鹽度對(duì)刺參碳、氮收支影響的初步研究

孟雷明，王麗麗，雷艷，姚翔，李燕，李莉

(1.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 大連116023;2.大連海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧 大連116023;3.國(guó)家海洋局 秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，河北 秦皇島066002)

碳、氮是構(gòu)成細(xì)胞的主要元素，而且碳與氮含量的比值也相對(duì)較為穩(wěn)定，因此，用碳、氮描述次級(jí)生產(chǎn)者的生長(zhǎng)，將生產(chǎn)力建立在碳源和氮源基礎(chǔ)上更具有意義。鹽度是影響刺參生理生態(tài)學(xué)最重要的環(huán)境因子之一，可以顯著影響其碳、氮收支，主要表現(xiàn)為生長(zhǎng)、代謝、排糞等各生理過程中碳和氮分配比例的變化［1］。鹽度影響刺參碳、氮收支最直接的表觀特征就是其生長(zhǎng)性狀的變化，所以研究鹽度對(duì)刺參Apostichopus japonicus 碳、氮收支的影響具有重要的理論和實(shí)用意義。

適宜的海水鹽度是刺參健康、快速生長(zhǎng)的重要條件，一般來說，成參的適鹽范圍為18 ～39，適宜生長(zhǎng)鹽度為20 ～39［2］。作為刺參養(yǎng)殖的主要方式，池塘養(yǎng)殖刺參要經(jīng)受結(jié)冰、化冰、降雨等引起的水環(huán)境鹽度的劇烈變化。例如，大連地區(qū)刺參養(yǎng)殖池塘的鹽度在夏季時(shí)為25，到春季和冬季則高達(dá)36［3］。鹽度的變化必然會(huì)給刺參帶來脅迫反應(yīng)，引起其碳、氮收支的變化，進(jìn)而影響其生長(zhǎng)，甚至帶來嚴(yán)重的病害［3-4］。目前，已有關(guān)于刺參對(duì)鹽度的耐受性以及鹽度對(duì)刺參呼吸排泄、能量收支影響等方面的研究報(bào)道［2-4］，但尚未見關(guān)于鹽度對(duì)刺參碳、氮收支影響方面的報(bào)道。為此，本研究中作者進(jìn)行了不同鹽度下刺參的生長(zhǎng)及碳、氮收支的研究，以期為刺參養(yǎng)殖中的合理管理提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用刺參采捕于大連登沙河圍堰養(yǎng)殖區(qū)，采捕時(shí)水溫為12 ℃，鹽度為30。采捕的刺參置于加冰的保溫箱中帶回實(shí)驗(yàn)室。

試驗(yàn)飼料由貝類生物沉積物和海藻粉配制而成，其中貝類生物沉積物采自長(zhǎng)?？h廣鹿島海域的蝦夷扇貝養(yǎng)殖浮筏，采用人工刷洗蝦夷扇貝網(wǎng)籠的方法獲取，采集的沉積物現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)1 mm 的鐵網(wǎng)過濾，除去碎貝殼等雜物，帶回國(guó)家海洋局近岸海域生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室后，于65 ℃下烘干保存;海藻粉購(gòu)自遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院，主要成分是海帶Laminaria japonica和鼠尾藻Sargassum sp.。將貝類生物沉積物與海藻粉按3∶ 1 混合，加少量蒸餾水混勻，然后用攪肉機(jī)攪拌制成直徑為3.64 mm、長(zhǎng)為5 ～20 mm 的顆粒狀，在65 ℃下烘干至恒重(約36 h)，于4 ℃下貯存。飼料中C 含量為9.11%，N 含量為0.83%。

