甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼研究進(jìn)展

楊成聰,戴振炎,王愛(ài)民,劉 飛,田紅艷,楊文平,於葉兵,惠文杰

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.鹽城工學(xué)院 海洋與生物工程學(xué)院 鹽城工學(xué)院水產(chǎn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料研究所，江蘇 鹽城 224051)

甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼現(xiàn)象，即蛻去外骨骼并長(zhǎng)出新的外骨骼的過(guò)程，是甲殼動(dòng)物生長(zhǎng)和發(fā)育的標(biāo)志特征，貫穿其整個(gè)生命周期。甲殼動(dòng)物每一次蛻殼往往會(huì)迎來(lái)一次跳躍式的增長(zhǎng)，蛻殼前后體重差異極大。近幾年來(lái)，我國(guó)的甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，蝦蟹類(lèi)的養(yǎng)殖產(chǎn)量逐年上升，蛻殼失敗一直是給甲殼類(lèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖造成嚴(yán)重?fù)p失的主要原因之一，因此蛻殼一直是甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物的研究重點(diǎn)。

1 甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼的機(jī)制

甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼受到內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，以及外部因子的干擾[1]。目前，大部分學(xué)者認(rèn)為蛻殼是位于頭胸部前端的Y器官分泌蛻皮激素與位于眼柄的X器官竇腺?gòu)?fù)合體分泌蛻皮抑制激素互為拮抗作用的結(jié)果[2,3]。為了便于細(xì)化研究甲殼動(dòng)物蛻殼，不同的學(xué)者對(duì)蛻殼周期進(jìn)行了不同劃分。目前國(guó)內(nèi)外普遍通過(guò)觀(guān)察剛毛形態(tài)特征的方法對(duì)甲殼動(dòng)物蛻殼周期進(jìn)行劃分，主要分為A-B 期(蛻殼后期)、C期(蛻殼間期)、D期(蛻殼前期)、E期(蛻殼期)，D期又細(xì)分為D0、D1、D2、D3-4 4個(gè)亞期[4-9]。除此之外還有通過(guò)觀(guān)察甲殼硬度、比較游泳足趾末端新舊表皮基線(xiàn)間距與舊表皮厚度的比值、測(cè)量胃石法等劃分蛻殼周期的方式[10-11]。

2 影響甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼的因素

2.1 營(yíng)養(yǎng)

甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼是一個(gè)有規(guī)律的周期性過(guò)程，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累到一定程度時(shí)才會(huì)進(jìn)行蛻殼，有研究表明中華絨螯蟹隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累，當(dāng)肥滿(mǎn)度達(dá)到60%時(shí)將開(kāi)始蛻殼[12-13]。李忠?guī)浀萚14]使用間隔投喂南極磷蝦(Euphausiasuperba)，作為凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)餌料生物為試驗(yàn)組，以投喂配合飼料為對(duì)照組，結(jié)果表明：投喂磷蝦鮮肉能夠刺激對(duì)蝦的蛻殼，并且全蝦組的蛻殼呈現(xiàn)出一定的同步性。而黃國(guó)強(qiáng)等[15]使用魚(yú)肉、蝦肉、蛤肉、沙蠶、配合飼料以及5種餌料混合物投喂中國(guó)對(duì)蝦(Fenneropenaeuschinensis)，結(jié)果表明配合飼料組的蛻殼次數(shù)最少，但增重率最高。

2.1.1 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)由多種氨基酸組成，是甲殼動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。不同的動(dòng)物在不同的生命階段對(duì)蛋白質(zhì)的需求是不一致的[16]。劉興旺[17]研究發(fā)現(xiàn)，隨著羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)的體型增長(zhǎng)，其適宜的飼料蛋白水平逐漸降低。周楨等[18]在研究蛻殼前后河蟹幼體能量密度及蛋白質(zhì)和脂肪積累時(shí)發(fā)現(xiàn)，總脂和粗蛋白兩種供能物質(zhì)中，粗蛋白與能量密度相關(guān)性更高，說(shuō)明河蟹幼體蛻殼時(shí)主要由蛋白質(zhì)提供能量。胡水城[19]在研究脫脂蠶蛹粉替代魚(yú)粉對(duì)凡納濱對(duì)蝦蛻殼周期的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脫脂蠶蛹粉替代100%魚(yú)粉時(shí)可顯著降低凡納濱對(duì)蝦的蛻殼周期，表明不同的氨基酸組成可能會(huì)對(duì)甲殼動(dòng)物蛻殼產(chǎn)生一定的影響。但目前不同的蛋白質(zhì)水平飼料對(duì)甲殼動(dòng)物蛻殼影響的研究還較少。

