溫度和鹽度對埋棲性雙殼類泥蚶(Tegillarca granosa)呼吸、排泄的影響＊

焦海峰 嚴(yán)巧娜 鄭 丹 尤仲杰① 嚴(yán)小軍

(1.寧波市海洋與漁業(yè)研究院 寧波 315012;2.寧波大學(xué)海洋學(xué)院 寧波 315211;3.寧波市江北區(qū)海洋與漁業(yè)局 寧波 315020)

呼吸、排泄是貝類新陳代謝的基本生理活動,它既反映了貝類自身的生理狀態(tài),也反映了不同環(huán)境要素對貝類基礎(chǔ)生理活動的影響(Bayne et al,1983)。目前,對雙殼貝類呼吸與排泄的研究已有大量報道,如墨西哥灣扇貝(Argopecten irradians concentricus)(楊紅生等,1998)、櫛孔扇貝(Chlamys farreri)(王俊等,2002)、蝦夷扇貝(Patinopecten yessoensis)(徐東等,2010)、日本扇貝(Mizuhopecten yessoensis)(Hao et al,2014)、海灣扇貝(Argopectens irradias)與太平洋牡蠣(Crassostrea gigas)(王芳等,1998)、近江牡蠣(Crassostrea hongkongensis)(王剛等,2013)、硬殼蛤(Mercenaria mercenaria)(文海翔等,2004)、西施舌(Mactra antiquata)(孟學(xué)平等,2005)、彩虹明櫻蛤(Moerella iridescens)(董志國等,2006)和櫛江珧(Pinna pecinata)(李金碧等,2009)等,上述研究均表明,溫度是影響雙殼貝類新陳代謝最重要的非生物因素,但鹽度變化對雙殼貝類呼吸、排泄影響的研究較少(張媛等,2007;王剛等,2013),而溫度和鹽度又是決定水生生物自然分布的重要因子,它們是在貝類生理生態(tài)學(xué)研究中必須考慮的因素(Yu et al,2013)。

泥蚶(Tegillarca granosa)隸屬軟體動物門(Mollusca),雙殼綱(Bivalvia),蚶屬(Tegillarca),是泥相潮間帶中重要的養(yǎng)殖種類。目前對泥蚶基礎(chǔ)生理代謝的研究資料不多,焦海峰等(2013)曾對它的呼吸與排泄周年變化進(jìn)行過研究,但針對不同溫度和鹽度條件下的呼吸與排泄的研究尚屬空白。本文探討了溫度、鹽度對泥蚶成貝耗氧率、排泄率的影響,旨在了解其呼吸與排泄的生理變化,豐富雙殼貝類能量學(xué)的研究資料,也對進(jìn)一步提高泥蚶養(yǎng)殖水平與保護(hù)養(yǎng)殖環(huán)境具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

泥蚶取自象山港貝類養(yǎng)殖區(qū),實驗前7天采集并帶回實驗室。用軟毛刷清除殼表面的附著物,暫養(yǎng)在大型水族箱中,每天上午和下午各投喂一次單胞藻,充氣、換水供實驗用,暫養(yǎng)一般超過 7天,實驗前 1天停止投喂。

1.2 方法

實驗用海水經(jīng)過濾后虹吸入水族箱中(500L),用電加熱棒調(diào)節(jié)溫度,每天升溫 1—2°C,用市售海水晶和曝氣后的自來水調(diào)配鹽度梯度,每天升降1—2。當(dāng)海水調(diào)制至實驗條件后,穩(wěn)定控溫12h以上,開始實驗。溫度設(shè)置 6個梯度: 13°C、18°C、23°C、28°C、31°C、34°C,鹽度設(shè)置 4個梯度: 18、23、28、33;每個溫度條件下均進(jìn)行4個鹽度梯度的實驗,共進(jìn)行24組實驗。實驗貝在各溫度、鹽度條件下穩(wěn)定2d以上開始實驗。

