遼東灣4種海洋生物的熱耐受性研究*

任中華 宋駿杰 劉永葉 曹 亮

(1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266071；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266071；3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049；4. 環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心 北京 100082)

近年來，我國(guó)海濱地區(qū)的多座大型核電廠將其循環(huán)冷卻水(溫排水)直接排入環(huán)境水體，使受納海域的水溫升高，而排水口的水溫可升高8℃～12℃(Bamber,1995)，造成局部海域熱污染。溫度升高不僅改變了受納海域的理化性質(zhì)，而且影響海洋生物的繁殖和發(fā)育，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響生物的生長(zhǎng)和存活，造成大范圍海域內(nèi)生物的消失，威脅著該海域的物種多樣性，對(duì)近海生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生深刻的負(fù)面效應(yīng)(Gooseff et al, 2005)。溫排水對(duì)近岸海域生態(tài)環(huán)境及海洋生物產(chǎn)生的熱污染已引起人們的普遍關(guān)注，成為熱(核)電廠工程建設(shè)規(guī)劃和環(huán)境評(píng)價(jià)中考慮的首要問題之一(陳全震等, 2004)。開展海洋生物熱耐受性研究，查明海洋生物溫度適應(yīng)能力，能更科學(xué)地認(rèn)識(shí)溫排水對(duì)海洋生物和海洋生態(tài)環(huán)境的熱效應(yīng)。

海洋生物熱耐受性研究始于國(guó)外學(xué)者 Carter(1887)對(duì)魚類溫度適應(yīng)能力及可塑性等方面的研究。其后，許多學(xué)者對(duì)海洋生物熱耐受性研究方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)和改進(jìn)(Hutchison, 1961; Kilgour et al, 1986; Beitinger et al, 2000)。生物熱耐受性實(shí)驗(yàn)是熱生物學(xué)研究領(lǐng)域中的普遍方法，包括動(dòng)態(tài)溫升實(shí)驗(yàn)和靜態(tài)實(shí)驗(yàn)2種：前者是以一定的升溫速率對(duì)水體進(jìn)行持續(xù)加熱，觀察實(shí)驗(yàn)過程中受試生物因溫升受到熱刺激而發(fā)生的行為反應(yīng)，評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是最大臨界溫度(Critical temperature maximum, CTMax)(Becker et al, 1979;Fangue et al, 2003; Selong et al, 2001)；后者是將生物體從某一適應(yīng)溫度突然暴露于實(shí)驗(yàn)溫度，統(tǒng)計(jì)一定時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)生物的存活情況，評(píng)價(jià)指標(biāo)為高起始致死溫度(Upper incipient lethal temperature, UILT50) (江志兵等, 2008; 廖一波等, 2008; Kivivuori et al, 1996)。靜態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)苤苯臃从硨?shí)驗(yàn)生物的死亡率與溫度之間的關(guān)系，但所用實(shí)驗(yàn)生物較多，周期較長(zhǎng)(Bennett et al,1997)；而動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)與自然水域條件相似，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，所需實(shí)驗(yàn)生物較少，能夠較快地獲取數(shù)據(jù)，尤其適用于對(duì)瀕危物種的耐熱性研究(Ospina et al, 2004)。在海洋生物熱耐受性研究中，運(yùn)用動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)更符合海水溫度變化的現(xiàn)狀，能客觀的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)生物的熱耐受力。半致死溫度(Lethal temperature of 50%, LT50)建立在CTMax基礎(chǔ)之上，定義為在特定基礎(chǔ)水溫下以一定的溫升速率加熱直到實(shí)驗(yàn)生物出現(xiàn) 50%死亡率時(shí)的溫度。CTMax以實(shí)驗(yàn)生物喪失逃避致死環(huán)境能力作為端點(diǎn)(Cox, 1974)，而LT50以實(shí)驗(yàn)生物50%死亡率為端點(diǎn)，更能反映熱沖擊下海洋生物的熱耐受特征，是對(duì)海洋生物熱耐受性評(píng)價(jià)指標(biāo)的有效補(bǔ)充。

