仿刺參養(yǎng)殖病害預警體系探討

樊英　葉海斌　于曉清　李樂　李天保

摘要 病害預警是保護養(yǎng)殖環(huán)境和保證產(chǎn)品質量安全的有效途徑。探討了仿刺參規(guī)模化養(yǎng)殖過程中病害預警的概念、產(chǎn)生、邏輯過程以及預警指標的選擇及方法，并通過實際案例——仿刺參細菌侵染來探究預警體系的建立，以經(jīng)典預警方法為基礎，以新預警方法為邏輯框架，以現(xiàn)代預警方法為關鍵技術，闡述了預警體系的重要性及意義。

關鍵詞 仿刺參；病害；預警體系；細菌侵染

中圖分類號 S947 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）05-065-03

Abstract A warning framework of diseases is an essential way for protecting environment and quality safety of aquaculture. The concept， generation， logical course of diseases early warning， choices and methods of early warning factors were discussed. Taking bacterial infections of Apostichopus japonicus for an example，the warning framework of diseases was established on the basis of classical early warning method， with the new early warning method as logical framework， and modern early warning method as key technique. The importance and significance of a warning framework of diseases was elaborated.

Key words Apostichopus japonicus； Disease； Early warning system； Bacteria infection

仿刺參養(yǎng)殖業(yè)已經(jīng)成為山東省乃至全國大力發(fā)展的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)之一，近年來取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。然而，養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展和養(yǎng)殖過程中出現(xiàn)的各種狀況也造成了病害的大量發(fā)生，由于處理不恰當、操作不規(guī)范等也導致病害問題日趨突出，藥物濫用、超劑量使用也給養(yǎng)殖業(yè)帶來了嚴重的經(jīng)濟損失和社會影響。仿刺參疾病主要以細菌病為主，腐皮綜合征是當前最常見的疾病，危害也最為嚴重[1-2]。越冬保苗期幼參和養(yǎng)成期刺參均可被感染發(fā)病，且幼參的感染率和發(fā)病率都很高，一旦發(fā)病很快就會蔓延，屬于急性死亡，因此亟需加強早期預警，實施預防的預見性，建立一套生產(chǎn)上實用的病害預警體系及方法。傳統(tǒng)的病害防治措施已很難適應社會的要求及環(huán)境友好的要求，也正在向監(jiān)測預警轉變，為病害防控和健康養(yǎng)殖提供保障。

預警是近年來養(yǎng)殖業(yè)研究的熱點，國內(nèi)外已有眾多領域報道了相關的預警體系。起初，預警的概念及其系統(tǒng)研究出現(xiàn)于經(jīng)濟領域，隨后在不同領域得到進一步發(fā)展和應用。在農(nóng)業(yè)病蟲害預警領域已經(jīng)進行了較為系統(tǒng)的探討，從農(nóng)業(yè)信息學角度也開展了病害預警體系研究[3]。李京梅等[4]報道了我國海水養(yǎng)殖的生態(tài)預警評價指標體系與方法，闡述了生態(tài)預警在海水養(yǎng)殖中的重要作用。在此基礎上擴展精確的預警體系及方法是保證海水養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的關鍵。趙建文[5]對凡納濱對蝦養(yǎng)殖水質提出了預警研究，結合模糊系統(tǒng)的推理能力和網(wǎng)絡的自學能力，通過對水質標準模糊系統(tǒng)的結構辨識和參數(shù)辨識建立了各水質因子和水質登記之間的非線性對應關系，很好地解決了對蝦養(yǎng)殖中水質的監(jiān)測問題。

筆者對仿刺參養(yǎng)殖病害預警概念進行分析，總結了病害預警的邏輯過程，構建了其預警體系，深入分析了預警指標的選擇及技術方法，以仿刺參細菌病侵染預警對該體系進行了探討。

