低溫和低鹽脅迫對(duì)文蛤呼吸和排泄的影響

丁天揚(yáng)，白奕天，聶鴻濤，張興志，閆喜武

（1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省貝類(lèi)良種繁育工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116023；2.廣西壯族自治區(qū)水產(chǎn)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530021）

文蛤Meretrix meretrix分布于中國(guó)、朝鮮、日本等國(guó)家[1-3]。近年來(lái)，山東、江蘇沿海的文蛤大量死亡[4]，從鹽度、溫度、底泥中硫化物和文蛤弗尼斯弧菌Vibrio furnissii病等方面進(jìn)行了研究[5,6]，發(fā)現(xiàn)鹽度和溫度的大幅度變化可導(dǎo)致文蛤生長(zhǎng)速度緩慢，甚至死亡[7,8]。

鹽度和溫度分別通過(guò)影響滲透壓與體溫而改變貝類(lèi)代謝水平，是影響貝類(lèi)代謝的重要因素。雙殼貝類(lèi)對(duì)鹽度和溫度變化有一定的耐受力，但超出耐受范圍，將導(dǎo)致死亡[9]。耗氧率與排氨率是貝類(lèi)新陳代謝的基本生理活動(dòng)，既反映了貝類(lèi)的生理活動(dòng)，也反映了環(huán)境條件對(duì)貝類(lèi)生理活動(dòng)的影響。文蛤大量分布在我國(guó)沿海的灘涂和河口，隨潮汐和季節(jié)變化，易受低溫和低鹽的影響，必須消耗體內(nèi)能量維持正常生理活動(dòng)[10]。本文通過(guò)研究低溫和低鹽對(duì)廣西文蛤群體的耗氧率和排氨率的影響，分析在北方的低溫和河口周期性低鹽條件下文蛤新陳代謝的變化規(guī)律，以豐富文蛤的基礎(chǔ)研究資料，為南方文蛤在我國(guó)北方海域的人工馴化和養(yǎng)殖提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用野生文蛤采自廣西北海海區(qū)，殼長(zhǎng)（43.14±1.67）mm，殼高（20.38±3.54）mm，濕重（3.38±0.9）g，干重（0.55±0.19）g。選擇健康、活力強(qiáng)的個(gè)體在水槽中暫養(yǎng)20d，暫養(yǎng)期間，鹽度（30±2），水溫（10±3）℃，pH7.5～8.0，每日投喂螺旋藻粉 1次，換水一次，連續(xù)充氣。

1.2 方法

在鹽度試驗(yàn)中設(shè)4個(gè)鹽度梯度：30、25、20和15，其中鹽度30組為對(duì)照組。不同鹽度由充分曝氣的自來(lái)水和海水按一定比例配制，每日降1～2個(gè)鹽度。文蛤饑餓1d后，放入以2.5L廣口呼吸瓶中測(cè)量其耗氧率和排氨率。每瓶放文蛤3只，加入海水后用橡膠塞密封，以第一只文蛤張伸出呼吸孔為起點(diǎn)計(jì)時(shí)，持續(xù)3h，試驗(yàn)前后測(cè)定呼吸瓶中水樣的溶解氧（DO）和NH4+-N含量。

溫度試驗(yàn)設(shè) 4個(gè)梯度：10℃、6℃、4℃和 -2℃，零上低溫由水循環(huán)裝置控制，零下低溫由冰柜調(diào)控。各溫度梯度的調(diào)控從10℃開(kāi)始，每日降低1～2℃達(dá)到試驗(yàn)溫度。其余試驗(yàn)步驟同鹽度試驗(yàn)。

溶解氧（DO）含量用碘量法測(cè)定，NH4+-N含量用次溴酸鈉氧化法測(cè)定，用游標(biāo)卡尺測(cè)定殼長(zhǎng)和殼高，然后剖取軟體部于70℃下烘干至恒重，用電子天平稱(chēng)干重。

