刺参（Apostichopus japonicus）,作为我国重要的海水养殖经济种类之一,池塘养殖是刺参养殖的主要模式之一,然而,近年来全球气候变暖,夏季极端高温天气频发,已成为制约当前刺参产业可持续发展的瓶颈因子。因此,解析养殖系统中刺参对水温周年变化的生理响应和适应策略,同时建立一种有效降低池水温度的养殖技术对保障刺参产业健康发展具有重要意义。本研究以池塘养殖刺参为实验对象,通过对刺参体内多种免疫酶活力、消化酶活力、抗性相关基因的表达、肠道生理及菌群结构的变化特点进行周年监测,且进一步解析上述指标与温度变化间的响应规律,此外针对本团队为保障刺参安全度夏而研发的新型技术措施——冷能气雾降温技术进行高温期应用效果的初步分析,并在此基础上对应用后的池塘沉积物微生物群落结构进行特征分析。为解析刺参代谢水平和生理状态与温度变化间的响应关系以及新型降温技术的推广应用提供数据支撑。本文主要研究内容和结果如下:1.池塘养殖条件下刺参非特异性免疫酶活力及抗性相关基因随水温周年波动的变化规律本研究以池塘水温变化过程及刺参关键敏感温度作为取样节点依据,采集了自2020年10月至2021年11月为期1周年的池塘养殖刺参样品,包括第一年温度下行期（15℃、10℃、5℃、0℃）和第二年温度上升期（5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、27℃、29℃）以及秋季温度下行期（25℃、20℃、15℃）共14个水温节点的刺参样本,测定了相应样本非特异性免疫酶活力（ACP、AKP、SOD、LZM）以及响应环境胁迫的10个功能基因的相对表达量,以期解析刺参应对水温变化的免疫响应机制。结果表明:ACP和AKP活力变化趋势相似,极端温度条件下（0℃、5℃、27℃、29℃）活力均在较低水平,刺参生长适宜温度范围内保持较高的活力水平且活力最高点均出现在15℃时。LZM的活力大小与水温变化呈正相关性,TB27时活力达到最高值,为5.99±0.91μg/ml,0℃时活力最低,活为0μg/ml。SOD活力在夏眠期和冬蜇期较低,在夏眠期前后达到峰值。周年水温变化下hsp70、hsp90、pdrg1、BSL78-02077、BSL78-04364、BSL78-00718、BSL78-07932表达量变化趋势相近,即在生理耐受的极限高温和极限低温2个水温节点出现2次上调表达高峰。klf13和egr1呈显著上调表达的水温节点均在升温区间,且分别在TB25、TB10时呈最大表达,eif2s1基因随水温变化无明显趋势,周年呈波动表达。上述结果表明温度变化对刺参免疫防御机能影响显著,酶活力与基因相对表达量出现显著变化的温度主要为极端温度、夏眠临界温度和最适生长温度,说明刺参在应对不同温度变化时,可能通过改变免疫防御相关过程,调节机体代谢水平和转变生理状态达到适应环境、保证生存和生长的目的。2.池塘养殖条件下刺参肠道生理及其菌群结构随水温周年波动的变化为了探究室外池塘养殖刺参机体的营养消化和吸收利用功能随水温周年波动的动态变化特征,本研究利用组织学方法对14组温度下刺参肠道组织形态进行观察,发现水温影响下刺参肠道的组织学变化与其生理状态的改变相对应:夏眠期和冬蜇期,刺参肠道萎缩、变细,摄食少或不摄食;相应温度下肠道组织结构轮廓趋于模糊,组织间隙变大,环形褶皱减少甚至消失,肠腔体积变大。利用生化方法对14组温度下刺参肠道的消化酶活力进行测定发现,在刺参冬蛰和夏眠期,刺参肠道的各种消化酶活力均较低,但不同消化酶的活力峰值点存在差异,胰蛋白酶活力和α-淀粉酶活力最高的温度为25℃,而纤维素酶活力峰值为15℃。利用高通量测序对相应温度节点的刺参肠道菌群结构进行分析发现,高温期过后菌群多样性和丰度显著降低,各区段间菌群结构差异明显,14组共42个样品进行基于Bray Curtis的PCo A分析,发现样本分别聚集在4个区域,DT1、DT2样本各自占据一个区域,RT样本占据2个区域,由此将RT区段再次划分为RT1（5℃～20℃）和RT2（25℃～29℃）。