2.1.2 脂質(zhì)

脂質(zhì)分為脂肪、固醇與磷脂，是甲殼動(dòng)物主要的供能物質(zhì)[20]。甲殼類(lèi)動(dòng)物蛻殼與蛻皮間期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累密切相關(guān)，因此脂質(zhì)對(duì)甲殼動(dòng)物蛻殼具有重要影響[21]。

楊敏[22]在研究三疣梭子蟹仔蟹對(duì)飼料磷脂及脂肪需要量時(shí)，使用3.63%、6.70%、10.72%、13.91%脂肪水平的飼料投喂三疣梭子蟹，發(fā)現(xiàn)投喂最低脂肪水平飼料的三疣梭子蟹蛻皮次數(shù)最少，而前三組的三疣梭子蟹體脂肪水平?jīng)]有顯著差異。甲類(lèi)動(dòng)物蛻殼受類(lèi)固醇的蛻皮激素控制，過(guò)程中還需類(lèi)二十烷酸的參與，而二十烷酸的主要來(lái)源是長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸(LC-PUFA)[23]。Sheen等[24]在對(duì)河蟹的研究中也發(fā)現(xiàn)低LC-PUFA水平飼料會(huì)導(dǎo)致蛻殼頻率降低。相對(duì)于脂肪的含量，脂肪酸的組成對(duì)甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物的影響可能更大。

甲殼動(dòng)物不能合成膽固醇，能部分合成磷脂，但合成能力不能滿(mǎn)足自身需要，必須要通過(guò)外部獲取[25]。膽固醇是合成類(lèi)固醇激素的前體，在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為蛻皮激素，從而調(diào)控蛻殼周期[26]。翟少偉等[25]通過(guò)在飼料中分別添加0、0.2%、0.4%和0.6%膽固醇，研究其對(duì)凡納濱對(duì)蝦蛻殼的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：飼料中膽固醇水平對(duì)凡納濱對(duì)蝦蛻殼間期的時(shí)間有顯著影響。在中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)[27]、鋸緣青蟹(Scyllaserrata)[28]、墨吉對(duì)蝦(Bananaprawn)[29]、斑節(jié)對(duì)蝦(Penaeusmonodon)[30]的研究中也有類(lèi)似的發(fā)現(xiàn)。目前，大部分學(xué)者認(rèn)為飼料中適宜的膽固醇水平促進(jìn)了蛻皮激素的合成，并且抑制了蛻皮抑制激素的合成[31-32]，但具體的調(diào)節(jié)途徑及機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

磷脂是細(xì)胞膜和脂蛋白結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的組成成分，對(duì)維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)與生長(zhǎng)分化具有重要作用[33]。楊敏[22]在對(duì)三疣梭子蟹的研究發(fā)現(xiàn)，隨著飼料磷脂含量的增加，蛻殼周期縮短，并且當(dāng)磷脂水平從0上升至4%時(shí)，蛻皮激素受體(EcR)的表達(dá)量顯著增加，表明磷脂可以通過(guò)激活蛻皮信號(hào)通路促進(jìn)三疣梭子蟹的蛻皮。但也有學(xué)者在研究凡納濱對(duì)蝦時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同的磷脂含量飼料對(duì)凡納濱對(duì)蝦的蛻殼間期沒(méi)有顯著影響[34]。

2.1.3 礦物質(zhì)

與甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼相關(guān)的礦物質(zhì)研究主要集中于鈣和磷。甲殼類(lèi)動(dòng)物外殼由大量Ca2+化合物構(gòu)成，盡管甲殼類(lèi)動(dòng)物在蛻皮前期會(huì)將外殼中的部分鈣重新吸收，但蛻皮后仍需從食物中或者通過(guò)鰓組織從水體中獲取鈣，因此鈣的外部補(bǔ)充必不可少。董少帥等[35]通過(guò)不同Ca2+濃度人工海水養(yǎng)殖凡納濱對(duì)蝦稚蝦，發(fā)現(xiàn)低鈣環(huán)境海水中對(duì)蝦蛻皮后表皮鈣化困難，蛻皮間期延長(zhǎng)，存活率也偏低。在中國(guó)對(duì)蝦[36]、藍(lán)蟹(Callinectessapidus)[37]的研究中都發(fā)現(xiàn)相應(yīng)高Ca2+濃度能加快新殼的硬化，從而加快蛻殼。此外，Ca2+還會(huì)參與蛻皮激素的信號(hào)通路，刺激蛻皮激素的分泌[38]。

