溫度對不同規(guī)格橄欖蟶蚌能量收支的影響

呂國華,梁建超,徐東坡,2,,馬學艷,2,,顧若波,2,,王林,丁圖強,徐跑,2,*,華丹,聞海波,2,

(1.南京農(nóng)業(yè)大學無錫漁業(yè)學院,江蘇 無錫 214128;2.中國水產(chǎn)科學研究院淡水漁業(yè)研究中心農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水魚類遺傳育種與養(yǎng)殖生物學重點開放實驗室,江蘇 無錫 214081;3.中國水產(chǎn)科學研究院淡水漁業(yè)研究中心中美淡水貝類種質(zhì)資源保護及利用國際聯(lián)合實驗室,江蘇 無錫 214081;4.阜陽市水產(chǎn)管理局,安徽 阜陽 236001)

橄欖蟶蚌(Solenaiaoleivira)屬雙殼綱(Bivalvia)蚌目(Unionoida)蚌科(Unionidae)蟶蚌屬(Solenaia),俗稱河蚶或香蕉蚌,是我國特有珍稀淡水食用貝類,其體形扁長,具有發(fā)達的斧足,殼薄而脆,呈橄欖綠色,成年蚌的殼長可達殼高的4～5倍[1]。橄欖蟶蚌曾廣泛分布于江西鄱陽湖、江蘇太湖、河北大清河以及湖北天門河等地,但由于近年來水資源開發(fā)、涉水工程建設(shè)以及環(huán)境污染等問題,橄欖蟶蚌棲息地的生態(tài)環(huán)境遭到破壞,近十幾年的貝類種質(zhì)資源調(diào)查顯示,在太湖[1]、鄱陽湖[2]、洞庭湖[3]已經(jīng)很難發(fā)現(xiàn)橄欖蟶蚌活體。

鑒于橄欖蟶蚌自然資源的短缺,國內(nèi)學者對橄欖蟶蚌的研究主要集中在繁殖生物學[4-6]、營養(yǎng)成分分析[7-8]、人工馴化與養(yǎng)殖[9-10]、種群分布[11-12]等方面。許巧情等[13]對不同溫度下橄欖蟶蚌耗氧率和排氨率進行了研究,但是未見關(guān)于攝食率、同化率以及能量收支方面的研究。貝類能量學主要研究貝類各種能量參數(shù)間的定量關(guān)系,以及生態(tài)因子變化對這種定量關(guān)系的影響。呂旭寧等[14]研究了溫度對凸殼肌蛤Arcuatulasenhousei)能量收支的影響。印麗云[15]研究了秋季4種規(guī)格近江牡蠣(Crassostreahongkongensis)各生理參數(shù)的變化,建立能量收支模型且該研究結(jié)果顯示,溫度和規(guī)格變化直接影響到貝類的耗氧率、排氨率、攝食率等能量參數(shù),進而對能量收支產(chǎn)生影響。本文研究了不同溫度下3種規(guī)格橄欖蟶蚌的耗氧率、排氨率、攝食率、同化率、排糞率,評估了不同生長階段的能量收支差異,豐富了橄欖蟶蚌生理能量學理論知識,為我國橄欖蟶蚌規(guī)模化人工養(yǎng)殖以及根據(jù)能量學特征來確定養(yǎng)殖容量提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗蚌來源

試驗用橄欖蟶蚌規(guī)格見表1。稚蚌(S組)和幼蚌(M組)取自中國水產(chǎn)科學研究院淡水漁業(yè)研究中心南泉基地,為2019人工繁育2月齡稚蚌和2018年人工繁育1齡幼蚌[16];2019年采集于淮河阜陽段橄欖蟶蚌國家水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū)2齡成蚌(L組);均在實驗室馴養(yǎng)3個月。分別隨機取體表無傷、活力較好的橄欖蟶蚌,在實驗室暫養(yǎng)1周,每天換水1/3,后投喂破壁微擬球藻(Nannochloropsisoculata)。

