溫度和體質(zhì)量對巖蟲碳收支的影響

張文龍， 劉聲宇， 劉曉威， 李旭， 周一兵， 楊大佐

(1.大連海洋大學(xué)遼寧省海洋生物資源恢復(fù)與生境修復(fù)重點實驗室，遼寧大連116023；2.大連海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點實驗室，遼寧大連116023；3.大連市生產(chǎn)力促進中心，遼寧大連116021)

巖蟲Marphysa sanguinea隸屬于環(huán)節(jié)動物門、多毛綱、磯沙蠶科、巖蟲屬，俗稱紅沙蠶、黃金沙蠶，是廣泛分布于中國沿海潮間帶巖礁和泥沙底質(zhì)區(qū)的大型淺海底棲多毛類。其在攝食利用沉積有機物的同時，能夠疏通底質(zhì)、改善底質(zhì)結(jié)構(gòu)、加快物質(zhì)循環(huán)。由于其血色鮮紅、肉質(zhì)肥厚，在日本釣漁業(yè)被譽為 “黃金釣餌”，具有顯著的經(jīng)濟效益[1]。純化的巖蟲抗菌肽已被證實對肝癌細胞增殖和甲胎蛋白(AFP)分泌均有抑制作用[2]。近年來，隨著海洋游釣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國際市場對巖蟲的需求日益增加，但由于過度采捕，中國的巖蟲自然資源明顯下降，通過人工增養(yǎng)殖提高巖蟲資源量是促進資源可持續(xù)利用的重要途徑[1，3－4]。

碳是生物體內(nèi)含量最多的元素。對于異養(yǎng)生物而言，碳元素主要來源于棲息生境中各種餌料，碳的吸收與利用主要取決于碳的轉(zhuǎn)化效率，即生物體所攝入的碳在生命活動中的分配情況[5]。對于海洋生物而言[6]，不同生物對于碳的吸收與利用情況有明顯差異，外界環(huán)境因子對生物體內(nèi)碳的分配與利用具有一定影響。從已有的研究中可見，環(huán)境溫度和體質(zhì)量是海洋生物體對食物中碳元素吸收利用的主要影響因子[7]。目前，國內(nèi)外一些學(xué)者先后報道了不同海洋動物的碳元素收支利用，如對蝦[7－8]、 刺參[9]、 貽貝[10]、 長牡蠣[11]等， 但關(guān)于巖蟲的碳吸收利用情況尚未見報道。本研究中，通過研究不同溫度與體質(zhì)量條件下，食物中碳元素在巖蟲體內(nèi)的分配與利用情況，建立了巖蟲的碳收支方程，以期能為掌握底棲動物營養(yǎng)物質(zhì)利用，開展巖蟲人工配合餌料與養(yǎng)殖研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用巖蟲采自大連市黑石礁近海潮間帶，采用人工挖捕方式采集。試驗用海水取自大連市黑石礁海域，經(jīng)沉淀沙濾后貯存?zhèn)溆茫}度為31～32。

1.2 方法

1.2.1 養(yǎng)殖管理 挑選蟲體完整、活力健壯的巖蟲作為試驗動物。按蟲體濕質(zhì)量分為3組:(1.2±0.1)、(4.0±0.3)、(8.5±1.1)g， 分別記為S、M、L組，放入品字缸(50 cm×40 cm×40 cm)中。水槽底部放置若干U型塑料管以模擬巖蟲喜穴居的自然生境，以控溫儀 (HXSWT－100)控制溫度。每天換水1次，微充氣保證溶氧充足。每天晚上換水后按照總蟲體體質(zhì)量的5%～10%投喂新鮮孔石莼Ulva pertusa。

1.2.2 試驗設(shè)計 試驗設(shè)16、20、24℃ 3個溫度組，每個溫度設(shè)3個重復(fù)，S組放2尾巖蟲，M和L組各放1尾巖蟲，并設(shè)空白對照組 (無巖蟲)。試驗初始水溫為10℃，巖蟲暫養(yǎng)7 d后每日升溫1℃，達到試驗溫度后，使巖蟲適應(yīng)3～7 d后進行各項試驗。試驗期間，每天用虹吸法及時收集殘餌和糞便，烘干后保存用于攝食率和排糞率的測定。