停止投喂24h后,取出泥蚶放置于錐形瓶中進(jìn)行實驗,將泥蚶沿瓶壁放入 3L的錐形瓶,每瓶 10只,虹吸裝滿過濾海水后用保鮮膜封口,以泥蚶貝殼張開為起始點進(jìn)行計時,水浴控溫。每組實驗設(shè)置3個重復(fù),并設(shè)對照組(不放泥蚶)3個。實驗2h后取錐形瓶中水樣測定溶解氧(DO)、氨氮(NH4-N)的濃度。采用排水法測量泥蚶的體積。

1.3 數(shù)據(jù)處理與計算方法

采用Winkler碘量法測定溶解氧,采用次溴酸鈉氧化法測定氨氮,在實驗結(jié)束后用游標(biāo)卡尺測定泥蚶的生物學(xué)參數(shù),包括殼長(SL)、殼寬(SW)和殼高(SH),在 60°C 下將解剖出的軟體部烘干至恒重,用電子天平稱量濕重(WW)和干重(DW)。

實驗結(jié)束后,根據(jù)測定瓶與對照瓶內(nèi)水體的 DO和NH4-N的濃度,計算泥蚶的耗氧率和排氨率

式中,OC為單位軟體干重的耗氧率[mg/(g·h)],DO0和DOt為實驗結(jié)束后對照組和測定組水中的 DO含量(mg/L),DO0為對照組DO的平均值,V為呼吸瓶的水體積(L),Vi為泥蚶體積,DW為泥蚶軟體干重(g),t為實驗時間(h)。

式中,AE為單位軟體干重的排氨率[μg/(g·h)],N0和Nt為實驗結(jié)束后對照組和測定組中水中的 NH4-N的濃度(μg/L),N0對照組NH4-N的平均值。

實驗數(shù)據(jù)先利用Excel預(yù)處理,方差分析和回歸分析用SPSS19.0進(jìn)行,均值以Mean±SD表示。

實驗用泥蚶的生物學(xué)參數(shù): 殼長 27.14±2.15mm,殼寬 20.88±1.90mm,總濕重 6.96±1.78g,軟體干重0.164±0.05g。

2 結(jié)果

2.1 溫度、鹽度對泥蚶耗氧作用的影響

如圖1所示,溫度對泥蚶耗氧作用影響明顯,耗氧率的高值出現(xiàn)在 28—31°C 時,低值出現(xiàn)在 13°C時。在鹽度為 18、23、28、33時,耗氧率均值的變化范圍分別為 0.66—3.15mg/(g·h)、1.02—4.53mg/(g·h)、0.66—4.47mg/(g·h)和 0.63—4.11mg/(g·h)。單因素方差分析表明,溫度對耗氧率的影響極顯著(F=40.909,P＜0.01)。不同鹽度條件下,泥蚶的耗氧率隨溫度變化曲線基本一致,均出現(xiàn)兩個峰值。經(jīng)回歸分析,在溫度 13—31°C范圍內(nèi),耗氧率與溫度的變化呈較顯著的指數(shù)相關(guān)lnY = lna + blnT (Y=aebT)(表1)。

泥蚶耗氧率隨鹽度上升而上升,當(dāng)鹽度持續(xù)升高后,耗氧率會略有下降(圖1)。方差分析表明,溫度為 18°C時,各鹽度梯度下耗氧率差異極顯著(F=12.169,P＜0.01),其它溫度條件時,各鹽度梯度下的耗氧率差異不顯著(P＞0.05)。

圖1 溫度與不同鹽度條件下泥蚶耗氧作用的關(guān)系Fig.1 The effect of temperature on oxygen consumption of T.granosa in different salinities

