光照度和水溫對(duì)克氏原螯蝦幼蝦標(biāo)準(zhǔn)代謝率的影響

李青松，范文浩，王 乾，阮國(guó)良,，鄭維友，方 劉,

(1.長(zhǎng)江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，湖北荊州434025；2.湖北省水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，湖北荊州434026)

動(dòng)物的攝食、躲避敵害、繁殖等都與視覺(jué)感知相關(guān)，光照度是影響視覺(jué)感知的主要因子。養(yǎng)殖業(yè)可以改變光環(huán)境引導(dǎo)動(dòng)物的行為以及生理活動(dòng)，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。光照度會(huì)影響動(dòng)物的采食、活動(dòng)以及物質(zhì)代謝,主要表現(xiàn)在對(duì)其行為、生長(zhǎng)和生理等方面。趙年樺等研究發(fā)現(xiàn)，塔里木裂腹魚(yú)()幼魚(yú)在光照度為500 lx時(shí)攝食率和生長(zhǎng)率均最大；狄正凱等研究發(fā)現(xiàn)，墨瑞鱈()在光照度為1 500 lx下生長(zhǎng)狀況及養(yǎng)殖收益表現(xiàn)最佳。不同種類(lèi)的水生生物對(duì)光照度的敏感性存在差異，例如瓦氏黃顙魚(yú)()偏好停留在光照度為0～10 lx的區(qū)域，而鰱()沒(méi)有表現(xiàn)出對(duì)某一光照度的喜好。光照度作為環(huán)境因子對(duì)甲殼動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育也具有重要影響，在紅巖龍蝦()葉狀幼體Ⅰ期，擬穴青蟹()等研究中發(fā)現(xiàn)，在養(yǎng)殖過(guò)程中使用低光照度可以顯著提高其生長(zhǎng)速度。

水生動(dòng)物作為變溫動(dòng)物，特別容易受到環(huán)境溫度變化的影響。環(huán)境溫度變化會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)、代謝、發(fā)育等產(chǎn)生影響。水生生物在進(jìn)化過(guò)程中采用不同的生理策略來(lái)應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度的變化，通常表現(xiàn)為新陳代謝速率的改變。代謝率體現(xiàn)了能量吸收、轉(zhuǎn)化和分配的快慢，是生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)代謝率(standard metabolic rate,SMR)是指維持機(jī)體正常生理功能的最小代謝強(qiáng)度，是研究生物能量代謝的重要指標(biāo)。

克氏原螯蝦()，俗稱(chēng)小龍蝦，隸屬于甲殼綱十足目螯蝦科，因其環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、肉質(zhì)鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富等優(yōu)點(diǎn)，已成為我國(guó)最受歡迎的水產(chǎn)品之一。近年來(lái)，隨著克氏原螯蝦養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，缺乏優(yōu)質(zhì)、規(guī)模化的苗種供應(yīng)問(wèn)題愈發(fā)凸顯。研究發(fā)現(xiàn)，作為底棲類(lèi)的克氏原螯蝦對(duì)光照環(huán)境較為敏感；溫度也顯著影響克氏原鰲蝦胚胎發(fā)育和幼體發(fā)育時(shí)間。目前，有關(guān)小龍蝦光照度及光照度與溫度交互作用相關(guān)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本研究比較了不同光照度和溫度條件下克氏原螯蝦幼蝦的耗氧率、氨氮排泄、溫度系數(shù)等指標(biāo)的變化，以期為克氏原螯蝦苗種培育期間水位控制和室內(nèi)養(yǎng)殖環(huán)境因子設(shè)置提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)為小龍蝦養(yǎng)殖生態(tài)學(xué)研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)蝦來(lái)源及馴化