表1 試驗用橄欖蟶蚌生物學數(shù)據(jù)Table 1 Biological data of Solenaia oleivora for experiment

1.2 試驗設(shè)計

試驗前將3組蚌分別置于養(yǎng)殖箱(45 cm×32 cm×15 cm)中進行升溫或降溫處理,養(yǎng)殖水體約為20 L,利用恒溫機控制溫度,每天升降溫不超過2 ℃,達到預定溫度后再適應(yīng)1周,試驗前2 d停止投喂。設(shè)置15、20、25、30和35 ℃5個溫度梯度,試驗在5 L玻璃缸中進行,試驗水體為3 L,每個溫度設(shè)1個與試驗組溫度相同但不放蚌的空白組,每組設(shè)3個重復,其中S組每個重復100只蚌,M組3只,L組2只。

1.3 試驗指標及測定方法

1.3.1 耗氧率和排氨率采用室內(nèi)靜水法測定耗氧率和排氨率。用Winkler碘量法(ISO:5813—1983)測定試驗前、后溶解氧濃度,用納氏試劑分光光度計法(HJ:535—2009)測定試驗前、后氨氮濃度。試驗用時2 h,試驗結(jié)束后將試驗蚌軟體部取出于65 ℃烘箱中烘48 h,得到軟體部干重(g)。

耗氧率[oxygen consumption rate(OR),mg·g-1·h-1]計算公式如下:

式中:DO0、DOt分別為試驗結(jié)束時空白組和試驗組水中溶解氧的含量(mg·L-1);V為試驗用水的體積(L);W為橄欖蟶蚌軟體部干重(g),t為試驗用時(h)。

排氨率[ammonia excretion rate(NR),μmol·g-1·h-1]計算公式如下:

式中:N0、Nt分別為試驗結(jié)束時空白組和試驗組水中氨氮的濃度(μmol·L-1);V為試驗用水的體積(L);W為橄欖蟶蚌軟體部干重(g);t為試驗用時(h)。

1.3.2 攝食率、同化率和排糞率攝食率、同化率和排糞率參照呂旭寧等[14]的方法測定。試驗在破壁微擬球藻初始含量為5.6×106mL-1水中進行。微充氧使藻液在水中均勻分布,但又不影響試驗用蚌的正常攝食。攝食2 h后將蚌移至無藻液的曝氣自來水中,收集24 h內(nèi)蚌的糞便(在預試驗中,橄欖蟶蚌均未產(chǎn)生假糞)。測定試驗前、后水中和糞便中總顆粒物(TPM)、顆粒有機物(POM)和軟體部干重(g)。POM計算公式如下:

POM=W65-W450

式中:W65為餌料水樣經(jīng)過GF/C玻璃纖維濾紙(Whatman)過濾之后,在65 ℃烘箱中烘干至恒重所得的質(zhì)量(精確至0.1 mg);W450為W65樣品經(jīng)馬弗爐450 ℃灼燒8 h并冷卻后稱得的質(zhì)量。GF/C玻璃纖維濾紙使用前應(yīng)提前在馬弗爐450 ℃灼燒8 h,冷卻稱重(W0)后再使用。

攝食率[ingestion rate(IR),mg·g-1·h-1]計算公式如下[17]:

式中:C0、Ct分別是試驗結(jié)束時空白組、試驗組的餌料濃度(mg·L-1);V為試驗用水的體積(L);W為橄欖蟶蚌軟體部干重(g),t為試驗用時(h)。

同化效率[assimilation efficiency(AE),%]計算公式如下[18]:

式中:E′=W1/W2,W1=W65-W450,W2=W65-W0,F′和E′計算方法相同。E′和F′分別為糞便、餌料中無灰分干重的比例。

排糞率[fecal pellet production rate(FR),mg·g-1·h-1]計算公式如下:

FR=IR×(1-AE)。

1.4 能量收支方程的計算

貝類能量收支方程為:

C=F+R+U+P[19]

式中:C為攝食能;F為排糞能;R為呼吸能;U為排泄能;P為生長能。單位均為焦耳(J)。

P=C-R-U-F。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行處理,數(shù)據(jù)分析采用SPSS 20.0軟件,對數(shù)據(jù)進行雙因素方差分析(ANOVA)和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對3種規(guī)格橄欖蟶蚌耗氧率的影響

由圖1可知:在5個溫度條件下,3種規(guī)格橄欖蟶蚌耗氧率均隨溫度升高呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,在30 ℃時達到最大值,稚蚌、幼蚌和成蚌分別為25.647、2.824和1.658 mg·g-1·h-1;在15 ℃時耗氧率最小,分別5.210、0.066和0.433 mg·g-1·h-1。3種規(guī)格橄欖蟶蚌耗氧率隨規(guī)格增大而降低。雙因素方差分析(表2)表明:溫度和干重對橄欖蟶蚌耗氧率影響均極顯著(P<0.01),干重對于耗氧率的影響大于溫度的影響,溫度和干重交互作用對排氨率同樣具有極顯著影響(P<0.01)。

圖1 溫度對3種規(guī)格橄欖蟶蚌耗氧率的影響Fig.1 Effect of temperature on oxygen consumption rate of three sizes of S.oleivora圖中標有不同小寫字母表示同一規(guī)格不同溫度下存在顯著性差異(P<0.05);標有不同大寫字母表示同一溫度下不同規(guī)格組存在顯著性差異(P<0.05)。下同。Different lowercases mean significant differences in the same size at different temperatures(P<0.05);Different capital letters indicate that there are significant difference among different specification groups at the same temperature(P<0.05). The same below.

表2 干重和溫度對橄欖蟶蚌耗氧率影響的雙因素方差分析Table 2 ANOVA analysis of oxygen consumption rate of S.oleivora with dry body weight and water temperature

2.2 溫度對3種規(guī)格橄欖蟶蚌排氨率的影響

由圖2可知:在5個溫度條件下,稚蚌、幼蚌及成蚌排氨率均隨溫度升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在25 ℃時達到最大值,分別為267.594、16.998和5.234 μmol·g-1·h-1;在15 ℃時最小,分別為2.144、0.802和0.472 μmol·g-1·h-1。3種規(guī)格橄欖蟶蚌的排氨率均隨規(guī)格增大而降低。雙因素方差分析(表3)表明:溫度和干重對橄欖蟶蚌排氨率的影響均極顯著(P<0.01),干重對于橄欖蟶蚌排氨率的影響要高于溫度的影響,溫度和干重交互作用對排氨率同樣具有極顯著影響(P<0.01)。

表3 干重和溫度對橄欖蟶蚌排氨率影響的雙因素方差分析Table 3 ANOVA analysis of ammonia excretion rate of S.oleivora with dry body weight and water temperature

圖2 溫度對3個種規(guī)格橄欖蟶蚌排氨率的影響Fig.2 Effect of temperature on ammonia excretion rate of three sizes of S.oleivora

2.3 溫度對3種規(guī)格橄欖蟶蚌攝食率的影響

由圖3可知:隨溫度的升高,3種規(guī)格橄欖蟶蚌攝食率呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢,在30 ℃達到最大,分別為36.072、3.206和5.157 mg·g-1·h-1;在15 ℃是最低,分別為3.761、0.074和0.779 mg·g-1·h-1。橄欖蟶蚌稚蚌攝食率最大,其次是成蚌,幼蚌攝食率最小。雙因素方差分析(表4)表明:溫度和干重對橄欖蟶蚌攝食率均存在極顯著影響(P<0.01),干重對于橄欖蟶蚌攝食率的影響要明顯高于溫度的影響,溫度和干重交互作用對攝食率同樣具有極顯著影響(P<0.01)。