2.2 溫度、鹽度對泥蚶排氨作用的影響

在適溫范圍內(nèi),排氨率隨溫度而上升,當(dāng)溫度升至一定值時,排氨率反而下降(圖2)。四個鹽度梯度下,排氨率的變化范圍分別為125.07—540.57、123.11—955.68、214.55—946.97 和 144.30—616.91μg/(g·h)。單因素方差分析表明,不同鹽度條件下,泥蚶排氨率受溫度的影響均極顯著(P＜0.01)。經(jīng)回歸分析,在溫度13—31°C范圍內(nèi),排氨率與溫度的變化也呈較顯著的指數(shù)相關(guān)(表 1)。

表1 泥蚶耗氧率、排氨率與溫度的回歸方程Tab.1 Regression equation of oxygen consumption rate and ammonia excretion rate against temperature for T.granosa

鹽度對泥蚶排氨率的影響不明顯(圖2)。單因素方差分析表明,溫度為 28°C時,各鹽度梯度下排氨率差異極顯著(F=9.402,P＜0.01),其它溫度條件時,各鹽度梯度下的排氨率差異不顯著(P＞0.05)。

圖2 溫度與不同鹽度條件下泥蚶排氨作用的關(guān)系Fig.2 The effect of temperature on ammonia excretion of T.granosa in different salinity

2.3 溫度、鹽度對耗氧率與排氨率影響的交互作用

在一定溫度梯度(13—31°C)和鹽度梯度(18—28)下,利用線性模型(Univariate)分析發(fā)現(xiàn): 溫度和鹽度對耗氧率、排氨率的影響均存在交互作用(表 2)。交互作用對耗氧率的影響顯著(F=2.651,P=0.025),對排氨率的影響極顯著(F=3.712,P=0.004),也就是說,溫度和鹽度對泥蚶基礎(chǔ)代謝的生理活動影響明顯。

在上述條件下,利用線性回歸(Linear Regression)分析,耗氧率(OC)、排氨率(AE)與溫度(T)和鹽度(S)的二元線性回歸方程分別為: OC= –0.040+0.011T–0.017S+0.002T×S(R2=0.904);AE= –25.322–0.657T–14.333S+1.533T×S(R2=0.918)。

2.4 不同溫度、鹽度梯度下泥蚶呼吸排泄氧氮比(O∶N)的變化

泥蚶呼吸排泄的 O: N比在 4.50—13.07之間,平均值為7.16(表3)。方差分析表明,不同溫度梯度下O: N比有極顯著差異(F=4.497,P＜0.01),差異的來源是 18°C條件時 O: N比(值為 10.78)。鹽度對泥蚶呼吸排泄 O: N 比的影響不顯著(F=0.664,P＞0.05)。

表2 溫度、鹽度對泥蚶耗氧率與排氨率影響的交互作用檢驗Tab.2 The interaction test of temperature and salinity to oxygen consumption rate and ammonia excretion rate of T.granosa

表3 不同溫度、鹽度梯度下泥蚶呼吸排泄的氧氮比值Tab.3 Ratios of O and N of T.granosa at different temperatures and salinities