磷也是甲殼動(dòng)物外殼的主要礦物質(zhì)之一，水產(chǎn)類(lèi)甲殼動(dòng)物飼料中磷脂水平也會(huì)對(duì)其蛻殼產(chǎn)生一定的影響，高紅建等[39]在探究三疣梭子蟹適宜的鈣磷水平時(shí)發(fā)現(xiàn)磷脂水平2%組的蛻殼率顯著高于1%組。但是磷往往與鈣存在拮抗作用[40]，并且過(guò)量的鈣、磷還會(huì)抑制其他營(yíng)養(yǎng)成分的吸收。

2.1.4 維生素

維生素對(duì)于甲殼動(dòng)物有維持健康、促進(jìn)正常發(fā)育的作用，雖然蝦蟹類(lèi)甲殼動(dòng)物對(duì)維生素的需求量極少，但攝入不足，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)體代謝障礙，影響免疫調(diào)節(jié)[41]。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)于維生素需求的研究主要集中在維生素C和維生素E。維生素C是多種酶的輔酶或輔基的組成成分，能夠增強(qiáng)抗氧化能力[42]。維生素E作為一種抗氧化劑，能夠防止自由基對(duì)細(xì)胞和生物膜的破壞[43]。有研究發(fā)現(xiàn)，適量的維生素C、維生素E能夠提高蝦類(lèi)對(duì)鹽度突變、缺氧的抗應(yīng)激能力[44]。

2.2 環(huán)境因素

2.2.1 溫度

溫度主要從兩個(gè)方面對(duì)甲殼動(dòng)物蛻殼產(chǎn)生影響，一方面溫度的上升會(huì)加快甲殼動(dòng)物的代謝速率，影響能量的積累，進(jìn)而影響其蛻殼增重率；另一方面，溫度上升會(huì)提高甲殼動(dòng)物體內(nèi)酶的活性，促進(jìn)蛻殼的發(fā)生。適宜范圍內(nèi)溫度升高能夠促進(jìn)蛻殼，而過(guò)高的溫度則會(huì)在蛻殼周期縮短的同時(shí)，降低蛻殼增重率。有研究表明，當(dāng)溫度在20～30 ℃時(shí)，波紋龍蝦(Panulirushomarus)、巖龍蝦(Cheraxquadricarinatus)、長(zhǎng)足龍蝦(Panuliruslongipes)的蛻殼周期隨著溫度的上升而下降，超過(guò)31 ℃時(shí)蛻殼周期縮短，蛻殼增重率也隨之下降[45,46]。

2.2.2 光照

光照強(qiáng)度及周期變化對(duì)甲殼類(lèi)動(dòng)物蛻殼也有一定的影響。光照強(qiáng)度主要是由于甲殼動(dòng)物幼體具有趨光性或避光性而對(duì)蛻殼產(chǎn)生影響，如中華絨螯蟹大眼幼體具有趨光性，其大眼幼體I期仔蟹具有避光性[47]。有研究表明，不同光照周期對(duì)青蟹溞狀幼體蛻殼和生長(zhǎng)影響顯著[48]，但施歐文等[49]在對(duì)三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)“科甬1號(hào)”進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同光照周期對(duì)三疣梭子蟹“科甬1號(hào)”仔蟹存活率和蛻殼率的影響并不顯著，研究結(jié)果不同可能是由于品種差異造成的，有待進(jìn)一步研究明確。

2.2.3 鹽度

鹽度對(duì)不同種類(lèi)的甲殼動(dòng)物蛻殼的影響差異較大，有研究表明低鹽度會(huì)加快中國(guó)對(duì)蝦蛻殼[50,51]，成永旭等[52]對(duì)中華絨螯蟹的研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽度的升高，仔蟹的平均蛻皮次數(shù)也隨著增多，但蛻皮增長(zhǎng)率并不顯著，在對(duì)鋸緣青蟹的研究中也有類(lèi)似的發(fā)現(xiàn)[53]；有研究表明高鹽度與低鹽度都會(huì)延長(zhǎng)遠(yuǎn)海梭子蟹(Portunuspelagicus)的蛻殼周期[54]，而楊澤琴等[55]在研究鹽度對(duì)三疣梭子蟹的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，高鹽度與低鹽度都會(huì)縮短蛻殼周期。

