鹽度和溫度對(duì)中國鱟幼鱟耗氧率和排氨率的影響*

董蘭芳，許明珠，李世才，曾夢清，陳瑞芳，劉海娟

(廣西海洋研究所有限責(zé)任公司，廣西海水養(yǎng)殖新品種繁育工程技術(shù)研究中心，廣西北海 536000)

鱟(Limulus)是一種生活在海洋中的大型節(jié)肢動(dòng)物，它出現(xiàn)在地質(zhì)歷史時(shí)期古生代的泥盆紀(jì)，由三葉蟲演化而來，是地球上少數(shù)僅存的古老物種，具有重要的經(jīng)濟(jì)和科研價(jià)值。中國鱟(Tachypleustridentatus)為現(xiàn)存僅有的4種鱟之一[1]，世界上95%的中國鱟資源分布在中國，尤其廣西北部灣是中國鱟最主要的棲息地[2]。由于環(huán)境污染、過度捕撈以及灘涂開發(fā)破壞等原因，中國鱟資源急劇減少，瀕臨滅絕。中國鱟是廣西、廣東、福建重點(diǎn)保護(hù)水生動(dòng)物，近年也列入我國國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物名錄。由于實(shí)驗(yàn)材料的限制，有關(guān)中國鱟的研究主要集中在地理分布[3,4]、資源現(xiàn)狀和價(jià)值[2,3,5]、生活習(xí)性[6]、人工繁育[7-12]等方面，其他方面的研究報(bào)道較少。近年來，中國鱟苗種規(guī)?；斯し庇膶?shí)現(xiàn)為中國鱟資源的保護(hù)、恢復(fù)以及深入研究奠定了基礎(chǔ)。

耗氧率和排氨率是動(dòng)物體呼吸代謝、能量收支最直觀的表達(dá)參數(shù)，通過研究外部環(huán)境因子對(duì)動(dòng)物體耗氧率和排氨率的影響，可以了解動(dòng)物自身的生理狀態(tài)和對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力，同時(shí)反映其代謝規(guī)律[13,14]。溫度和鹽度是影響水生生物新陳代謝的主要因素，也是隨季節(jié)和氣象條件變化而極易發(fā)生改變的兩個(gè)環(huán)境因子[15]。溫度變化對(duì)水生生物的生存、代謝、繁殖、發(fā)育和免疫系統(tǒng)應(yīng)答等多種生命活動(dòng)都具有十分重要的影響，而鹽度主要通過滲透壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)水生動(dòng)物生理代謝狀態(tài)的影響。本文通過對(duì)中國鱟幼鱟呼吸代謝的研究，了解幼鱟在不同生態(tài)環(huán)境下的適應(yīng)性，可為實(shí)際鱟苗生產(chǎn)應(yīng)用以及增殖放流活動(dòng)提供理論數(shù)據(jù)參考，也為中國鱟的生物學(xué)研究積累基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 材料

中國鱟幼鱟來源于廣西海洋研究所有限責(zé)任公司海水增養(yǎng)殖試驗(yàn)基地。挑選活力較好的健康個(gè)體為試驗(yàn)對(duì)象，1齡幼鱟平均體質(zhì)量為(21.27±0.72) mg，2齡幼鱟平均體質(zhì)量為(49.63±1.14) mg，在玻璃缸(35 cm×21 cm×23 cm)內(nèi)暫養(yǎng)7 d，試驗(yàn)前停食24 h。試驗(yàn)用海水為砂濾自然海水，鹽度29.7，水溫(24±0.5)℃。

1.2 方法

試驗(yàn)采用250 mL碘量瓶作為呼吸瓶，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)(預(yù)實(shí)驗(yàn)初步確定了幼鱟對(duì)鹽度和溫度耐受范圍以及室溫下的耗氧率和排氨率)，1齡幼鱟每瓶放50只，2齡幼鱟每瓶放20只。裝滿對(duì)應(yīng)梯度的海水后用塑料薄膜封口。每個(gè)梯度設(shè)3個(gè)平行和1個(gè)空白對(duì)照(不放幼鱟)。采用密閉靜水法根據(jù)始末溶氧變化和氨氮濃度的變化計(jì)算耗氧率和排氨率，試驗(yàn)時(shí)間持續(xù)24 h，試驗(yàn)結(jié)束后立即用虹吸法吸取水樣。采用碘量法(Winkler法，GB 7489-1987)測定水中溶解氧的含量，納氏試劑分光光度法[16]測定水中氨氮的含量。