遼東灣位于渤海北部，周年平均水溫為14.8℃，最高值出現(xiàn)在8月(28.8℃)，最低值出現(xiàn)在12月(?2.1℃)；周年鹽度變化為 29.2～31.2。該海域生物資源豐富，是我國(guó)重要漁場(chǎng)之一，主要經(jīng)濟(jì)漁業(yè)生物有矛尾虎魚(Chaeturichthys stigmatias)、梭魚(Liza haematocheila)、大瀧六線魚(Hexagrammos otakii)、許氏平(Sebastes schlegeli)、口蝦蛄(Oratosquilla oratoria)、日本蟳(Charybdis japonica)和三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)等。遼東灣東側(cè)海域沿岸的大型核電廠將大量循環(huán)冷卻水排入該海域，對(duì)生態(tài)環(huán)境和海洋生物產(chǎn)生重大潛在威脅。本研究以遼東灣的重要經(jīng)濟(jì)魚類(矛尾虎魚和許氏平)和甲殼類(口蝦蛄和日本蟳)為研究對(duì)象，采用動(dòng)態(tài)溫升實(shí)驗(yàn)方法，研究不同基礎(chǔ)水溫和溫升速率對(duì)4種實(shí)驗(yàn)生物L(fēng)T50的影響，以期揭示海洋生物的熱耐受能力及其對(duì)溫度的適應(yīng)性，為海洋生物熱耐受性評(píng)價(jià)提供重要參數(shù)，也為核電站溫排水的環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法的構(gòu)建及其排放控制標(biāo)準(zhǔn)的建立和完善提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用矛尾虎魚、許氏平、口蝦蛄和日本蟳均為1齡內(nèi)幼體，取自遼東灣東部自然水域?？紤]到不同適應(yīng)水溫對(duì)實(shí)驗(yàn)生物熱耐受性的影響，實(shí)驗(yàn)分別在冬季、春季和夏季進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)生物獲取時(shí)的海水溫度分別為 8.0℃(冬季)、14.0℃～18.0℃(春季)、24.0℃～28.0℃(夏季)，實(shí)驗(yàn)生物規(guī)格見表1。實(shí)驗(yàn)開始前，在基礎(chǔ)水溫(表1)下馴化3～7 d，然后選取大小均勻、活動(dòng)能力強(qiáng)的個(gè)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)在 150 L水體的水槽內(nèi)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)用水取自遼東灣東部自然海域，鹽度為28.2～30.2，pH為8.1～8.2。實(shí)驗(yàn)過程中充氣，光照為自然光照條件。各水槽水溫由精密控溫儀(溫控范圍為0～90℃，感溫靈敏度為0.1℃，韓國(guó)A-MI 211H；鈦加熱棒為100～2000 W，德國(guó)Armaturenbau)控制。實(shí)驗(yàn)期間，定時(shí)用水銀溫度計(jì)測(cè)定核對(duì)水槽內(nèi)水溫。

1.2.2 動(dòng)態(tài)溫升實(shí)驗(yàn) 本實(shí)驗(yàn)是在持續(xù)升溫條件下研究海洋生物的熱耐受特征?；A(chǔ)水溫根據(jù)各實(shí)驗(yàn)季節(jié)自然海水的平均水溫設(shè)置為 8.0℃(冬季)、14.0℃和 18.0℃(春季)、24.0℃和 28.0℃(夏季)。各基礎(chǔ)水溫下均設(shè)置9個(gè)溫升速率梯度：0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、9.0、12.0、15.0℃/h，每個(gè)溫度處理設(shè)3個(gè)平行組，內(nèi)置生物個(gè)體的數(shù)量見表1，采用多物種混合實(shí)驗(yàn)方式。以基礎(chǔ)水溫為起始溫度，按照設(shè)定溫升速率對(duì)水體進(jìn)行持續(xù)升溫，同時(shí)，記錄受試生物死亡數(shù)量，記錄死亡數(shù)量達(dá)到總數(shù)一半時(shí)的水溫，該水溫為L(zhǎng)T50。實(shí)驗(yàn)過程中，以生物鰓蓋(魚類)停止運(yùn)動(dòng)，碰觸無反應(yīng)等定義為生物個(gè)體死亡(Becker et al, 1979)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)(Kolmogorov-Smirnov test)和方差齊性檢驗(yàn)(Levene test)。在滿足正態(tài)分布和方差齊性條件下，進(jìn)行方差分析(ANOVA)和多重比較(Duncan test)。對(duì)動(dòng)態(tài)溫升實(shí)驗(yàn)中各實(shí)驗(yàn)生物的LT50值進(jìn)行可重復(fù)雙因素方差分析(Two-way ANOVA)，分析溫升速率和基礎(chǔ)水溫對(duì)實(shí)驗(yàn)生物 LT50的影響。以上分析均在IBM SPSS Statistics 22.0上進(jìn)行，顯著性水平設(shè)為P=0.05。

