与北方蛇头鱼（Channa argus）养殖池塘中疾病发生相关的微生物群落及水质变化

《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Microbial community and water quality changes associated with the disease occurrence in northern snakehead (Channa argus) aquaculture ponds

　　

刘子言|陈泽霞|孙瑞月|刘迪阳|王子军|余阳|李家琪|孙彩云|李波|李文胜

广东省生物控制国家重点实验室，广东省水生经济动物重点实验室，广东省重要经济鱼类健康养殖工程技术研究中心，中山大学生命科学学院，广州，510275，中国

摘要

水产养殖水中的原核和真核微生物群在鱼类健康中起着关键作用，但它们与疾病爆发期间水质的关系仍不甚明了。为填补这一知识空白，本研究通过系统分析北方蛇头鱼（Channa argus）养殖池塘中原核和真核微生物组的同时变化及其与水质变化的特定关联，提供了新的见解。本研究比较了健康和患病Channa argus养殖池塘的水质参数和微生物群落。结果表明，患病池塘的NH₃-N浓度较高，细菌多样性较低。微囊藻和其他潜在有害的蓝藻在患病池塘中显著富集，而某些分类单元如unclassified_Synechococcaceae和CL500_29_marine_group则减少。在真核微生物群中，患病池塘中特定藻类和机会性原生动物的相对丰度增加。相关性分析显示NH₃-N水平与有害蓝藻丰度之间存在强烈正相关，表明氮富集与疾病爆发期间的微生态失衡有关。这些发现为水质管理，特别是NH₃-N控制提供了重要启示，这可能是维持稳定微生物群落和预防Channa argus养殖疾病的关键。

引言

水产养殖已成为全球粮食安全不可或缺的组成部分，提供了高质量动物蛋白的可持续来源，并支持了全球数百万人的生计（Stentiford等人，2020；Troell等人，2023）。然而，该行业面临着传染病的持续挑战，这些疾病造成了巨大的经济损失并威胁到生产稳定性（Maezono等人，2025）。因此，了解影响疾病爆发的环境和生物因素对于制定有效的预防和管理策略至关重要（Paredes-Trujillo和Mendoza-Carranza，2022；Senthamarai等人，2023；Zhang等人，2025）。在这些因素中，养殖用水的状况对养殖物种的健康和生产力起着关键作用。研究不同健康状态下水质的差异可以为疾病发生的早期预警系统提供有价值的见解。

水质监测是现代水产养殖管理的关键手段，因为物理化学参数的波动直接影响养殖生物的生长、免疫力和存活率（Wanja等人，2020；Lindholm-Lehto，2023；Ndashe等人，2023）。水质恶化，表现为温度、溶解氧、pH值、含氮化合物或有机负荷的变化，会对养殖物种造成生理压力，削弱其免疫反应并增加对病原体的易感性（Boyd，2017；Jiang等人，2025）。此外，不理想的水质条件通常与其他压力因素相互作用，为机会性感染和死亡创造有利环境（Vatsos和Angelidis，2010；Mramba和Kahindi，2023；Liu等人，2026）。例如，长期暴露于亚致死水平的溶解氧会慢性压力鱼类，削弱它们对病原体的先天抵抗力，从而增加疾病易感性（Gilmore等人，2019）。

除了对养殖生物的直接影响外，水质还深刻影响着水生微生物群落的组成和动态，包括原核和真核微生物（Li等人，2022；Liu等人，2025b）。这些微生物在养分循环、有机物降解和病原体抑制中起着关键作用（Bui等人，2024）。然而，环境干扰可能导致微生物菌群失调，表现为群落结构和功能的改变，可能促进病原体的增殖（Li等人，2022）。例如，不理想的水质条件，包括水温、含氮废物、溶解氧、pH值和浊度，是Streptococcus agalactiae在养殖罗非鱼（Oreochromis spp.）中定植和持续存在的关键决定因素（Amal等人，2015）。同样，NH₄⁺-N和NO₂^?-N浓度的增加导致了罗非鱼（Oreochromis spp.）池塘中的微生物菌群失调（Liu等人，2025b），并且在夏末和秋季机会性病原体Vibrio增加，与细菌浮游生物的时空动态显著相关（Lu等人，2025）。这种不平衡会加剧疾病爆发，形成一种反馈循环，其中恶化的水质和微生物群落变化共同损害了水产养殖系统的稳定性。水质微生物群的影响还扩展到宿主的内部微生态。在之前对大西洋鲑鱼（Salmo salar）（Fossmark等人，2021）和普通鲤鱼（Cyprinus carpio L.）（Zhang等人，2024）的研究中，发现肠道微生物群的不同变量与池塘水微生物群有关。现在已有大量研究表明，维持肠道微生物群的稳态对于提高水生动物的免疫功能和疾病抵抗力至关重要，例如虹鳟鱼（Oncorhynchus mykiss）（Rasmussen等人，2022；Karami等人，2025）、大黄鱼（Larimichthys crocea）（Liu等人，2025a）、黄鼓鱼（Nibea albiflora）（Ding等人，2023）和大西洋鲑鱼（S. salar L.）（Bozzi等人，2021）、草鱼（Ctenopharyngodon idellus）（Xiao等人）等。因此，探索不同状态下水质微生物群及其相关水质参数的变化对于预防水生动物疾病和水产养殖实践具有重要意义。