1.2 方法

1.2.1 刺參馴化 將采捕的刺參在PVC 水槽中馴化7 d，馴化期間，飽足投喂配制飼料。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)置22.0、27.0、31.5、36.0 鹽度處理組，每組設(shè)3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)放3頭刺參。試驗(yàn)海水由鹽度為31.5 的沙濾海水與充分曝曬逸散余氯后的自來水或海鹽調(diào)配而成，用光學(xué)折射鹽度計(jì)(成都成華光學(xué)儀器廠生產(chǎn))測(cè)定與校對(duì)其鹽度。在試驗(yàn)開始前，每組每日升高(或降低)鹽度為1，分別將刺參馴化至試驗(yàn)鹽度并暫養(yǎng)7 d。馴化結(jié)束后，刺參禁食48 h，稱量體質(zhì)量為(37.53±1.84)g。將刺參放于品字形循環(huán)水槽(40 cm×30 cm×30 cm，水體約為35 L)中飼養(yǎng)，該水槽為循環(huán)流水，可保持水溫為(15.0 ±0.5)℃。試驗(yàn)期間，pH 為7.8 ～8.2，光照周期為13L∶ 11D，光照強(qiáng)度恒定為342 lx。每天換水1/3，換水時(shí)試驗(yàn)海水經(jīng)100 目篩絹過濾。水槽內(nèi)不間斷充氣，使溶解氧保持在5.0 mg/L 以上。

1.2.3 試驗(yàn)管理及樣品的測(cè)定 挑選規(guī)格相近的刺參用于正式試驗(yàn)，同時(shí)隨機(jī)選取5 組刺參樣品，每組3 頭，在65 ℃條件下烘干至恒重，并計(jì)算干濕比。試驗(yàn)過程中，刺參每天投喂一次(16:30)，23 ～24 h 后用虹吸法吸出殘餌，刺參糞便也用虹吸法分別于8:00和16:00 吸出，殘餌和糞便于65℃條件下分別烘干至恒重。試驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行28 d，試驗(yàn)結(jié)束后將刺參饑餓48 h，稱重獲得濕質(zhì)量，然后在65 ℃條件下烘干至恒重獲得干質(zhì)量。同一個(gè)水族箱中的刺參作為一個(gè)樣品，分析其碳、氮含量。利用Perkin-Elmer 240C 元素分析儀(Perkin -Elmer Company，USA)測(cè)定飼料、刺參糞便和刺參樣品中的碳、氮含量。

1.2.4 指標(biāo)計(jì)算

1)特定生長(zhǎng)率(SGR)。

其中:Wf和W0分別為試驗(yàn)終末和初始時(shí)刺參的濕體質(zhì)量(g);t 為試驗(yàn)時(shí)間(d)。

2)碳、氮收支模型的建立。

試驗(yàn)期間刺參的平均干質(zhì)量(g)=［初始參體濕質(zhì)量(g)×干濕比+終末參體干質(zhì)量(g)］/2。

根據(jù)測(cè)定的飼料、糞便、刺參體內(nèi)的碳和氮含量，以及刺參的攝食量、排糞量、刺參干質(zhì)量分別計(jì)算以下參數(shù):

(1)攝食碳、氮(CC、CN)=攝食量(g)×飼料中碳、氮含量(%)/［刺參的平均干質(zhì)量(g)×試驗(yàn)時(shí)間(d)］;

(2)生長(zhǎng)碳、氮(GC、GN)=［初始參體干質(zhì)量(g)×初始參體碳、氮含量(%)-終末參體干質(zhì)量(g)×終末參體碳、氮含量(%)］/［刺參的平均干質(zhì)量(g)×試驗(yàn)時(shí)間(d)］;

(3)糞便碳、氮(FC、FN)=糞便量(g)×糞便中碳、氮含量(%)/［刺參的平均干質(zhì)量(g)×試驗(yàn)時(shí)間(d)］。

(4)根據(jù)物質(zhì)的能量收支方程分別計(jì)算呼吸代謝碳(RC)和代謝氮(EN)，即

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。采用SPSS 17.0 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(one -way ANOVA)，用Duncan 氏法進(jìn)行組間多重比較，顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 刺參的生長(zhǎng)

