低氧脅迫對近江牡蠣生理能量的影響

李昂 石雯靜 趙晟

摘要 ［目的］探究低氧脅迫對近江牡蠣生理能量的影響。［方法］設置了0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 mg/L（CK）共5個溶解氧梯度，研究低氧適應和低氧突變2種低氧脅迫方式對近江牡蠣存活率、濾水率、耗氧率、排氨率以及氧氮比的影響。［結果］低氧適應組的生理代謝水平顯著高于低氧突變組（P＜0.05），其中，當溶解氧濃度為0.5 mg/L時，低氧突變組和低氧適應組的濾水率最低，分別為1.47 和3.57 L/（g·h）。溶解氧濃度越低，近江牡蠣生理能量水平越差，存活率也越低，當溶解氧水平在2.0 mg/L以上時，低氧脅迫7 d后，近江牡蠣的存活率保持在90%以上。［結論］相對于突變的低氧環境，近江牡蠣對低氧適應一段時間后，具有一定耐受性，能夠在低氧環境下進行生理活動。

關鍵詞 低氧脅迫；溶解氧；近江牡蠣；生理能量

中圖分類號 S 96? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2023）12-0074-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.12.016

Effects of Hypoxia Stress on Physiological Energy of Crassostera ariakensis

LI Ang，SHI Wen-jing，ZHAO Sheng

（Dept.of National Engineering Research Center of Marine Facility Aquaculture of Zhejiang Ocean University，Zhoushan，Zhejiang 316000）

Abstract ［Objective］In order to explore the effects of hypoxia stress on the physiological energy of Crassostrea ariakensis.［Method］Five dissolved oxygen gradients of 0.5，1.0，2.0，3.0 and 5.0 mg/L （control group） were set in this experiment.The effects of hypoxia adaptation and hypoxia burst on the survival rate，water filtration rate，oxygen consumption rate，ammonia excretion rate and oxygen nitrogen ratio of Crassostrea ariakensis were measured and analyzed.［Result］In the experiment，the physiological metabolic level of hypoxia adaptation group was significantly higher than that of hypoxia mutation group （P<0.05）.When dissolved oxygen was 0.5 mg/L，the water filtration rate of hypoxia mutation group was the lowest，which were 1.47 and 3.57 L/（g·h） respectively.The lower the concentration of dissolved oxygen，the worse the physiological energy level and the lower the survival rate of Crassostrea ariakensis.In addition，when the level of dissolved oxygen was above 2.0 mg/L，the survival rate of Crassostrea ariakensis remained above 90% after 7 days of hypoxia stress.［Conclusion］The results showed that compared with the mutated hypoxic environment，Crassostrea ariakensis could have a certain tolerance to hypoxia and carry out physiological activities in the hypoxic environment.

Key words Hypoxia stress;Dissolved oxygen;Crassostrea ariakensis;Physical energy

基金項目 科技部國家重點研發計劃藍色糧倉科技創新專項（2019YFD0901204）。

作者簡介 李昂（1996—），女，山東菏澤人，碩士研究生，研究方向：生態足跡。*通信作者，教授，博士，碩士生導師，從事海洋生態、生態經濟、環境管理與規劃及可持續發展研究。

收稿日期 2022-12-11

近江牡蠣（Crassostrea ariakensis）俗稱“赤耗”，廣泛養殖于華南沿海地區，在該地區年產量超過130萬t，其富含營養，肉質鮮美，是一種重要的水產經濟動物［1-3］。近年來，隨著近江牡蠣養殖密度的不斷加大，區域缺氧情況時常發生，從而出現了大規模的死亡現象［4-5］。

溶解氧（DO）是影響水產動物生長代謝的重要環境因子［6］。隨著全球氣候變暖，海洋含氧量不斷減少，近岸海域的低氧區數量不斷增加，而近江牡蠣作為近海養殖生物，極易受到影響［7］。研究表明，水體缺氧不僅會影響水產動物的生長存活，還會影響其呼吸代謝［8］。筆者以低氧脅迫為條件，通過低氧適應和低氧突發2種方式來探究低氧脅迫對近江牡蠣生理能量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

近江牡蠣：取自廣西北部灣近江牡蠣養殖區，挑選無損傷300個個體，用毛刷去除表面附著物。暫養于實驗室300 L塑料桶中，持續充氣，每天換水1/2，海水鹽度29±1，水溫 28 ℃，pH 8.0，溶解氧濃度大于5.0 mg/L，餌料用球等鞭金藻，投喂濃度為 3×105 cells/mL，3 d后開始試驗。