北方蛇头鱼（Channa argus）是一种具有商业价值的淡水鱼类，在中国广泛养殖，因其生长迅速、市场需求高且适应多种养殖环境。近年来，其产量在中国显著增加，2024年达到595,498吨（中国渔业统计年鉴，2025）；然而，反复发生的疾病爆发仍然是产量和盈利能力的主要限制因素。影响Channa argus养殖的常见疾病包括严重的细菌感染，如诺卡菌病（通常由Nocardia seriolae引起）、Aeromoniasis，以及各种机会性寄生虫或真菌感染，导致毁灭性的溃疡综合征和全身器官衰竭。尽管其经济重要性显著，但以往的研究主要集中在病原体分离上，关于疾病事件期间的系统微生态变化的知识仍存在严重空白。通过系统分析原核和真核微生物组的同时动态以及水质变化，本研究为了解Channa argus养殖中疾病易感性的环境驱动因素提供了新的见解。本研究旨在通过比较健康和患病Channa argus养殖池塘的水质参数和微生物群落组成来填补这一空白。通过阐明不同健康条件下水质与微生物动态之间的相互作用，本研究为改进Channa argus养殖的疾病预防策略和可持续管理实践奠定了基础。从商业角度来看，识别与疾病爆发相关的可靠环境和微生物指标具有巨大的经济价值。基于这些指标开发早期预警系统可以促进主动的管理干预，从而显著降低鱼类死亡率。此外，在早期阶段缓解微生态失调可以减少行业对昂贵化学处理的依赖，最终保障Channa argus养殖的盈利能力和长期经济可持续性。

章节摘录

伦理批准和参与同意

所有动物实验均按照中山大学动物护理和使用委员会的指南和批准进行。中山大学动物护理委员会批准了所有实验（批准编号：SYSU-IACUC-2023-B0453）。

样本收集和实验设计

2024年7月，从中国南昌的北方蛇头鱼（Channa argus）养殖池塘中收集了水样。为了严格排除与养殖管理相关的混淆变量，所有选定的池塘都位于

健康和患病北方蛇头鱼（Channa argus）之间的形态差异

健康的北方蛇头鱼（Channa argus）具有正常的体型和外观（图1A）。鱼的皮肤和鳞片完整，没有可见的病变或出血迹象，腹部平坦对称，肛门位置正常，无红肿。解剖后，内部器官（包括肾脏、肝脏和脾脏）轮廓清晰、光滑且颜色均匀，没有明显的病理变化。相比之下，患病的北方蛇头鱼表现出明显的

讨论

尽管健康状态下的大多数水质指标大致相似，但患病池塘中升高的NH₃-N可能代表了生态系统功能的临界点。升高的NH₃-N可以促进富营养化，刺激有害蓝藻的爆发（Paerl等人，2011），并直接损害鱼类生理（例如，鳃损伤、代谢压力）（Kir等人，2019；Jin等人，2024；Kumar等人，2024），尤其是在较高温度或pH值条件下，这会增加更有毒的NH₃

结论

健康和患病的北方蛇头鱼（Channa argus）池塘表现出不同的水质特征和微生物群落。患病池塘中较高的NH₃-N与有害蓝藻和机会性真核生物的富集有关，同时有益分类单元减少。这些发现表明，升高的NH₃-N水平与微生态失衡有关，突显了环境压力、微生物变化和Channa argus疾病发生之间的潜在联系

CRediT作者贡献声明

刘子言：撰写——原始草稿、可视化、方法学、调查、正式分析、数据管理、概念化。陈泽霞：方法学、调查。孙瑞月：方法学、调查。刘迪阳：方法学、调查。王子军：调查。余阳：方法学、调查。李家琪：调查、正式分析。孙彩云：调查、概念化。李波：调查。李文胜：撰写——审阅与编辑、监督、资源、项目

伦理批准和参与同意

所有动物实验均按照中山大学动物护理和使用委员会的指南和批准进行。中山大学动物护理委员会批准了所有实验（批准编号：SYSU-IACUC-2023-B0453）。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国农业农村部和国家农业发展委员会的农业研究系统（CARS-46）和国家自然科学基金（32373102）对李文胜的支持。