1 病害預警的概念

1.1 預警的概念

預警是建立在預測的基礎上，側重未來不同時段的動態(tài)變化，研究重點是未來病害發(fā)生前的演化動態(tài)、方向以及由此產(chǎn)生的后果等[4]。海水養(yǎng)殖病害預警是指針對海水養(yǎng)殖過程中存在的關鍵性病害風險，建立相應的預警指標體系、預警模型和信號系統(tǒng)，對海水養(yǎng)殖的健康安全影響進行對比監(jiān)測，對監(jiān)測結果獲得的警情、警兆發(fā)布警示。進行海水養(yǎng)殖病害預警研究，分析其發(fā)展過程中不正常的危害程度，對海水養(yǎng)殖的健康安全與社會經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調性和適應性進行評價，對于確定合理的養(yǎng)殖面積和養(yǎng)殖產(chǎn)量、控制污染范圍、降低各種藥物的使用、促進我國海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及保護海洋環(huán)境具有重要意義。李明等[3]對預警、預測和監(jiān)測進行了辨析，預警是更高層次的預測，是源于預測，經(jīng)歷了從警報到預測的發(fā)展歷程。從不同水產(chǎn)養(yǎng)殖情況分析，仿刺參養(yǎng)殖病害預警的概念也存在同樣的道理。

1.2 病害預警的產(chǎn)生

最初，在農(nóng)作物病蟲害的防治和測報系統(tǒng)的研究上建立了蔬菜病蟲害測報系統(tǒng)、葡萄病害測報系統(tǒng)等用于指導農(nóng)民進行病蟲害防治和預報的一些系統(tǒng)，使病蟲害的防治實時、高效，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。在20世紀70年代，美、日、法等發(fā)達國家相繼開發(fā)了一些農(nóng)作物的病蟲害預測、預報系統(tǒng)，其水產(chǎn)動物的病情預報特別是水產(chǎn)品藥物殘留檢測、水產(chǎn)品的食品安全檢測等智能技術非常高。自2000年開始，由全國水產(chǎn)技術推廣總站牽頭，在10多個?。ㄊ?、區(qū)）進行水產(chǎn)動物病害測報試點工作。其中，在魚蝦養(yǎng)殖中的應用最為廣泛。目前，我國己經(jīng)建立30多個?。▍^(qū)、市）參加、由近3 000個測報點和數(shù)萬名測報員組成的水產(chǎn)養(yǎng)殖病害測報體系，初步形成了從中央到地方、覆蓋全國的病害測報網(wǎng)絡[6-7]。

水產(chǎn)動物（仿刺參）病害預警源于病害流行及病害防控，并不斷從中吸取精華，逐漸發(fā)展與完善。病害防控是基于對疾病發(fā)生原因或病原深入研究基礎上的有的放矢，疾病的精準診斷也是防治的前提條件。病害防控機構的發(fā)展已成為水產(chǎn)動物疾病預防和控制的主要途徑，這將促使病害預警體系的產(chǎn)生。隨著水產(chǎn)動物測報系統(tǒng)網(wǎng)絡化、快速集成化和可視化的發(fā)展，病害測報工作系統(tǒng)分析平臺已經(jīng)建立，能夠直觀、準確地反映水產(chǎn)動物病害狀況，從而可將病害測報轉變到水產(chǎn)養(yǎng)殖病害預報上，能更有效地預防與控制疫病的蔓延和流行。在網(wǎng)絡時代，水產(chǎn)動物病害預報系統(tǒng)的建立應以網(wǎng)絡為依托，結合病害發(fā)生時空信息數(shù)據(jù)庫，將病害測報資料、專業(yè)模型、應用處理功能進行有機集成，充分利用信息資源和Internet技術，發(fā)揮其社會效益和市場價值，解決病害災變預警等社會可持續(xù)發(fā)展面臨的重大問題，提高預警轉變水平。