1.2 試驗方法

1.2.1 低氧適應。

參考 Baker等［9］的方法，低氧環境通過向水體中連續充氮氣和氧氣的方式實現。試驗設置5個溶解氧質量濃度，分別為 0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 mg/L共5個梯度，其中5.0 mg/L 為對照（CK）。試驗在 5 L 塑料桶中進行，每個溶解氧濃度下設置 4 個重復和 1 個空白對照（不放置牡蠣，消除餌料自然沉降的影響）， 每個重復 1 個牡蠣。當下降到目標溶解氧的濃度后， 在試驗桶上緊貼水面覆蓋一層塑料膜，隔絕水體與外界空氣的氣體交換。試驗中用 YSI Professional Plus測定不同試驗組溶解氧。

1.2.2 低氧突發。

按上述溶解氧的梯度設置，從采集后暫養3 d的牡蠣中隨機挑選15個牡蠣，立即放置在溶解氧濃度為 0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 mg/L的塑料桶中進行生理試驗。

1.2.3 能量攝食。

低氧適應7 d后的牡蠣，每個溶解氧濃度處理挑選6個牡蠣，其中3個進行濾水率試驗，即分別放在5個5 L塑料桶中，溶解氧濃度分別為0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 mg/L，球等鞭金藻濃度為3×105 cells/mL，設置3個平行，試驗時間為2 h，試驗前后取50 mL水體，用血球計數板計算藻濃度。另外3個進行呼吸代謝試驗，即分別放在5個5 L塑料桶中，濃度設置同上，無投喂，每桶放入1個牡蠣后，立即用封口膜蓋住塑料桶，試驗時間為3 h，試驗前后測量溶解氧濃度，并取50 mL水體，檢測氨氮濃度。

濾水率（Clearance rate，CR）由以下公式計算：

CR=V×ln［（C0-C0×Sd）/Ct］/（N×t） （1）

式中，CR表示濾水率，L/（g·h）；V表示溶液的體積，L；C0和Ct分別表示試驗開始時和t時間后的藻液濃度，cells/mL；N表示試驗所用的牡蠣數量，g；t表示試驗所用的時間，h；Sd表示對照組中餌料變化系數：Sd=（C0d/Ctd）=C0d，式中，C0d和Ctd分別為對照組試驗開始和t時間后藻液的濃度，cells/mL。

耗氧率（Oxygen consumption，OR）與排氨率（Ammonia-Nexcretionrate，AER）分別按下式計算：

OCR=（DO0-DOt）×V／（W×t）（2）

AER=（N0-Nt）×V/（W×t）（3）

（2）、（3）式中，OCR、AER分別表示單位干質量的耗氧率［mg/（g·h）］和單位干質量的排氨率［mg/（g·h）］；DO0、DOt分別表示試驗開始時及t時間后水中的溶解氧含量，mg/L;N0、Nt表示試驗開始時以及t時間后水中的氨氮濃度，mg/L;V表示呼吸瓶容積，L;W表示試驗所用的貝軟體部干重，g；t表示試驗所用時間，h。

2 結果與分析

2.1 低氧脅迫對近江牡蠣濾水率的影響

近江牡蠣的濾水率對低氧脅迫的響應情況如圖1所示。方差分析結果顯示，溶解氧濃度對濾水率有顯著影響（P<0.05）。溶解氧濃度0.5、1.0、2.0 和3.0 mg/L下，濾水率逐漸上升，但與CK相比有顯著差異（P<0.05）；除3.0 mg/L處理外，低氧適應組的濾水率顯著高于低氧突變組。溶解氧濃度為0.5 mg/L時，兩者濾水率最低，分別為1.47 和3.57 L/（g·h）。

2.2 低氧脅迫對近江牡蠣耗氧率的影響

從圖2可見，溶解氧濃度對耗氧率有顯著影響（P<0.05），隨著溶解氧濃度的降低，耗氧率逐漸下降，其中濃度為0.5 mg/L時，耗氧率最低，低氧突變組和低氧適應組分別為0.16 和0.21 mg/（g·h）；當濃度為2.0、3.0 mg/L時，低氧突變組耗氧率顯著低于低氧適應組（P<0.05）。

2.3 低氧脅迫對近江牡蠣排氨率的影響

從圖3可見，溶解氧濃度對排氨率有顯著影響（P<0.05），其表現趨勢與耗氧率一致。其中，濃度為2.0、3.0 mg/L時，低氧突變組與低氧適應組間有顯著差異（P<0.05），且低氧適應組排氨率較高。此外，隨著溶解氧濃度的升高，其排氨率呈顯著上升趨勢，但顯著低于CK（P<0.05）。

