鹽脅迫對福壽螺耗氧率和排氨率的影響*

劉鵬遠，張春霞，趙本良，2，章家恩，2**

(1.華南農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院 廣州 510642；2.廣東省生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點實驗室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南熱帶農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室/廣東省現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術研究中心 廣州 510642)

生物入侵是全球變化問題之一，也是導致生物多樣性降低的重要因素，其中福壽螺[Pomacea canaliculata(Lamark 1822)]是水生入侵物種的典型代表[1]。福壽螺又名大瓶螺、蘋果螺，屬軟體動物門、腹足綱、前鰓亞綱、腹足目、瓶螺科、瓶螺屬，原產(chǎn)于南美洲亞馬遜河流域。福壽螺在1981年前后被引入中國大陸，在我國南方地區(qū)快速擴散，嚴重危害農(nóng)作物和水生植物，其中水稻(Oryza sativaL.)受害最重，受害株率一般為 7%～15%，最高可達64%[2]。福壽螺還與生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)其他生物爭奪食物、空間，威脅本地生物生存。目前已經(jīng)在廣東、廣西、福建、海南、云南、貴州、四川、重慶、江西、湖南、湖北、浙江等地發(fā)生危害，并且其入侵區(qū)域還可能繼續(xù)擴大[3-5]。

鹽度是影響海洋和河口物種分布及生物生存的一個重要環(huán)境因素[6]。鹽度的急劇變化會對生物的代謝、血淋巴滲透壓和組織含水量等生理生化過程造成影響，特別是對生活在沿海和河口水域的軟體動物[7-10]。福壽螺為淡水軟體動物，但近期研究報道[11]，在一些鹽水區(qū)也發(fā)現(xiàn)了福壽螺的分布，但目前對于其能否在鹽水區(qū)建立穩(wěn)定種群并形成入侵仍不明確。福壽螺具有適應性廣、抗性強、繁殖率高等特點[12]，這些特性可能有助于其向鹽水區(qū)域擴散。因此，開展福壽螺對鹽度脅迫的生理生態(tài)響應研究，將有助于掌握福壽螺向鹽水環(huán)境的擴散能力。耗氧率、排氨率及氧氮比是反映螺類呼吸代謝水平的重要指標，其變化情況反映了鹽水環(huán)境對螺類正常生命活動的影響程度[13-15]。本研究探索了鹽脅迫對不同大小福壽螺的耗氧率和排氨率的影響，旨在為評價福壽螺向鹽水區(qū)入侵擴散風險提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用福壽螺于2019年6月初采集于廣州市增城區(qū)華南農(nóng)業(yè)大學基地(23°9′N，113°1′E)，取回后去除其表面附著物，挑選無損傷的螺，按殼高分為小螺(10 mm≤殼高＜20 mm)、中螺(20 mm≤殼高＜30 mm)、大螺(30 mm≤殼高＜40 mm)3 組(表1)，分別置于玻璃水缸中暫養(yǎng)，暫養(yǎng)期間每天投食新鮮生菜(Lactuca sativaL.var.ramosa Hort.)，持續(xù)充氣，7 d 后開始試驗。試驗鹽水用市售海水晶(NaCl 和礦物質(zhì))與曝氣去氯自來水按比例配制而成。

表1 不同大小福壽螺的形態(tài)特征Table1 Biological characteristics of different-size groups of Pomacea canaliculata

