溫度對透明溞生長、生殖和形態可塑性的影響研究

左鎵琪，趙 文，魏 杰，董成浩，崔競丹，楊 板

( 大連海洋大學 水產與生命學院，遼寧省水生生物學重點實驗室，遼寧 大連 116023 )

枝角類種類繁多，同一種類的個體在一年中的不同季節會展現出不同的外形，這種現象稱為季節變異[1]，外形季節變異容易讓人誤將同一種枝角類的季節型當作不同種類。枝角類的季節變異主要表現在頭頂形狀、殼刺的長短和頭盔的有無等方面，這種季節變異又可以稱為生物表型可塑性[2]。表型可塑性是指生物體在生物或者非生物環境發生變化時呈現出不同表型的能力，是生物在不穩定的生活環境中維持生存的一種主要策略[3-4]。季節變異主要由溫度差異引起。透明溞(Daphniahyalina)屬節肢動物門、甲殼動物亞門、鰓足綱、枝角類、異足目、溞科、溞屬[5-7]，是廣溫性濾食性溞類。主要棲息于較大的貧營養型湖泊和水庫中，在我國的長江流域中小型湖泊中也常見[6-7]。透明溞體內含有豐富的蛋白質、脂肪、維生素和礦物質，是許多魚類和其他水生動物的餌料來源[1,8]。目前關于透明溞的相關研究較多，在溫度對枝角類生長影響的相關研究中，黃祥飛[9]將透明溞和隆線溞亞種(D.carinatassp.)發育及生長受溫度的影響進行了對比研究，黃小娜等[10]將透明溞與其他3種枝角類的夏卵和生長發育進行了對比研究；在食物對枝角類生長影響的相關研究中，徐怡等[11]用不同氮、磷含量和溫度培養的小球藻(Chlorella)投喂透明溞，觀察對其生長和繁殖影響，黃翠等[12]研究了不同食物對透明溞種群生長影響；在形態可塑性研究方面，柯志新等[2]研究了反捕食對溞類的表型可塑性的影響。筆者主要研究溫度的變化對透明溞的表型可塑性和其他的生理變化的影響，旨在獲得在野外15～27 ℃條件下溫度對透明溞生存、生長、繁殖等研究數據，為枝角類適應進化和生理生態學深入研究提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 試驗溞種的來源和馴化

試驗用透明溞采自遼寧省大伙房水庫，用25#浮游生物網捕撈帶回遼寧省水生生物學重點實驗室，采用麥克奧迪公司的生物顯微鏡(BA210)，在4×10倍鏡下進行鑒定(目微尺1格代表的實際長度為2.5 μm)，將分離出的透明溞馴養于500 mL燒杯中，每日投喂5 mL斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)，讓透明溞通過孤雌生殖繁育成一定規模的同步生長種群。試驗中選取帶卵母溞放置不同溫度的恒溫箱中提前適應相應溫度用于培養繁殖同步溞，待卵孵化后選取規格相近的幼溞作為試驗材料。

1.2 試驗方法

1.2.1 測量位點和變量標識

枝角類測量位點和變量標識見圖1。枝角類頭盔最高處至殼刺尖端的垂直長度為全長；頭盔最高處至殼刺根部的垂直長度為體長；殼刺根部至殼刺尖端的垂直長度為殼刺長(mm)。頭盔是枝角類頭頂上的三角形突起，枝角類頭頂一般為圓弧形，有時有頭盔出現。

圖1 枝角類測量位點和變量標識Fig.1 Measurement sites and variable identification of water fleas D. hyalina

1.2.2 溫度對透明溞生長影響試驗

本試驗將文獻[9]中試驗所設溫度梯度15、18、25、28、32 ℃改為溫差跨度相同的15、18、21、24、27 ℃，試驗采用恒溫培養箱進行控溫，投喂人工培養的藻類作為透明溞餌料。試驗初始階段準備5個50 mL燒杯，每個燒杯中均放入15 個性成熟的成體溞，將裝有成體溞的燒杯分別放入5個相應溫度的恒溫培養箱中，待幼體出生后進行觀察。每組溫度隨機選取10個同步溞(出生時間約18 h的幼溞)，分別測量透明溞初始體長和全長，有無頭盔情況，然后分別放入10支10 mL試管中貼好標簽。試驗期間投喂斜生柵藻1次/2 d，每次1 mL。每72 h測量1次其體長、全長和殼刺長，記錄頭盔的變化。