試驗(yàn)開始時(shí)，各試驗(yàn)組刺參的初始體質(zhì)量無(wú)顯著性差異(P ＞0.05)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)各試驗(yàn)組刺參的特定生長(zhǎng)率有顯著性差異(P＜0.05)。從圖1可見:刺參的特定生長(zhǎng)率隨鹽度的升高呈先升高后降低的趨勢(shì)，其中鹽度為31.5 的試驗(yàn)組刺參SGR 顯著高于其他組(P＜0.05)，達(dá)到了1.6%/d;鹽度為27.0 的試驗(yàn)組顯著高于鹽度為22.0 的試驗(yàn)組(P＜0.05)，其余組間均無(wú)顯著性差異(P ＞0.05)。

2.2 刺參的碳收支

從表1可見:隨著鹽度的升高，攝食碳和呼吸代謝碳呈先降低后升高再降低的趨勢(shì)，糞便碳和生長(zhǎng)碳呈先增加后降低的趨勢(shì)。刺參的攝食碳、糞便碳和生長(zhǎng)碳均在鹽度為31.5 時(shí)最高，且顯著高于其他各組(P＜0.05)，呼吸代謝碳在鹽度為22.0和31.5 時(shí)較高，顯著高于其他各組(P＜0.05)，其余組間均無(wú)顯著性差異(P ＞0.05);而攝食碳、生長(zhǎng)碳、呼吸代謝碳和糞便碳均在鹽度為36.0 時(shí)最低。

圖1 各鹽度下刺參的特定生長(zhǎng)率(n=3)Fig.1 Specific growth rate in sea cucumber Apostichopus japonicus under four salinities(n=3)

從表1可見:不同鹽度下刺參攝食飼料中的碳后，糞便碳占攝食碳的比例最高(61.3% ～74.4%)，呼吸代謝碳占攝食碳的比例次之(21.7% ～ 34.9%)，而 用 于 生 長(zhǎng) 的 碳 最 少(3.8% ～4.7%)。多重比較結(jié)果表明:糞便碳占攝食碳的比例在鹽度為27.0 時(shí)最高，且各組間有顯著性差異(P＜0.05);呼吸代謝碳占攝食碳的比例在鹽度為22.0 時(shí)最高，且顯著高于其他各組(P＜0.05);生長(zhǎng)碳占攝食碳的比例在鹽度為31.5時(shí)最高，但各組間均無(wú)顯著性差異(P ＞0.05)。

各試驗(yàn)鹽度下，刺參的碳收支方程分別為

鹽度為22.0 時(shí)，100CC=61.3FC+3.8GC+34.9RC;

鹽度為27.0 時(shí)，100CC=74.4FC+3.9GC+21.7RC;

鹽度為31.5 時(shí)，100CC=71.6FC+4.7GC+23.7RC;

鹽度為36.0 時(shí)，100CC=72.7FC+4.3GC+22.8RC。

表1 各鹽度下刺參的碳收支參數(shù)以及對(duì)碳的轉(zhuǎn)化效率和代謝效率(n=3)Tab.1 Carbon parameters and carbon allocation into different physio－ecological process in sea cucumber Apostichopus japonicus under four salinities(n=3) mg/(g·d)

2.3 刺參的氮收支

從表2可見:隨著鹽度的升高，糞便氮和生長(zhǎng)氮呈先升高后降低的趨勢(shì)，攝食氮和代謝氮?jiǎng)t呈先降低后升高再降低的趨勢(shì)。刺參的攝食氮、糞便氮、生長(zhǎng)氮和代謝氮均在鹽度為31.5 時(shí)最高，均顯著高于其他各組(除鹽度為22.0 的代謝氮外)(P＜0.05);攝食氮、糞便氮和代謝氮均在鹽度為36.0 時(shí)最低，生長(zhǎng)氮在鹽度為22.0 時(shí)最低。

表2 各鹽度下刺參的氮收支參數(shù)以及對(duì)氮的轉(zhuǎn)化效率和代謝效率(n=3)Tab.2 Nitrogen parameters and nitrogen allocation into different physio－ecological process in sea cucumber Apostichopus japonicus under four salinities(n=3) mg/(g·d)