2.4 低氧脅迫對近江牡蠣O∶N的影響

從圖4可見，溶解氧濃度對氧氮比有顯著影響（P<0.05）。隨著溶解氧濃度的升高，兩者的氧氮比均呈顯著上升趨勢。除溶解氧濃度為0.5 和 3.0 mg/L外，低氧突變組與低氧適應組的氧氮比具有顯著差異（P<0.05）。其中，溶解氧濃度為1.0 mg/L時，低氧突變組的氧氮比顯著高于低氧適應組（P<0.05），分別為7.1和5.2。而濃度為2.0 mg/L時，低氧突變組的氧氮比顯著低于低氧適應組（P<0.05），分別為7.2和8.1。

2.5 低氧脅迫對近江牡蠣存活率的影響

從圖5可見，隨著脅迫時間的延長，近江牡蠣的存活率呈下降趨勢，方差分析結果顯示，溶解氧濃度和脅迫時間對存活率有顯著影響（P<0.05）。從試驗開始到7 d結束，CK的存活率一直穩定在100%；濃解氧濃度為2.0 和 3.0 mg/L試驗組的存活率達到90%以上，分別為92.31%和96.15%。而溶解氧濃度為0.5 和 1.0 mg/L試驗組，2～4 d存活率快速下降，在第4天時，濃解氧濃度為0.5 mg/L組的存活率為0，而溶解氧濃度為1.0 mg/L組在第6天時，全部死亡。近江牡蠣在溶解氧濃度為0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 mg/L組7 d后的存活率分別為0、0、92.31%、96.15%和100%。

3 分析與討論

3.1 低氧脅迫對近江牡蠣濾水率的影響

隨著養殖規模和養殖密度的急劇上升，導致養殖環境日益惡化，造成水體富營養化及暫時性缺氧，目前，全球部分海區已經出現水層性缺氧，尤其是潮間帶［10-12］。在養殖區，情況可能會變得更糟，因為培養的生物會產生大量有機沉積物，在分解過程中可能會消耗大量氧氣。低氧對許多海洋生物來說是致命的，因為在嚴重的低氧條件下經常會導致大規模死亡，故溶解氧作為影響水生動物的生理活動重要的環境因子之一，對其攝食等方面都產生影響［13］。有關雙殼貝類缺氧的影響大多集中于免疫方面。如Wang［14］等研究的翡翠貽貝（Perna viridis）在缺氧狀態下血淋巴中的血細胞總數量（THC），發現低氧組THC低于溶氧組，且其吞噬活性顯著低于溶氧組。Yu等［15］研究結果表明，缺氧會導致四角蛤喇（Mactra veneriformis）的THC水平降低。該試驗主要研究低氧對近江牡蠣生理能量方面的影響，結果表明，低氧處理組的近江牡蠣單位干重濾水率顯著低于對照組（P<0.05）。這與劉傲東等［16］

研究的缺氧因素會使馬氏珠母貝（Pinctada martensi）的濾水率降低的結果一致。溶解氧為0.5 mg/L的條件下，近江牡蠣貝殼的開口接近于閉合，這種攝食行為也得到了濾水率降低的證明。試驗中低氧適應組的濾水率顯著高于低氧突變組，說明近江牡蠣對低氧適應一段時間后，具有一定耐受性，能夠在低氧環境下進行生理活動，而突變的低氧環境下，近江牡蠣會進行迅速地自我防御，減少其濾食活動。大多數研究表明，較重的環境脅迫會導致貝類的體內機制發生變化，如貝類行為上關閉進出水管甚至閉合貝殼，使機體與環境相對隔離，從而其攝食行為減弱，通常都降低到基礎水平以下，以減少對自身的傷害［17-18］。

3.2 低氧脅迫對近江牡蠣生理代謝的影響

耗氧率和排氨率是評價水生動物在不同脅迫環境下利用能源物質和消耗能量的指標。外界環境中溶解氧作為水生動物的重要生態因子之一，其濃度的變化會導致水體環境的變化，直接影響水生生物的生存［19］。研究表明，當溶解氧在一定范圍內，大多數貝類耗氧率隨溶解氧濃度的升高而增大，當溶解氧濃度低于其耐受范圍后，會引起貝類的生理功能紊亂，從而耗氧率也隨之下降［20］。該試驗發現，低氧脅迫組與對照組正常溶氧條件下的耗氧率相比具有顯著差異（P<0.05），如低氧突變組和低氧適應組在溶解氧濃度為2.0 mg/L時的耗氧率分別為0.38 和0.62 mg/（g·h），是正常溶氧條件下的3～4倍。且隨著溶解氧濃度的降低，耗氧率逐漸下降，這表明該研究的試驗溶解氧已達到近江牡蠣最高耐受氧濃度，當低于正常溶解氧濃度時，近江牡蠣會減少其生理活動及降低耗氧水平，以適應并維持水中的溶解氧水平。很多研究證明，水生生物為了在低氧中生存，新陳代謝會被抑制以節省能量，即水中溶解氧不足時，其有氧代謝活動受到限制，以適應缺氧環境［21］。此外，對于低氧突變組，近江牡蠣的耗氧率較低，低于低氧適應組。這表明在較低溶解氧條件下，近江牡蠣對低氧環境的適應需要一個過程，突然轉移到脅迫環境使近江牡蠣難以適應，從而耗氧活動減少［21］。