2 結(jié)果

雙因素方差分析結(jié)果顯示，基礎(chǔ)水溫和溫升速率顯著(P＜0.05)影響4種實(shí)驗(yàn)生物L(fēng)T50(表2)。各溫升速率處理組中，4種實(shí)驗(yàn)生物的LT50隨著基礎(chǔ)水溫的升高呈顯著升高趨勢(shì)(P＜0.05)，且在同一溫升速率下各基礎(chǔ)水溫間的LT50存在顯著差異(P＜0.05)。而溫升速率對(duì)各實(shí)驗(yàn)生物 LT50的影響因基礎(chǔ)水溫和物種而異(圖 1～圖 5)。

表1 4種實(shí)驗(yàn)生物的規(guī)格Tab.1 Sizes of four experimental animals

表2 基礎(chǔ)水溫和溫升速率對(duì)4種實(shí)驗(yàn)生物L(fēng)T50的影響的顯著性分析Tab.2 ANOVA results of the interaction of acclimation temperature and heating rate on the LT50 of four experimental species

在基礎(chǔ)水溫為 8.0℃時(shí)，許氏平、矛尾虎魚和口蝦蛄的 LT50隨溫升速率的增大而顯著降低(P＜0.05) (圖1)。在低溫升速率為0.5℃/h時(shí)，3種實(shí)驗(yàn)生物的 LT50均顯著高于其他溫升速率(1.0～15.0℃/h)下的LT50(P＜0.05)，且3種實(shí)驗(yàn)生物的LT50最大值均出現(xiàn)在溫升速率最小的0.5℃/h處理組，分別為31.9℃、35.6℃和30.6℃；而LT50最小值分別為30.4℃(2.0℃/h)、33.5℃ (12.0℃/h)和 29.1℃(1.0℃/h)。許氏平LT50在溫升速率為2.0～15.0℃/h范圍內(nèi)差異不顯著，變化范圍為 30.4℃～30.9℃；口蝦蛄 LT50在溫升速率為1.0～15.0℃/h范圍內(nèi)差異不顯著，變化范圍為29.1℃～30.3℃。各溫升速率處理組中，日本蟳的LT50均高于其他 3種實(shí)驗(yàn)生物，且當(dāng)溫升速率≤4.0℃/h時(shí)，日本蟳 LT50差異不顯著，而當(dāng)溫升速率≥5.0℃/h時(shí)，日本蟳LT50顯著降低(P＜0.05)。日本蟳LT50最大值出現(xiàn)在溫升速率0.5℃/h處理組，為39.9℃；最小值則出現(xiàn)在12.0℃/h處理組，為37.6℃。

圖1 8.0℃基礎(chǔ)水溫不同溫升速率下4種實(shí)驗(yàn)生物的LT50Fig.1 LT50 of four experimental species acclimated at 8.0℃ at different heating ratesA：矛尾虎魚；B：許氏平；C：口蝦蛄；D：日本蟳。下同A: C. stigmatias; B: S. schlegeli; C: O. oratoria; D: C. japonica. The same as below

圖2 14.0℃基礎(chǔ)水溫不同溫升速率下4種實(shí)驗(yàn)生物的LT50Fig.2 LT50 of four experimental species acclimated at 14.0℃ at different heating rates

