黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲對鹽度的適應性

呂湘琳，齊紅莉，石雪，劉家樂

（天津農學院水產學院，天津市水產生態及養殖重點實驗室，天津 300384）

氣候變化可以改變環境因素，如水生生態系統的鹽度、溫度和溶解氧含量等[1]，特別是鹽度易受氣候變化的影響[2]。鹽度變化可直接或間接影響水生生物的存活、生長和繁殖[3-5]，導致水生態系統中特定物種、種群動態和群落組成發生變化[6]。許多研究表明，鹽度脅迫可導致水生生物生理功能改變[7-10]。了解生物體響應和適應新鹽度的機理是探索由鹽度引起的生理、生態響應的研究重點。

原生動物纖毛蟲是微型生物食物環中的重要一環，了解原生動物對鹽度變化的響應，對于預測環境變化對生態系統的影響至關重要[11]。原生動物易于培養，生命周期短，沒有復雜的發育階段，除了在生態研究中發揮了重要作用外，利用原生動物纖毛蟲作為模式生物進行實驗生態學研究的優勢也日益得到認證[12-14]。

本試驗所用的黃色偽角毛蟲（Pseudokeronopsis flava）屬于多膜綱，腹毛目，偽角毛蟲屬，是一種較為少見的大型海洋纖毛蟲[15]。目前對其研究多集中在分類和細胞發生等方向[16]，而生態學研究較少。扇形游仆蟲（Euplotes vannus）屬于多膜綱，游仆目，游仆蟲屬，是一種常見的趨底性纖毛蟲，被廣泛應用于生態毒理學研究[17，18]。黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲均可作為水質檢測的潛在生物指示物[19]。本試驗通過研究黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲對鹽度變化的適應性，旨在豐富黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲的基礎生物學資料，并為檢測海水侵蝕和海水淡化提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 蟲體的來源和馴化

試驗用扇形游仆蟲和黃色偽角毛蟲均來自中國海洋大學原生動物細胞庫，在11 ℃下保種。在（25±1）℃下，用鹽度為30 的滅菌人工海水，以米粒喂食，分別對蟲體進行單克隆培養。將在鹽度30下培養的黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲分別接種于10～70 鹽度的人工海水中培養。針對過高和過低鹽度的黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲，采用緩慢過渡方式逐個鹽度馴化[20]。

1.2 方法

試驗人工海水鹽度梯度分別：10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65 和70。由蒸餾水與海水晶（中鹽工程技術研究院有限公司）按照一定比例配制而成。配置好的海水用0.2 μm 的針孔濾膜抽濾，隨后用高溫滅菌鍋滅菌，冷卻后備用。

試驗在六孔培養板中進行，每個處理組的海水體積為3 mL，蟲體密度為10 ind.·mL-1，設3 個平行，每24 h 觀察計數一次不同鹽度下兩種纖毛蟲種群生態學變化。從每組隨機挑取30 只蟲體，測量其體長和體寬，以觀察記錄各鹽度下蟲體的形態差異。

1.3 數據分析

使用Excel 2016 做圖，這兩種纖毛蟲在不同鹽度下的種群生長模型使用修正的Logistic 模型（式1）建立，并在Origin 2018 中實現[21]，以估計每種鹽度下每個種群的最大比生長速率（式2）、停滯期的持續時間（式3）。

式中：N0（ind.·mL-1）為初始種群密度，Nt（ind.·mL-1）為時間t 時的種群密度，μmax[lg（ind.·d-1）]為最大比生長速率，λ（d）為停滯期時間，xc為達到μmax所需的時間，k 為xc時的相對生長速率，a 為穩定期種群數量與初始種群數量的差值[22]。

2 結果與分析

2.1 黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲在不同鹽度下的種群動態

不同鹽度下，黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲的種群生長曲線符合邏輯斯蒂增長曲線，即存在停滯期和指數生長期，穩定期不明顯（圖1-a，b）。隨著鹽度的升高這兩種纖毛蟲的種群峰值均出現在35 鹽度組，黃色偽角毛蟲的種群密度最低值出現在70 鹽度組，而扇形游仆蟲則出現在65 鹽度組。

圖1 不同鹽度下纖毛蟲的生長曲線Fig.1 Growth curves of the ciliates exposed to different salinities

兩種纖毛蟲的種群生長Logistic 曲線擬合結果如圖2 所示。黃色偽角毛蟲的Logistic 曲線在所有鹽度下擬合情況良好；在高鹽度下扇形游仆蟲的Logistic 曲線結果較差，因此鹽度50～70 組使用前5 d 數據進行擬合。