3 討論

3.1 耗氧率、排氨率隨環(huán)境條件的變化

呼吸與排泄是貝類新陳代謝基本生理活動,可以直觀地反映環(huán)境條件的影響(Hammen,1968;Widdows et al,1971;Bayne et al,1983)。分析發(fā)現(xiàn),泥蚶呼吸、排泄活動受溫度的影響顯著(P＜0.01),在一定溫度范圍內(nèi)泥蚶的耗氧率和排氨率均隨溫度的上升呈顯著的指數(shù)相關(guān)(Y=aebT)。這與絕大多數(shù)貝類呼吸排泄的規(guī)律類似,墨西哥灣扇貝耗氧率在水溫低于28°C時隨溫度而升高,當(dāng)溫度超過30°C時就顯著下降(楊紅生等,1998)。同樣的拐點現(xiàn)象(又稱為溫度刺激最大響應(yīng)區(qū))在硬殼蛤中也有發(fā)現(xiàn)(文海翔等,2004),這種溫度刺激最大響應(yīng)區(qū)的現(xiàn)象在貽貝(Perna perna)(Mayzalld,1976)、西施舌(孟學(xué)平等,2005)、櫛孔扇貝(王俊等,2002)和管角螺(羅杰等,2008)中均有發(fā)現(xiàn)。但研究也發(fā)現(xiàn),并不是所有貝類的呼吸、排泄活動都對溫度存在最大響應(yīng)區(qū),如菲律賓蛤仔(王芳等,1997)、彩虹明櫻蛤(董志國等,2006)、櫛江珧(李金碧等,2009)、太平洋牡蠣(Bougrier et al,1995)和珠母貝(Saucedo et al,2004)等,它們的呼吸、排泄率隨溫度而上升。值得一提的是,同樣是櫛孔扇貝,王俊等(2002)和王芳等(1997)研究結(jié)果也有差異:前者表明存在溫度刺激最大響應(yīng)區(qū),而后者的研究結(jié)果未發(fā)現(xiàn)這種最大響應(yīng)區(qū),兩者差異的原因有待深入探討。盡管不同貝類之間存在對溫度刺激響應(yīng)的差異,但溫度是影響貝類呼吸、排泄的重要因素獲得了普遍認(rèn)可。本研究表明,在泥蚶的生理代謝過程中存在溫度最大響應(yīng)區(qū),當(dāng)溫度在 31°C時,泥蚶耗氧率和排氨率顯著下降。焦海峰等(2013)結(jié)果表明,在水溫較低的 1—7月份,耗氧率、排氨率隨溫度而升高,耗氧率、排氨率的下行拐點出現(xiàn)在9月份,此時水溫約 27°C。這與本次實驗中呼吸代謝活動存在溫度最大響應(yīng)區(qū)的結(jié)果相互印證。但在相似的溫度條件下,泥蚶耗氧率和排氨率存在差異,作者認(rèn)為這種差異是由于不同實驗條件造成的。Bougrier等(1995)也認(rèn)為貝類耗氧率變化的差異跟環(huán)境條件密切相關(guān),在自然條件下和在實驗條件下對樣品進(jìn)行馴化,耗氧率會不同。

鹽度也是影響貝類生理代謝的關(guān)鍵因子之一,它影響機體滲透壓的調(diào)節(jié)。資料顯示: 管角螺的排氨率存在鹽度刺激最大響應(yīng)區(qū),在鹽度 12—27之間,排氨率隨鹽度而升高,在鹽度 27時升至峰值,當(dāng)鹽度32時排氨率開始下降(羅杰等,2008)。青蛤(劉英杰,2005)和翡翠貽貝(楊曉新,2000)的耗氧率和排氨率隨鹽度的升高而升高。近江牡蠣耗氧率和排氨率與鹽度呈二階方程相關(guān),在中鹽度條件(15—20)時,耗氧率和排氨率最低;在低鹽和高鹽條件下,兩者均較高(王剛等,2013)。Stickle 等(1982)和 Tang 等(2005)的研究結(jié)果與之相似。本研究中泥蚶耗氧率和排氨率雖然在中鹽度時略有升高,但經(jīng)方差分析,差異并不顯著(P＞0.05)。當(dāng)不考慮極高鹽條件(33)時,泥蚶的耗氧率和排氨率均隨鹽度而上升,這與沈偉良等(2008)對毛蚶稚貝的研究結(jié)果類似,反映出蚶科貝類具有相似的生理學(xué)特性。