1.2.3 溫度對透明溞生殖影響試驗

本試驗設置15、18、21、24、27 ℃ 5組溫度梯度，將隨機選取的5 個同步幼體溞與5 個同步成體溞分別放入相應溫度的10 mL試管中進行培養。試驗期間每2 d投喂1次斜生柵藻，每次1 mL，每24 h觀察幼溞是否懷卵、成溞是否產幼，并記錄不同溫度下透明溞產前發育時間和產卵間隔時間。

1.3 數據分析

1.3.1 相對增長率(RL)

RL/%=(Lt-L0)/L0×100%

式中，L0為初始體長，Lt為增長后的體長。

1.3.2 種群增長參數

式中，x為年齡期(d)，lx為x期時的存活率(%)，mx為x期時的出生率(%)，rm為內稟增長率(d-1)，R0為凈生產量(個)，T為世代周期(d)，λ為周限增長率(d-1)[5]。

1.3.3 胚胎發育時間和溫度之間的線性方程為：

lnt=3.5748+0.0769lnθ-0.3122(lnθ)2

式中，t為發育時間(d)，θ為培養溫度(℃)[9]。

1.3.4 數據分析

試驗數據用Excel 2009軟件處理，SPSS 23.0軟件進行數據差異性分析和Duncan多重比較。P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。

2 結 果

2.1 溫度對透明溞生長影響

在15～21 ℃溫度內，透明溞存活率隨溫度升高而升高；在21～27 ℃內隨溫度升高存活率降低。其中27 ℃組透明溞在第2天全部死亡，24 ℃組透明溞在第4天死亡數漸多，15、18 ℃組透明溞在第7天出現較多死亡(圖2)。由此可見在第7天時，21 ℃透明溞存活率最高達80%，15 ℃存活率較低，為60%，27 ℃存活率最低，為0%，21 ℃最適于透明溞生存。

圖2 溫度對透明溞存活率的影響Fig.2 The effect of temperature on the survival rate of water fleas D. hyalina

第1天時15 ℃組透明溞體長與18 ℃組差異顯著，與其他組差異不顯著；第4天時15 ℃組與18 ℃組差異顯著，與其他組差異不顯著；第7天時15 ℃組與其他組均差異不顯著，但15 ℃組透明溞的體長高于其他組0.045～0.09 mm(圖3)。在生長周期內，透明溞15 ℃組個體的全長普遍大于其他組全長0.03～0.13 mm。隨生長天數的增加，透明溞的體長也隨之增加。

溫度對透明溞的殼刺長的影響見圖4。15、21 ℃組第1天與第7天殼刺長差異顯著(P<0.05)，兩組溫度下透明溞殼刺長度隨透明溞生長變短。15 ℃組平均殼刺長與18、21、24 ℃組差異顯著(P<0.05)，低溫透明溞殼刺短。21 ℃組與另外3組差異顯著(P<0.05)，一定范圍內的溫度刺激會使透明溞殼刺產生長短變化。

圖3 溫度對透明溞體長的影響Fig.3 The influence of temperature on the body length of water fleas D. hyalina 同一圖柱上不同字母表示不同時期有顯著差異(P<0.05)，下同. Different letters on the same column indicate significant differences in different periods(P<0.05), et sequentia.

圖4 溫度對透明溞殼刺長的影響Fig.4 The effect of temperature on the thorn length of water fleas D. hyalina 同一圖柱上不同小寫字母表示不同時期有顯著差異(P<0.05)，不同圖柱上不同的大寫字母表示不同溫度有顯著差異(P<0.05). Different letters on the same chart column indicate significant differences in different periods(P<0.05), and different capital letters on different chart columns indicate significant differences at different temperatures(P<0.05).