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

試驗設置鹽度處理為0 g·L–1(CK)、2.5 g·L–1、5.0 g·L–1、7.5 g·L–1和 10.0 g·L–15 個梯度，其中0 g·L–1為對照組。選取數(shù)量為試驗用量5～8 倍的福壽螺放入玻璃水缸，以每小時2.5 g·L–1的幅度升高鹽度，達到預定鹽度后再馴化2 d，開始試驗，試驗前24 h 停止投喂。試驗在250 mL 錐形瓶中進行，放置福壽螺的個數(shù)分別為小螺組每瓶4 個，中螺組每瓶3 個，大螺組每瓶2 個。每組每個鹽度處理均有4個重復，每個鹽度處理下設4 個無螺空白對照以校正“水呼吸”所造成的誤差。試驗采用靜水式呼吸室，水浴加熱，水溫為(28±0.5)℃。3 種個體大小分3 組進行測定，每個組均從8：00 開始試驗。將福壽螺放入裝滿水的錐形瓶后立即用塑料薄膜密封錐形瓶，2 h 后(10：00)用虹吸法抽取水樣進行溶解氧(DO)和氨氮(NH3-N)的測定[16]。每組試驗結束后，吸干福壽螺體表水分，用游標卡尺測量其殼高(mm)、殼寬(mm)，用電子天平秤濕重(g)，然后取軟體部分置于65℃烘箱內(nèi)烘干48 h 至恒重，用FA1604A 型(上海)電子天平稱重。

1.2.2 測量方法

根據(jù)國標《GB 17378.4—2007》海洋監(jiān)測規(guī)范方法，分別采用Winkler 碘量法和次溴酸鈉氧化法測定水中的溶解氧(DO)和氨氮(NH3-N)含量，按照下列公式計算福壽螺的單位干質(zhì)量耗氧率(OCR)、排氨率(AER)及氧氮比(O/N)[17]：

式中：DO0和DOT分別為空白對照組和試驗組水中溶氧濃度(mg?L-1)，N0和NT為空白組和試驗組水中氨氮濃度(μg?L-1)，V為試驗瓶內(nèi)水的體積(L)，w為試驗螺軟組織干質(zhì)量(g)，t為呼吸室持續(xù)時間(h)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0 軟件，用單因素分析(One-Way ANOVA)和Duncan 多重比較分析不同鹽度間福壽螺耗氧率、排氨率和氧氮比的差異，對鹽度、個體大小交互作用的福壽螺耗氧率和排氨率進行雙因素分析(Two-Way ANOVA)，顯著水平為P＜0.05。采用逐步回歸方法分析福壽螺軟體干質(zhì)量與耗氧率和排氨率的關系。采用Origin 9.0 繪圖。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫下不同個體大小福壽螺的耗氧率和排氨率

鹽度、福壽螺個體大小及兩者的交互作用對福壽螺的耗氧率均有顯著影響(P＜0.001，圖1)。方差分析結果顯示，鹽度對福壽螺的耗氧率有顯著影響(P＜0.001)。3 種不同個體大小的福壽螺耗氧率均在鹽度2.5 g·L–1時達到峰值，之后隨鹽度(2.5～10.0 g·L–1)的升高而逐漸降低，在鹽度10.0 g·L–1時達最小值。在鹽度7.5 g·L–1和10.0 g·L–1時，小、中、大螺的耗氧率均顯著低于對照組(P＜0.05)。但在鹽度5.0 g·L–1時，小、中、大螺的耗氧率與對照組均無顯著差異。不同個體大小福壽螺的耗氧率也存在極顯著差異(P＜0.001)，在同一鹽度下，福壽螺越小，耗氧率越高。鹽度和福壽螺個體大小的交互作用也對福壽螺的耗氧率有顯著影響(P＜0.001)。

鹽度對福壽螺的排氨率也有顯著影響(P＜0.001)，3 種個體大小的福壽螺排氨率均在鹽度2.5 g·L–1時達到峰值，之后隨鹽度(2.5～10.0 g·L–1)的升高而逐漸下降。在鹽度7.5 g·L–1和10.0 g·L–1時，3 種個體大小的福壽螺排氨率均顯著低于對照組(P＜0.05)。在鹽度2.5 g·L–1時，中螺和大螺的排氨率明顯高于對照組(P＜0.05)，而小螺與對照組無顯著差異；小螺和大螺在鹽度5.0 g·L–1時的排氨率與對照組均無顯著性差異，而中螺在鹽度5.0 g·L–1時的排氨率顯著低于對照組(P＜0.05)。在同一鹽度處理下，不同個體大小福壽螺的排氨率存在顯著差異(P＜0.001)，福壽螺越小，排氨率越高。鹽度和福壽螺個體大小的交互作用也對福壽螺的排氨率有顯著影響(P＜0.001，圖1)。