從表2可見:刺參攝食飼料中的氮后，大部分(56.6% ～64.7%)分配在糞便氮中，代謝氮占攝食氮的比例次之(27.0% ～32.6%)，生長(zhǎng)氮占攝食氮的比例最少(7.4% ～10.8%)。多重比較結(jié)果表明:糞便氮占攝食氮的比例在鹽度為27.0 時(shí)最高，且各組間有顯著性差異(P＜0.05);代謝氮占攝食氮的比例在鹽度為22.0和36.0 時(shí)較高，顯著高于其他各組(P＜0.05);生長(zhǎng)氮占攝食氮的比例在鹽度為36.0 時(shí)最高，但各組間無(wú)顯著性差異(P ＞0.05)。

各試驗(yàn)鹽度下，刺參的氮收支方程分別為

鹽度為22.0 時(shí)，100CN=60.0FN+7.4GN+32.6EN;

鹽度為27.0 時(shí)，100CN=64.7FN+8.3GN+27.0EN;

鹽度為31.5 時(shí)，100CN=62.3FN+9.8GN+27.9EN;

鹽度為36.0 時(shí)，100CN=56.6FN+10.8GN+32.6EN。

3 討論

3.1 鹽度對(duì)刺參生長(zhǎng)的影響

棘皮動(dòng)物中很多種類可以通過體腔液調(diào)節(jié)和等滲細(xì)胞調(diào)節(jié)來適應(yīng)鹽度的大幅度變化［5］，刺參也具有這種調(diào)節(jié)機(jī)制，其適宜鹽度為18 ～39［2］。本試驗(yàn)中設(shè)置的鹽度梯度均在刺參的耐受鹽度范圍內(nèi)。當(dāng)水生生物體液和外界水體兩者的滲透壓相等時(shí)，水體的鹽度即為等滲點(diǎn)［4，6-7］。刺參攝食量和特定生長(zhǎng)率的變化也可以反映刺參對(duì)鹽度的適宜程度，從本試驗(yàn)結(jié)果來看，鹽度為31.5 的試驗(yàn)組刺參對(duì)碳、氮的攝食率最高，刺參的特定生長(zhǎng)率也顯著高于其他各組，這說明試驗(yàn)期間自然海水(鹽度31.5)與其他試驗(yàn)鹽度相比最接近刺參的等滲點(diǎn)。刺參通過調(diào)節(jié)滲透壓來適應(yīng)外界鹽度是一個(gè)消耗自身物質(zhì)和能量的生理過程，刺參處于等滲點(diǎn)時(shí)用于滲透壓調(diào)節(jié)的物質(zhì)和能量最少，特定生長(zhǎng)率最高，生長(zhǎng)則較快［8］。鹽度為22.0 的試驗(yàn)組刺參的特定生長(zhǎng)率最低，而代謝碳、氮相對(duì)較高，過高的代謝碳、氮主要用在了調(diào)節(jié)體液滲透壓適應(yīng)外界鹽度上。因此，鹽度為22.0 的試驗(yàn)組刺參雖然具有較高的碳、氮攝食率，但不能轉(zhuǎn)換為刺參體質(zhì)量的顯著增加［9-10］。

