两种不同个体大小的韩国经济贝类的代谢活动与细菌污染状况研究

论文摘要

在很多水深较浅的海湾或沿岸水体中,滤食性双壳贝类通常具有重要的生态学作用,因为它们可以通过高效率的滤食活动将大量的浮游植物或其他悬浮颗粒物从水体中滤除。养殖贝类与其养殖水体环境之间的相互作用,一直是养殖生态学的研究热点之一,正受到人们的广泛关注。为了深入地了解贝类与其养殖水体的相互作用,尤其是贝类在沿岸水体净化过程中的作用,一方面需要了解贝类通过自身的生理和代谢活动如何对其周围造成的影响;另一方面,需要了解环境因子的变化对贝类生理和代谢活动的影响。本文着重研究了两种韩国主要海产经济贝类——紫贻贝和魁蚶在不同个体大小的情况下对环境因子的生理和代谢响应。本文的研究结果可以为评估紫贻贝的水质净化作用提供基础实验数据,进而可以为韩国富营养化海湾的水体质量控制提供有价值的参考数据。同时,也可以为魁蚶的养殖容量估计提供基础数据。作为滤食性动物,双壳贝类同时又是重要食源性病毒携带者。它们通过滤食水中的颗粒性物质,能够在体内组织中积累高浓度的病原性微生物,相对于其它海洋生物,滤食性贝类在传播食源性疾病方面具有相对较高的危险性。因此,本文测定了紫贻贝与魁蚶在个体大小不同情况下的细菌水平,研究了冷藏保存对紫贻贝和魁蚶的作用效果以及应用冷藏保存的必要性。虽然多种贝类对环境因子的生理响应以及其细菌学特征已经被广泛研究,但是只有很少的研究探讨了贝类个体大小（通常用贝类壳长表示）对其生理响应和细菌学特征的影响,因此本文着重研究了贝类个体大小对其生理和细菌学特征的影响。贝类生理和代谢活动对多种环境的变化都非常敏感。因此贝类的生理活动以及对其所生活的海湾或沿岸生态系统的控制能力受到多种环境因子的影响,比如温度、盐度、浮游植物浓度、金属离子浓度、溶解氧浓度、以及环境污染程度。对贝类而言,温度和盐度是最重要的两种环境因子。作为变温动物的贝类,其生理和代谢活动完全依赖于周围环境温度,同时,因为贝类通常分布于河口或较浅的海湾和沿岸水体中,所以其周围环境中盐度经常发生变化,进而会对贝类的生理和代谢活动产生影响。通常情况下,温度和盐度会呈现季节性变化,进而影响贝类的摄食和呼吸的生理活动。准确了解贝类对不同水温与盐度生理响应,特别是滤食与呼吸作用,是评估贝类对水体质量控制能力的基础。为了能够全面地了解养殖贝类与其周围环境的相互作用,同时初步评估其细菌污染程度,对其养殖环境的了解是十分必要的。进行紫贻贝养殖的Gwangyang湾（34°55ˊN, 127°50ˊE）是位于朝鲜半岛南部沿海的另一个规模较大的海湾。Gwangyang湾同样是韩国的一处重要海水养殖区域,其海域面积230 km2,最大水深35 m,平均水深10 m。数条季节性河流注入此海湾,各条河流的水质以及携带物的情况不同。随着经济活动的日益频繁以及人口不断增加,其中一些河流成为工业和养殖废水的排放渠道。海湾内的营养盐浓度以及浮游植物浓度明显受到临近区域人类活动和废水排放情况的影响。海湾内的海流情况受到潮汐的显著影响,在涨潮时,湾底处海流速度为10 cm s-1,湾口处海流速度为60 cm s-1;退潮时,湾底处海流速度为10 cm s-1,湾口处海流速度为80 cm s-1,涨、退潮时海流方向完全相反。在Gwangyang湾内的Myodo地区,一月份平均气温最低,为1°C,六月与八月平均气温最高,为26.0°C。12月平均降水量最小,为3 mm。八月份平均降水量最大,为361 mm。此地区月平均风速波动范围为1 m s-1至3 m s-1。最大风速中由4 m s-1至10 m s-1。在Gwangyang湾内的Suncheon地区,一月份平均气温最低,为1°C,八月平均气温最高,为26.0°C。12月平均降水量最小,为1.5 mm。九月份平均降水量最大,为551.8 mm。此地区月平均风速波动范围为0.8 m s-1至1.7 m s-1。最大风速中由一月份的1.7 m s-1至三月份的5.4 m s-1。在Gwangyang湾中,紫贻贝是优势养殖贝类。在Gwangyang湾中,紫贻贝养殖采用不同与传统方法的浮筏式养殖。Gwangyang湾周围分布有四座城镇（Gwangyang, Suncheon, Yeos, Hadong-gum）,共有人口260,392人,以及圈养家禽家畜727,411头（只）,拥有孵化场总面积198,270 m2。人类活动以及家禽家畜的排泄物已经对Gwangyang湾的水体质量造成了显著影响。进行魁蚶养殖的Gamag湾（34°40ˊN, 127°40ˊE）是位于朝鲜半岛南部沿海的一个规模较大的海湾。Gamag湾是韩国的一处重要海水养殖区域,其海域面积1,020 km2,最大水深40 m,平均水深9 m。海湾内的海流情况受到潮汐的显著影响,在涨潮时,湾底处海流速度为10 cm s-1,湾口处海流速度为40 cm s-1;退潮时,湾底处海流速度为10 cm s-1,湾口处海流速度为40 cm s-1,涨、退潮时海流方向完全相反。湾内月平均风速波动范围为3 m s-1至5 m s-1。一月份平均气温最低,为4°C,六月份平均气温最高,为26.1°C。11月平均降水量最小,为0.1 mm。六月份平均降水量最大,为330.5 mm。在各月观察到的最大风速中,一月份最低（11 m s-1）,七月份最高（26 m s-1）。在Gamag湾中,魁蚶是优势养殖贝类,占据约一半的养殖面积。在Gamag湾中,魁蚶根据传统方法进行底播养殖。Gamag湾周围分布有五座城镇（Yeosu, Dolsan, Hwayang, Hwaieong, Nam-myeon）,共有人口249,229人,以及圈养家禽家畜18,468头（只）,拥有孵化场总面积312,352 m2。人类活动以及家禽家畜的排泄物已经对Gamag湾的水体质量造成了影响。