在基礎(chǔ)水溫14.0℃時(shí)，許氏平和口蝦蛄的LT50隨溫升速率的增大而顯著升高(P＜0.05)(圖2)，且均在溫升速率4.0℃/h處理組達(dá)到最大值，分別為31.7℃和 32.6℃；而 LT50最低值分別為 29.4℃(0.5℃/h)和31.0℃(2.0℃/h)。許氏平和口蝦蛄LT50在溫升速率為4.0～15.0℃/h范圍內(nèi)，組間差異不顯著，變化范圍分別為 31.1℃～31.7℃和 31.7℃～32.6℃。矛尾虎魚LT50隨溫升速率增大先升高后降低，在溫升速率 4.0℃/h處理組達(dá)到最大值(38.1℃)；在溫升速率 6.0～15.0℃/h范圍內(nèi)，組間差異不顯著，LT50最小值出現(xiàn)在15.0℃/h處理組，為32.5℃。相比其他3種實(shí)驗(yàn)生物，日本蟳LT50變化有所不同，各溫升速率下LT50變化較小(40.4℃～41.0℃)，組間差異不顯著，最大值出現(xiàn)在9.0℃/h處理組，為41.0℃，而最小值出現(xiàn)在4.0℃/h處理組，為40.4℃。

圖3 18.0℃基礎(chǔ)水溫不同溫升速率下4種實(shí)驗(yàn)生物的LT50Fig.3 LT50 of four experimental species acclimated at 18.0℃ at different heating rates

圖4 24.0℃基礎(chǔ)水溫不同溫升速率下4種實(shí)驗(yàn)生物的LT50Fig.4 LT50 of four experimental species acclimated at 24.0℃ at different heating rates

在基礎(chǔ)水溫為 18.0℃時(shí)，許氏平和口蝦蛄的LT50變化趨勢(shì)相似，均隨溫升速率的增大而顯著升高(P＜0.05)(圖 3)；高溫升速率(9.0～15.0℃/h)處理組 LT50顯著高于低溫升速率(0.5～2.0℃/h)處理組的 LT50(P＜0.05)。許氏平和口蝦蛄的LT50最大值均出現(xiàn)在15.0℃/h處理組，分別為33.1℃和34.1℃；而LT50最小值分別為 31.8℃(2.0℃/h)和 32.3℃(0.5℃/h)。矛尾虎魚LT50隨溫升速率的增大先升高后降低，在2.0℃/h處理組達(dá)到最大值(38.1℃)，而最小值為36.6℃(15.0℃/h)，其LT50在4.0～15.0℃/h范圍內(nèi)組間差異不顯著，變化范圍為36.6℃～37.2℃。日本蟳LT50變化趨勢(shì)與矛尾虎魚類似，隨溫升速率的增大先升高后降低，LT50最大值為41.5℃(9.0℃/h)，而最小值為40.1℃(0.5℃/h)。溫升速率4.0～12.0℃/h范圍內(nèi)，日本蟳LT50組間差異不顯著，但其 LT50顯著高于其他溫升速率下的 LT50(P＜0.05)。

圖5 28.0℃基礎(chǔ)水溫不同溫升速率下實(shí)驗(yàn)生物的LT50Fig.5 LT50 of four experimental species acclimated at 28.0℃ at different heating rates

在基礎(chǔ)水溫為24.0℃時(shí)，4種實(shí)驗(yàn)生物L(fēng)T50均隨溫升速率的增大而顯著升高(P＜0.05)(圖4)，高溫升速率(9.0～15.0℃/h)處理組 LT50顯著高于低溫升速率(0.5～1.0℃/h)下的 LT5(P＜0.05)0。矛尾虎魚、許氏平、口蝦蛄和日本蟳的LT50最大值均出現(xiàn)在15.0℃/h處理組，分別為41.2℃、34.4℃、36.7℃和 44.0℃；而最小值均出現(xiàn)在0.5℃/h處理組，分別為38.8℃、31.5℃、35.0℃和 40.6℃。矛尾虎魚和口蝦蛄LT50在3.0～15.0℃/h范圍內(nèi)，組間差異不顯著，但其LT50顯著高于 0.5～2.0℃/h處理組的LT50(P＜0.05)。許氏平LT50在溫升速率3.0～15.0℃/h范圍內(nèi)變化較小，為34.0℃～34.4℃，顯著高于 0.5～1.0℃/h處理組的LT50(P＜0.05)。日本蟳 LT50在各個(gè)溫升速率處理組差異顯著(P＜0.05)，其變化范圍為40.6℃～44.0℃。