1.2.1 鹽度對(duì)中國鱟幼鱟耗氧率和排氨率的影響

共設(shè)置8個(gè)鹽度梯度，分別為5，10，15，20，25，30，35和40，用充分曝氣的自來水和海水晶調(diào)節(jié)試驗(yàn)組的海水鹽度，每天升/降鹽度2至預(yù)定鹽度，幼鱟適應(yīng)24 h后開始正式試驗(yàn)，試驗(yàn)期間呼吸瓶放入恒溫培養(yǎng)箱，培養(yǎng)箱溫度設(shè)定在26℃，以保持各組水溫一致，其他條件同上。

1.2.2 溫度對(duì)中國鱟幼鱟耗氧率和排氨率的影響

共設(shè)置4個(gè)溫度梯度，分別為25℃、29℃、33℃和37℃，用恒溫培養(yǎng)箱控制海水溫度(海水為自然砂濾海水)，以2℃/d的速度升溫，直至水溫達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定溫度，幼鱟適應(yīng)24 h后開始試驗(yàn)，其他條件同上。

1.3 計(jì)算方式

耗氧率：中國鱟幼鱟單位體質(zhì)量在單位時(shí)間內(nèi)消耗氧氣的數(shù)量。幼鱟耗氧率計(jì)算公式：

RO=(DO0-DOt) ×V/ (m×t)，

式中，RO為幼鱟耗氧率[μg/(g·h)]，DO0和DOt分別為時(shí)間t后空白對(duì)照瓶和試驗(yàn)瓶內(nèi)水樣的溶氧濃度(mg/L)，V為試驗(yàn)用海水體積(mL)，m為幼鱟體質(zhì)量(g)，t為試驗(yàn)時(shí)間(h)。

排氨率：中國鱟幼鱟單位體質(zhì)量在單位時(shí)間內(nèi)排出氨的數(shù)量。幼鱟排氨率計(jì)算公式：

RN=(N0-Nt)×V/(m×t)，

式中RN為幼鱟排氨率[μg/(g·h)]，N0和Nt分別是時(shí)間t后空白對(duì)照瓶和試驗(yàn)瓶內(nèi)水樣的氨氮濃度(mg/L)。

氧氮比(O/N)：中國鱟幼鱟機(jī)體消耗氧的克原子數(shù)與排出氮的克原子數(shù)的比率。氧氮比計(jì)算公式：

O/N=RO∶RN。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用 SPSS軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，若差異達(dá)到顯著(P<0.05)，則用Tukey多重比較各組數(shù)據(jù)之間的差異，結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”(n=3)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽度對(duì)中國鱟幼鱟耗氧率的影響

Different letters in the same series indicate significant differences (P<0.05)

2.2 鹽度對(duì)中國鱟幼鱟排氨率的影響

2.3 溫度對(duì)中國鱟幼鱟耗氧率的影響

Different letters in the same series indicate significant differences (P<0.05)

2.4 溫度對(duì)中國鱟幼鱟排氨率的影響

Different letters in the same series indicate significant differences (P<0.05)

2.5 不同鹽度和溫度條件下中國鱟幼鱟的O/N

從表1可以看出，1齡幼鱟O/N為7.14-16.36，2齡幼鱟為6.71-10.27。不同鹽度下1齡和2齡幼鱟的O/N大體上均呈先升高后降低的趨勢，1齡幼鱟的O/N在鹽度30時(shí)最大，2齡幼鱟則在鹽度20時(shí)最大。不同溫度下1齡和2齡幼鱟的O/N的變化趨勢正好相反，高溫組1齡幼鱟O/N較低溫組低。

表1 不同鹽度和溫度條件下中國鱟幼鱟的O/NTable 1 O/N of juvenile Tachypleus tridentatus under different salinity and temperature conditions

3 討論

3.1 中國鱟幼鱟與其他水生物種耗氧率的比較

呼吸和排泄是生物體代謝活動(dòng)的重要表征，水生動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)及能量轉(zhuǎn)化靠生物體內(nèi)的有氧代謝進(jìn)行，耗氧率、排氨率的大小在很大程度上反映了生物體的代謝特征及生理狀態(tài)。不同物種之間耗氧率差異較大，邱成功等[17]分析認(rèn)為不同水生動(dòng)物耗氧率大小依次為海水貝類>魚類幼魚>甲殼類，并按耗氧率大小將水生動(dòng)物大致分為3類：低型[Ro低于1 mg/(g·h)]、中型[Ro在1-3 mg/(g·h)]和高型[Ro高于3 mg/(g·h)]。甲殼類耗氧率較低，如李朝華等的研究表明Ⅵ-Ⅺ生長期三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)的耗氧率為0.033-0.340 mg/(g·h)[18]；克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)耗氧率晝夜變化為0.145-0.427 mg/(g·h)[19]。本試驗(yàn)中在鹽度5-40、溫度25-37℃時(shí)，中國鱟1齡幼鱟的耗氧率為19.50-29.70 μg/(g·h)，2齡幼鱟為35.37-56.12 μg/(g·h)，與不同生長期三疣梭子蟹耗氧率的低值相近。甲殼類耗氧率較低的原因之一是其外殼占體質(zhì)量的比重大，研究表明中國鱟的外殼占其總質(zhì)量的1/3以上[20]，因而維持中國鱟生命活動(dòng)的耗氧較大組織如干胰臟、性腺、鰓、腸道等的比重相對(duì)較小，相應(yīng)的耗氧率的計(jì)算值也較小。且中國鱟生長緩慢，幼鱟常仰臥于水底不活動(dòng)，耗氧率低也能從側(cè)面反映幼鱟的這一生活習(xí)性。