1.3 預警系統(tǒng)的快速發(fā)展

近年來，已開展水產(chǎn)動物病害測報研究，實現(xiàn)了信息采集的科學化、傳輸網(wǎng)絡化、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代化，使生產(chǎn)和管理部門能夠及時有效地掌握水產(chǎn)養(yǎng)殖病害發(fā)生的動態(tài)和趨勢，為加強病害防治和指導漁業(yè)生產(chǎn)提供及時準確、方便快捷的信息服務，測報系統(tǒng)已逐步向預警系統(tǒng)轉變。病害預警體系在山東省仿刺參養(yǎng)殖病害防控中仍處于粗放型、低水平狀態(tài)。養(yǎng)殖區(qū)域迅速擴大，養(yǎng)殖環(huán)境多樣，不同氣候、不同養(yǎng)殖模式、不同養(yǎng)殖條件下發(fā)病情況復雜多變，濫用藥物的現(xiàn)象更持續(xù)存在。由于仿刺參養(yǎng)殖過程中各種病害的快速診斷技術落后，養(yǎng)殖工作者對病害的發(fā)生沒有預警意識和相關技術，往往憑借肉眼觀察、憑經(jīng)驗行事，致使誤診現(xiàn)象頻頻發(fā)生，病害狀況得不到預防與控制，最終造成嚴重損失。在這種情況下，以流行病學調研為基礎，以風險評估為理念，以預警預報為措施，以預警體系建立為支撐的病害防控體系將成為山東省仿刺參養(yǎng)殖乃至其他養(yǎng)殖病害防治發(fā)展的主要趨勢。

已有研究表明，預警體系建立技術已得到深入發(fā)展。葛明峰等[8]利用特異多重PCR技術對大黃魚（Larimichthys crocea）感染的3種致病弧菌進行了跟蹤調查，對肝、脾、腎、肌肉等組織進行檢測，分析大黃魚流行病規(guī)律以及病原感染與環(huán)境變化之間的關系，尋找實施最恰當?shù)牟『Ψ乐螘r機。在大黃魚的養(yǎng)殖生產(chǎn)中，大大超越了傳統(tǒng)的病害防控技術，高效率地實現(xiàn)了病害的預測與預警。

隨著科技的發(fā)展和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)需求的增長，水產(chǎn)養(yǎng)殖病害遠程診斷系統(tǒng)的建立為水產(chǎn)養(yǎng)殖病害的預警預報及診斷治療提供了發(fā)展平臺，為水產(chǎn)動物病害的預測提供了新途徑。目前，魚病遠程監(jiān)測預警與診斷系統(tǒng)已在山東省乃至全國各地推廣使用，廣大養(yǎng)殖戶在養(yǎng)殖過程中也開始使用此系統(tǒng)。

2 病害預警的邏輯過程

借鑒農(nóng)作物預警領域的研究，總結了水產(chǎn)動物仿刺參病害預警的基本邏輯過程，包括從明確警義、監(jiān)測警兆、追溯警源、預報警情以及排除警情的一系列相互銜接的過程[9]。

2.1 明確警義

明確警義也就是明確預警的研究對象，通過系統(tǒng)分析的方法確定系統(tǒng)的輸入和輸出。輸入包括警兆和警源，輸出主要指警情和排除警情的措施，最終形成預警指標體系。病害預警一般采用發(fā)生期、普遍率、嚴重度或病情指數(shù)為警素，根據(jù)常見病害嚴重度的等級劃分確定警度。

2.2 監(jiān)測警兆

警兆是警情暴發(fā)之前的先兆，而監(jiān)測警兆是預警的基礎。對于水產(chǎn)動物仿刺參病害防控系統(tǒng)而言，機體自身、病原生物、生存環(huán)境和養(yǎng)殖技術均與病害發(fā)生有著密切關系。由于涉及因素眾多，需要根據(jù)刺參機體免疫系統(tǒng)和流行病學機理研究，結合實際生產(chǎn)，篩選關鍵的警兆指標，在生產(chǎn)過程中持續(xù)監(jiān)測，收集可靠數(shù)據(jù)為預警系統(tǒng)的建立奠定基礎。