與基礎(chǔ)水溫為 24.0℃時(shí)的 4種實(shí)驗(yàn)生物的 LT50變化類似，在基礎(chǔ)水溫28.0℃下，4種實(shí)驗(yàn)生物L(fēng)T50均隨溫升速率的增大而顯著升高(圖5)(P＜0.05)，高溫升速率(120～15.0℃/h)處理組 LT50顯著高于低溫升速率(0.5～1.0℃/h)下的 LT50(P＜0.05)。除口蝦蛄外，矛尾虎魚、許氏平和日本蟳的LT50最大值均出現(xiàn)在溫升速率15.0℃/h處理組，分別為41.9℃、34.8℃和44.1℃；矛尾虎魚、許氏平、口蝦蛄和日本蟳最小值均出現(xiàn)在 0.5℃/h處理組，分別為 39.3℃、32.5℃、35.1℃和40.6℃。矛尾虎魚、口蝦蛄和日本蟳LT50在溫升速率為2.0～9.0℃/h范圍內(nèi)組間差異不顯著，但其LT50顯著高于 0.5～1.0℃/h (P＜0.05)，而顯著低于 12.0～15.0℃/h處理組(P＜0.05)。許氏平LT50在溫升速率 2.0～6.0℃/h處理組，組間差異不顯著，其LT50顯著高于0.5～1.0℃/h處理組(P＜0.05)，而顯著低于 9.0～15.0℃/h處理組(P＜0.05)。

3 討論

3.1 海洋生物熱耐受性評(píng)價(jià)指標(biāo)比較

目前，海洋生物熱耐受性評(píng)價(jià)指標(biāo)主要集中于動(dòng)態(tài)溫升實(shí)驗(yàn)方法的CTMax和UILT50。CTMax是以特定溫升速率(如1.0℃/h)持續(xù)升溫，直至海洋生物出現(xiàn)臨界特征，以此時(shí)的溫度為最大臨界溫度。Cox(1974)定義魚類此臨界特征為機(jī)體活動(dòng)失去平衡，失去逃離高溫致死環(huán)境的能力，并將導(dǎo)致魚很快死亡。目前，學(xué)者們大都認(rèn)同Cox的說法。

本研究使用LT50就是建立在CTMax基礎(chǔ)之上，定義為特定溫升速率時(shí)實(shí)驗(yàn)生物達(dá)到CTMax后繼續(xù)升溫，直至出現(xiàn) 50%死亡率時(shí)的溫度值。而 UILT50是將實(shí)驗(yàn)生物從適應(yīng)的水溫突然暴露于一系列實(shí)驗(yàn)水溫，實(shí)驗(yàn)過程中，水溫保持恒定，計(jì)算實(shí)驗(yàn)時(shí)段內(nèi)受試生物出現(xiàn)半數(shù)死亡時(shí)的溫度值。目前一般采用高溫暴露24 h的50%致死量溫度來計(jì)算UILT50(江志兵等, 2010)。本研究中使用的熱耐受指標(biāo)LT50以受試生物的50%死亡率作為端點(diǎn)，相較于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)生物較少，經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)；能直接觀察實(shí)驗(yàn)生物從實(shí)驗(yàn)開始直至50%個(gè)體死亡的整個(gè)過程，通過測(cè)量水溫能直接得到 LT50值，快速獲取數(shù)據(jù)；該研究方法更接近自然條件，符合溫排水排放造成局部海域水溫緩慢升高的現(xiàn)狀。但動(dòng)態(tài)溫升實(shí)驗(yàn)方法的缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫升速率未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而過慢或過快的升溫都有可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)生物的熱耐受性評(píng)價(jià)產(chǎn)生一定的影響(Ospina et al, 2004)。而靜態(tài)實(shí)驗(yàn)將各種因素考慮進(jìn)去，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算UILT50，能直觀地反映實(shí)驗(yàn)生物的死亡率與溫度之間的關(guān)系；但靜態(tài)實(shí)驗(yàn)需要實(shí)驗(yàn)生物較多，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)(Bennett et al,1997)；UILT50在數(shù)理統(tǒng)計(jì)上是在有限的時(shí)間內(nèi)(如24 h)統(tǒng)計(jì)某一生物在無限時(shí)間內(nèi)死亡半數(shù)的溫度值(陳全震等, 2004)，需要借助于統(tǒng)計(jì)分析方法計(jì)算得出，獲取數(shù)據(jù)較慢且存在一定誤差。因此，動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)方法相比靜態(tài)實(shí)驗(yàn)具有經(jīng)濟(jì)性、周期短、科學(xué)性等優(yōu)點(diǎn)。LT50作為動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中與 UILT50所對(duì)應(yīng)的指標(biāo)可以廣泛應(yīng)用于海洋生物的熱耐受性評(píng)價(jià)中。

