鹽度對透明溞存活、生長和繁殖的影響

楊 板，趙 文，魏 杰，李 博，苑俊杰，左鎵琪

(1.大連海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省水生生物重點實驗室，遼寧 大連 116023； 2.北京市水生野生動植物救護(hù)中心，北京 102100 )

透明溞(Daphniahyalina)是一種常見的淡水枝角類，屬節(jié)肢動物門、甲殼綱、雙甲目、溞科[1]。透明溞主要分布于溫帶及北亞熱帶的湖泊、水庫等大型水體，屬濾食性浮游動物，濾食效率高，在生物調(diào)控方面可用于抑制藻類過度生長[2-3]。透明溞具有繁殖能力強、適應(yīng)范圍廣、營養(yǎng)價值高等特點，其富含魚類及其他水產(chǎn)動物所需的多種必需氨基酸、脂肪酸、礦物質(zhì)[4]。透明溞體型適中，可作為養(yǎng)殖魚蝦的活體餌料開發(fā)對象。目前，國內(nèi)枝角類鹽度馴化的主要研究對象有直額裸腹溞(Moinarectirostris)[5]、多刺裸腹溞(M.macrocopa)[6-7]、近親裸腹溞(M.affinis)[8]、老年低額溞(Simocephalusvetulus)[9]、西藏擬溞(Daphniopsistibetana)[10]和蒙古裸腹溞(M.mongolica)[11-12]等。國內(nèi)外對透明溞的相關(guān)研究較少，主要是對其基礎(chǔ)生物學(xué)(生長、繁殖、食性及分布等)方面[2-12]的研究。筆者研究鹽度對透明溞生存、生長及繁殖的影響，旨在豐富透明溞的基礎(chǔ)生物學(xué)資料，也為探討透明溞作為水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動物餌料生物的可行性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 溞種的來源和馴化

試驗用透明溞活體采自遼寧撫順大伙房水庫，使用25#浮游生物網(wǎng)采集活體。帶回實驗室后，采用麥克奧迪公司的生物顯微鏡(BA210)，在4×10倍鏡下挑選并鑒定出透明溞，馴養(yǎng)于500 mL燒杯中，定期投喂斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)對其馴化和培養(yǎng)，當(dāng)透明溞在實驗室條件下適應(yīng)后，通過孤雌生殖繁育形成一定的規(guī)模種群，用其同步繁育的后代即同步溞或同生群進(jìn)行試驗。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗生物培養(yǎng)條件

用斜生柵藻投喂透明溞，培養(yǎng)過程中培養(yǎng)水為經(jīng)過高溫滅菌后的自來水，溫度控制在(20±1) ℃，光照周期12 h∶12 h，光照度4000 lx。

1.2.2 急性鹽度耐受性試驗

挑選透明溞的同步溞，并進(jìn)行預(yù)試驗以估算透明溞的致死鹽度，即96 h全致死的最小鹽度和24 h無死亡的最大鹽度。根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果，分別設(shè)置0(對照組)、2.0、4.0、6.0、8.0共5個梯度，各3個重復(fù)。使用50 mL錐形瓶作為容器，并置于恒溫光照培養(yǎng)箱中。急性鹽度耐受性試驗期間不投餌，每隔24 h觀察記錄1次溞體的存活狀況，并更換1次培養(yǎng)液以保證培養(yǎng)條件穩(wěn)定。

1.2.3 慢性鹽度耐受性試驗

通過急性鹽度耐受性試驗計算出透明溞的安全鹽度后，根據(jù)安全鹽度分別設(shè)置0(對照組)、0.5、1.0、1.5、2.0共5個鹽度梯度，每個梯度10個重復(fù)。選用16 mL試管作為容器，分別挑選同步溞進(jìn)行試驗，每個試管放置1只幼溞，置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)，每2 d更換1次培養(yǎng)液。在試驗期間每日觀察并記錄該溞的死亡數(shù)、初次產(chǎn)幼時間及每次的產(chǎn)幼數(shù)；每2 d測量1次溞體的體長增長情況，直到所有受試個體全部死亡，試驗結(jié)束。取0.5鹽度組和對照組透明溞種群26個體長組，測定其體長、全長和殼刺長。