2.3 追溯警源

警源是警情產(chǎn)生的根源。對水產(chǎn)動物病害流行系統(tǒng)而言，染病的仿刺參、致病性的病原、有利于發(fā)病的環(huán)境和人類不規(guī)范的干預，都可能是病害發(fā)生的根源。采用先進技術從可靠數(shù)據(jù)中尋找警源與警兆的關系，結合專家知識及經(jīng)驗分析，是構建仿刺參病害預警理論體系的關鍵。

2.4 預報警情及排除警情

預報警情是預警的目的，而排除警情是為用戶消除警情提供決策支持。所有結果都可以反饋給預警系統(tǒng)，建立預警體系，進行動態(tài)調節(jié)來控制病情的發(fā)生。

3 仿刺參病害預警的指標選擇

預警指標是預警科學理論與相關專業(yè)理論結合的產(chǎn)物，預警指標不僅可以獨立作為預警系統(tǒng)使用，而且還可以為統(tǒng)計和模型預警系統(tǒng)提供變量基礎。根據(jù)預警指標的基本原則，實現(xiàn)監(jiān)測、評價和預警的功能[10]。

3.1 水環(huán)境指標

仿刺參養(yǎng)殖過程中水環(huán)境惡化，水質下降，涉及溶解氧、氨氮、pH、亞硝酸鹽和重金屬等，均脫離正常值走向負向動態(tài)，該指標數(shù)值偏離越大，說明養(yǎng)殖水環(huán)境條件越差，可引起警情或加重警情的嚴重程度。不同環(huán)境、不同條件下選擇不同的監(jiān)測指標，在預警系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用。

3.2 生態(tài)指標

仿刺參養(yǎng)殖過程中餌料和浮游生物的密度都會破壞原有生態(tài)的平衡，造成不可逆轉的生態(tài)災害，進而加重病害警情[11]。建立生態(tài)指標，涉及餌料攜帶菌濃度、浮游動植物密度等，均與疾病的發(fā)生存在相關性。預警系統(tǒng)中各指標的負向趨勢均對警情的防控起到積極作用。

3.3 機體免疫指標

不同環(huán)境、不同條件變化時，機體自身也隨之發(fā)生適應性變化，不同動物根據(jù)自身免疫防御特點涉及不同的免疫指標。對仿刺參而言，機體免疫指標涉及細胞吞噬活性、呼吸暴發(fā)活性、磷酸酶活性、超氧化物歧化酶活性等，各指標變化趨勢可以預測預警病害的發(fā)生程度[12-13]。

3.4 社會經(jīng)濟指標

社會經(jīng)濟指標主要反映仿刺參養(yǎng)殖的社會經(jīng)濟功能，包括創(chuàng)造價值、維持生態(tài)環(huán)境、擴大就業(yè)等。該指標的數(shù)值越高，說明該水產(chǎn)動物養(yǎng)殖的社會經(jīng)濟功能越好，該指標是一個正向指標，起到緩解警情的作用。

3.5 社會保障指標

社會保障指標主要用來指導政府、企業(yè)、社會公民對養(yǎng)殖環(huán)境保護的認識程度以及環(huán)境污染的治理力度。該指標數(shù)值越高，越能體現(xiàn)相對應的重視程度和治理力度，越有利于養(yǎng)殖環(huán)境的保護，同樣屬于正向指標，起到緩解警情的作用。

4 仿刺參細菌病侵染預警實例探討

仿刺參的病原生物在早期少量感染，無臨床征象，往往難以察覺，只有當病原生物在機體中繁殖積累到一定程度，開始影響正常生活或組織受到損傷時，才會被察覺。因此，根據(jù)疾病的流行病學特點，對病原生物進行早期檢測，分析病原生物的感染狀況及其正負向趨勢，實現(xiàn)病害的預測預警就顯得至關重要。