3.2 基礎(chǔ)水溫和溫升速率對(duì)海洋生物熱耐受性的影響

生物熱耐受能力受多種因素的制約，而基礎(chǔ)水溫和溫升速率被認(rèn)為是生物熱耐受性實(shí)驗(yàn)中的重要影響因素。

海洋動(dòng)物作為變溫動(dòng)物，其種群結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)和繁殖均受到環(huán)境溫度的影響(于歡歡等, 2014; 錢佳慧等,2015)，在適溫范圍內(nèi)，適度的溫升能提高海洋動(dòng)物的攝食能力，促進(jìn)其性成熟，加速生長(zhǎng)。在耐溫范圍內(nèi)，海洋動(dòng)物可以被馴化，如超出其耐受范圍的限度，就會(huì)引起機(jī)體機(jī)能的損害，甚至造成其死亡。本研究特定溫升速率下，4種實(shí)驗(yàn)生物的LT50均隨基礎(chǔ)水溫的增大而顯著升高(P＜0.05)?？谖r蛄在基礎(chǔ)水溫為8.0℃時(shí)，溫升速率分別為1.0、3.0、6.0和12.0℃/h時(shí)的LT50分別為 29.1℃、29.8℃、29.8℃和 29.7℃；基礎(chǔ)水溫為 18.0℃，相應(yīng)溫升速率下的 LT50分別為 32.4℃、33.22℃、33.4℃和34.0℃；而當(dāng)基礎(chǔ)水溫為28℃時(shí)，LT50相應(yīng)變?yōu)?35.5℃、36.1℃、36.2℃和 37.4℃。上述研究結(jié)果表明，基礎(chǔ)水溫顯著影響實(shí)驗(yàn)生物的熱耐受能力(P＜0.05)，生物的熱耐受能力隨基礎(chǔ)水溫升高而增強(qiáng)。這與黃鰭結(jié)魚(Tor putitora)、條紋狼鱸(Morone saxatilis)和虹鱒(Oncorhynchus mykiss)等(Currie et al,1998; Cook et al, 2006; Akhtar et al, 2013)的熱耐受指標(biāo)的變化趨勢(shì)一致。類似地，蔡澤平等(1999)研究大亞灣3種經(jīng)濟(jì)魚類，黑鯛(Sparus macrocephalus)、平鯛(Rhadbosargus sarba)和細(xì)鱗(Therapon jarbua)在25.0℃、28.0℃、30.0℃和 33.0℃基礎(chǔ)水溫時(shí)的熱耐受能力，3種魚耐受性指標(biāo)均隨基礎(chǔ)水溫升高而升高，熱耐受能力增強(qiáng)。王云松等(2008)研究了10.0℃、20.0℃、30.0℃基礎(chǔ)水溫時(shí)溫升速率為1.0℃/h的南方鲇(Silurus meridionalis)幼魚的熱耐受性特征，CTMax和最大致死溫度(Lethal temperature of 100%, LT100)等動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)熱耐受性指標(biāo)均隨馴化溫度的升高而升高。付康康等(2015)以18.0℃/h溫升速率分別在基礎(chǔ)水溫為15.0℃、20.0℃、25.0℃下對(duì)高體鳑鲏(Rhodeus ocellatus)進(jìn)行動(dòng)態(tài)溫升實(shí)驗(yàn)，所得到的研究結(jié)果也與本研究一致。