为了评价滤食性贝类对Gwangyang湾水体质量的控制作用,6个温度梯度和5个盐度梯度下测定了不同个体大小紫贻贝（小: 21.0±1.2 mm;中: 31.1±2.2 mm;大: 50.6±3.3 mm）的清滤率和耗氧率的影响。结果表明,具有不同个体大小的3个组,都在20°C时表现出最大清滤率。清滤率最大值为4.53±0.22 Lg-1h-1,出现在最小个体组。具有不同个体大小的3个组,都在盐度为30时表现出最大清滤率。清滤率最大值为4.94±0.24 Lg-1h-1,出现在最小个体组。在温度实验中,当温度为25°C时,最大耗氧率为1.405±0.070 mgg-1h-1,出现在最小个体组。在盐度实验中,当盐度为40时,最大耗氧率为1.353±0.068 mgg-1h-1,出现在最小个体组。结果表明,紫贻贝的清滤率和耗氧率均随着个体大小的增加而降低。为了研究温度和盐度变化对不同个体大小魁蚶（小: 11.8±2.1mm;中: 21.8±1.1 mm;大: 30.1±3.0 mm）的清滤率和耗氧率的影响,实验在6个温度梯度和5个盐度梯度下进行,并根据中性红方法对其清滤率进行测定。结果表明,具有不同个体大小的3个组,都在20°C时表现出最大清滤率。清滤率最大值为1.89±0.12 Lg-1h-1,出现在最小个体组。在各组中,清滤率均随着盐度的升高（10至40）而升高,最大值为2.62±0.21 Lg-1h-1,出现在最小个体组。耗氧率随温度和盐度的变化趋势与清滤率相似,当温度为20°C时,最大耗氧率为0.189±0.003 mgg-1h-1,出现在最小个体组。当盐度为40时,最大耗氧率为0.308±0.018 mgg-1h-1,出现最小个体组。结果表明,魁蚶的清滤率和耗氧率均随着个体大小的增加而降低。为了能够了解具有不同个体大小的紫贻贝与魁蚶的细菌污染状况,以及评价采用冷藏储存方法的必要性,本次实验测定了:具有不同个体大小的紫贻贝与魁蚶的初始大肠杆菌数、粪大肠杆数和细菌总数;在冷藏与非冷藏条件下储藏的紫贻贝与魁蚶的大肠杆菌数、粪大肠杆菌数和细菌总数。在初始紫贻贝样品中,大肠杆菌数、粪大肠杆菌数和细菌总数分别为960±90 MNP 100g-1, 230±40 MNP 100g-1 and 8,910±870 CFU g-1,显著高于魁蚶样品中的大肠杆菌、粪大肠杆菌和细菌总数（450±60 MNP 100g-1, 90±30 MNP 100g-1 and 1,570±380 CFU g-1）。紫贻贝样品中细菌水平高于魁蚶样品的原因可能是由于紫贻贝养殖水体的污染程度高于魁蚶养殖水体。结果同时表明,紫贻贝的细菌水平随着个体大小（小: 18.7±4.0mm;中: 42.6±5.4 mm;大: 61.4±7.4 mm）的增加而降低。魁蚶的细菌水平随着个体大小（小: 30.0±2.0mm;中: 39.1±0.7 mm;大: 45.9±1.1 mm）的增加而降低。紫贻贝与魁蚶在冷藏（4±1°C）与非冷藏（28±1°C）条件下保存48h,以观察细菌含量变化。在冷藏条件下,紫贻贝样品的细菌抑制率显著高于魁蚶样品,说明冷藏储存对紫贻贝的作用效果优于对魁蚶的作用效果。经过48 h的冷藏储存,紫贻贝样品中的大肠杆菌、粪大肠杆菌和细菌总数分别为2,000±120 MNP 100g-1, 430±60 MNP 100g-1和10,780±1,240 CFU g-1,显著高于魁蚶样品中的大肠杆菌、粪大肠杆菌和细菌总数（850±70 MNP 100g-1, 130±30 MNP 100g-1和3,360±410 CFU g-1,）。结果表明,冷藏保存有效地抑制了紫贻贝和魁蚶样品中细菌的繁殖,但是冷藏保存只能维持较低的细菌水平,却无法降低原有细菌水平。经过48 h冷藏储存,紫贻贝与魁蚶样品中的细菌抑制率均随着其个体大小的增加而降低;紫贻贝样品中细菌抑制率（大肠杆菌抑制率39.4±4.5% ,粪大肠肝菌抑制率54.7±4.8,细菌总数抑制率78.1±8.1）显著高于魁蚶样品中细菌抑制率（大肠杆菌抑制率29.2±3.5% ,粪大肠肝菌抑制率40.9±4.7%,细菌总数抑制率72.3±8.1%）。

论文目录

• Abstract （in English）
• Abstract （in Chinese）
• Chapter Ⅰ The interaction between shellfish and aquatic environment （Review ）
• 1. Effects of shellfish culture on ambient environment
• 1.1 Control of phytoplankton biomass
• 1.2 Influence on nutrition cycling
• 2. The understanding of physical responses of shellfish is essential to evaluate the carrying capacity in coastal ecosystem and potential effects on eutrophication
• 2.1 Physical parameters are essential for establishing models to evaluate carrying capacity
• 2.2 Physical parameters are essential to evaluate potential effects on eutrophication
• 3. The potential of filter-feeding shellfish as biological control of coastal eutrophication and as components of natural water purification system