1.3 數(shù)據(jù)分析

半致死鹽度，采用直線內(nèi)插法獲取[13-14]；安全鹽度、體長增長率[6]按下式計算：

式中，SC為安全鹽度，LC50為半致死鹽度；LGR為體長增長率(%)，L0為試驗開始時透明溞體長(mm)，Lt為試驗第6 d的透明溞體長(mm)。

體長與殼刺長度采用麥克奧迪公司的生物顯微鏡(BA210)，在4×10倍鏡下用目微尺測量長度，目微尺1格代表的實際長度為2.5 μm。

種群增長參數(shù)按下式計算：

式中，x為年齡期(d)，lx為x期時的存活率(%)，mx為x期時的出生率，rm為內(nèi)稟增長率(d-1)，R0為凈生殖量(個)，T為世代周期(d)，λ為周限增長率(d-1)[15]。

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010軟件處理，SPSS 23.0軟件進(jìn)數(shù)據(jù)差異性分析和Duncan多重比較。P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽度對透明溞的急性影響

鹽度對透明溞急性影響結(jié)果見表1。由表1可見，透明溞的存活率隨著鹽度的增加而不斷降低。由鹽度和死亡率作曲線圖，并通過直線內(nèi)插法求出24 h半致死鹽度為4.16，48 h半致死鹽度為2.67，并由此計算的安全鹽度為0.36。經(jīng)方程計算，透明溞在鹽度6.7時，24 h全部死亡，鹽度5.9時，48 h全部死亡。

表1 鹽度對透明溞不同時間死亡率概率單位—鹽度曲線方程和半致死鹽度

2.2 鹽度對透明溞的慢性影響

2.2.1 鹽度對透明溞存活率和存活時間的影響

鹽度對透明溞存活率和存活時間的影響見圖1、圖2。由圖1可見，試驗開始10 d內(nèi)，透明溞的存活率隨著鹽度的增加而顯著降低，鹽度0.5試驗組的透明溞存活率最高，依次大于對照組及鹽度1.0、1.5、2.0試驗組。其中，鹽度1.5試驗組于第7 d全部死亡，鹽度2試驗組僅4 d透明溞全部死亡。由圖2可見，對照組透明溞存活時間最長，顯著大于鹽度1.5、2.0試驗組(P<0.05)，各鹽度組最長存活時間依次為68、58、62、7、4 d。

2.2.2 鹽度對透明溞生長和繁殖的影響

鹽度對透明溞產(chǎn)前發(fā)育時間和產(chǎn)幼間隔的影響見圖3。由圖3可見，透明溞在(20±1) ℃條件下，各組平均產(chǎn)前發(fā)育時間為(9.88±1.11) d，平均產(chǎn)幼間隔時間為(5.17±0.21) d。鹽度1.5、2.0下透明溞最長存活時間分別為7 d和4 d，無繁殖，故鹽度對透明溞產(chǎn)前發(fā)育時間和產(chǎn)幼間隔時間僅涉及鹽度0.5、1.0試驗組及對照組。

對照組透明溞的產(chǎn)前發(fā)育時間最短，小于鹽度0.5試驗組，但差異不顯著(P>0.05)。鹽度1.0試驗組透明溞的產(chǎn)前發(fā)育時間最長，與其他兩組差異顯著(P<0.05)。

鹽度0.5試驗組透明溞的產(chǎn)幼間隔時間最短，為(4.55±0.22) d，小于對照組，但差異不顯著(P>0.05)，1.0鹽度組透明溞的產(chǎn)幼間隔時間顯著高于對照組和鹽度0.5試驗組(P<0.05)。

圖1 鹽度對透明溞存活的影響

圖2 鹽度對透明溞存活時間的影響不同字母之間表示差異顯著，P<0.05，下同.

