鹽度和溫度對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任公司，廣西海水養殖新品種繁育工程技術研究中心，廣西北海 536000)

鱟(Limulus)是一種生活在海洋中的大型節肢動物，它出現在地質歷史時期古生代的泥盆紀，由三葉蟲演化而來，是地球上少數僅存的古老物種，具有重要的經濟和科研價值。中國鱟(Tachypleustridentatus)為現存僅有的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]。由于環境污染、過度捕撈以及灘涂開發破壞等原因，中國鱟資源急劇減少，瀕臨滅絕。中國鱟是廣西、廣東、福建重點保護水生動物，近年也列入我國國家二級保護動物名錄。由于實驗材料的限制，有關中國鱟的研究主要集中在地理分布[3,4]、資源現狀和價值[2,3,5]、生活習性[6]、人工繁育[7-12]等方面，其他方面的研究報道較少。近年來，中國鱟苗種規?；斯し庇膶崿F為中國鱟資源的保護、恢復以及深入研究奠定了基礎。

耗氧率和排氨率是動物體呼吸代謝、能量收支最直觀的表達參數，通過研究外部環境因子對動物體耗氧率和排氨率的影響，可以了解動物自身的生理狀態和對外界環境的適應能力，同時反映其代謝規律[13,14]。溫度和鹽度是影響水生生物新陳代謝的主要因素，也是隨季節和氣象條件變化而極易發生改變的兩個環境因子[15]。溫度變化對水生生物的生存、代謝、繁殖、發育和免疫系統應答等多種生命活動都具有十分重要的影響，而鹽度主要通過滲透壓調節實現對水生動物生理代謝狀態的影響。本文通過對中國鱟幼鱟呼吸代謝的研究，了解幼鱟在不同生態環境下的適應性，可為實際鱟苗生產應用以及增殖放流活動提供理論數據參考，也為中國鱟的生物學研究積累基礎資料。

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任公司海水增養殖試驗基地。挑選活力較好的健康個體為試驗對象，1齡幼鱟平均體質量為(21.27±0.72) mg，2齡幼鱟平均體質量為(49.63±1.14) mg，在玻璃缸(35 cm×21 cm×23 cm)內暫養7 d，試驗前停食24 h。試驗用海水為砂濾自然海水，鹽度29.7，水溫(24±0.5)℃。

1.2 方法

試驗采用250 mL碘量瓶作為呼吸瓶，根據預試驗(預實驗初步確定了幼鱟對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。裝滿對應梯度的海水后用塑料薄膜封口。每個梯度設3個平行和1個空白對照(不放幼鱟)。采用密閉靜水法根據始末溶氧變化和氨氮濃度的變化計算耗氧率和排氨率，試驗時間持續24 h，試驗結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 鹽度對中國鱟幼鱟耗氧率和排氨率的影響

共設置8個鹽度梯度，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節試驗組的海水鹽度，每天升/降鹽度2至預定鹽度，幼鱟適應24 h后開始正式試驗，試驗期間呼吸瓶放入恒溫培養箱，培養箱溫度設定在26℃，以保持各組水溫一致，其他條件同上。

1.2.2 溫度對中國鱟幼鱟耗氧率和排氨率的影響

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

1.3 計算方式

耗氧率：中國鱟幼鱟單位體質量在單位時間內消耗氧氣的數量。幼鱟耗氧率計算公式：

RO=(DO0-DOt) ×V/ (m×t)，

式中，RO為幼鱟耗氧率[μg/(g·h)]，DO0和DOt分別為時間t后空白對照瓶和試驗瓶內水樣的溶氧濃度(mg/L)，V為試驗用海水體積(mL)，m為幼鱟體質量(g)，t為試驗時間(h)。

排氨率：中國鱟幼鱟單位體質量在單位時間內排出氨的數量。幼鱟排氨率計算公式：

RN=(N0-Nt)×V/(m×t)，

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

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

O/N=RO∶RN。

1.4 數據分析

采用 SPSS軟件對所得數據進行單因素方差分析(One-Way ANOVA)，若差異達到顯著(P<0.05)，則用Tukey多重比較各組數據之間的差異，結果用“平均值±標準差”(n=3)表示。

2 結果與分析

2.1 鹽度對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 鹽度對中國鱟幼鱟排氨率的影響

2.3 溫度對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時最大，2齡幼鱟則在鹽度20時最大。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的重要表征，水生動物的運動及能量轉化靠生物體內的有氧代謝進行，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。不同物種之間耗氧率差異較大，邱成功等[17]分析認為不同水生動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]。本試驗中在鹽度5-40、溫度25-37℃時，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量的比重大，研究表明中國鱟的外殼占其總質量的1/3以上[20]，因而維持中國鱟生命活動的耗氧較大組織如干胰臟、性腺、鰓、腸道等的比重相對較小，相應的耗氧率的計算值也較小。且中國鱟生長緩慢，幼鱟常仰臥于水底不活動，耗氧率低也能從側面反映幼鱟的這一生活習性。