在動(dòng)態(tài)溫升研究中，除了基礎(chǔ)水溫外，溫升速率也是影響實(shí)驗(yàn)生物熱耐受能力的重要因素。一般而言，緩慢升溫可以給予實(shí)驗(yàn)生物充分的時(shí)間適應(yīng)環(huán)境，增強(qiáng)其熱耐受能力；而升溫速率過快，可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)生物產(chǎn)生熱沖擊(Barker et al, 1981; Hutchison et al,1985)，對(duì)機(jī)體造成損傷，加速其死亡。在本研究中，溫升速率對(duì)受試生物熱耐受能力的影響表現(xiàn)為種間和種內(nèi)的差異性。例如，14.0℃基礎(chǔ)水溫時(shí)，許氏平和口蝦蛄的 LT50均隨溫升速率的增大而顯著升高(P＜0.05)；矛尾虎魚的LT50呈先升高后降低趨勢(shì)；而日本蟳的LT50沒有顯著變化。在8.0℃和18.0℃基礎(chǔ)水溫時(shí)，4種實(shí)驗(yàn)生物L(fēng)T50隨溫升速率的升高變化趨勢(shì)也因物種而異。Vinagre等(2015)研究了橈足類、蝦類和魚類在不同溫升速率(1.0℃/min、1.0℃/30 min和1.0℃/h)CTMax的變化，結(jié)果顯示，橈足類CTMax隨著溫升速率的減小顯著升高(P＜0.05)，蝦類CTMax顯著降低(P＜0.05)，而魚類無顯著變化。在本研究中，同一實(shí)驗(yàn)生物在不同溫升速率下的 LT50變化也不盡相同。單因素方差分析表明，組間差異顯著(P＜0.05)，這說明同種生物在不同溫升速率下熱耐受能力存在顯著差異(P＜0.05)。例如，基礎(chǔ)水溫為 18.0℃時(shí)，矛尾虎魚 LT50在溫升速率為 0.5～2.0℃/h區(qū)間內(nèi)顯著(P＜0.05)升高，在2.0～3.0℃/h區(qū)間內(nèi)達(dá)到最大值，而在 4.0～15.0℃/h區(qū)間內(nèi)顯著(P＜0.05)降低。在其他基礎(chǔ)水溫下，同種實(shí)驗(yàn)生物也有類似結(jié)果。Mora等(2006)研究了 24.0℃基礎(chǔ)水溫時(shí)，漢氏棘胎鳚(Acantem blemaria hancocki)在 5 個(gè)溫升速率(60.0℃/h、1.0℃/h、1.0℃/12 h、1.0℃/24 h和1.0℃/48 h)下CTMax的變化，結(jié)果顯示，CTMax在溫升速率為1.0℃/h、1.0℃/12 h、1.0℃/24 h和 1.0℃/48 h時(shí)顯著升高(P＜0.05)，而在60.0℃/h溫升速率下顯著降低(P＜0.05)。除此之外，Elliott等(1995)和竇碩增等(2017)的研究結(jié)果也與本研究一致，即在特定基礎(chǔ)水溫下，生物對(duì)溫度的變化和影響的適應(yīng)能力也因物種和溫升速率而異。鑒于溫升速率變化會(huì)對(duì)海洋生物的熱耐受性評(píng)價(jià)造成影響，有學(xué)者建議統(tǒng)一溫升速率標(biāo)準(zhǔn)。目前，水生生物的熱耐受性評(píng)價(jià)中，溫升速率的選擇標(biāo)準(zhǔn)大致傾向于2種觀點(diǎn)：一種是 1.0℃/min (Hernández et al, 2002;Rajaguru, 2002; Dent et al, 2003)，另一種是1.0℃/d(汪錫鈞等, 1994; Thyrel et al, 1999; Reash et al,2000)。前一種主要反映海洋生物短期突然暴露的半致死溫度，而后者升溫速率較慢可使生物體有充裕時(shí)間對(duì)變化的環(huán)境溫度調(diào)節(jié)適應(yīng)，能更客觀地反映出生物本身的熱忍耐力。較低的溫升速率使海洋生物能盡快適應(yīng)水溫的變化，提高其熱耐受能力；過高的溫升速率又對(duì)生物體造成熱沖擊，損傷機(jī)體機(jī)能，無法反映生物體的熱耐受能力。因此，在海洋生物熱耐受性動(dòng)態(tài)溫升實(shí)驗(yàn)中設(shè)置單個(gè)溫升速率不能體現(xiàn)生物真正的耐溫能力，應(yīng)結(jié)合物種、季節(jié)變化等現(xiàn)實(shí)條件設(shè)置多個(gè)合理的溫升速率，使動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)熱耐受性指標(biāo)更具有科學(xué)意義和生態(tài)學(xué)意義(竇碩增等, 2017)。