3.2 鹽度對(duì)中國鱟幼鱟耗氧率和排氨率的影響

鹽度是影響水生動(dòng)物生理代謝活動(dòng)的重要環(huán)境因素，水生動(dòng)物通過自身一系列生理變化來調(diào)整體內(nèi)外滲透壓的動(dòng)態(tài)平衡，致使其生長存活、呼吸代謝、能量收支等指標(biāo)也產(chǎn)生相應(yīng)變化[21]。關(guān)于鹽度對(duì)魚類、貝類、甲殼類等呼吸代謝的影響已有大量報(bào)道，鹽度影響動(dòng)物體耗氧率和排氨率的變化規(guī)律大致可以分為兩類：(1)一般來講，水生動(dòng)物在最適鹽度條件下代謝耗能較少，隨著鹽度升高或降低后偏離其棲息適宜環(huán)境時(shí)代謝率增加[22]。因此動(dòng)物體的耗氧率和排氨率在適宜鹽度環(huán)境下相對(duì)較低，而當(dāng)環(huán)境鹽度低于或高于適宜鹽度時(shí)，動(dòng)物體將提高能量代謝以維持滲透壓的穩(wěn)定，即表現(xiàn)為耗氧率和排氨率升高，如虎斑烏賊(Sepiapharaonis)[23]、大瀧六線魚(Hexagrammosotakii)[24]、橄欖蚶(Estellarcaolivacea)[25]、櫛江珧(Atrinapectinata)[26]等。(2)隨著鹽度升高，動(dòng)物體耗氧率和排氨率隨之增加，達(dá)到峰值后隨鹽度繼續(xù)升高而降低，如可口革囊星蟲(Phascolosomaesculenta)[4]、方斑東風(fēng)螺(Babyloniaareolata)[27]、中國蛤蜊(Mactrachinensis)[28]、甲蟲螺(Cantharuscecillei)[29]等。曾夢清等[14]對(duì)可口革囊星蟲的研究和觀察中，推測造成這一現(xiàn)象的原因可能與動(dòng)物體在不同鹽度環(huán)境下的活動(dòng)量有關(guān)，適宜鹽度下可口革囊星蟲活動(dòng)量大，反之其通過減少活動(dòng)、降低能量消耗來適應(yīng)環(huán)境滲透壓的改變。在本試驗(yàn)條件下，隨著鹽度的升高，中國鱟1齡和2齡幼鱟的耗氧率和排氨率均呈先降低后上升的趨勢，符合第(1)類變化規(guī)律，且鹽度與耗氧率、排氨率之間的關(guān)系均符合二次回歸方程。鹽度試驗(yàn)的水溫為26℃，此溫度下若無水流等刺激，幼鱟基本不活動(dòng)，且據(jù)觀察，試驗(yàn)過程中所有鹽度試驗(yàn)組的幼鱟均處于基本不活動(dòng)狀態(tài)。因此推測活動(dòng)量不是本試驗(yàn)條件下幼鱟耗氧率和排氨率變化的關(guān)鍵因素，低鹽和高鹽環(huán)境幼鱟耗氧率和排氨率升高可能是幼鱟機(jī)體為調(diào)節(jié)體內(nèi)外滲透壓平衡而增加能量消耗造成的。1齡幼鱟的耗氧率和排氨率最低值均出現(xiàn)在鹽度35試驗(yàn)組，而2齡幼鱟的耗氧率和排氨率最低值出現(xiàn)在鹽度20試驗(yàn)組，說明1齡幼鱟的適宜鹽度高于2齡幼鱟。