克氏原螯蝦購(gòu)買(mǎi)于荊州市荊州區(qū)萬(wàn)金小龍蝦養(yǎng)殖專(zhuān)業(yè)合作社，將其放入實(shí)驗(yàn)室有遮蔽物的水族箱(0.8 m×0.5 m×0.4 m,160 L)內(nèi)暫養(yǎng)2周。暫養(yǎng)期間，每日換水量為暫養(yǎng)水體積的1/3，養(yǎng)殖用水為曝氣7 d的自來(lái)水，充氣泵增氧使水體溶氧>5 mg/L。每天早晚(9:00，21:00)飽食投喂商業(yè)沉性膨化飼料(蛋白質(zhì)≥30%、脂肪≥3%、粗灰分≤22%、粗纖維≤10%，荊州海大飼料有限公司)，投喂2 h后用虹吸法清除缸底殘餌和糞便。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)置：18、22、26和30 ℃四個(gè)溫度梯度，每個(gè)溫度條件下設(shè)置的光照度分別為1 000、500、0 lx。每個(gè)溫度下的光照度處理組分別設(shè)置3個(gè)重復(fù)和一個(gè)不放蝦的空白對(duì)照(用于校正水呼吸)。實(shí)驗(yàn)用恒溫水浴的方式控制水溫，用不透明黑色塑料薄膜遮擋和控制照明燈管遠(yuǎn)近調(diào)節(jié)光照度，分別用溫度計(jì)和照度計(jì)(深達(dá)威SW-582型)校準(zhǔn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法與指標(biāo)測(cè)定

實(shí)驗(yàn)期間小龍蝦暫養(yǎng)水溫為(20.0±0.2) ℃。暫養(yǎng)結(jié)束后，控制加熱棒開(kāi)關(guān)與溫度，從初始水溫20 ℃，以每天上升或下降2 ℃直到實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度，達(dá)到設(shè)定溫度后，為保證克氏原螯蝦胃腸道完全排空，停食48 h。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，挑選附肢健全、體重相近(2.0±0.3) g的克氏原螯蝦作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。每10尾蝦為一組放入2 000 mL(長(zhǎng)20 cm×寬20 cm×高5 cm，2 L)的液體石蠟密封的塑料密封盒中。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程小心操作，實(shí)驗(yàn)中保持實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安靜。實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為1 h，根據(jù)實(shí)驗(yàn)前后水中溶解氧、氨氮濃度(NH-N)和二氧化碳(CO)的變化，計(jì)算蝦的耗氧率、NH-N排泄率和CO排出率。溶解氧采用溶氧儀測(cè)定(HQ30d，美國(guó)哈希公司)，CO測(cè)定采用NaOH滴定法測(cè)定，NH-N用奈氏比色法進(jìn)行測(cè)定。

耗氧率、CO排出率、NH-N排泄率均按照以下公式計(jì)算：

R=(B-B)V/WT

式中：R：耗氧率、CO排出率、NH-N排泄率；B：試驗(yàn)結(jié)束后空白對(duì)照組的溶氧、CO和NH-N的濃度；B：試驗(yàn)結(jié)束后試驗(yàn)組的溶氧、CO和NH-N的濃度；W：一組蝦的濕體重(g)；T：代謝時(shí)間(h)；V：密封盒中水的體積(L)。

溫度系數(shù)(Q)按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

Q=(Rate/Rate)10/(T-T)

式中：Rate、Rate分別為溫度T、T時(shí)的耗氧率；T、T是用于測(cè)定耗氧率的溫度且T大于T。

能源物質(zhì)(代謝底物)供能比根據(jù)蛋白質(zhì)、糖類(lèi)和脂肪的能量值、氧熱價(jià)和實(shí)測(cè)的呼吸商、耗氧率、NH-N排泄率進(jìn)行計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2003對(duì)所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作常規(guī)處理，然后采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析(ANOVA)進(jìn)行分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，并采用鄧肯法進(jìn)行組間多重比較，<0.05認(rèn)為有顯著差異。