按下式計(jì)算文蛤的耗氧率（OCR）、排氨率（ARE）、O/N 比和溫度系數(shù)（Ql0）。

式中，OCR 為單位體質(zhì)量耗氧率 [mg/（g·h）]，DO0和DOt為試驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)水中溶解氧含量（mg/L），V為呼吸瓶中水的體積（L），W為文蛤軟體部干重（g），t為試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間（h）。

式中，ARE為單位體質(zhì)量的排氨率[mg/（g·h）]，N0和Nt為試驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)水中NH4+-N的濃度（mg/L），W為文蛤軟體部干重（g），t為試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間（h）。

式中，O/N為文蛤耗氧率和排氨率間的比值；OCR為單位體質(zhì)量耗氧率[mg/（g·h）]；AER為單位體質(zhì)量排氨率[mg/（g·h）]。

溫度系數(shù) Ql0=（R1/R2）10/（t2-t1），

式中，R2和R1分別是在溫度t1和t2下的耗氧率與排氨率。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)為3個(gè)平行組的平均值，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（mean±SE）表示，用Excel和SPSS13.0軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 低鹽對(duì)文蛤耗氧率、排氨率及O/N的影響

在低鹽度脅迫下，鹽度與文蛤的耗氧率呈負(fù)相關(guān)（圖1），即鹽度降低，耗氧率上升。鹽度15時(shí)，耗氧率最高，為0.577 mg/（g·h）；鹽度為30，耗氧率最低，為0.192mg/（g·h）。鹽度30～20范圍內(nèi)耗氧率上升緩慢（圖 1），差異不顯著（P＞0.05）；鹽度 20下，耗氧率低于鹽度25，但高于鹽度30。在20～15的鹽度范圍中，文蛤的耗氧率上升，差異顯著（P＜0.05），鹽度顯著影響文蛤的耗氧率。

圖1 低鹽對(duì)文蛤耗氧率的影響Fig.1 Effect of low salinity on oxygen consumption rate of venus clam M.meretrix

低鹽脅迫下文蛤的排氨率也與鹽度呈負(fù)相關(guān)（圖2），鹽度15時(shí)排氨率最高，為0.4953mg/（g·h），鹽度30時(shí)最小，為0.2753mg/（g·h），鹽度從30降到20范圍內(nèi)，排氨率上升幅度不顯著，在20～15鹽度范圍中，文蛤的排氨率上升顯著，其變化幅度顯著大與其他鹽度梯度，但組間差異不顯著（P＞0.05），說(shuō)明本試驗(yàn)中鹽度的降低對(duì)文蛤的排氨率無(wú)顯著影響。

圖2 低鹽對(duì)文蛤排氨率的影響Fig.2 Effect of low salinity on ammonia excretion rate of venus clam M.meretrix

如表1所示，隨著鹽度的降低，文蛤的O/N比無(wú)顯著變化。經(jīng)分析檢驗(yàn)，其各組之間無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。

表1 不同鹽度下文蛤的耗氧率、排氨率及O∶N的變化Tab.1 The oxygen consumption rates,ammonia excretion rates and the O:N values of venus clam M.meretrix exposed to different salinities

2.2 低溫脅迫對(duì)文蛤耗氧率、排氨率及O∶N的影響

如圖3所示，低溫脅迫下文蛤的耗氧率與溫度呈正相關(guān)，即隨著溫度的降低，文蛤的耗氧率下降，10℃時(shí)耗氧率最大，為0.4267 mg/（g·h）；-2℃時(shí)最低。在10～6℃的降溫區(qū)間，文蛤耗氧率下降最為顯著，在6～-2℃的降溫區(qū)間中文蛤的耗氧率也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但略顯緩慢。10℃組與另外3個(gè)溫度組之間差異顯著（P＜0.05），3個(gè)低溫組之間差異不顯著（P＞0.05）。這說(shuō)明在本試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，雖然文蛤的耗氧率顯著下降，但是低于6℃的三組之間差異并不顯著（P＞0.05）。

圖3 低溫對(duì)文蛤耗氧率的影響Fig.3 Effect of low temperature on oxygen consumption rate of venus clam M.meretrix