1.2.3 碳含量的測定 將待測的巖蟲、孔石莼和糞便樣品在70℃下烘干至恒重，研碎均勻，用元素分析儀測定樣品中的碳含量。

用Winkler碘量法測定水樣中的溶氧量，根據(jù)對照組、試驗組水中溶氧變化計算耗氧率:

其中:O為單位體質(zhì)量耗氧率[mg/(g·h)]；O0、OT分別為試驗結(jié)束時對照組、試驗組水體中溶解氧濃度 (mg/L)；t為試驗時間 (h)；V為試驗水體積 (L)；W為試驗蟲體干質(zhì)量 (g)。

代謝碳率根據(jù)耗氧率來計算，根據(jù)C∶O＝1∶2計算得出:1 mg(O2)＝0.375 mg(C)。

1.2.4 最小碳需求量 生物體吸收的碳量僅能夠維持其代謝需求量，此時的碳需求量稱為最小碳需求量 (minimal carbon requirement， MCR)。Warren等[12]提出的碳收支方程為

其中:CC為攝食碳；FC為糞便碳；UC為排泄碳；RC為代謝碳 (IC)；PC為累積碳。由于排泄損失的碳量比例很小，可以暫將UC忽略，故一般用PC＝CC－FC－RC來計算生長碳量，即吸收的碳量減去代謝碳量的值[13－14]。 當PC＝0 時， 即 CC－RC＝FC， 吸收碳量僅能夠維持代謝的量，這時的碳需求量就是最小碳需求量[MCR，mg/(g·h)]，其計算公式為

MCR＝0.375×R×QR。 (3)其中:R為耗氧率；QR為呼吸熵 (生物體在同一時間內(nèi)，釋放二氧化碳與吸收氧氣的摩爾比)，其大小根據(jù)生物體利用能源物質(zhì) (如碳、氮)的不同而不同，一般為0.7～1.0，本試驗中取0.85[15]。

1.3 碳元素收支平衡

根據(jù)測得的石莼和巖蟲糞便中的碳含量，以及巖蟲對石莼的攝食率、排泄碳率和排糞率，分別計算出巖蟲的CC、RC＋UC和FC，再根據(jù)生物能量收支方程得出:

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下巖蟲的攝食碳率

巖蟲對孔石莼中碳的攝食率見圖1。當溫度由16℃上升到20℃時，各規(guī)格下巖蟲的碳攝食率均增高，當溫度繼續(xù)升高到24℃時，攝食率反而降低；同一溫度下，攝食率隨體質(zhì)量的增加而減少。

圖1 不同溫度下巖蟲的碳攝食率Fig.1 Carbon ingestion rate of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures

以巖蟲的干質(zhì)量為區(qū)組變量，溫度為分組變量，單位體質(zhì)量攝食碳量為觀測數(shù)據(jù)，變量經(jīng)雙因素方差分析表明，溫度和體質(zhì)量對攝食碳有極顯著影響 (F＝64.95， P＜0.01； F＝30.14， P＜0.01)。多重比較結(jié)果表明:同一溫度下，S組碳攝食率均顯著高于M、L組 (P＜0.05)，而M、L組間無顯著性差異 (P＞0.05)；S組各溫度下碳攝食率無顯著性差異 (P＞0.05)，M、L組在20℃時有最大值，與16℃和24℃時有顯著性差異 (P＜0.05)。

體質(zhì)量與攝食碳呈負相關(guān)關(guān)系，可用關(guān)系式COC＝aWb表示，其中 COC為巖蟲的碳攝食率[mg/(d·g)]，W為巖蟲的干體質(zhì)量 (g)，a、b為系數(shù)。a值的生物學(xué)意義為個體單位質(zhì)量的碳攝食率。溫度16℃時a值最高，為11.61；b值為單位體質(zhì)量碳攝食率隨體質(zhì)量增加的減少比率，變動范圍為－0.47～－0.89(表1)。在同一溫度下，碳攝食率隨體質(zhì)量增大而減小，兩者之間顯著相關(guān)。

表1 不同溫度下巖蟲體質(zhì)量與攝食碳率的關(guān)系Tab.1 Parameters of regressive equation between carbon ingestion rate and body weight of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures

2.2 巖蟲碳吸收率

從表 2可見:碳的吸收效率 AC范圍為50.2%～76.9%，以20℃時最高，溫度高于或低于20℃，AC均會降低，溫度對AC有極顯著性影響(F＝77.81，P＜0.01)；碳的 KC范圍為 13.4%～44.1%，顯示巖蟲對餌料中的碳具有較高的吸收率；隨著溫度的升高KC也升高，溫度為20℃時達到最大值，之后又隨著溫度的升高而降低，溫度對KC也有極顯著性影響 (F＝8.14，P＜0.01)。在16℃和20℃下，S組巖蟲的AC、KC均顯著大于M、L組 (P＜0.05)；24℃下，S組和M組的AC、KC均無顯著性差異 (P＞0.05)，二者均顯著大于L組(P＜0.05)。

表2 不同溫度下巖蟲的碳吸收效率和碳毛生長率Tab.2 Carbon assimilation efficiency and gross growth rate of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures %

2.3 巖蟲的最小碳需求量

從圖2可見，各溫度下，隨體質(zhì)量的增加最小碳需求量減少。經(jīng)雙因素方差分析表明，溫度對最小碳需求量有顯著性影響 (F＝3.88，P＝0.04)，體質(zhì)量對最小碳需求量有極顯著性影響 (F＝13.05，P＜0.01)。經(jīng)Tukey檢驗表明，S組與M、L組有顯著性差異 (P＜0.05)，而M、L組間無顯著性差異 (P＞0.05)。最小碳需求量 (MCR)與蟲體干質(zhì)量 (W)呈負冪函數(shù)關(guān)系，即MCR＝aWb，其中a、b為參數(shù)。a值的生物學(xué)意義為個體單位質(zhì)量的MCR，在溫度24℃時，a值最小為4.20；b值為單位體質(zhì)量MCR隨體質(zhì)量增加的減少比率，變動范圍為－0.33～－0.90(表3)。

圖2 不同溫度下巖蟲的最小碳需求量Fig.2 Minimal carbon requirement of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures

表3 不同溫度下巖蟲最小需碳量與體質(zhì)量的關(guān)系Tab.3 Parameters of regressive equation between minimal carbon requirement and body weight of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures

2.4 巖蟲攝食碳的分配

假設(shè)攝食的碳為100%，計算其他各組分比例，建立了16、20、24℃下不同規(guī)格巖蟲對餌料中碳的收支方程。從表4可見:溫度為16～24℃時，由呼吸和排泄消耗的碳占攝食碳的比例最大，為47.3%～64.9%，20℃時生長累積碳占攝食碳的比例最高，為19.1%～44.1%。

3 討論

3.1 巖蟲對碳的吸收效率及毛生長率

碳對一切生命而言均是一種非常重要的基本構(gòu)成元素，是一切有機物的基本成分。吸收效率體現(xiàn)了種類的消化能力，其受到許多生物及非生物因素的影響，如生物體質(zhì)量、生理狀態(tài)、攝食水平和水溫等。康斌等[16]報道了鮻Liza haematocheila對高營養(yǎng)價餌料的碳吸收效率為84.6%，對低營養(yǎng)價餌料的值為90.4%。張碩等[7]報道，20℃和25℃時，中國對蝦攝食沙蠶的平均碳吸收效率分別為95.6%和97.1%。郭東暉等[17]報道了中華假磷蝦Pseudeuphausia sinica碳吸收效率為84%～95%。本試驗中，16、20、24℃下巖蟲碳吸收效率平均分別為53.0%、66.7%和58.2%，而且同一溫度下，體質(zhì)量小的巖蟲碳吸收效率較高。本試驗結(jié)果低于已報道的數(shù)據(jù)，這可能與生物體質(zhì)量、餌料中碳的含量及計算方法不同均有關(guān)系。碳的毛生長率是攝取的碳分配給生長碳的比例，是巖蟲生長的重要指標。本研究中，溫度是影響碳毛生長率的主要因子。王俊等[18]報道了三疣梭子蟹Portunus trituberculatus幼蟹的碳毛生長率隨著溫度升高而升高，平均為28%，而張碩等[7]報道中國對蝦在20～25℃內(nèi)，碳累積率隨著溫度升高而降低，平均為24.9%。本研究中，巖蟲在16、20、24℃下碳毛生長率平均分別為16.9%、30.7%和23.2%，且均隨著溫度升高而發(fā)生變化，20℃時達到最大值，而當溫度繼續(xù)升高，碳累積率下降，顯示出20℃是巖蟲碳累積的最佳溫度。