2 結(jié)果分析

2.1 光照度和溫度對(duì)克氏原螯蝦耗氧率、CO2排出率、NH3-N排泄率的影響

不同光照度和溫度對(duì)克氏原螯蝦耗氧率、NH-N排泄率的影響見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，在設(shè)定的溫度下，克氏原螯蝦耗氧率(R)隨光照度的增大而減小；而在設(shè)定的光照度下，R隨溫度升高而顯著增大；在實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件下R與溫度的關(guān)系可表示為：R=0.134 5e(=0.866 2,=48,<0.01)。在設(shè)定的溫度下，NH-N排泄率(R)與光照度無(wú)顯著相關(guān)性；而在設(shè)定的光照度下，R隨溫度升高而顯著增大，在實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件下R與溫度的關(guān)系可表示為：R=2.380 7e(=0.933 6,=48,<0.01)。

2.2 光照度和溫度對(duì)克氏原螯蝦氧氮比、呼吸商、耗能率及能源物質(zhì)供能比的影響

不同光照度和溫度對(duì)克氏原螯蝦氧氮比、呼吸商的影響如表1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，光照度和溫度對(duì)克氏原螯蝦氧氮比、呼吸商的無(wú)顯著性影響。不同光照度和溫度對(duì)克氏原螯蝦耗能率及蛋白質(zhì)、脂肪、糖供能比見(jiàn)表2。在設(shè)定的三個(gè)光照度下，隨著溫度升高，克氏原螯蝦的耗能率顯著增大；光照度和溫度對(duì)供能比的影響沒(méi)有顯著相關(guān)性，但克氏原鰲蝦幼蝦在不同光照度和溫度下，碳水化合物的供能比較大。

表1 幼蝦在不同溫度及光照度條件下的耗氧率、CO2排出率、NH3-N排泄率以及氧氮比、呼吸商Tab.1 Oxygen consumption,CO2 Production,NH3-N excretion,the ratio of oxygen to nitrogen,respiratory quotient in the juvenile shrimp under different temperature and illuminance conditions

表2 幼蝦在不同溫度及光照度條件下的耗能率、蛋白質(zhì)脂肪碳水化合物供能百分比Tab.2 Energy consumption rate and energy supply percentage of protein,fat and carbohydrate of juvenile shrimp under different temperature and illuminance

2.3 光照度和溫度對(duì)克氏原鰲蝦幼蝦Q10的影響

Q計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。光照度和溫度均會(huì)影響Q值，Q值隨著光照度的增強(qiáng)而逐漸減小，且不受溫度條件的影響；在實(shí)驗(yàn)設(shè)置條件下，最小Q值出現(xiàn)在18～22 ℃、光照度為1 000 lx。

表3 幼蝦在不同溫度及光照度條件下的Q10Tab.3 Q10 values of juvenile shrimp under different temperature and illuminance conditions

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)，在適宜的溫度下，蝦蟹類(lèi)的耗氧率和氨氮排泄率隨著溫度的升高而增加。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在一定的光照度條件下，溫度變化與克氏原螯蝦幼蝦的耗氧率和氨氮排泄率呈正相關(guān)，這與粉紅蝦()、鞭藻蝦()、日本對(duì)蝦()、中國(guó)對(duì)蝦()及羅氏沼蝦()等研究結(jié)果一致，這些結(jié)果均表明溫度對(duì)蝦類(lèi)基礎(chǔ)代謝活動(dòng)具有顯著性影響。NH-N排泄率與溫度的關(guān)系與耗氧率和溫度的關(guān)系相比，NH-N排泄率與溫度的關(guān)系式(R=e)中指數(shù)b的數(shù)值較大，說(shuō)明NH-N排泄率更容易受到溫度的影響。