溫度對貝類耗氧率、排氨率的影響較為一致,但鹽度的影響比較復(fù)雜,這可能與動物的種類和生長適宜鹽度有關(guān),也與貝類自身的生理特性相關(guān)。Zurburg等(1981)研究發(fā)現(xiàn)某些貝類通過游離氨基酸(FAA)庫中氨基酸的合成與排出來調(diào)節(jié)機體的滲透壓,在合成和排出氨基酸的過程中消耗能量,造成體內(nèi)耗氧和排氨升高。王剛等(2013)在近江牡蠣中也發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象,但這種現(xiàn)象并未在泥蚶中發(fā)現(xiàn)。另外,溫度、鹽度對泥蚶耗氧率和排氨率的影響存在交互作用,以二元線性回歸方程為佳: OC(AE)=a+bT+cS+dT×S。王芳等(1998)對海灣扇貝和太平洋牡蠣的呼吸和排泄研究也表明濕重與溫度的交互作用對其耗氧率有影響。因此,環(huán)境因素對貝類呼吸代謝的影響機制較為復(fù)雜,貝類的耗氧率和排氨率不僅與生物體大小有關(guān),更與其生理狀態(tài)和所處環(huán)境相關(guān),要探討貝類呼吸代謝的生理學(xué)特性需要綜合考慮多個因子,這也對實驗生態(tài)學(xué)的理論研究提出新的要求。

3.2 氧氮比變化

氧氮比(O∶N)是表征動物呼吸底物的重要參數(shù),反映了動物在特定狀態(tài)下體內(nèi)的脂肪、糖類和蛋白質(zhì)代謝的比例關(guān)系(Person et al,2004)。Mayzalld(1976)指出,若O∶N比低于7完全由蛋白質(zhì)的消耗提供能量;Ikeda等(1974)認(rèn)為O: N比大于24時是由蛋白質(zhì)和脂肪聯(lián)合供能,若比值無限大則由碳水化合物或脂肪供能(Conover et al,1968)。本研究中,泥蚶的O∶N比均值為 7.16,推測機體主要依賴消耗蛋白質(zhì)維持基礎(chǔ)代謝。在泥蚶耗氧率、排氨率的周年變化中發(fā)現(xiàn),O∶N比在冬季明顯較高,其中11月份和1月份均超過20(焦海峰等,2013)。本文的O∶N比與5—7月份較為相近,這可能與本實驗在春季開展有關(guān)。墨西哥灣扇貝的O∶N比在不同的調(diào)節(jié)實驗條件下差異也不顯著(楊紅生等,1998),但近江牡蠣呼吸排泄的O∶N比隨鹽度變化差異顯著(王剛等,2013),西施舌處于適溫狀態(tài)的 O∶N比高于低溫和高溫狀態(tài)(孟學(xué)平等,2005),環(huán)境因素變化對貝類呼吸排泄O∶N比的差異原因,需要深入探討。

目前,O∶N比高低與環(huán)境對有機體的壓力密切相關(guān)得到普遍認(rèn)可,可以作為生物體適應(yīng)環(huán)境壓力的指標(biāo)之一(Widdows et al,1971;Mukadam et al,2014)。Montagna等(2008)也認(rèn)為 O∶N比可以作為評估生理學(xué)調(diào)節(jié)的工具,因為它對毒性反應(yīng)的免疫應(yīng)答具有敏感性。同時 Pillai等(2002)研究發(fā)現(xiàn)沙蝦(Meta)在運輸過程中和適應(yīng)到新環(huán)境后O∶N比發(fā)生了顯著的改變,利用O∶N比反映環(huán)境改變對機體的影響在泥蚶中也得到了體現(xiàn)(焦海峰等,2013)。但本實驗環(huán)境的變化對泥蚶O∶N比的影響沒有明顯的規(guī)律,因此短期脅迫對泥蚶生理活動的影響程度尚待研究,而且環(huán)境脅迫對貝類的影響程度以及對貝類生理活動規(guī)律的影響機制也不清晰。

4 結(jié)論

本文研究了溫度、鹽度對泥蚶呼吸、排泄的影響。結(jié)果表明,溫度對泥蚶耗氧率、排氨率的影響均極顯著,耗氧率和排氨率與溫度的變化呈顯著的指數(shù)相關(guān);鹽度對泥蚶耗氧率、排氨率的影響不明顯;而溫度與鹽度對耗氧率、排氨率的影響均存在交互作用,且以二次線性方程擬合最優(yōu)。

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