溫度對透明溞殼刺長與全長比值的影響見圖5。同一溫度下15～24 ℃組不同生長時期的比值下降0.07～0.11，隨著體長逐漸增加，殼刺長對全長的影響降低。不同溫度下在相同的生長時期15 ℃組比值最小，說明15 ℃時透明溞體長最長，體型最大。

圖5 溫度對透明溞平均殼刺長與平均全長比值的影響Fig.5 The effect of temperature on the ratio of the average shell thorn to the average total length in water fleas D. hyalina

溫度對透明溞頭盔的影響見表1。出生幼溞均有尖角狀頭盔，第4天時15 ℃組尖頭盔占全部60%，其余3組占全部80%。第7天所有溫度組透明溞均從尖角狀頭盔變化成鈍圓形頭盔。所以透明溞頭盔有無主要隨時間變化，受溫度變化影響不大。

表1 溫度對透明溞頭盔出現率的影響 %Tab.1 The influence of temperature on helmet appearance rateof water fleas D. hyalina

2.2 溫度對透明溞生殖影響

透明溞的產前發育期和產幼間隔平均時間見圖6，溫度每升高3 ℃產前發育時間縮短2～6 d。21～24 ℃組與15～18 ℃組差異顯著，透明溞產前發育時間隨溫度升高變短。由公式計算，15～27 ℃胚胎發育時間為6.3、3.2、2.5、1.9、1.5 d，說明胚胎發育所需時間隨溫度升高而變短。15～27 ℃，產幼間隔時間差異不顯著，但也可看出24 ℃組比15 ℃組縮短2 d。由此可見，透明溞隨溫度升高胚胎發育時間、產前發育時間、產幼的間隔時間均縮短，24 ℃對透明溞繁殖最有利。

2.3 溫度對透明溞壽命的影響

溫度對透明溞壽命的影響見圖7。15 ℃組透明溞的壽命最長，平均壽命達37 d，與其他組溫度差異顯著，更適宜透明溞長期存活。21 ℃時透明溞平均壽命僅比18 ℃少2.4 d，差異不顯著。27 ℃組透明溞存活率低存活時間最短，平均壽命僅4 d。

隨溫度的升高透明溞壽命漸縮短。

2.4 溫度對透明溞種群增長參數的影響

溫度對透明溞種群增長參數的影響見表2。低于24 ℃的3個溫度組的內稟增長率、周限增長率、凈生殖率、世代周期隨溫度升高顯著升高(P<0.05)。24～27 ℃內稟增長率和周限增長率差異顯著，凈生殖率和世代周期的差異不顯著(P>0.05)。透明溞種群的內稟增長率在15～27 ℃溫度內隨溫度的升高而增加，24 ℃時最高，為0.47 d-1，在15 ℃時最低，為0.23 d-1。

圖6 溫度對透明溞繁殖的影響Fig.6 The effect of temperature on the reproduction of water fleas D. hyalina

圖7 溫度對透明溞壽命的影響Fig.7 The effect of temperature on the life span of water fleas D. hyalina

表2 溫度對透明溞種群增長參數的影響Tab.2 The influence of temperature on the growth parameters of water fleas D. hyalina population

3 討 論

3.1 溫度對透明溞生長影響

根據Green[13]的觀察，溞在蛻皮后隨即生長，不到10 s就可以由1.30 mm增至1.60 mm。本試驗結果表明，透明溞體長、全長隨溫度升高而變短，15 ℃組透明溞平均全長最長。透明溞殼刺長穩定在1.0 mm內，未發現過長或者過于彎曲的殼刺，殼刺長在15、21 ℃組第1天與第7天隨溫度升高逐漸縮短，其余兩組受溫度影響不大，原因可能是存在人為測量誤差或在測量吸取過程中操作失誤，導致兩組溫度的殼刺長度沒有明顯變化。溫度升高會對透明溞產生刺激所以殼刺會變長，或是上行效應[1]使得透明溞在高溫水中需要在液面與空氣交界處獲取更多氧氣，所以殼刺長短變化的真正原因尚需深入研究。透明溞頭盔的形狀在不同溫度的同一時期無明顯差異；在同一溫度的不同時期，透明溞在幼體時期頭盔更尖更明顯，在成長的過程中，第4天時部分透明溞會出現頭盔的變化，變得鈍圓，在第7天可以發現所有的試驗溞的頭盔都變得鈍圓，但因為透明溞的形態特性，頭盔并沒有完全消失仍可以明顯看出。透明溞殼弧在透明溞的生長發育過程中并沒有明顯的變化。