• 3.1 The harmfulness of eutrophication
• 3.2 Filter-feeding shellfish is an mitigating method on controlling coastal eutrophication
• 3.3 Filter-feeding shellfish is an important component of natural water purification system
• 4. Factors influencing the physiological responses
• 4.1 Influence of environmental factors on physiological responses
• 4.2 Influence of shell size on physiological responses
• 5. Shellfish are vehicles of seafood-bore disease
• 5.1 Shellfish are vehicles of seafood-bore disease by accumulating bacteria from ambient aquatic environment
• 5.2 Indicator organism can reflect levels of bacterial contamination
• 5.3 Suitable storage methods are important to preserve raw shellfish
• 6. Final remarks
• Chapter Ⅱ Introduction of culture areas
• 1. Gamag Bay
• 2. Gwangyang Bay
• 3. Investigation of environmental conditions is essential to understand the interactions between shellfish and environment
• Chapter Ⅲ Effects of temperature and salinity on clearance and oxygen consumption rates of Mytilus galloprovincialis with various shell sizes
• 1. Materials and methods
• 1.1 Bivalve collection and acclimation
• 1.2 Effect of temperature on clearance rate
• 1.3 Effect of salinity on clearance rate
• 1.4 Effect of temperature on oxygen consumption rate
• 1.5 Effect of salinity on oxygen consumption rate
• 1.6 Statistical analyses
• 2. Results
• 3. Discussion
• 3.1 Effects of temperature and salinity on clearance and oxygen consumption rates of M. galloprovincialis
• 3.2 Effect of size on clearance and oxygen consumption rates of M. galloprovincialis
• 3.3 Potential controlling role of M. galloprovincialis farmed on cultivation raft in Gwangyang
• Chapter Ⅳ Effects of temperature and salinity on clearance and oxygen consumption rates of Scapharca broughtonii with various shell sizes
• 1. Materials and methods
• 1.1 Bivalve collection and acclimation
• 1.2 Effect of temperature on clearance rate
• 1.3 Effect of salinity on clearance rate
• 1.4 Effect of temperature on oxygen consumption rate
• 1.5 Effect of salinity on oxygen consumption rate
• 1.6 Statistical analyses
• 2. Results
• 3. Discussion
• Chapter Ⅴ Bacteriological characteristic of Mytilus galloprovincialis and Scapharca broughtonii with various shell sizes
• 1. Materials and Methods
• 1.1 Collection of bivalves
• 1.2 Microbiological analyse
• 1.2.1 Enumeration of TPC
• 1.2.2 Enumeration of coliform