3.3 溫度對(duì)中國鱟幼鱟耗氧率和排氨率的影響

溫度是影響水生動(dòng)物呼吸和排泄等代謝活動(dòng)的主要環(huán)境因素，大量魚類[17,26,30]、貝類[3,5,25-27]、甲殼類[31]等水生動(dòng)物的呼吸代謝研究表明，水生動(dòng)物在適宜溫度下的耗氧率隨溫度的升高而增加，而當(dāng)溫度超過生物的適宜或耐受范圍時(shí)則會(huì)顯著下降。適溫條件下，隨著溫度升高，水生生物體內(nèi)酶活力逐漸增強(qiáng)，其消化、循環(huán)、運(yùn)動(dòng)等系統(tǒng)的生理機(jī)能也更加旺盛，代謝活動(dòng)不斷增強(qiáng)，呼吸代謝對(duì)氧氣消耗也隨之增加，即表現(xiàn)為耗氧率和排氨率升高。而當(dāng)環(huán)境溫度超過生物體的適應(yīng)溫度，機(jī)體酶活受到抑制，導(dǎo)致生理代謝功能紊亂，呼吸代謝減弱，代謝產(chǎn)物減少，即表現(xiàn)為耗氧率和排氨率降低。本試驗(yàn)中，溫度對(duì)中國鱟幼鱟的影響結(jié)果也符合上述規(guī)律，溫度為25-33℃時(shí)，幼鱟的耗氧率和排氨率隨溫度的升高而顯著升高，1齡和2齡幼鱟耗氧率和排氨率的最高值均出現(xiàn)在33℃試驗(yàn)組，且據(jù)試驗(yàn)期間的觀察結(jié)果，呼吸瓶內(nèi)幼鱟的活動(dòng)量隨溫度升高明顯增強(qiáng)，尤其33℃試驗(yàn)組幼鱟的活動(dòng)量要多于其他試驗(yàn)組，因此該試驗(yàn)組幼鱟的耗氧率和排氨率最高。但當(dāng)溫度繼續(xù)升高到37℃，幼鱟的耗氧率和排氨率均開始出現(xiàn)明顯的下降趨勢，說明37℃已經(jīng)超過幼鱟的適溫范圍。溫度與耗氧率、排氨率之間的關(guān)系也符合二次回歸方程。

3.4 鹽度、溫度對(duì)中國鱟幼鱟O/N的影響

O/N是動(dòng)物利用能源物質(zhì)配比的一個(gè)重要指標(biāo)，反映了動(dòng)物體蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物作為代謝底物之間的比例關(guān)系[32]，O/N數(shù)值大,表明動(dòng)物體代謝所需的能量大部分由脂肪和碳水化合物提供，較少部分由蛋白質(zhì)提供[33]。研究結(jié)果表明，若蛋白質(zhì)代謝占能量提供的主導(dǎo)時(shí)，O/N數(shù)值在3-16;若供能以蛋白質(zhì)和脂肪混合代謝為主時(shí)，O/N數(shù)值在16-60;而當(dāng)脂肪和碳水化合物為主導(dǎo)供能時(shí)，O/N數(shù)值將會(huì)大于60[34-36]。本試驗(yàn)中，在鹽度5-40，溫度25-37℃時(shí)，1齡和2齡幼鱟的O/N為6.71-16.36，表明兩階段幼鱟在各試驗(yàn)條件下的能量代謝主要由蛋白質(zhì)分解提供，原因可能是幼鱟從孵化到1齡蛻殼為2齡攝食較少，甚至可不攝食僅依靠母體卵黃的營養(yǎng)完成蛻殼，因此幼鱟的能量代謝主要是自身蛋白質(zhì)的分解。外界環(huán)境因子的變化，往往能對(duì)生物體的能量代謝以及物質(zhì)選擇產(chǎn)生影響，鹽度試驗(yàn)中，鹽度30試驗(yàn)組1齡幼鱟的O/N值最大，2齡幼鱟O/N最大值則出現(xiàn)在鹽度20試驗(yàn)組，說明相應(yīng)試驗(yàn)組的蛋白質(zhì)代謝水平相對(duì)較低，這從側(cè)面反映了1齡和2齡幼鱟的適宜生長鹽度。而在溫度試驗(yàn)中，溫度同樣影響幼鱟的O/N，但1齡和2齡幼鱟O/N數(shù)值的變化趨勢卻相反，具體原因有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

上述研究表明，中國鱟幼鱟的耗氧率整體處于較低水平。幼鱟的耗氧率和排氨率在適宜鹽度環(huán)境下相對(duì)較低，而當(dāng)環(huán)境鹽度低于或高于適宜鹽度時(shí)，幼鱟耗氧率和排氨率升高。當(dāng)溫度為25-33℃時(shí)，幼鱟的耗氧率隨溫度的升高而增加，而當(dāng)溫度超過33℃時(shí)幼鱟的代謝率不升反降。幼鱟的O/N為6.71-16.36，這表明其代謝主要由蛋白質(zhì)分解供能。