侵染前期的預測，有利于病害防控。首先，要預測出侵染的日期，在確定侵染日期的基礎上確定監(jiān)測日期范圍，在此范圍內(nèi)進行溫度監(jiān)測，以便在病害初侵染前留出一定的緩沖時間用于防治。研究表明，溫度是影響刺參生存、生長和繁殖最重要的因子之一[14]。高溫期水溫的變化影響生物一系列內(nèi)在的生理機制，反映警情變化趨勢，為評估刺參細菌初侵染的預警機制以及開展刺參多營養(yǎng)層次的綜合養(yǎng)殖預警體系提供基礎資料。

通過對仿刺參養(yǎng)殖池水質分析發(fā)現(xiàn)，隨著養(yǎng)殖時間的延長和外界環(huán)境條件的變化，水質中COD、氨氮和亞硝酸鹽濃度均呈上升趨勢，而pH、溶解氧和磷酸鹽呈下降趨勢，在高溫養(yǎng)殖中后期變化趨勢直接反映警情相關狀況；COD、溫度、亞硝酸鹽、鹽度和DO 是仿刺參養(yǎng)殖池中病害預警監(jiān)測的主要理化因子。

（1）生態(tài)環(huán)境中微生物生化定量分析：對養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境（水體微生物或餌料微生物或養(yǎng)殖池底微生物）中主要致病菌（弧菌等）的生長規(guī)律、富集程度以及生化性質的變化規(guī)律進行分析，對細菌（弧菌、桿菌、變形菌等）總量、主要致病微生物進行相關性分析，可建立設計預警曲線，確定預警機制，聯(lián)合數(shù)據(jù)模型等高科技手段進行體系的優(yōu)化，最終達到防控病害的目的。關曉燕等[15]通過16S rDNA的PCR-DGGE基因指紋技術對刺參養(yǎng)殖池塘水環(huán)境中菌群多樣性進行分析，高溫季節(jié)刺參養(yǎng)殖水環(huán)境中細菌種群較為豐富，6～9月具有相同的優(yōu)勢菌群，反映了高溫季節(jié)仿刺參水環(huán)境中微生物的菌群特征。

（2）仿刺參免疫指標：機體免疫指標可作為病害預警的基礎研究內(nèi)容。以前的研究表明，仿刺參體腔細胞數(shù)量、吞噬活性、ROS、ATP/AKP/SOD/MPO活性等均可反映機體免疫功能的狀況，間接反映病害發(fā)生的概率，為預警體系的建立提供參考。另外，仿刺參腸道系統(tǒng)若發(fā)生紊亂，病菌極易進行攻擊，從而導致疫病的發(fā)生，因此仿刺參腸道中微生物菌群和消化酶活性亦可作為病害發(fā)生的預警指標[13]。

（3）社會經(jīng)濟指標：在維持生態(tài)平衡的同時，對社會環(huán)境產(chǎn)生的價值可充分體現(xiàn)預警的作用。此外，在建立預警機制的基礎上進行的相關推廣示范應用，可在一定程度上促使仿刺參健康養(yǎng)殖的可持續(xù)性，增加養(yǎng)殖經(jīng)濟效益，提高仿刺參產(chǎn)品質量及安全。

5 小結

近年來，仿刺參養(yǎng)殖業(yè)大規(guī)模迅速發(fā)展，無論是研究者還是養(yǎng)殖者對病害防控的重視也隨之加強。拓展仿刺參養(yǎng)殖過程中預警能力的基礎，研究并完善仿刺參病害預警理論體系，提高病害預警技術，對水產(chǎn)動物預警學科的豐富也是一種貢獻。筆者嘗試從定義、產(chǎn)生、邏輯過程及相關疾病的案例分析，闡述了仿刺參預警的指標體系，為仿刺參養(yǎng)殖過程中的病害防控奠定了基礎，但需要在實際生產(chǎn)過程中進一步完善和提高，最終建立仿刺參養(yǎng)殖預警體系，也為仿刺參的病害防控提供決策支持。

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