饑餓脅迫下福壽螺的存活和產(chǎn)卵情況及器官組織損傷觀察

郭 靖，章家恩，2，3，趙本良，2，3，羅明珠，2，鄧智心

1華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣東 廣州510642;2華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部熱帶農(nóng)業(yè)環(huán)境重點開放實驗室，廣東 廣州510642;3廣東省高等學(xué)校農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境重點實驗室，廣東 廣州510642

福壽螺Pomacea canaliculata Lamarck，又名大瓶螺、蘋果螺，原產(chǎn)于南美洲亞馬遜河流域。因其蛋白質(zhì)含量豐富、營養(yǎng)成分高且繁殖能力強，1980年前后，福壽螺被作為一種水生經(jīng)濟動物引入臺灣、菲律賓和日本，并迅速擴散到東亞和東南亞其余國家(Halwart，1994)。1981年，福壽螺被引入我國廣東省中山市，之后在全國范圍內(nèi)興起一股養(yǎng)殖熱潮，福壽螺迅速擴散到我國多個省份(楊葉欣等，2010)。而后因食味不佳，遭棄養(yǎng)的福壽螺擴散到野外自然環(huán)境中，由于其生長迅速和適應(yīng)能力強，目前已在南方大部分省(市)形成自然種群，嚴重危害作物生產(chǎn)。2003年，福壽螺被列入首批入侵中國的16 種外來物種名單(國家環(huán)?？偩趾椭袊茖W(xué)院，2003)。

在自然水環(huán)境下，由于食物空間分布的不均勻及出現(xiàn)時間的季節(jié)差異，水生動物在其生活史中遭受饑餓脅迫的現(xiàn)象較為普遍(薛明等，2010)。近年來，有關(guān)福壽螺的研究主要集中在生物學(xué)特性、農(nóng)業(yè)危害及防控等方面。其中，關(guān)于饑餓脅迫對福壽螺的影響亦有報道，如剛出生幼螺饑餓8 d 后的存活率在50%以上，14 d 后仍有1%的幼螺能夠存活(諶江華等，2011);個體越小的福壽螺受饑餓脅迫影響越嚴重(董勝張和俞曉平，2011)。趙鑫等(2013)研究發(fā)現(xiàn)，福壽螺部分器官組織細胞在饑餓脅迫下會出現(xiàn)衰竭的情況，而關(guān)于饑餓脅迫對福壽螺器官組織造成損傷后的表觀結(jié)構(gòu)變化尚未見報道。為此，本研究通過掃描電鏡技術(shù)，從組織學(xué)角度探析饑餓脅迫對福壽螺頭部和肝臟表層結(jié)構(gòu)的影響，并調(diào)查了福壽螺存活和產(chǎn)卵情況，以期為研究其生物入侵機制及防控策略提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于2012年10月初自華南農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)農(nóng)場水渠采集福壽螺個體，放入玻璃水缸中，每天投喂新鮮生菜，馴養(yǎng)15 d 后，選取表觀正常、活力較強、體型較為一致、雌雄比為1:1 的福壽螺個體共180只，量取殼高［(31.35 ±0.10)mm，大小相當于成螺］后，于2012年10月22日開始試驗。試驗所用透明玻璃缸規(guī)格為47 cm ×27 cm ×39 cm，試驗期間溫度24 ～30 ℃。

1.2 試驗方法

設(shè)置饑餓組和對照組2 個處理，每個處理均設(shè)3 個重復(fù)，每個重復(fù)用1 個玻璃缸，每缸放入雌雄福壽螺各15 只，共30 只。試驗過程中玻璃缸保持水層為21 cm，使用曝氣的自來水進行缸內(nèi)換水，每天換水量為原水量的2/3，如有福壽螺死亡時，進行全量換水，以避免其影響其余福壽螺的正常生長。饑餓處理組不投喂任何食物，對照組每天投喂足量新鮮生菜。本試驗共持續(xù)25 d，每天記錄福壽螺死亡和產(chǎn)卵情況。