3.2 鹽度對(duì)刺參碳收支的影響

當(dāng)刺參處在最適鹽度時(shí)體內(nèi)外的滲透壓處于平衡狀態(tài)，不需要過多的物質(zhì)和能量來保持體內(nèi)的環(huán)境穩(wěn)定，刺參攝食的物質(zhì)和能量分配到生長(zhǎng)中的比例增大［3，11］。本試驗(yàn)中，鹽度為31.5 的試驗(yàn)組刺參的生長(zhǎng)碳最多(5.92 mg/(g·d))，所占攝食碳的比例也是最大(4.7%)，但在其他鹽度下刺參的生長(zhǎng)碳比例逐漸減小，可見刺參對(duì)碳的分配也符合上述規(guī)律。由表1可以看出，鹽度為22.0 的試驗(yàn)組，刺參攝食碳的量大于鹽度為27.0 的試驗(yàn)組，其呼吸代謝碳的量最大(33.11 mg/(g·d))，占攝食碳的比例也最大(34.9%)，糞便碳占攝食碳的比例顯著小于其他組，這說明鹽度為22.0 的試驗(yàn)組刺參為了對(duì)抗外界很低的滲透壓必須依靠增大攝食碳的量，同時(shí)減少糞便碳和生長(zhǎng)碳的分配比例來滿足呼吸代謝對(duì)碳的消耗，以此維持其在低鹽度下對(duì)物質(zhì)和能量的需求［9］。中國(guó)對(duì)蝦在鹽度適宜時(shí)生長(zhǎng)碳占攝食碳的比例為25.84%［10］，三疣梭子蟹幼蟹在溫度適宜時(shí)生長(zhǎng)碳占攝食碳的比例為34.5%［11］，且中國(guó)對(duì)蝦和三疣梭子蟹幼蟹在受到鹽度、溫度等環(huán)境脅迫時(shí)會(huì)出現(xiàn)攝食碳升高、代謝碳比例升高、生長(zhǎng)碳比例下降的現(xiàn)象［1，10-11］。從本試驗(yàn)結(jié)果看，刺參亦具有此類調(diào)節(jié)機(jī)制。

3.3 鹽度對(duì)刺參氮收支的影響

棘皮動(dòng)物氮的排泄與其滲透壓調(diào)節(jié)過程有著密切的關(guān)系，棘皮動(dòng)物可以通過游離氨基酸的分解或者合成來調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓［12］。低鹽度脅迫下，棘皮動(dòng)物氨氮排泄量的增加可能是其體內(nèi)游離氨基酸分解引起的［12-13］。刺參也具有類似的調(diào)節(jié)機(jī)制，有研究發(fā)現(xiàn)，刺參單位質(zhì)量排氨率在鹽度為30 以下時(shí)較低，在鹽度升高到35 以上或降低到23(幼參)、20(1 齡)時(shí)，其單位質(zhì)量的排氨率均上升［14］。袁秀堂等［4］在研究鹽度對(duì)刺參呼吸和排泄的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，刺參在鹽度為28 ～34 之外時(shí)，鹽度脅迫帶來的滲透壓調(diào)節(jié)需要體內(nèi)較多的游離氨基酸分解，進(jìn)而導(dǎo)致排氨率上升。結(jié)合本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，刺參在鹽度為22.0和36.0 時(shí)為了適應(yīng)外界的滲透壓，調(diào)節(jié)了體內(nèi)游離氨基酸的代謝水平，這是導(dǎo)致鹽度為22.0和36.0 時(shí)刺參代謝氮比例升高、生長(zhǎng)氮減少的主要原因。在受到環(huán)境因素(鹽度、溫度等)脅迫時(shí)，魚類和多毛類也具有和刺參相似的調(diào)節(jié)機(jī)制，即加大代謝氮的比例來適應(yīng)環(huán)境脅迫，從而導(dǎo)致了生長(zhǎng)氮的比例減?。?5-16］。

在中國(guó)刺參養(yǎng)殖的主要區(qū)域——遼寧省和山東省，冬季刺參養(yǎng)殖池塘結(jié)冰，海水鹽度會(huì)升高;初春化冰，海水鹽度急劇降低［3，17］。春季池塘化冰時(shí)，對(duì)低鹽適應(yīng)能力較弱的刺參仍然需要調(diào)整滲透壓及碳、氮收支等生理過程來適應(yīng)鹽度的迅速下降［8］。為了盡可能降低結(jié)冰、化冰對(duì)刺參養(yǎng)殖池塘鹽度的影響，在冬季結(jié)冰前應(yīng)大量加注新鮮海水，使池塘保持較高水位;在初春化冰時(shí)可以排掉表層低鹽海水(排淡)、加注新鮮海水，同時(shí)又不會(huì)引發(fā)池塘水溫的降低。有研究表明，刺參養(yǎng)殖池塘“排淡”前，至少需要保持170 cm 的水深［17］。采取以上措施可減輕鹽度變化對(duì)池塘刺參的脅迫，使其在適宜的鹽度下生長(zhǎng)。

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