圖1 不同鹽度和個體大小對福壽螺耗氧率和排氨率的影響Fig.1 Effects of salinities and sizes on oxygen consumption rate and ammonia excretion rate of Pomacea canaliculata

2.2 鹽脅迫下福壽螺軟體干質(zhì)量與耗氧率和排氨率的關系

在不同鹽度處理下，福壽螺的耗氧率(OCR)均隨著其軟體部干重(W)的增加而降低，即不同大小福壽螺耗氧率高低關系表現(xiàn)為：小螺＞中螺＞大螺。福壽螺耗氧率與軟體部干重之間呈負相關，且符合冪函數(shù)關系OCR=aWb，其中a介于0.073～0.641，均值0.369±0.105；b介于-0.616～-0.390，均值為-0.488± 0.042(圖2)。在鹽度0 g·L–1和5.0 g·L–1處理下，冪函數(shù)曲線大致從福壽螺軟體干重0.24 g 到1.50 g 呈驟降變化，之后隨著其軟體干重的增加而趨于平緩；在鹽度7.5 g·L–1處理下，大致從福壽螺軟體干重1.00 g 之后，隨軟體干重的增加，曲線趨于平緩；而在鹽度10.0 g·L–1時，冪函數(shù)曲線一直呈平緩趨勢。

圖2 不同鹽度下福壽螺的耗氧率(OCR)和排氨率(AER)與軟體部干重(W)的回歸方程Fig.2 Regression equations of oxygen consumption rate (OCR) and ammonia excretion rate (AER) with dry meat weight (W) of Pomacea canaliculataunder different salinities

福壽螺的排氨率(AER)與軟體部干重(W)也呈負相關，其回歸方程可表示為AER=aWb，其中a值為6.727～20.912，平均值為14.866±2.812；b值為-0.893～-0.546，平均值為-0.769±0.067(圖2)。在不同鹽度處理下，福壽螺的排氨率均隨著軟體部干重的增加而降低，即不同大小福壽螺的排氨率大小關系表現(xiàn)為：小螺＞中螺＞大螺。在鹽度0 g·L–1～5.0 g·L–1時，冪函數(shù)曲線從福壽螺軟體干重0.24 g 到1.75 g呈驟降變化，之后隨著軟體干重的增加，曲線趨于平緩；而在鹽度7.5 g·L–1和10.0 g·L–1時，從福壽螺軟體干重1.00 g 之后，隨軟體干重的增加，曲線趨于平緩。

2.3 鹽脅迫下不同個體大小福壽螺的氧氮比

由表2可知，在鹽度為0～10.0 g·L–1時，福壽螺的氧氮比(O/N)范圍為5.80～30.46 (表2)。中螺的4 個鹽度處理組與對照組均無顯著差異(P＞0.05)；小螺和大螺在2.5 g·L–1、5 g·L–1、7.5 g·L–1的O/N 與對照組相比均無顯著性差異，但在鹽度10.0 g·L–1處理下其O/N 顯著低于對照組(P＜0.05)。鹽度為2.5～10.0 g·L–1時，3 種個體大小福壽螺的O/N 呈下降趨勢，鹽度10.0 g·L–1時達最小值(5.80、10.23、13.26)。

3 討論

3.1 鹽度對福壽螺耗氧率和排氨率的影響

鹽度的變化會導致水生動物體內(nèi)外滲透壓的改變，進而影響其生理代謝活動[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，在鹽度2.5 g·L–1時，福壽螺的耗氧率和排氨率均高于對照組，但在鹽度7.5 g·L–1和10.0 g·L–1時，3 種個體大小福壽螺的排氨率均顯著低于對照組(P＜0.05)。一個可能的原因是，一定限度內(nèi)鹽度的升高導致淡水動物機體內(nèi)外滲透壓失衡，維持滲透壓平衡需要消耗更多的能量，因而導致耗氧率和排氨率增加[19-20]。但當水環(huán)境的鹽度超過水生動物的耐受范圍時，會抑制水生動物的有氧代謝，從而降低鰓的通透性以減少外界Na+和Cl-的流入，以維持自身滲透壓平衡。同時，在高滲透壓下，水生動物主要由體內(nèi)可溶性蛋白分解形成游離氨基酸為滲透調(diào)節(jié)供能；但在高鹽脅迫下，可溶性蛋白質(zhì)合成率降低[21-23]。本研究表明，在超出7.5 g·L–1鹽度時，福壽螺開始出現(xiàn)應急響應，并逐步通過降低其代謝率，以減少消耗，來緩解其受到的逆境脅迫。