1.3 電鏡掃描樣品制備與觀察

取25 d 后的饑餓組和對照組中的福壽螺各6 只(每個重復(fù)中取2 只)，用鑷子將福壽螺殼輕輕剝離，再用剪刀將頭部和肝臟分離，經(jīng)4%戊二醛固定液固定24 h，1%四氧化鋨固定3 h 后，用0.1 mol·L-1磷酸緩沖液浸洗，30%、50%、70%、80%、90%、100%乙醇梯度脫水，乙酸異戊酯置換2 次，放入冷凍干燥儀二氧化碳冰點干燥(日本電子，型號JFD-310)，然后用導(dǎo)電銀膠將樣品固定于樣品臺，用離子濺射儀噴鈀金(日本電子，型號JFC-1600)。將樣品置于XL-30ESEM 環(huán)境掃描電鏡下觀察頭部和肝臟并拍照，加速電壓為20.0 kV。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17.0 統(tǒng)計軟件對饑餓組和對照組每天的死亡數(shù)和總產(chǎn)卵量進行t 檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 饑餓對福壽螺存活和產(chǎn)卵的影響

圖1顯示，正常投喂下，福壽螺在第18 天時首次出現(xiàn)死亡，25 d 內(nèi)平均每缸死亡0.67 只;而在饑餓處理下，25 d 內(nèi)平均每缸死亡數(shù)量為2.00 只，與對照組差異未達到顯著性水平(P ＞0.05)。同時，饑餓組在25 d 后存活率仍在90%以上，可見，福壽螺耐饑能力較強。此外，與對照組相比，饑餓組首次出現(xiàn)福壽螺死亡的時間提前(即在處理前5 d 內(nèi)已有福壽螺死亡)，兩者死亡數(shù)量均隨著處理時間的延長而逐步增多，但1 ～25 d 均未出現(xiàn)明顯差異(P ＞0.05)。

福壽螺在食物缺乏的條件下，其產(chǎn)卵受到明顯影響，平均每缸產(chǎn)卵量為4.00 塊，顯著低于對照組(24.33 塊)(P ＜0.05)。饑餓處理前期(0 ～12 d)，福壽螺的產(chǎn)卵量未受到明顯影響，處理第12 天時，仍發(fā)現(xiàn)有福壽螺產(chǎn)卵的情況;之后產(chǎn)卵停滯，而對照組后期產(chǎn)卵量迅速增大，兩者之間差異達到顯著性水平(P ＜0.05)(圖2)。

圖1 福壽螺的死亡情況Fig.1 The mortality of P.canaliculata under control and starvation treatments

圖2 福壽螺的產(chǎn)卵情況Fig.2 Mean numbers of egg mass of P.canaliculata under control and starvation treatments

2.2 福壽螺電鏡掃描觀察

2.2.1 頭部 由圖3A 和圖3B 可知，在相同的電鏡觀察范圍內(nèi)，對于饑餓組，可同時觀察到福壽螺頭部的吻及其兩邊的觸角，但在對照組中僅能見到福壽螺頭部的吻(因其頭部較大，其他部分分布于觀察視野之外)。這意味著饑餓組福壽螺的頭部要小于對照組，其原因可能是長期遭受饑餓，其頭部逐漸出現(xiàn)整體萎縮的狀況。同時，對照組頭部表面肌肉排列有序，紋路清晰，有少許細小裂痕(圖3C)，且肌肉非常平整光滑(圖3E);而饑餓處理組頭部肌肉出現(xiàn)較大而清晰的裂痕(圖3D)，部分肌肉表面組織出現(xiàn)明顯的雜亂無序狀，呈現(xiàn)絮狀物多層次堆疊現(xiàn)象，有明顯的組織損傷(圖3F)。

2.2.2 肝臟 掃描電鏡觀察結(jié)果顯示，對照組福壽螺的肝臟飽滿圓潤，螺旋結(jié)構(gòu)形態(tài)規(guī)整(圖4A)，且其表面平整(圖4C)，肝臟表面呈顆粒狀的組織排列緊密，未見損傷(圖4E);而饑餓處理組中福壽螺的肝臟整體有些變形，螺旋結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)松散狀態(tài)(圖4B)，表面出現(xiàn)不規(guī)則的褶皺，部分地方出現(xiàn)雜亂絮狀物(圖4D)，且部分組織結(jié)構(gòu)斷裂，有深淺不一的裂痕，絮狀物呈現(xiàn)多層次無序堆疊，可見其表層組織受損嚴重(圖4F)。