排氨率反映了貝類的代謝強度和脅迫程度［22］。由于無氧代謝的效率遠低于有氧代謝，因此在水中溶解氧不足的情況下節約能量至關重要，有研究發現，低氧脅迫會引發海洋生物的生理補償，比如攝食和消化等生理活動減弱，進而導致了排氨率變化，這是潮間帶的生物對生存環境變化而做出的適應機制［23-24］。氨氮是貝類氮代謝的主要終產物，排氨率能反映貝類蛋白代謝水平［25-26］。研究發現，與對照組正常溶氧條件下的排氨率相比，低氧脅迫組的排氨率呈顯著下降趨勢。這表明近江牡蠣在低氧脅迫的環境下，較低的溶解氧濃度使得其減少蛋白和氨基酸的分解代謝，從而導致氨氮排泄較低。一般認為，排氨活動的增加將消耗更多的能量，同時需要更多的氧氣，低氧環境可能使貝類關閉進、出水管或貝殼，與脅迫環境相隔離，這是貝類長期適應自然生活環境而產生的一種生理性保護反應。然而，代謝異常或抑制的時間過長，可能會對近江牡蠣造成潛在的損害。

水體中溶解氧含量作為水生動物的重要限制因子，水體的缺氧會對貝類的存活、生長、代謝等產生重要影響［27-29］。通常，水生動物的耐低氧能力從強到弱依次為軟體類、環節類、棘皮類、甲殼類、魚類［30］。該研究證明，當溶解氧濃度為0.5 mg/L時，其脅迫下的近江牡蠣耗氧率明顯下降（P<0.05）。這與Furr等［31］對美洲牡蠣（Crassostrea virginica）研究的結果一致，與常氧組相比，1.0 mg/L組的美洲牡蠣的代謝水平顯著降低。由此可知，低氧可使近江牡蠣的代謝減弱，這是其應對低氧脅迫環境的一種生存策略。該研究中溶解氧濃度為0.5 mg/L脅迫下的近江牡蠣排氨率顯著降低。這說明短時間低氧對近江牡蠣的排泄有明顯的抑制作用。

3.3 低氧脅迫對近江牡蠣存活率的影響 該試驗中，近江牡蠣在試驗7 d后，低氧組2.0和3.0 mg/L 處理的存活率大于90%，表明其缺氧的耐受性比大多數其他雙殼類動物強，如海灣扇貝，在溶解氧濃度為2.0～3.0 mg/L時，只能存活8～24 h［32］。需要注意的是生存率與溶解氧無線性變化關系。該研究結果表明，2.0 和3.0 mg/L 溶解氧濃度組的存活率接近，而1.5和0.5 mg/L低氧處理差異有統計學意義。這說明近江牡蠣存在一個氧氣閾值1.5和2.0 mg/L。意味著當溶解氧低于這個氧氣閾值時，其體內的壓力會達到極限，從而破壞代謝調節。另一個值得注意的現象是存活率并不是隨著時間而下降。這說明在一段時間的缺氧后暴露時，近江牡蠣能適應一定程度較低水平的溶解氧濃度。此外，死亡率可能代表近江牡蠣適應低氧機制的反應速度，如2.0和3.0 mg/L 溶解氧濃度時，在6 d后，存活率保持不變。自然環境下如果溶解氧濃度為2.0 mg/L時，在7 d后如何溶解氧升高，則能夠保護近江牡蠣避免全部死亡。如雙殼貝類，也發現同樣的現象［33］。

作為一種能夠生活在潮間帶附著生活的雙殼貝類，近江牡蠣與其他潮間帶底棲生物一樣，在反復缺氧和復氧的過程中具有很強的耐受性［34］。另外，在該試驗中，第1次缺氧的近江牡蠣（低氧突變組），其生理代謝水平均顯著低于第2次缺氧的近江牡蠣（低氧適應組），證明作為潮間帶生物的近江牡蠣具有較強的低氧耐受性。另外，實際生產中，養殖戶也應注重及時監測養殖水體中的溶解氧濃度，并在低氧環境時采取必要的處理措施，以減少養殖水產品的死亡率。

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