表2 不同個體大小的福壽螺在不同鹽度下的氧氮比(O/N)Table2 Oxygen-nitrogen ratio of Pomacea canaliculataof different sizes under different salinity conditions

3.2 鹽脅迫下福壽螺體重對其耗氧率和排氨率的影響

體重是影響螺類耗氧率和排氨率的因素之一[24]。本研究表明，不同大小福壽螺耗氧率和排氨率高低表現(xiàn)為：小螺＞中螺＞大螺，這與吳文廣等[16]對泥螺(Bullacta exarata)的研究一致。李加兒等[25]認為，水生動物在生長過程中直接維持生命的組織(如腎臟、肝臟等)與非直接維持生命的組織(如肌肉、脂肪等)比率逐漸降低，并且直接維持生命的組織代謝率高于非直接維持生命的組織代謝率，從而導致水生動物的代謝率隨著其體重的升高而降低。本研究發(fā)現(xiàn)，在鹽度10.0 g·L–1處理下，福壽螺耗氧率隨體重的變化曲線一直趨于平緩，即此時螺體的大小對其耗氧率影響不大，這種現(xiàn)象表明該處理可能已經(jīng)達到了脅迫福壽螺生長的鹽度范圍，進而導致了福壽螺原有正常代謝的紊亂。同時，本研究也發(fā)現(xiàn)，在福壽螺馴化期間，鹽度10.0 g·L–1處理下的福壽螺存在死亡現(xiàn)象，因此，從另一方面也印證了此鹽度處理已對福壽螺的生長和生存造成了嚴重危害。

3.3 鹽度對福壽螺氧氮比的影響

氧氮比(O/N)是表示生物呼吸底物的重要標志，用于評估外界環(huán)境對生物體的壓力，O/N 值大表示生物體代謝所消耗的能量多數(shù)由脂肪和碳水化合物提供，較少部分由蛋白質(zhì)提供[26]。有研究表明，隨著周圍環(huán)境的變化，水生軟體動物的代謝底物也會發(fā)生變化；當O/N＜7 時，生物機體以蛋白質(zhì)代謝為主；當7＜O/N＜24 時，以脂肪和碳水化合物及蛋白質(zhì)共同代謝為主；當O/N＞24 時，生物機體以脂肪和碳水化合物代謝為主導[27]。在本試驗對照組中，福壽螺的O/N 為15～27，這與田悅等[28]發(fā)現(xiàn)正常福壽螺的O/N 在7～24 的研究結果基本一致。在鹽度2.5 g·L–1時，福壽螺的O/N 最高，表明此時脂肪和碳水化合物代謝占比最高；在鹽度7.5 g·L–1處理下，3 種不同大小福壽螺的O/N 在7～24，表明此時以蛋白質(zhì)及脂肪和糖類共同代謝為主；在鹽度10.0 g·L–1處理下，福壽螺的O/N 最小，其中中螺和大螺的O/N 在7～24，以蛋白質(zhì)及脂肪和糖類共同代謝為主；小螺的O/N＜7，以蛋白質(zhì)代謝為主，可見，小螺受鹽度10.0 g·L–1脅迫的影響比中螺和大螺更強烈。有研究表明，蛋白質(zhì)代謝水平過高，使生物體內(nèi)蛋白質(zhì)過量消耗，難以積累，從而影響其正常生長，最終會導致生物個體死亡[29]。由此可初步推斷，小螺的耐鹽閾值大致為7.5 g·L–1，中、大螺可在鹽度10.0 g·L–1以內(nèi)的水環(huán)境中生存一定時間。