圖2 不同鹽度下纖毛蟲的Logistic 曲線擬合Fig.2 Logistic model fitting of the ciliates exposed to different salinities

兩種纖毛蟲的比生長率和停滯期時間如圖3所示。在低鹽度下，隨著鹽度升高，黃色偽角毛蟲的最大比生長率逐漸升高，在40 鹽度組中達到峰值；然而在高鹽度組，黃色偽角毛蟲的最大比生長率隨著鹽度的升高下降，最低值出現在70 鹽度組。隨著鹽度變化，扇形游仆蟲的最大比生長率總體上也呈現先上升后下降的趨勢。扇形游仆蟲的最大比生長率的峰值出現在40 鹽度組，最低值在55 鹽度組。

圖3 不同鹽度下纖毛蟲的最大比生長率（μmax）和停滯期（λ）Fig.3 Maximum growth rates（μmax）and lag phases（λ）of the ciliates exposed to different salinities

隨著鹽度升高，黃色偽角毛蟲的停滯期逐漸增長，在低鹽度組停滯期增加較緩慢，高鹽度組，停滯期時間增加迅速。在10 鹽度組黃色偽角毛蟲的停滯期為1.19 d，40 鹽度組停滯期增加到1.57 d，增加了32.17%，而70 鹽度下黃色偽角毛蟲的停滯期為3.02 d，相較于10 鹽度組，增加了154.98%。扇形游仆蟲的停滯期在低鹽度組隨著鹽度升高逐漸下降，在高鹽度組，則隨鹽度升高而升高（除65 鹽度處理組外）。

2.2 黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲在不同鹽度下的細胞形態變化

鹽度明顯影響黃色偽角毛蟲的細胞大?。▓D4）。在鹽度由55 向60 變化時，黃色偽角毛蟲的長、短軸長度明顯下降，分別下降68.17%和69.26%；黃色偽角毛蟲的長寬比在鹽度高于45 時明顯下降，細胞形狀發生變化（圖6），在高鹽度培養下，黃色偽角毛蟲蟲體縮皺（圖5-i、j），鹽度升高到60 之后，黃色偽角毛蟲的游動速度減慢甚至停止（圖5-k），在鹽度70 下，蟲體變為圓形、梭形或其他不規則形狀（圖5-m）。

圖4 鹽度對黃色偽角毛蟲細胞形狀的影響Fig.4 Effect of salinity on the cell shape of ciliate P.flava

圖5 鹽度對黃色偽角毛蟲細胞形態的影響Fig.5 Effect of salinity on cell morphology of ciliate P.flava

圖6 鹽度對扇形游仆蟲細胞形狀的影響Fig.6 Effect of salinity on the cell shape of ciliate E.vannus

鹽度對扇形游仆蟲的細胞大小影響如圖6。鹽度由55 向60 變化時，扇形游仆蟲的長、短軸長度分別下降了69.88%和72.01%，但長寬比隨著鹽度變化不明顯。鹽度對扇形游仆蟲的細胞形態影響如圖8。在鹽度為70 的培養條件下，蟲體變為圓型（圖7-m）；鹽度升高至65 后，扇形游仆蟲的游動速度減慢甚至停止游動；食物泡逐漸擴大直至充滿整個蟲體，使蟲體的顏色也發生改變（圖7-l、7-m）。

圖7 鹽度對扇形游仆蟲細胞形態的影響Fig.7 Effect of salinity on cell morphology of ciliate E.vannus

3 討論

3.1 纖毛蟲對鹽度的耐受及適應性機制

鹽度是影響浮游生物生存的重要理化因子之一，在自然條件下，生物體內滲透壓必須保持穩定。然而，隨著鹽度變化，生物體需要調節自身以維持滲透壓平衡。Kaneshiro 等[23]研究發現，降低外部滲透壓導致纖毛蟲細胞內游離氨基酸減少，提高外部滲透壓導致纖毛蟲細胞內游離氨基酸增加；Weinisch 等[24]發現，甘氨酸甜菜堿（GB）和四氫嘧啶（Ect）是纖毛蟲滲透壓調節的主要相容性溶質，與外界滲透壓變化呈正相關。然而，生物體對滲透壓的調節有一定限度，超過生物體的調節限度，會逐漸失水死亡[4]。在高鹽度或低鹽度環境下纖毛蟲的豐度明顯降低[25,26]。本試驗中，黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲在10～70 鹽度下均可生存，鹽度適應性較廣。