3.2 鹽度對中國鱟幼鱟耗氧率和排氨率的影響

鹽度是影響水生動物生理代謝活動的重要環境因素，水生動物通過自身一系列生理變化來調整體內外滲透壓的動態平衡，致使其生長存活、呼吸代謝、能量收支等指標也產生相應變化[21]。關于鹽度對魚類、貝類、甲殼類等呼吸代謝的影響已有大量報道，鹽度影響動物體耗氧率和排氨率的變化規律大致可以分為兩類：(1)一般來講，水生動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境時代謝率增加[22]。因此動物體的耗氧率和排氨率在適宜鹽度環境下相對較低，而當環境鹽度低于或高于適宜鹽度時，動物體將提高能量代謝以維持滲透壓的穩定，即表現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，動物體耗氧率和排氨率隨之增加，達到峰值后隨鹽度繼續升高而降低，如可口革囊星蟲(Phascolosomaesculenta)[4]、方斑東風螺(Babyloniaareolata)[27]、中國蛤蜊(Mactrachinensis)[28]、甲蟲螺(Cantharuscecillei)[29]等。曾夢清等[14]對可口革囊星蟲的研究和觀察中，推測造成這一現象的原因可能與動物體在不同鹽度環境下的活動量有關，適宜鹽度下可口革囊星蟲活動量大，反之其通過減少活動、降低能量消耗來適應環境滲透壓的改變。在本試驗條件下，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)類變化規律，且鹽度與耗氧率、排氨率之間的關系均符合二次回歸方程。鹽度試驗的水溫為26℃，此溫度下若無水流等刺激，幼鱟基本不活動，且據觀察，試驗過程中所有鹽度試驗組的幼鱟均處于基本不活動狀態。因此推測活動量不是本試驗條件下幼鱟耗氧率和排氨率變化的關鍵因素，低鹽和高鹽環境幼鱟耗氧率和排氨率升高可能是幼鱟機體為調節體內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在鹽度35試驗組，而2齡幼鱟的耗氧率和排氨率最低值出現在鹽度20試驗組，說明1齡幼鱟的適宜鹽度高于2齡幼鱟。

3.3 溫度對中國鱟幼鱟耗氧率和排氨率的影響

溫度是影響水生動物呼吸和排泄等代謝活動的主要環境因素，大量魚類[17,26,30]、貝類[3,5,25-27]、甲殼類[31]等水生動物的呼吸代謝研究表明，水生動物在適宜溫度下的耗氧率隨溫度的升高而增加，而當溫度超過生物的適宜或耐受范圍時則會顯著下降。適溫條件下，隨著溫度升高，水生生物體內酶活力逐漸增強，其消化、循環、運動等系統的生理機能也更加旺盛，代謝活動不斷增強，呼吸代謝對氧氣消耗也隨之增加，即表現為耗氧率和排氨率升高。而當環境溫度超過生物體的適應溫度，機體酶活受到抑制，導致生理代謝功能紊亂，呼吸代謝減弱，代謝產物減少，即表現為耗氧率和排氨率降低。本試驗中，溫度對中國鱟幼鱟的影響結果也符合上述規律，溫度為25-33℃時，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在33℃試驗組，且據試驗期間的觀察結果，呼吸瓶內幼鱟的活動量隨溫度升高明顯增強，尤其33℃試驗組幼鱟的活動量要多于其他試驗組，因此該試驗組幼鱟的耗氧率和排氨率最高。但當溫度繼續升高到37℃，幼鱟的耗氧率和排氨率均開始出現明顯的下降趨勢，說明37℃已經超過幼鱟的適溫范圍。溫度與耗氧率、排氨率之間的關系也符合二次回歸方程。

3.4 鹽度、溫度對中國鱟幼鱟O/N的影響

O/N是動物利用能源物質配比的一個重要指標，反映了動物體蛋白質、脂肪和碳水化合物作為代謝底物之間的比例關系[32]，O/N數值大,表明動物體代謝所需的能量大部分由脂肪和碳水化合物提供，較少部分由蛋白質提供[33]。研究結果表明，若蛋白質代謝占能量提供的主導時，O/N數值在3-16;若供能以蛋白質和脂肪混合代謝為主時，O/N數值在16-60;而當脂肪和碳水化合物為主導供能時，O/N數值將會大于60[34-36]。本試驗中，在鹽度5-40，溫度25-37℃時，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條件下的能量代謝主要由蛋白質分解提供，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完成蛻殼，因此幼鱟的能量代謝主要是自身蛋白質的分解。外界環境因子的變化，往往能對生物體的能量代謝以及物質選擇產生影響，鹽度試驗中，鹽度30試驗組1齡幼鱟的O/N值最大，2齡幼鱟O/N最大值則出現在鹽度20試驗組，說明相應試驗組的蛋白質代謝水平相對較低，這從側面反映了1齡和2齡幼鱟的適宜生長鹽度。而在溫度試驗中，溫度同樣影響幼鱟的O/N，但1齡和2齡幼鱟O/N數值的變化趨勢卻相反，具體原因有待進一步研究。

4 結論

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境下相對較低，而當環境鹽度低于或高于適宜鹽度時，幼鱟耗氧率和排氨率升高。當溫度為25-33℃時，幼鱟的耗氧率隨溫度的升高而增加，而當溫度超過33℃時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分解供能。