2.2.4 pH

pH作為水體中重要的理化因子之一，對(duì)甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物的蛻殼也有重要影響。董雙林等[56]認(rèn)為適度增加pH會(huì)加速甲殼鈣化從而提高蛻殼頻率。劉金生[57]在實(shí)驗(yàn)室水槽條件下，用不同pH水體養(yǎng)殖中華絨螯蟹幼蟹1個(gè)蛻殼周期(37 d)，結(jié)果也發(fā)現(xiàn)蛻殼間期隨水體pH的升高逐漸縮短且呈顯著負(fù)相關(guān)，并且蛻皮相關(guān)基因(蛻皮抑制激素MIH、蛻皮激素受體EcR、維甲類(lèi)X受體RXR)在不同pH水體中表達(dá)存在顯著差異。

2.2.5 遮蔽物

目前，遮蔽物對(duì)甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物的影響研究還比較少，但已有的研究表明遮蔽物的不同也會(huì)對(duì)甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物的蛻殼產(chǎn)生影響。王雪婷等[58]在研究不同角落數(shù)對(duì)克氏原螯蝦的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在角落數(shù)與螯蝦只數(shù)比為4∶3時(shí)，蛻殼率最高(50%)。在角落數(shù)很少(0和4角落)的情況下，螯蝦的蛻殼率很低(8.33%，16.67%)；10和12角落時(shí)蛻殼率又開(kāi)始下降。方卉等[59]將克氏原螯蝦幼蝦和亞成體蝦飼養(yǎng)在相同的圓形塑料盒中，放入內(nèi)徑1.9 cm PVC管作為隱蔽所的為隱蔽所組，不放PVC管的為對(duì)照組，定期檢測(cè)蛻殼率。結(jié)果顯示：試驗(yàn)前期隱蔽所組的克氏原螯蝦平均蛻殼次數(shù)、增重率均顯著高于對(duì)照組，但隨著螯蝦體格的增大，隱蔽所的促進(jìn)作用隨之減弱，甚至最終抑制蝦的生長(zhǎng)。

3 甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼相關(guān)研究及未來(lái)發(fā)展方向

現(xiàn)階段我國(guó)甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展勢(shì)頭依舊強(qiáng)勁。關(guān)于甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼機(jī)制的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但研究還主要集中于分子領(lǐng)域，未來(lái)應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

(1)從營(yíng)養(yǎng)學(xué)角度和分子水平深入研究甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼機(jī)理。在國(guó)內(nèi)外已有的研究基礎(chǔ)上，從營(yíng)養(yǎng)學(xué)、飼料學(xué)角度，從分子、細(xì)胞水平，深入研究小龍蝦等甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼機(jī)理，揭示其蛻殼的原因、規(guī)律及分子細(xì)胞機(jī)理，為甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物健康養(yǎng)殖和蛻殼功能性飼料開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

(2)建立蛻殼營(yíng)養(yǎng)學(xué)理論。影響甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼的因素很多，但營(yíng)養(yǎng)與飼料是其中的主要因素。應(yīng)從脂類(lèi)物質(zhì)(膽固醇、磷脂)、鈣、能量、蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)角度系統(tǒng)探討甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼的效果及其機(jī)制，建立較為系統(tǒng)的甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼營(yíng)養(yǎng)學(xué)理論，完善甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料學(xué)理論體系，為其產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供科學(xué)理論支撐。

(3)開(kāi)發(fā)甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼功能性飼料，促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)規(guī)?；】蛋l(fā)展。蛻殼不同步是甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物健康養(yǎng)殖面臨的主要挑戰(zhàn)之一，在弄清蛻殼機(jī)理的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)小龍蝦等甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物蛻殼功能性飼料，促進(jìn)同步蛻殼，減少因蛻殼不同步，導(dǎo)致水產(chǎn)動(dòng)物自相殘殺帶來(lái)的養(yǎng)殖損失，為甲殼類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖健康發(fā)展提供保障。