3.3 影響水生動(dòng)物熱耐受性的其他因子

除了基礎(chǔ)水溫和溫升速率之外，生物的熱耐受性受很多因素影響，如生活方式、棲息地環(huán)境因子、暴露時(shí)間、實(shí)驗(yàn)生物規(guī)格等均能對(duì)生物的熱耐受性評(píng)價(jià)產(chǎn)生一定的影響。生物的熱耐受能力是物種在生態(tài)環(huán)境作用下，長(zhǎng)期選擇、進(jìn)化的結(jié)果，不同生物體對(duì)環(huán)境溫度的耐受范圍各不相同(P?rtner, 2001、2002)，這與生物的生活方式和棲息地的溫度變化緊密相連。生活于環(huán)境溫度變化較大(廣溫性)的生物比生活于溫度比較穩(wěn)定(狹溫性)的生物適應(yīng)的溫度范圍更廣(Cossins et al, 1987)，熱耐受能力更強(qiáng)。如本研究的實(shí)驗(yàn)生物日本蟳，在各基礎(chǔ)水溫、溫升速率下，其LT50值均顯著高于其他 3種實(shí)驗(yàn)生物(P＜0.05)(圖 1～圖5)。日本蟳屬于廣溫廣鹽型分布種，廣泛分布于我國(guó)各海區(qū)(梁象秋等, 1996)，對(duì)高、低溫的適應(yīng)范圍廣。同一基礎(chǔ)水溫、溫升速率下，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)生物熱耐受能力有顯著變化。馬勝偉等(2005)以大黃魚(Pseudosciaena crocea)、魚(Miichthys miiuy)、黑鯛(Sparus microcephalus)和鯔魚(Mugil cephalus)為實(shí)驗(yàn)生物，從基礎(chǔ)水溫為28.5℃開始，以0.5℃/h溫升速率逐步升溫到34.0℃、36.0℃和38.0℃，大黃魚在34.0℃實(shí)驗(yàn)組的24、48、72和96 h死亡率分別為10%、20%、30%和90%；魚在34.0℃實(shí)驗(yàn)組的同時(shí)間段死亡率分別為 0、70%、80%和 90%；其他實(shí)驗(yàn)生物在不同實(shí)驗(yàn)組的死亡率也有類似變化，即在特定基礎(chǔ)水溫和溫升速率下，暴露時(shí)間越長(zhǎng)，生物體熱耐受能力越弱。此外，生物熱耐受性實(shí)驗(yàn)中受試生物的體型、規(guī)格是否統(tǒng)一對(duì)生物熱耐受性評(píng)價(jià)也有重要影響(Becker et al, 1979; Lutterschmidt et al,1997; Ospina et al, 2004)。不同生活階段的實(shí)驗(yàn)生物耐熱性不同，生物幼體對(duì)水溫影響的反應(yīng)較敏感，逃避能力較弱，用其進(jìn)行熱耐受性實(shí)驗(yàn)更能體現(xiàn)其本身熱耐受能力的變化；體型較大個(gè)體相比較小個(gè)體的熱耐受能力更強(qiáng)。除此之外，在生物熱耐受性相關(guān)研究過程中，實(shí)驗(yàn)條件因子、營(yíng)養(yǎng)狀況以及化學(xué)毒素等都會(huì)對(duì)研究結(jié)果造成一定影響(Baker et al, 1996;Beitinger et al, 2000; Manush et al, 2004)。因此，進(jìn)行水生生物熱耐受性實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)生物的體型、規(guī)格以及其他實(shí)驗(yàn)條件因子是否統(tǒng)一顯得尤為重要。

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