如圖4所示，低溫脅迫下文蛤排氨率的變化趨勢(shì)與耗氧率同溫度的變化趨勢(shì)相似，即排氨率與溫度呈正相關(guān)：10℃時(shí)排氨率最高，為0.3841mg/（g·h）；-2℃時(shí)最低，為0.1547 mg/（g·h）但排氨率的最大變化幅度與耗氧率不同，出現(xiàn)于4～-2℃的降溫區(qū)間。方差分析結(jié)果顯示，10℃組與-2℃組之間差異顯著（P＜0.05），說(shuō)明低溫脅迫對(duì)文蛤的排氨率有顯著影響。

圖4 低溫對(duì)文蛤排氨率的影響Fig.4 Effect of low temperature on the ammonia excretion rate of venus clam M.meretrix

表2 不同溫度下文蛤的耗氧率、排氨率及兩者之間的比值Tab.2 The oxygen consumption rates,ammonia excretion rates and the O∶N of venus clam M.meretrix at different temperature

不同溫度對(duì)文蛤O∶N的影響如表2所示。由表2可知，隨著溫度改變，文蛤的O∶N變化不顯著，各組間差異不顯著（P＞0.05）。

不同溫度Q10系數(shù)如表3所示。在-2～6℃區(qū)間內(nèi)，溫度對(duì)文蛤耗氧率Q10最高，為5.963；4～10℃的區(qū)間內(nèi)，Q10最低，為1.344。在溫度對(duì)文蛤排氨率的影響中，6～10℃區(qū)間內(nèi) Q10最高，為 8.420；4～6℃的區(qū)間內(nèi)Q10最低，為0.065。

表3 文蛤的耗氧率Q10和排氨率Q10Tab.3 Q10of the oxygen consumption rate and ammonia excretion rate of venus clam M.meretrix

3 討論

3.1 低鹽度脅迫對(duì)文蛤耗氧率和排氨率的影響

鹽度對(duì)海洋生物的代謝與生長(zhǎng)有巨大影響。低鹽度致貝類(lèi)死亡的主要原因是海水滲透壓的改變超出了自身調(diào)節(jié)能力所致[11,12]。本試驗(yàn)中，文蛤的耗氧率和排氨率隨鹽度降低而上升，推測(cè)與通過(guò)消耗能量來(lái)調(diào)節(jié)自身滲透壓有關(guān)。海洋生物生活在等滲點(diǎn)環(huán)境中，用于維持自身生理活動(dòng)的能量消耗較少，反之，則需要更多的能量來(lái)適應(yīng)環(huán)境。這與長(zhǎng)肋日月貝Amusium pleuronectes在鹽度31～21區(qū)間的耗氧和排氨率變化趨勢(shì)相符[13]。

Navarro[14]指出，當(dāng)外界鹽度發(fā)生變化時(shí)，貝類(lèi)通過(guò)調(diào)節(jié)貝殼的開(kāi)合來(lái)調(diào)節(jié)不適，在低鹽度組中觀察到隨著鹽度的降低，文蛤有明顯的閉殼現(xiàn)象。但研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽度在18～30范圍內(nèi)加勒比貽貝Choromytilus chorus的耗氧率隨鹽度降低而下降。這些差異說(shuō)明，加勒比貽貝面對(duì)低鹽脅迫的調(diào)節(jié)措施不用于文蛤，即降低代謝。巖扇貝crassadoma gigante的耗氧率和排氨率也隨鹽度的降低而下降[15,16]。栗志民等[17]的研究表明，不同鹽度范圍內(nèi)，皺肋文蛤Meretrix lyrata幼貝O∶N在8～13之間，均大幅高于本試驗(yàn)所測(cè)得數(shù)值。同樣，楊杰清等[18]在不同鹽度下測(cè)得的文蛤的O∶N也大于本試驗(yàn)的實(shí)測(cè)值。外界環(huán)境因子的變化往往能影響貝類(lèi)的能量代謝以及物質(zhì)選擇。O∶N表示生物體內(nèi)蛋白質(zhì)與脂肪、碳水化合物分解代謝的比例，是生物適應(yīng)環(huán)境壓力的指標(biāo)之一[19]。Ikeda[20]指出，如果機(jī)體消耗的能量完全由蛋白質(zhì)提供，O∶N約為7。而本實(shí)驗(yàn)中O∶N為1左右，可認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)中文蛤所需能量主要由蛋白質(zhì)提供。