• 1.2.3 Enumeration of fecal coliform
• 1.3 Statistical analyses
• 2. Results
• 2.1 Bacteriological characteristic of M. galloprovincialis with various sizes
• 2.2 Bacteriological characteristic of S. broughtonii with various sizes
• 2.3 Comparison of bacteria level between M. galloprovincialis and S. broughtonii
• 3. Discuss
• 3.1 Indicator organisms can reflect levels of bacterial contamination
• 3.2 Influences of shell size on bacteriological characteristics
• 3.3 Comparison of bacteria level between M. galloprovincialis and S. broughtonii
• 3.4 The sampling proposals of microorganism testing should consider the impact of shellfish body size
• Chapter Ⅵ Bacteriological characteristic of Mytilus galloprovincialis and Scapharca broughtonii with various shell sizes under non-refrigerated and refrigerated storage conditions
• 1. Materials and Methods
• 1.1 Collection of bivalves
• 1.2 Storage of bivalves
• 1.3 Microbiological analyse
• 1.3.1 Enumeration of TPC
• 1.3.2 Enumeration of coliform
• 1.3.3 Enumeration of fecal coliforms
• 1.4 Statistical analyses
• 2. Results
• 2.1 Effect of refrigerated storage on bacteriological characteristic of M. galloprovincialis
• 2.2 Effect of refrigerated storage on bacteriological characteristic of S. broughtonii
• 2.3 Changes of bacterial characteristic of M. galloprovincialis with various shell lengths
• 2.4 Changes of bacterial characteristic of S. broughtonii with various shell lengths
• 2.5 Comparison of bacterial characteristic of non-refrigerated M. galloprovincialis and S. broughtonii after 48h storage
• 2.6 Comparison of effect of refrigerated storage between M. galloprovincialis and S. broughtonii
• 2.6.1 Comparison of bacterial characteristic of refrigerated M. galloprovincialis and S. broughtonii after 48h storage
• 2.6.2 Comparison of inhibitory rate of bacteria in refrigerated M. galloprovincialis and S. broughtonii after 48h storage
• 3. Discussion
• 3.1 Refrigerated storage is an effective method on controlling bacteria in raw bivalve
• 3.2 Influences of shell size on bacteriological characteristics after 48h non-refrigerated storage
• 3.3 Influences of shell size on effects of refrigerated storage
• 3.4 Comparison of bacteria level between M. galloprovincialis and S. broughtonii after 48-h non-refrigerated storage
• 3.5 Comparison of effects of refrigerated for M. galloprovincialis and S. broughtonii
• Summary
• References
• Published papers （2005-2008）
• 致谢