光照度是影響蝦類(lèi)活動(dòng)的重要因素，例如：中國(guó)對(duì)蝦和寬溝對(duì)蝦()通常在夜間活動(dòng)，低光照度也會(huì)刺激克氏原螯蝦離開(kāi)洞穴。本研究發(fā)現(xiàn)，克氏原螯蝦的耗氧率隨光照度的增加而減小，這與日本對(duì)蝦的研究結(jié)果相似。雖然克氏原螯蝦對(duì)光照度沒(méi)有較強(qiáng)的選擇性，但強(qiáng)光照條件顯著影響其行為活動(dòng)，這與本實(shí)驗(yàn)觀(guān)察到強(qiáng)光照(1 000 lx)條件下幼蝦活動(dòng)顯著減弱的結(jié)果一致。克氏原螯蝦在有光照條件下耗氧率降低，可能與行為活動(dòng)速率下降有關(guān)。除此之外，光照度還影響蝦的繁殖、存活等。研究發(fā)現(xiàn)食物資源豐富條件下，SMR與生長(zhǎng)率呈正相關(guān)。因此，本實(shí)驗(yàn)根據(jù)SMR(因其計(jì)算結(jié)果與耗氧率相同，實(shí)際數(shù)值參照耗氧率)預(yù)測(cè)克氏原螯蝦幼蝦在0 lx光照度下最適合生長(zhǎng)，這與紅巖龍蝦的葉狀幼體Ⅰ期、擬穴青蟹和中國(guó)對(duì)蝦等甲殼類(lèi)動(dòng)物在低光照度下生長(zhǎng)速度較快的研究結(jié)果相近。

耗氧量與排氮量的原子比稱(chēng)為氧氮比，氧氮比在確定水生動(dòng)物氧化代謝底物中被廣泛應(yīng)用，根據(jù)氧氮比可以推算出甲殼動(dòng)物能量代謝中供能物質(zhì)的比例。本實(shí)驗(yàn)克氏原螯蝦幼蝦的氧氮比為16.87～32.66，說(shuō)明該規(guī)格小龍蝦的能源代謝物質(zhì)以碳水化合物為主，脂肪和蛋白質(zhì)次之。這與羅氏沼蝦、日本沼蝦()和脊尾白蝦()幼蝦等以碳水化合物為能量代謝主要供能物質(zhì)的研究結(jié)果一致。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氧氮比與水溫和光照度變化無(wú)顯著相關(guān)性，這與羅氏沼蝦親蝦的氧氮比隨溫度的上升而減小的研究結(jié)果不同，這可能是由于生長(zhǎng)階段、規(guī)格大小不同所導(dǎo)致。溫小波等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度在25～30 ℃時(shí)，克氏原螯蝦的氧氮比隨著體重的增加而增大；在最適溫度條件下，規(guī)格大小不同的日本沼蝦和羅氏沼蝦氧氮比也不同。由此可見(jiàn)，蝦類(lèi)的規(guī)格大小對(duì)氧氮比影響較大。除此之外，甲殼動(dòng)物氧氮比還受日糧中蛋白質(zhì)源和碳水化合物水平等的影響。

溫度系數(shù)(Q)是反映由環(huán)境溫度改變引起的代謝率變化，是衡量水生動(dòng)物代謝能力的有力指標(biāo)。最低Q值出現(xiàn)在合適的溫度范圍內(nèi)，Q值在最佳溫度的兩側(cè)增大；超過(guò)一定溫度范圍后，Q值在溫度的兩端都減小。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在18～22 ℃下，Q值均較小，表明在此條件下溫度變化對(duì)幼蝦耗氧率影響較小；在22～26 ℃、0 lx光照度下Q值最大，表明在此范圍內(nèi)溫度變化對(duì)幼蝦耗氧率影響較大。本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為在26～30 ℃的Q值比22～26 ℃的Q值小，是由于溫度超出最佳溫度范圍所致。在之前的研究中已經(jīng)得到證實(shí)，根據(jù)最低的Q值估算的溫度接近研究水生動(dòng)物最適生長(zhǎng)溫度。實(shí)驗(yàn)以最低Q值進(jìn)行估算體重為(2.0±0.3) g的克氏原螯蝦的最適生長(zhǎng)溫度范圍為18～22 ℃，這與克氏原鰲蝦生物信息學(xué)研究結(jié)果相近。此外，WYBAN等研究發(fā)現(xiàn)南美白對(duì)蝦()的最適生長(zhǎng)溫度與蝦的體重相關(guān)。因此，不同規(guī)格的克氏原螯蝦最適生長(zhǎng)溫度也可能不同。

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)根據(jù)耗氧率和Q值推測(cè)出，體重為(2.0±0.3) g的克氏原螯蝦在溫度18～22 ℃、光照度為0 lx條件下最適合其生長(zhǎng)。