本研究發(fā)現(xiàn)，在鹽度7.5 g·L–1處理下，3 種不同大小的福壽螺的耗氧率和排氨率均明顯低于對照組，而3 種個體大小的福壽螺的O/N 均與對照無顯著差異，即在同一鹽度下3 個指標存在不一致的響應結果表現(xiàn)。一個可能的原因是，雖然在鹽度7.5 g·L–1處理下福壽螺的耗氧率和排氨率均同時降低，但由于O/N 值是耗氧率和排氨率的比值，故二者的相對變化值并不一定同步下降(即其O/N 值與對照不一定產(chǎn)生差異)，鑒于此種情況，并結合其他相關研究的做法[30-32]，使用O/N 作為評估生物體對環(huán)境壓力耐受與響應的指標，可能更為綜合和全面。

3.4 福壽螺向鹽水環(huán)境入侵的風險分析

河口區(qū)受潮汐、上游徑流等的影響，鹽度變化幅度大[33]。以珠江河口為例，豐水期多年平均鹽度為9.95 g·L–1，平水期多年平均鹽度為18.55 g·L–1，枯水期多年平均鹽度為24.43 g·L–1[34]。楊淞等[35]研究表明，鹽脅迫對福壽螺(殼高20～25 cm)48 h 的半致死濃度約為15 g·L–1(黑殼福壽螺為15.96 g·L–1，黃殼福壽螺為15.63 g·L–1)，超過豐水期的多年平均鹽度。本研究結果顯示，中螺和大螺可在鹽度10.0 g·L–1脅迫下生存一定時間，因此，可以初步推測隨著潮汐或豐枯水期的變化，中螺和大螺可短期或間歇性地生存在一定的鹽水環(huán)境中，特別是在河口的豐水期。同時，福壽螺具有兩棲呼吸能力，可攀爬逃逸鹽水環(huán)境，可依附生活在沿海灘涂出露水面以上的生境或濕地植物[如紅樹(Rhizophora apiculata)林植物]的莖干上。另一方面，福壽螺在鹽水環(huán)境中經(jīng)過馴化可適應更高的鹽度環(huán)境。么宗利等[36]研究表明，經(jīng)過鹽馴化 6 d 的尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)和以色列紅羅非魚(O.mossambicus×O.niloticus)耐鹽能力明顯提高；同時，也有成功入侵河口鹽水區(qū)的淡水螺的報道，如新西蘭泥螺(Potamopyrgus antipodarum)已成功擴散到圣米歇爾山、波羅的海、諾?？说鹊氐陌臌}水和鹽水區(qū)，最高耐受鹽度可達28 g·L–1[37]。綜合上述分析可見，福壽螺可間歇性、短期生活在一定的鹽水環(huán)境中，而且通過長期的馴化和適應，有可能產(chǎn)生向更高鹽度環(huán)境入侵的風險，今后對此需進一步加大關注。然而，需要說明的是，本研究畢竟是室內(nèi)短期模擬試驗的結果，因此，福壽螺在沿海咸淡水、鹽水生境地區(qū)的實際入侵表現(xiàn)和風險，還有待開展長期的野外調(diào)查和動態(tài)監(jiān)測，并進行深入系統(tǒng)的野外定位研究。

4 結論

福壽螺的耗氧率、排氨率存在顯著的鹽脅迫差異和個體大小差異，且鹽度和個體大小的交互作用顯著；高鹽度脅迫下福壽螺的氧氮比出現(xiàn)明顯下降。福壽螺有向鹽度2.5 g·L–1、5.0 g·L–1、7.5 g·L–1水體入侵的風險。中螺和大螺的耐受鹽脅迫能力強于小螺，有向鹽度10.0 g·L–1區(qū)域入侵的潛力。不同個體大小福壽螺對鹽脅迫的響應差異，可為進一步研究其向半鹽水區(qū)擴散機制、種群擴增策略、風險評估和早期防控提供參考。