楊 儉,魏 偉,唐保軍*
(1. 上格環(huán)境科技(上海)有限公司,上海 200062; 2. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院 東海水產(chǎn)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200090)
文蛤(Meretrixmeretrix)屬于軟體動(dòng)物門,雙殼綱,簾蛤科,主要分布在河口、淺灘地區(qū),是中國(guó)沿海重要的經(jīng)濟(jì)灘涂貝類之一[1]。溫度是影響海洋生物生長(zhǎng)、分布的重要環(huán)境因子[2-3]。在潮間帶生活的貝類,經(jīng)常因升、降溫而遭受溫度脅迫,夏季的高溫脅迫甚至?xí)?dǎo)致貝類大量死亡[4-6]。代謝率是反映貝類生理狀況的重要指標(biāo)[7-10],有關(guān)溫度脅迫下貝類生理代謝變化的研究已有較多報(bào)道[11-13],但大多研究只關(guān)注脅迫一定時(shí)間后貝類的代謝率,而對(duì)于脅迫過程中貝類的代謝率變化研究較少。通過測(cè)定溫度脅迫后不同時(shí)間點(diǎn)文蛤的耗氧率和排氨率,從文蛤應(yīng)對(duì)溫度脅迫的整個(gè)過程出發(fā),探討其生理響應(yīng)機(jī)制,為貝類逆境適應(yīng)研究和健康養(yǎng)殖提供參考資料。
研究所用文蛤采自江蘇啟東沿海灘涂,采樣點(diǎn)海水鹽度為21,選擇大小相近的文蛤約900只,去掉附著生物后暫養(yǎng)一周。暫養(yǎng)期間,保持海水鹽度21、溫度(25±1)℃,每天換水50%,投喂小球藻(Chlorellavulgaris)1次,持續(xù)充氣。采用海水晶配制濃鹽水,進(jìn)而添加淡水配制暫養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)用海水。
實(shí)驗(yàn)設(shè)置4個(gè)溫度處理組,分別為20、25、30、35℃,其中25℃為對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)開始時(shí),挑選700只健康文蛤,為防止高溫死亡個(gè)體較多影響呼吸實(shí)驗(yàn)取樣,按150、150、200、200只分別放到溫度為20、25、30、35℃的4個(gè)玻璃水槽中。分別于3、12、24、48、72、96 h測(cè)定急性溫度脅迫后文蛤的耗氧率和排氨率,各水槽每天用同溫度海水換水50%。
耗氧率和排氨率采取靜水法測(cè)定。每個(gè)溫度處理組設(shè)置3個(gè)平行組和1個(gè)空白對(duì)照。采用3 L呼吸瓶,實(shí)驗(yàn)組每個(gè)呼吸瓶中放4只文蛤,空白組不放。采用虹吸法向各呼吸瓶注入相應(yīng)溫度的海水,密封后放入恒溫水槽中水浴,實(shí)驗(yàn)持續(xù)3 h。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,取各呼吸瓶?jī)?nèi)的水樣,測(cè)定溶解氧和氨氮濃度,測(cè)量瓶?jī)?nèi)文蛤的殼長(zhǎng)、濕重等生物學(xué)數(shù)據(jù),解剖取軟體部于65℃烘干24 h后稱干質(zhì)量,見表1。
表1 文蛤生物學(xué)數(shù)據(jù)Tab.1 Biological data of clams
采用Winkler碘量法測(cè)定水樣溶解氧濃度,耗氧率計(jì)算公式如下:
R=V×(O0-Ot)/(W×t)
(1)
式(1)中,R為文蛤單位體質(zhì)量耗氧率,O0和Ot分別為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)空白呼吸瓶和實(shí)驗(yàn)瓶中溶解氧濃度(mg·L-1),V為呼吸瓶的體積(L),W為文蛤軟體部干質(zhì)量(g),t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間(h)。
采用次溴酸鹽氧化法測(cè)定水樣氨氮濃度,排氨率計(jì)算公式如下:
E=V× (Nt-N0) / (W×t)
(2)
式(2)中,中,E為單位體質(zhì)量排氨率,N0和Nt分別為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)空白呼吸瓶和實(shí)驗(yàn)瓶中的氨氮濃度(μg·L-1),V為呼吸瓶的體積(L),W為文蛤軟體部干質(zhì)量(g),t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間(h)。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。采用Excel軟件分析數(shù)據(jù)和作圖,用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方差分析(ANOVA),顯著性差異水平設(shè)置為P<0.05為差異顯著,P<0.01為差異極顯著。