表4 不同溫度下巖蟲的碳元素收支Tab.4 Carbon budget of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures %

3.2 巖蟲的最小碳需求量

溫度通過生命代謝活動進而影響著生物體碳需求量與碳消費。有關(guān)環(huán)境因子對多毛類最小碳需求量影響的研究報道并不多，但是對貝類、刺參等物種的研究較多。毛興華等[15]對海灣扇貝Argopectens irradias和櫛孔扇貝Chlamys farreri的最小碳需求量進行了研究，結(jié)果表明，單位軟體部干質(zhì)量的最小碳需求量與個體大小呈負相關(guān)關(guān)系。王玲[19]研究了溫度和體質(zhì)量對雙齒圍沙蠶最小碳需求量的影響，試驗范圍內(nèi)，最小碳需求量以20℃時為最低，單位體質(zhì)量最小碳需求量與體質(zhì)量呈負冪函數(shù)關(guān)系:MCR＝aWb，a值在20℃時有最小值1.54，b值變動范圍為－0.41～－0.67。董波等[13]研究了溫度為9～26℃時菲律賓蛤仔Ruditapes philippinarum的最小碳需求量，其需求量 (Y)與蛤仔軟體部干質(zhì)量 (X)呈冪函數(shù)關(guān)系 Y＝aXb，b值平均為0.43±0.12。本試驗中，水溫為16℃時，由于溫度較低，巖蟲要消耗較大部分的碳來適應(yīng)環(huán)境并維持自身代謝需要，故在該溫度下，巖蟲的最小碳需求量上升。在溫度為20～24℃時，巖蟲的最小碳需求量較小，累積碳大部分用于其個體生長。另外，在相同溫度下，巖蟲的最小碳需求量與體質(zhì)量呈負相關(guān)關(guān)系，即小個體的巖蟲的最小碳需求量高，這說明小個體正處于快速生長階段，代謝旺盛，這符合一般生物的代謝規(guī)律[14，20]。

3.3 巖蟲的碳收支

碳收支體現(xiàn)生物對食物中來源的碳元素的消化、吸收與利用，不同環(huán)境和生物個體對食物中碳元素的利用支出也不盡相同，且受到多種生物和非生物環(huán)境因子影響。對于水生生物來說，測定食物中碳元素的支出主要是通過測定食物的吸收效率得到。但其測定的難點在于水生動物的食物與糞便均產(chǎn)生在水環(huán)境中，收集較為困難，且易于溶解和損失。巖蟲碳收支測定中規(guī)避了上述難點，巖蟲攝食大型海藻孔石莼，食物易于采樣分析。同時，巖蟲的糞便為黏膜包裹的小型顆粒狀，不易分散到水中，因此，試驗中的吸收效率測定誤差較小。

王玲[19]對雙齒圍沙蠶的攝食碳率進行了研究，結(jié)果表明，隨著溫度的上升，20℃時攝食碳達到最高，溫度繼續(xù)升到24℃時，攝食碳顯著降低。在同一溫度下，攝食碳率與體質(zhì)量呈負相關(guān)關(guān)系。張碩等[7]對中國對蝦的碳收支進行測定發(fā)現(xiàn)，隨溫度升高和體質(zhì)量下降，碳攝食量顯著增加。規(guī)格對攝食碳分配比率影響不大，溫度是影響碳分配的主要影響因素。本研究結(jié)果表明，在20℃時巖蟲生長碳占攝食碳的比例出現(xiàn)最大值，而并非隨溫度升高而持續(xù)增加，毛生長率也呈現(xiàn)這種規(guī)律。表明在溫度變化條件下，巖蟲自身具有一定的生理適應(yīng)性，主要原因是，16～24℃時巖蟲代謝碳占攝食碳的比例變化不大。生長能的比率主要是由排糞中的碳決定的，攝食碳隨溫度升高而明顯增加，同時代謝碳變化不大，這樣就導(dǎo)致了溫度上升過程中生長碳占攝食碳比例的增加，并在20℃時達到最高值。隨著溫度繼續(xù)升高，當溫度達到24℃時，巖蟲攝食碳率降低，吸收效率也降低，排糞碳占攝食碳的比例升高，所以生長碳占攝食碳的比例也隨之降低。