圖3 溫度對3種規(guī)格橄欖蟶蚌攝食率的影響Fig.3 Effect of temperature on ingestion rate of three sizes of S.oleivora

表4 干重和溫度對橄欖蟶蚌攝食率影響的雙因素方差分析Table 4 ANOVA analysis of ingestion rate of S.oleivora with dry body weight and water temperature

2.4 溫度對3種規(guī)格橄欖蟶蚌同化率的影響

由圖4可知:3種規(guī)格橄欖蟶蚌同化率均隨溫度的升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在25 ℃時達到最大,稚蚌、幼蚌和成蚌分別為91.040%、92.107%和78.229%,稚蚌和成蚌在35 ℃時同化率最小,分別為51.262%和38.134%,幼蚌同化率在15 ℃時最小,為51.556%。高于20 ℃幼蚌同化率均高于稚蚌和成蚌,除30 ℃稚蚌同化率低于成蚌外,其余溫度稚蚌同化率均高于成蚌。雙因素方差分析(表5)表明;溫度對橄欖蟶蚌同化率影響極顯著(P<0.01),干重對橄欖蟶蚌同化率影響顯著(P<0.05),溫度對于同化率的影響要明顯高于干重的影響,溫度和干重的交互作用對同化率有顯著影響(P<0.05)。

圖4 溫度對3種規(guī)格橄欖蟶蚌同化率的影響Fig.4 Effect of temperature on assimilation efficiency of three sizes of S.oleivora

表5 干重和溫度對橄欖蟶蚌同化率影響的雙因素方差分析Table 5 ANOVA analysis of assimilation efficiency of S.oleivora with dry body weight and water temperature

2.5 溫度對3種規(guī)格橄欖蟶蚌排糞率的影響

由圖5可知:稚蚌和幼蚌排糞率隨溫度的上升呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在30 ℃達到最大值,分別為11.722和0.697 mg·g-1·h-1,而成蚌的排糞率隨溫度上升而上升,35 ℃達到最大值2.021 mg·g-1·h-1;在15 ℃時稚蚌、幼蚌和成蚌的排糞率最小,分別為0.700、0.305和0.284 mg·g-1·h-1。稚蚌排糞率高于成蚌,幼蚌最低。雙因素方差分析(表6)表明:溫度和干重對橄欖蟶蚌排糞率均存在極顯著影響(P<0.01),干重對于橄欖蟶蚌排糞率的影響要明顯高于溫度的影響,溫度和干重交互作用對攝食率同樣具有極顯著影響(P<0.01)。

圖5 溫度對3個種規(guī)格橄欖蟶蚌排糞率的影響Fig.5 Effect of temperature on fecal pellet production rate of three sizes of S.oleivora

2.6 3種規(guī)格橄欖蟶蚌的能量收支差異

根據(jù)能量收支方程C=F+R+U+P,獲得不同溫度下橄欖蟶蚌的能量收支方程(表7)。從方程中可知呼吸能占比最大(22.01%～94.90%),其次是排糞能(9.47%～59.69%)和生長能(-25.39%～56.33%),排泄能最小(0.37%～20.08%)。生長能所占比例隨溫度升高呈現(xiàn)出先上升后下降趨勢,其中稚蚌的生長能在15～20 ℃處于負值,在25～35 ℃生長能占比較高,表明橄欖蟶蚌稚蚌階段適宜生長水溫要達到25 ℃左右;幼蚌15 ℃生長能為負值,而20～30 ℃較高,35 ℃時較低,表明幼蚌適宜溫度為20～30 ℃;成蚌生長能占比在5個溫度梯度內(nèi)均為正值,15～30 ℃表現(xiàn)出較高的生長能,均大于20%,而35 ℃時較低,僅為 9.23%,此結(jié)果表明15～30 ℃均適宜橄欖蟶蚌成蚌生長,適溫范圍大于稚蚌和幼蚌。橄欖蟶蚌適溫范圍隨規(guī)格增大而增大。