結(jié)果顯示,高溫脅迫對(duì)文蛤耗氧率具有顯著影響(P<0.05)(圖1)。與對(duì)照組(25℃)相比,20℃處理組文蛤耗氧率變化不顯著。30℃處理組文蛤的耗氧率一直呈極顯著升高(P<0.01)。35℃處理組文蛤耗氧率在3 h顯著升高(P<0.05),其后逐漸降低,在48 h后未測(cè)出耗氧率值。35℃處理組12 h后開始有文蛤死亡,48 h后文蛤死亡率超過50%,72 h后死亡率高達(dá)97%。
圖1 溫度脅迫對(duì)文蛤耗氧率的影響Fig. 1 Oxygen consumption rate of M. meretrix after heat stress 注:圖上方星號(hào)表示同一時(shí)間點(diǎn)試驗(yàn)組與對(duì)照組有顯著差異(P<0.05) Note: Asterisk above the bar indicates significant differences between the treatment and control group at the same time (P<0.05)
與對(duì)照組(25℃)相比,20℃處理組文蛤的排氨率在12 h顯著降低(P<0.05),至24 h時(shí)達(dá)到最小值,在48 h后上升到對(duì)照組水平,呈先降低后升高的規(guī)律。30℃處理組文蛤的排氨率自12 h起顯著降低(P<0.05),到72 h時(shí)達(dá)最小值,在96 h未測(cè)出排氨率值,呈逐漸降低的規(guī)律。35℃處理組文蛤在3 h排氨率顯著升高(P<0.05),其后未測(cè)出排氨率值,到72 h文蛤死亡。
圖2 溫度脅迫對(duì)文蛤排氨率的影響Fig.2 Ammonia excretion rate of M. meretrix after heat stress 注:圖上方星號(hào)表示同一時(shí)間點(diǎn)處理組與對(duì)照組有顯著差異(P<0.05) Note: Asterisk above the bar indicates significant differences between the treatment and control group at the same time (P<0.05)
海水貝類生活的河口、灘涂地區(qū)因晝夜或季節(jié)變化會(huì)發(fā)生溫度波動(dòng),貝類需調(diào)整生理代謝活動(dòng)以適應(yīng)環(huán)境變化[13]。關(guān)于海水溫度與貝類耗氧率之間的關(guān)系,相關(guān)研究報(bào)道表明:在一定溫度范圍內(nèi),多數(shù)貝類的耗氧率與海水溫度呈正相關(guān)[14]。本實(shí)驗(yàn)中,20℃處理組的文蛤耗氧率與對(duì)照組相比無顯著變化,而30℃脅迫處理后文蛤的耗氧率顯著升高,這與馮建彬等[15]的研究結(jié)果一致,說明文蛤的生理代謝對(duì)高溫更敏感。推測(cè)原因是由于溫度上升提高了貝類組織、器官內(nèi)相關(guān)酶的活性,從而加快了體內(nèi)的各生化反應(yīng)的速率,導(dǎo)致耗氧率升高。研究表明,貝類存在最高、最低和最適的溫度范圍,如果超出最適范圍,貝類正常的新陳代謝會(huì)受到破壞。本實(shí)驗(yàn)中,溫度上升到35℃后,文蛤的耗氧率先升高后下降,最后出現(xiàn)死亡,說明該溫度已超過了文蛤的耐受極限。在毛蚶(Scapharcasubcrenata)[16]和海灣扇貝(Argopectenirradians)[17]中也有類似報(bào)道。
20℃處理組的文蛤排氨率始終低于對(duì)照組,隨著溫度上升,文蛤的排氨率顯著升高,說明高溫對(duì)文蛤的排氨率影響更顯著。在遭受環(huán)境脅迫時(shí),貝類可通過提高能量代謝應(yīng)對(duì)不利條件,加快體內(nèi)能量物質(zhì)的消耗。貝類的排泄物有氨、尿素和氨基酸等。因此,排氨率是反映貝類代謝強(qiáng)度和脅迫程度的重要指標(biāo)。20℃處理組文蛤的排氨率先降低后升高,這可能源于文蛤的代謝適應(yīng)。有研究表明,溫度脅迫會(huì)引發(fā)海洋無脊椎動(dòng)物的生理補(bǔ)償,比如濾水率和耗氧率的變化,從而導(dǎo)致排氨率的變化[18-20],這是潮間帶生物對(duì)環(huán)境溫度波動(dòng)的一種適應(yīng)機(jī)制[21]。代謝產(chǎn)生的氨主要來源于氨基酸的脫氨基作用[22],30℃處理組文蛤的排氨率逐漸下降,說明體內(nèi)氨基酸代謝水平下降??赡苁窃诩毙悦{迫初期,文蛤需要的能量較多,機(jī)體通過增加蛋白質(zhì)代謝以應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫,而隨著文蛤逐漸適應(yīng)高溫環(huán)境后,更多依靠碳水化合物的消耗提供機(jī)體所需能量,從而導(dǎo)致排氨率的下降。35℃處理組的文蛤在3 h排氨率顯著升高,之后卻未測(cè)得排氨率值,說明35℃已超出了文蛤的耐受極限,具體的機(jī)制需要進(jìn)一步開展研究。