3 結(jié)論與討論

3.1 福壽螺對饑餓脅迫的耐受性

食物是影響動物生長發(fā)育、存活、繁殖以及種群發(fā)展的必備要素(Rion ＆ Kawecki，2007)。福壽螺在擴散過程中可能會遇到食物不足的環(huán)境條件，若其具有較強的耐饑能力，將有助于種群建立和快速擴散。董勝張和俞曉平(2011)研究發(fā)現(xiàn)，福壽螺在水族箱中饑餓25 d 后存活率在90%左右，且其耐饑能力隨著溫度(15 ～30 ℃)的降低而延長，最長生存時間為92 d。本研究也有類似發(fā)現(xiàn)，即在饑餓狀況下福壽螺存活率達90%以上。研究表明，39%的福壽螺能持續(xù)饑餓42 d，少部分能存活140 d以上(Lach et al.，2000)?？梢姡勐菰陴囸I條件下具有較高的存活率和較長的耐受時間。然而，福壽螺在饑餓脅迫下，生長繁殖活動會受到一定影響。饑餓程度越大，生長越慢，交配及產(chǎn)卵越容易受影響(Tamburi ＆ Martín，2009)。本研究發(fā)現(xiàn)，饑餓組和對照組在25 d 內(nèi)平均每缸產(chǎn)卵量分別為4.00 和24.33 塊，兩者差異顯著，且饑餓組在饑餓12 d 后無產(chǎn)卵。

綜上所述，在水稻生產(chǎn)過程中，可以通過栽培措施干擾或減少福壽螺的食物獲取途徑，進而在一定程度上降低福壽螺種群的增長速度與種群密度。例如，在水稻苗期采取旱直播方法，可減少福壽螺對秧苗的采食，進而減少其食物來源;在稻田休耕期間(即在秧苗移栽前或水稻收獲后)，及時清除田間綠色雜草，一方面可減少食物來源，另一方面可消除其藏匿場所，進而在一定程度上減輕福壽螺對下一季水稻的危害程度。

圖3 福壽螺頭部表面結(jié)構(gòu)Fig.3 The surface of head of P.canaliculata

3.2 饑餓脅迫對福壽螺器官組織的損傷

研究發(fā)現(xiàn)，生物長期遭受饑餓會導(dǎo)致其免疫機能受到影響，自身免疫力下降(孫紅梅等，2006)。同時，長期饑餓能對生物神經(jīng)系統(tǒng)造成損害(陳代陸等，2001;陸之輝等，2010)。本研究發(fā)現(xiàn)，長期饑餓可導(dǎo)致福壽螺頭部萎縮和損傷。福壽螺頭部遍布著大量的神經(jīng)元，神經(jīng)系統(tǒng)的破壞會造成正常生理功能紊亂，頭部的受損，最終將影響福壽螺的運動機能。因此，福壽螺在長期饑餓狀態(tài)下，活動明顯減少，甚至靜止不動(趙鑫等，2013)。

本試驗也發(fā)現(xiàn)，福壽螺在長期饑餓后，其肝臟的螺旋結(jié)構(gòu)松散，且表面有侵蝕絮狀損傷，并出現(xiàn)較大裂痕。肝臟的破損會導(dǎo)致一些酶的分解和合成發(fā)生障礙，進而造成福壽螺一些生理生化反應(yīng)的紊亂(宋春秀等，2010)。同屬水生動物的克氏原螯蝦Procambarus clarkii Girard 肝臟在饑餓脅迫下會出現(xiàn)萎縮、分泌物減少、肝細胞中脂肪滴大量減少、細胞間隙增大、細胞內(nèi)線粒體腫脹等情況(魏克強等，2010);饑餓后的犬齒牙鲆Paralichthys dentatus L.和銀鯧Pampus argenteus Euphrasen 也出現(xiàn)肝細胞間隙增大、線粒體水腫等情況(徐善良等，2013;Bisbal ＆ Bengtson，1995)。

趙鑫等(2013)研究發(fā)現(xiàn)，福壽螺在饑餓條件下，消化腺同樣受到影響，主要表現(xiàn)在消化細胞的衰竭，胞漿顆?；?，甚至出現(xiàn)斷層、破碎，直至消化細胞凋亡，但消化腺的衰退是一個可逆的過程。那么，對于饑餓條件下福壽螺頭部和肝臟的表層損傷能否在恢復(fù)攝食后得到自我修復(fù)，尚需進一步研究。

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