表7 溫度對3種規(guī)格橄欖蟶蚌能量收支的影響Table 7 Effects of temperature on energy budget of three sizes of S.oleivora

3 討論

3.1 溫度對橄欖蟶蚌代謝生理和攝食生理的影響

影響貝類生長代謝的環(huán)境因子有很多,由于貝類是變溫動物,溫度對貝類的代謝生理和攝食生理具有重要作用。有研究顯示:溫度對貝類耗氧率、排氨率、攝食率均存在顯著影響[22-23]。但耗氧率、排氨率、攝食率、同化率隨溫度的變化趨勢存在兩種說法:一種是隨溫度升高而上升,另一種是隨溫度的升高先上升后下降[22]。范德朋等[22]對縊蟶(Sinonovaculaconstricta)的研究結(jié)果顯示溫度對縊蟶耗氧率和排氨率均存在顯著影響,耗氧率和排氨率隨溫度的升高而上升。徐鋼春等[23]研究發(fā)現(xiàn)溫度對河蜆(Corbiculafluminea)濾食率和同化率均存在顯著影響,濾食率隨溫度升高呈先上升后下降的趨勢,20 ℃時同化率要大于15 ℃。本試驗結(jié)果顯示:溫度和規(guī)格對橄欖蟶蚌耗氧率、排氨率、攝食率、排糞率和同化率均存在顯著影響,耗氧率、排氨率、攝食率、排糞率和同化率均隨溫度的升高呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,耗氧率、攝食率和排糞率在30 ℃達到最大值,排氨率和同化率在25 ℃時達到最大值。這是因為在適宜的溫度范圍內(nèi),貝類體內(nèi)與呼吸和代謝相關(guān)的酶活性隨溫度升高而升高,代謝速率加快,耗氧率、排氨率、同化率升高,但當超出適溫范圍,酶活性降低,代謝速率降低,耗氧率、排氨率和同化率下降[24]。溫度升高還會影響濾食性貝類纖毛擺動速率。在一定溫度范圍內(nèi)溫度升高纖毛的運動速率相應(yīng)加快,機體各器官的活動性能提高,攝食率升高,溫度超出適溫范圍時,纖毛運動速率減慢,攝食率下降[25]。橄欖蟶蚌代謝生理隨溫度的變化同三角帆蚌[26](Hyriopsiscumingii)和河蜆趨勢相似,與縊蟶變化趨勢不同,范德朋等[22]認為可能與選取的溫度范圍不是最佳范圍有關(guān),也有可能是因為試驗貝類受到不同程度的馴化[23]。

3.2 規(guī)格對橄欖蟶蚌代謝生理和攝食生理的影響

規(guī)格對貝類代謝生理和攝食生理存在顯著影響。范德朋等[22]對縊蟶的研究結(jié)果顯示規(guī)格對縊蟶耗氧率和排氨率均存在顯著影響,單位體重耗氧率和排氨率隨規(guī)格的增大而下降。廖文崇等[27]對4種規(guī)格香港巨牡蠣(Crassostreahongkongensis)研究發(fā)現(xiàn),規(guī)格對香港巨牡蠣攝食率影響極顯著,牡蠣攝食率隨規(guī)格增大而下降。本試驗結(jié)果顯示:規(guī)格對橄欖蟶蚌耗氧率、排氨率、攝食率、排糞率和同化率均存在顯著影響,耗氧率、排氨率隨規(guī)格增大而下降。這是因為在貝類生長過程中,直接維持生命的組織和器官所占比例逐漸下降,而直接維持生命的組織和器官(如肝臟、腎臟等)的新陳代謝高于非直接維持生命的組織和器官(如脂肪、肌肉等),使得代謝速率隨規(guī)格增大而逐漸下降[22]。本研究中稚蚌攝食率顯著高于幼蚌和成蚌,與上述規(guī)律相符,但幼蚌攝食率小于成蚌,是否是因為幼蚌在人工高密度養(yǎng)殖中受到了馴化還有待進一步研究。