參考文獻:

[1] 于海志，朱麗巖，鄭家聲.巖蟲的性腺發(fā)育和生殖周期[J].中國水產(chǎn)科學(xué)，2005，12(6):669－674.

[2] 潘衛(wèi)東，劉向輝，戈峰.海洋巖蟲抗菌肽篩選及抗癌活性的初步研究[J].中國海洋藥物，2004，23(3):1－6.

[3] 楊大佐，周一兵，陳愛華，等.巖蟲室內(nèi)人工繁育的初步研究[J].水產(chǎn)科學(xué)，2011，30(9):572－574.

[4] 蔡含筠，侯林，馬明輝.巖蟲的個體發(fā)育[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，1994，17(4):328－335.

[5] Houghton R A.Balancing the global carbon budget[J].Annual Review of Earth and Planetary Sciences，2007，35(1):313－347.

[6] Schindler D W，Curtis P J，Bayley S E，et al.Climate－induced changes in the dissolved organic carbon budgets of boreal lakes[J].Biogeochemistry，1997，36(1):9－28.

[7] 張碩，董雙林，王芳.溫度和體重對中國對蝦碳收支的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2000，11(4):615－617.

[8] 張碩，董雙林，王芳.中國對蝦生物能量學(xué)研究:Ⅱ.溫度和體重對能量收支的影響[J].青島海洋大學(xué)學(xué)報，1998，28(2):228－232.

[9] 孟雷明，王麗麗，雷艷，等.鹽度對刺參碳、氮收支影響的初步研究[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報，2013，28(1):34－38.

[10] Smaal A C，Vonck A P M A.Seasonal variation in C，N and P budgets and tissue composition of the mussel Mytilus edulis[J].Marine Ecology Progress Series，1997，153:167－179.

[11] Bayne B L.Carbon and nitrogen relationships in the feeding and growth of the Pacific oyster，Crassostrea gigas(Thunberg)[J].Journal of Experimental Marine Biology and Ecology，2009，374(1):19－30.

[12] Warren C E，Davis G E.Laboratory studies on the feeding，bioenergetics，and growth of fish[R].Corvallis，OR:Pacific Cooperative Water Pollution and Fisheries Research Laboratories，Agricultural Experiment Station，Oregon State University，1967:19－20.

[13] 董波，李軍，王海燕，等.不同溫度與餌料濃度下菲律賓蛤仔的能量收支[J].中國水產(chǎn)科學(xué)，2003，10(5):398－403.

[14] Griffiths C L，Griffiths R J.Animal Energetics:Volume 2.Bivalvia Through Reptilia[M].Amsterdam:Elsevier，1987.

[15] 毛興華，郝亞威，楊小龍.海灣扇貝和櫛孔扇貝的碳代謝及能量代謝[J].海洋學(xué)報，1997，19(4):132－137.

[16] 康斌，線薇微，武云飛.不同攝食水平條件下鮻的碳收支研究[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報，2007，37(2):247－250.

[17] 郭東暉，李少菁，陳峰，等.中華假磷蝦碳氮收支的實驗研究[J].海洋學(xué)報，2005，27(1):101－106.

[18] 王俊，姜祖輝，陳瑞盛，等.三疣梭子蟹幼蟹的攝食和碳收支[J].海洋水產(chǎn)研究，2004，25(6):25－29.

[19] 王玲.雙齒圍沙蠶(Perinereis aibuhitensis Grube)能量收支及碳、氮元素收支的研究[D].大連:大連水產(chǎn)學(xué)院，2004.

[20] 劉英杰.青蛤攝食生理和代謝生理以及能量收支的基礎(chǔ)研究[D].青島:中國海洋大學(xué)，2005.