3.2 低溫脅迫對(duì)文蛤耗氧率和排氨率的影響

研究證實(shí)，貝類(lèi)的代謝率隨溫度的升高而增加。溫度升高，貝類(lèi)體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)速度及呼吸和代謝速率加快[21-24]；而溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致水生生物體液的凍結(jié)而死亡[25]。本試驗(yàn)的成果與上述研究結(jié)果大致相同，如對(duì)櫛孔扇貝Chlamys farreri[26]、河蜆Corbicula fluminea[27]的研究相似，說(shuō)明在低溫環(huán)境下文蛤通過(guò)降低新陳代謝而適應(yīng)環(huán)境。據(jù)范建勛等[2 8]研究，在相同溫度區(qū)間內(nèi)文蛤的O∶N高于本試驗(yàn)所測(cè)的O∶N，單位體質(zhì)量耗氧率和排氨率的Q10都在10左右，均高于本試驗(yàn)的結(jié)果。這說(shuō)明低溫脅迫下文蛤代謝所需能量由蛋白質(zhì)氧化分解供應(yīng)。

3.3 低溫和低鹽脅迫對(duì)南北方文蛤群體耗氧率和排氨率的比較

本試驗(yàn)所用南方文蛤在溫度和鹽度脅迫下耗氧率和排氨率均有變化。楊杰青[29]研究發(fā)現(xiàn)，在8～23℃的區(qū)間中，隨著溫度的升高，文蛤的耗氧率和排氨率均上升，與本試驗(yàn)得出的結(jié)論相符；在鹽度為23～33的區(qū)間中，隨著鹽度的降低，文蛤的耗氧率和排氨率下降，與本試驗(yàn)結(jié)果相符，但在鹽度為13～23區(qū)間，文蛤的耗氧率和排氨率均隨溫度下降而下降，這與本試驗(yàn)對(duì)南方廣西海區(qū)文蛤的研究相反。王盛青等[30]發(fā)現(xiàn)，在10℃左右北方文蛤的O∶N在11左右，而在本試驗(yàn)中則為1.065，由此可知，南方文蛤的O∶N均低于北方文蛤。隨著溫度升高北方文蛤的耗氧率和排氨率均升高[31]。

根據(jù)南北方文蛤耗氧率和排氨率的變化推測(cè)以鹽度23為界，鹽度高于20北方文蛤和南方文蛤的應(yīng)對(duì)生理機(jī)制相同，即南北方文蛤均通過(guò)提高自身代謝來(lái)抵抗低溫低鹽環(huán)境。鹽度23以下，南北方文蛤采用了何種的應(yīng)對(duì)措施，本試驗(yàn)中并未進(jìn)行研究。南方文蛤的O∶N低于北方文蛤，說(shuō)明面對(duì)低溫和低溫脅迫，南方文蛤的蛋白質(zhì)與脂肪和碳水化合物分解代謝的比率比北方小。

南方文蛤消耗于維持溫度和鹽度變化后體內(nèi)穩(wěn)態(tài)所需的能量要低于北方文蛤。唐保軍[32]的研究表明，在2～15℃區(qū)間，北方文蛤個(gè)體耗氧率的Q10為2.04，排氨率的Q10為1.82。在本試驗(yàn)中，在-2～10℃區(qū)間文蛤的個(gè)體耗氧率的Q10為1.420，個(gè)體排氨率的Q10為1.703。北方文蛤的Q10數(shù)值均高于南方文蛤，低溫脅迫下南方文蛤種群的代謝強(qiáng)度小于北方文蛤種群，但其影響機(jī)制及耗氧率與排氨率間的相互作用需進(jìn)一步研究，為南方文蛤在北方養(yǎng)殖提供參考。