廖文崇等[27]對香港巨牡蠣研究發(fā)現(xiàn),4種規(guī)格香港巨牡蠣吸收率差異不顯著。楊家林等[28]對自然海水條件下3種規(guī)格鈍綴錦蛤(Tapesdorsatus)研究發(fā)現(xiàn):體重對同化率的影響差異不顯著。本試驗結(jié)果顯示:規(guī)格對橄欖蟶蚌同化率存在顯著影響。但也有研究者發(fā)現(xiàn),Mytiluschilensis軟體部干重0.02～3.5 g,Choromytiluschorus殼高19～140 mm時,貝類同化率與個體大小無關(guān)[29]。本研究所用3種規(guī)格橄欖蟶蚌個體大小差異較大,成蚌平均體重是稚蚌的3 000多倍,可能是導致同化率隨規(guī)格變化有差異的原因。

3.3 貝類能量收支差異的影響因素

3.3.1 貝類能量分配策略差異貝類能量主要來自攝食和消化吸收,用于呼吸、排泄以及自身的生長繁殖。三角帆蚌能量分配策略中,呼吸能占比最大(46.66%～54.34%),其次是排糞能(30.12%～32.56%)和生長能(10.85%～17.83%),排泄能占比最小(<5%)[30];近江牡蠣能量分配中排糞能占比例最大(33.22%～64.22%),其次是生長能(27.75%～58.93%)和呼吸能(6.62%～16.46%),排泄能最小(<2%)[15]。本試驗結(jié)果顯示橄欖蟶蚌能量分配與三角帆蚌相似。高建華[30]認為能量分配策略差異與貝種類以及餌料種類不同有關(guān),因為不同種類貝類呼吸能和生長能比例存在差異,而餌料種類不同會導致攝食能和同化率的改變。常亞青等[19]認為試驗方法以及各項生理指標隨溫度上升的變化趨勢和幅度不同,也會導致貝類能量分配的差異;用不同的方法測定貝類的攝食率和同化率得到的結(jié)果不同,呼吸能、排泄能等隨溫度和規(guī)格變化的幅度不同。本研究中橄欖蟶蚌與近江牡蠣能量分配策略的差異可能是因為貝類種類不同,一種為淡水蚌類,一種為海水蚌類;并且本試驗攝食率和同化率測定采用的是破壁微擬球藻,近江牡蠣能量收支研究采用的是小球藻(Chlorella),三角帆蚌能量收支試驗采用的是柵藻(Scenedesmusobliquus),也可能是導致能量分配差異的原因。

3.3.2 溫度對貝類生長能分配的影響呂旭寧等[14]研究發(fā)現(xiàn)凸殼肌蛤生長能占攝食能比例在7～31 ℃隨溫度升高先上升后下降,在23 ℃時達到最大;蔣麗梅[31]對黃邊糙鳥蛤(TrachycardiumflavumLinnaeus)研究發(fā)現(xiàn),生長能占比在18～33 ℃時隨溫度升高先上升后下降,在28 ℃時達到最大值。本試驗結(jié)果顯示:生長能占比隨溫度升高呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,稚蚌和成蚌均在25 ℃達到最大值,幼蚌在20 ℃時達到最大值,說明20～25 ℃是橄欖蟶蚌最適生長溫度范圍。尤其在進行橄欖蟶蚌人工繁育時,稚蚌階段養(yǎng)殖溫度應(yīng)達到25 ℃左右,有利于蚌苗的生長。稚蚌和幼蚌15 ℃時生長能比例低于35 ℃時,而成蚌相反,說明橄欖蟶蚌稚蚌和幼蚌對低溫的耐受能力低,而成蚌對高溫的耐受能力較低。本試驗結(jié)果顯示稚蚌在35 ℃時生長能比例反而升高,這與其他蚌類有所不同,其原因有待進一步研究。