基于门水平和属水平对样本进行菌群结构特征发现,各区段内优势菌群种类和相对丰度各不相同,分别为DT1（放线菌门,双歧杆菌属）、RT1（拟杆菌门,Muribaculaceae科和毛螺旋菌科）、RT2（厚壁菌门,克雷伯氏菌属和链球菌属）、DT2（变形菌门）。利用Lef Se分析筛选到在12个温度组间存在显著差异的122个细菌群类（P＜0.05）。说明在实验周期内,温度的变化对刺参肠道样本的菌群多样性、微生物组成和丰度有明显影响作用且表现出一定程度的阶段性演替规律。3.高温期刺参养殖池塘冷能气雾降温技术及其应用效果的研究本团队针对夏季高温期刺参养殖池塘池水的降温以及刺参如何安全度夏等问题,研制了一套冷能气雾降温设备。为测试该设备的应用效果,本研究于2020年高温期,在山东省东营市刺参养殖主产区开展了该设备的布设、使用工艺及应用效果的研究。选取安装并应用该设备的8个池塘（只安装设备的池塘标记为E组,同时安装设备和遮阳网的池塘标记为M组）和无任何降温措施的3个池塘（对照组,标记为C组）为研究对象,对夏季高温期的11个测试池塘进行了多项环境因子理化指标及刺参生理指标的测定,实验结果表明:整个高温期间,实验组E、M池塘池底水温始终低于对照组,分别平均比对照组低1.20℃和1.06℃,最大温差分别为5.6℃和4.5℃;E、M池塘水体中溶解氧含量分别为8.79 mg/L、8.28 mg/L,均显著高于对照组（P＜0.05）,三组间水体氨氮含量均存在显著差异,E组最低;底层水体亚硝酸氮和p H值无显著差异（P＞0.05）;E、M池塘的沉积物中氨氮、亚硝酸氮和化学需氧量水平均显著低于对照组（P＜0.05）,分别比对照组低0.49 mg/L和0.44 mg/L、0.191 mg/L和0.183 mg/L、2.85 mg/L和1.94 mg/L。相同气温条件下,实验组刺参正常摄食、肠道有食物、生理指标健康无异常,对照组刺参摄食少甚至不摄食、肠道萎缩变细、无食物,实验组刺参肠重比是对照组的2～4倍;整个高温期所有实验组刺参安全度夏,对照组部分池塘出现了刺参化皮和大面积死亡的现象。由此说明,该设备在夏季高温期可有效降低刺参养殖池塘底部水温以及养殖环境中氨氮、亚硝酸氮和化学需氧量等有害物质的水平,同时还可显著增加底层水体溶解氧含量;安装该设备后刺参养殖池塘多项环境指标均优于同时加装遮阳网的池塘,说明仅安装降温设备可达到理想降温效果,从经济角度考虑,可不另外加装遮阳网。相关研究为保障夏季高温期安全度夏提供了新的技术工艺和科学数据。4.池塘冷能气雾降温设备对高温期刺参养殖池塘沉积物细菌群落结构的影响为进一步解析冷能气雾降温设备的应用对池塘环境微生物结构的影响,选取上一章中的8个池塘作为研究对象,其中仅安装该设备的E组5个池塘作为实验组（根据相对区域的不同,标记为E1和E2）,3个对照池塘作为对照组,利用高通量测序技术对相应池塘沉积物菌群结构差异进行解析,进一步分析刺参养殖池塘沉积物中细菌群落结构与环境影响因子的相关性。研究结果表明:8个测试池塘的沉积物样本分别获得707～880个分类操作单元（OTU,Optical Transform Unit）,α多样性计算结果表明实验组沉积物菌群群落丰度和微生物群落多样性均高于对照组。8个样品的PCo A分析结果表明,各组内养殖池塘沉积物样本的菌群组成及群落结构相似性较高,组间差异明显。基于目水平对实验组和对照组物种分布的统计结果表明,2个实验组的物种组成相似性较高,实验组中根瘤菌目、乳杆菌目和微球菌目的相对丰度显著高于对照组（P＜0.05）。Lef Se分析筛选到在不同组间存在显著差异的13个细菌群类（P＜0.05）。对菌群结构与环境因子的相关性分析表明,实验组样本中参与氮循环过程的微生物种类丰度显著高于对照组（P＜0.05）,进一步筛选到与实验池塘水体氨氮含量显著相关的3个OTUs,分别为OTU7、OTU29、OTU108,依次归属为变形菌门下苍白杆菌属、埃希氏菌属以及厚壁菌门下芽孢杆菌属。在所预测到的25个原核生物COG代谢途径中,实验组和对照组在18个代谢途径上存在显著性差异（P＜0.05）。相关研究结果将为该设备的推广应用提供了数据支撑。