美白对虾 水产养殖方面,我们测量了水质并分析了虾类养殖池塘中的细菌群落动态。根据池塘中白色粪便串数的视觉估计,我们将WFD事件分为两个阶段:以P3和P4表示的疾病开始(早期症状),白色FS数量较少;和以P2代表的早期暴发,白色粪便串数量更多。因为新鲜虾粪和健康肠道的细菌群落 南美白对虾 已经证明是可比的,我们只解剖了健康虾的肠,并与从患病虾中收集的新鲜粪便串一起对它们进行了分析。

我们的结果表明,当pH从7.71变为7.84时,WFD发生,并且细菌种类 假单胞菌弧菌 占主导地位的水生细菌群落。疾病的严重程度与增加的比例有关 链霉菌,光细菌,假单胞菌弧菌 在虾屎里。这些机会致病性细菌分别占疾病暴发早期和晚期阶段样本中高达60%和80%的序列,并表现出很高的共现率。

微生物活动-包括有机物的降解,呼吸作用和硝化过程以及溶解的二氧化碳的积累-会导致pH和碱度降低,这在有病虾的池塘中观察到。相反,通过定期添加石灰石和反应性硅酸盐进行的外部干预可能会缓冲pH和碱度,这是我们在带有健康虾的池塘中观察到的。

我们的研究还表明,脉冲干扰(例如pH值突然降低(低于8)和溶解氧(低于6 mg / L)以及P2-P4中观察到的无机养分增加,可能会影响虾和细菌群落在虾塘水中。脉冲扰动引起虾的压力,这可能反过来引起肠道细菌群落的变化,从而导致机会致病菌- 链格孢菌,马里莫那氏菌,光细菌,假单胞菌 弧菌 –在白色粪便串的细菌群落中占主导地位。

我们观察到从有益细菌为主的粪便逐渐转移到潜在病原体占主导的粪串细菌,这与疾病从具有早期症状的池塘向早期爆发的池塘的进展相吻合。这表明肠道细菌群落的变化可能与虾病的严重程度密切相关。该假设得到先前研究的支持,该研究报告说虾类肠道细菌的变化与疾病严重性的变化同时发生,反映了从健康状态向患病状态的转变。

在我们的研究中,主要的粪便细菌群落中有潜在的致病生物群, 发光细菌,假单胞菌弧菌 对应于先前观察到的与WFD事件相关的事件。但是,有些属 气单胞菌,念珠菌,杆菌杆菌葡萄球菌在WFD事件期间,我们的样本中没有发现据报道存在于先前的研究中的。但是,重要的是要考虑地理位置,虾场管理以及不同的方法学方法可能会影响细菌类群的检测。

根据我们的分析结果,我们建议较低的pH值会改变异养细菌的生长速率,从而导致诸如机会性,潜在致病性细菌(如 假单胞菌弧菌 在池塘里的水。由于水流和机械曝气,虾粪便很容易在池塘水中分解(在12小时内高达27%),因此我们建议粪便细菌丰富了池塘水中的水分,从而对自由活动或与颗粒相关的生物占主导地位 链霉菌,就像我们在P2中观察到的那样。

粪便的分解将促进细菌的分散,以及粪便中蛋白质和无机营养素的富集。机会致病菌对池塘水的富集似乎进一步与疾病的严重程度和被感染虾的数量有关。与早期症状的池塘相比,从爆发初期开始的池塘水样中某些基因的浓度明显较高,这反映了这一点。

此外,如果池塘水中释放出更多的病原细菌并将其掺入颗粒物质中,它将加速疾病在虾中的传播,因为健康的虾可能会食用载有病原体的颗粒并变得陶醉。因此,在这种情况下,粪便串细菌不仅会影响养殖水的细菌丰度,结构和功能,还会对虾的健康造成有害的反馈。

在我们的结果中, 弧菌 健康虾和受感染虾中的OTU(用于对密切相关个体进行分类的操作定义)以及反向相关的同时出现提示存在不同的 弧菌 具有相反相互作用的菌株。虽然有些 弧菌 OTU可能代表机会性病原体,其他OTU甚至低比例有益。或者,与其他细菌共存,例如 不动杆菌 尽管存在潜在的病原体,但仍可能阻止毒力因子基因的激活 弧菌 在健康虾肠中。

考虑到无病事件中健康虾和池塘水的肠道细菌群落与WFD样品的肠道细菌群落的差异,以及健康和患病虾样品中的共生模式,我们着重指出了营养不良[微生物失衡或适应不良。肠道细菌中的细菌和池塘水中从嗜盐细菌占主导的病原菌向致病细菌占主导的转变,是造成所研究的WFD爆发的原因。

我们强调指出,立即重新调节水质参数-特别是将pH值调节至8以上-将使池塘水恢复到其干扰前的成分并终止暴发,然后从WFD中恢复,如缺乏症状和池塘水中可检测到的毒力基因,没有虾死亡。这意味着短暂干扰后虾池水中细菌群落的恢复力,这在其他环境中也可以观察到。但是,我们指出,如先前观察到的那样,长时间暴露于水质恶化和升高的病原体比例可能会增加疾病的严重性并导致养殖虾的大量死亡。

我们对商业益生菌用于治疗虾WFD的研究结果表明,益生菌如 乳杆菌 在池塘水,肠细菌和粪便串珠菌中不存在这种细菌,这表明这种应用是无效的。 乳杆菌 在虾塘水中稀释后不再可检测到。我们建议不要将益生菌撒到池塘水中,而应将它们添加到饲料颗粒中,然后由虾吃掉。这样,益生菌在虾肠中的定殖可以更有效地发生。

观点

我们的研究结果表明,环境压力因素-特别是pH值和溶解氧的降低-引起池塘水中细菌群落的显着变化并影响虾的生理,进而导致肠道细菌群落的变化,并随后导致WFD的出现。此外,我们观察到了几种机会细菌类群– 杆菌,链霉菌,马里莫纳菌,光杆菌假性铝单胞菌 –这可能会导致甚至导致WFD。

为了防止虾流失,虾类养殖管理应着重于保持池塘沉积物和水的质量(即pH,溶解氧,浊度,无机营养物质和悬浮颗粒物),以及促进肠道细菌群落的稳定组成。有益细菌(即使比例很小)也能够抑制细菌的致病性 弧菌.

总之,池塘水的pH值是WFD爆发风险的可靠指标。溶解氧以及水和肠道细菌的成分也可以作为更好地预防WFD事件的指标。


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