隨著溫度的升高，透明溞的壽命隨之減少[9]。所以透明溞在較低的溫度下可以存活更久，壽命更長，并且存活率更高。在溫度大于等于27 ℃時透明溞無法正常的生存、生長、繁殖。21 ℃下透明溞的平均壽命僅比18 ℃少2.4 d，卻比24 ℃多6.4 d。這說明21 ℃是透明溞最適宜生存的溫度，此時存活率最高，壽命較長。

3.2 溫度對透明溞生殖影響

透明溞在胚胎時期依靠母體供給的營養發育，透明溞在幼體階段和成體階段均需由外界獲取食物，因此其生長發育與食物密切相關。食物會影響溞類各齡期的生長、體長和產卵量，而溫度會影響溞類的攝食量，所以溫度對溞類各方面的影響更加顯著[11-12]。溞類在15～25 ℃內生殖最有利[14]；大型溞培養于20 ℃時，總生殖量最高，溞個體規格也最大[15]。透明溞在20 ℃時產卵率最高(達1.49)，高于或低于20 ℃的產卵率均低于1.49[11]。透明溞產前發育期和產幼間隔時間都受溫度影響，不同溫度下產前發育期和產卵間隔時間均有明顯差異，隨溫度的升高胚胎發育時間變短，產前發育期與產卵間隔也變短，當溫度達到24 ℃時透明溞發育時間最短。綜上所述，透明溞產卵率雖然隨溫度變化相差不大，但是透明溞的生殖對溫度有很大要求，透明溞最適繁殖溫度為24 ℃。

內稟增長率是反映特定條件下動物種群的最高增殖速率，是反映一個物種繁殖能力的重要指標[16]，內稟增長率的高低是檢測環境優劣的標志[17]。當淡水生物的自我調節能力被生存條件破壞，淡水生物的外部結構或者內部結構就會遭受到破壞從而導致死亡率上升[18]。徐怡等[11]研究表明，11 ℃的低溫環境能提高透明溞存活率，最高壽命可以達到63 d以上，但是會影響透明溞的繁殖，第一次產幼時間在15 d左右，生殖率大大降低。23 ℃以上的高溫環境不適合透明溞生存，30 d左右的時間就有1個試驗組全部死亡，但是產幼時間提前了8 d，生殖率也大大提高。其試驗結論表明，溫度升高會使透明溞的壽命變短，內稟增長率提高，高溫有助于提高其世代更新速度和種群增長的潛能。本試驗結果表明，透明溞最適發育繁殖溫度為24 ℃，這與徐怡等[11]透明溞最適發育繁殖溫度為17 ℃的結論存在差異。原因可能有如下3點：(1)透明溞的來源不同，本試驗采用的是撫順大伙房水庫的透明溞，所以在不同的地區，透明溞的生長和繁殖能力會有很大的差異；(2)稀釋的藻液來源不同，所以透明溞食物來源的不同也會影響其生長發育；(3)不同的食物類型，如投喂小球藻、柵藻等不同種類也會影響透明溞的壽命。

4 結 論

透明溞對溫度的變化反應敏感。在15～27 ℃溫度內，透明溞的存活率隨溫度升高先升后降，21 ℃時存活率最高。隨溫度的升高透明溞的內稟增長率升高，透明溞發育時間、懷卵時間和產卵時間縮短。在24 ℃時透明溞的凈生殖率和內稟增長率最高，分別為3.8和0.47 d-1；15 ℃條件下最小，分別為1.4和0.23 d-1。透明溞的胚胎發育時間與產幼間隔時間均隨溫度的升高而縮短2～6 d，產前發育期和壽命也隨溫度升高而縮短5～20 d。高溫提高透明溞的繁殖速率、內稟增長率、世代更新速度，但會縮短透明溞的壽命，降低產卵率，過高的溫度仍然是對透明溞正常繁殖和發育的不利條件。據此得出，21 ℃為最適宜透明溞生存的溫度，24 ℃為最適宜透明溞生殖發育和繁殖的溫度。透明溞作為水產經濟動物餌料生物利用其對溫度的敏感性，在水產養殖過程中可根據餌料的需求量對透明溞適當控溫繁殖。