3.2 鹽度對纖毛蟲種群生長的影響

本研究中，不同鹽度下黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲的種群生長曲線符合邏輯斯蒂增長模型。在低鹽度下（10～40）黃色偽角毛蟲的最大種群密度以及最大比生長率均隨著鹽度的升高而增高，而高鹽度（45～70）下黃色偽角毛蟲的最大種群密度以及最大比生長率均隨著鹽度的升高而下降，最適生長出現在鹽度35～40。扇形游仆蟲的最大種群密度隨著鹽度變化呈先上升后下降的趨勢，最大比生長率在高鹽度下無明顯變化，最適生長鹽度為30～40，升高鹽度均抑制黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲的種群生長。Joshi[27]研究發現，鹽度在5～35 之間，隨著鹽度變化褶皺臂尾輪蟲（Brachionus plicatilis）的最大種群密度也呈現先上升后下降的趨勢；卞伯仲等[28]將鹽蠶豆蟲（Fabrea salina）接種到35～120 鹽度的海水中，發現鹽蠶豆蟲的最大種群密度總體上先升后降，在鹽度100 達到峰值。這與本研究的結果基本一致，推測是由于鹽度變化導致滲透壓改變，而高滲產生滲透壓梯度，降低了細胞的相對含水量，留下高度濃縮的細胞質，嚴重時會導致細胞中核酸、蛋白質和其他大分子變性并失去其功能，破壞細胞膜系統的通透性[24]，影響扇形游仆蟲和黃色偽角毛蟲正常的代謝活動。而張立坤等[29]研究發現，貪食邁阿密蟲（Miamiensis avidus）在鹽度5～40 范圍內，種群增長率沒有明顯變化，鹽度高于40 時，貪食邁阿密蟲的種群增長率下降，鹽度60 時負增長。這與本研究結果不同，推測是不同纖毛蟲對鹽度的耐受性不同。

纖毛蟲在進行二分裂前通常存在一個較短的停滯時期，這是纖毛蟲種群對外界環境變化的一種生態策略[30]。不同的初始密度、食物、鹽度、溫度等條件下，纖毛蟲的種群生長狀態變化很大。Melo 等[31]發現，溫度的增高會延長嗜熱四膜蟲（Tetrahymenathermophila）停滯期。本研究中，鹽度40～70 組的黃色偽角毛蟲的停滯期明顯上升，推測是高鹽度對黃色偽角毛蟲的種群生長產生了抑制作用，推遲了黃色偽角毛蟲進入指數生長期的時間；扇形游仆蟲則隨著鹽度變化，停滯期呈先下降而后上升的趨勢（除65 鹽度組外），推測是低鹽度和高鹽度抑制了扇形游仆蟲的生長。扇形游仆蟲相較黃色偽角毛蟲對環境變化更敏感，適合作為預測環境變化的指示生物。本研究結果進一步證明了滯后期在生物種群動力學中及在環境變化響應中的重要性。

3.3 鹽度對纖毛蟲細胞形態的影響

黃色偽角毛蟲在正常的生活條件下活體大小約150～240×40～60 μm，蟲體柔軟，基本呈細長帶狀，前后端略細縮，長寬比約為4∶1。扇形游仆蟲在正常的生活條件下的蟲體長約90～40 μm，通常為具有棱角的長方形（而非卵圓形），在營養充足時蟲體常變形為闊橢圓形。本研究中，黃色偽角毛蟲在高鹽度培養下，蟲體明顯縮小變形，體長縮短，長寬比下降；扇形游仆蟲在高鹽度下蟲體縮小，蟲體長短軸均下降。李佳佳[32]研究發現，暗紋東方鲀（Takifugu obscurus）鰓絲上氯細胞在鹽水處理組中發生細胞皺縮的現象。宮鈺瑩[33]分析了鹽度對于杜氏藻（Dunaliella salina）細胞形態的影響發現，低鹽滲透脅迫下細胞迅速增大，而高鹽滲透脅迫下細胞會迅速變小。王梅等[34]研究了擬伍氏游仆蟲（Euplotes parawoodruffi）對滲透壓的適應與調節，發現在鹽度5 和45 的培養條件下，擬伍氏游仆蟲會出現短暫的休克現象和蟲體的變形、膨脹。這些研究結果說明，在鹽度的變化時生物會通過調節自身細胞的形狀來適應滲透壓的變化，然而不同物種的變化不同。

3.4 結論

本研究結果表明，鹽度變化會抑制黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲的種群生長，延長停滯期時間，細胞皺縮。鹽度40 可作為黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲的最適宜鹽度，此鹽度的人工海水不僅可以用作蟲體的保種，還可用作種群的擴大培養以實現在較短的時間內快速擴大種群數量。黃色偽角毛蟲和扇形游仆蟲對鹽度變化敏感，可作為指示生物來預測鹽度環境變化。