鹽度0.5試驗組培養(yǎng)6 d時透明溞體長增長率最大。對照組體長增長了(0.48±0.12) mm，體長增長率為(57.7±6.03)%；鹽度0.5試驗組體長增長了(0.55±0.097) mm，體長增長率為(64.19±5.26)%；鹽度1.0試驗組體長增長了(0.40±0.057) mm，體長增長率為(47.19±2.57)%；鹽度1.5試驗組體長增長的最小，為(0.23±0.098) mm，體長增長率為(24.36±6.15)%；鹽度2試驗組于第4 d全體死亡，故不計算鹽度2.0試驗組的體長增長情況。對照組、鹽度0.5、1.0試驗組之間差異不顯著(P>0.05)，但分別與鹽度1.5試驗組有顯著差異(P<0.05)。

鹽度1.5和2.0試驗組的最長存活時間僅為7 d和4 d，因此沒有幼溞孵育。產(chǎn)幼情況僅統(tǒng)計對照組和鹽度0.5、1.0試驗組，對照組的產(chǎn)幼數(shù)最多，為(33.17±9.70)個；鹽度0.5試驗組的產(chǎn)幼數(shù)為(24.82±8.4)個；鹽度1.0試驗組的產(chǎn)幼數(shù)為(19.00±10.78)個；且相互之間差異不顯著(P>0.05)。

2.2.3 鹽度對透明溞殼刺長的影響

鹽度對透明溞殼刺長及其與全長比值的影響見圖4、圖5。由圖4可見，鹽度0.5試驗組透明溞殼刺長為0.225～0.375 mm，平均值為(0.314±0.038) mm；對照組的殼刺長為0.225～0.325 mm，平均為(0.259±0.023) mm。鹽度0.5試驗組的透明溞殼刺長顯著大于對照組(P=0.015<0.05)。由圖5可見，鹽度0.5試驗組透明溞殼刺長與其全長(體長+殼刺長)比值為0.18～0.35，平均值為0.27±0.01；對照組相應(yīng)殼刺長與其全長比值為0.17～0.33，平均為0.23±0.01。鹽度0.5試驗組的透明溞殼刺長與其全長比值顯著大于對照組(P=0.012<0.05)。

圖3 鹽度對透明溞生長和繁殖的影響

圖4 鹽度對透明溞殼刺長的影響

圖5 鹽度對透明溞殼刺與體長比值的影響

2.2.4 鹽度對透明溞種群增長參數(shù)的影響

鹽度對透明溞種群增長參數(shù)見表2。由表2可見，由于鹽度1.5、2.0條件下透明溞存活時間較短，因此僅能統(tǒng)計對照組和鹽度0.5、1.0試驗組透明溞的種群增長參數(shù)。這3個鹽度組的內(nèi)稟增長率、周限增長率、世代周期影響不顯著(P>0.05)。對照組凈生殖量顯著大于鹽度0.5、1.0試驗組(P<0.05)。

表2 鹽度對透明溞種群增長參數(shù)的影響

3 討 論

3.1 透明溞的鹽度耐受性影響

由于淡水枝角類生活在低鹽的淡水環(huán)境中，環(huán)境中的水分會持續(xù)進(jìn)入生物體稀釋機(jī)體的體液。淡水生物為保證在淡水中維持自身內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，在經(jīng)歷漫長的時間后進(jìn)化出了一套“排水吸鹽”的高滲調(diào)節(jié)機(jī)制[15]。Aladin[16]認(rèn)為，淡水枝角類體液滲透壓-Δ℃值通常為-0.35～-0.45，約相當(dāng)于6～8的鹽度，就理論而言大多數(shù)枝角類在這個范圍內(nèi)都可以正常生存。常見的淡水枝角類的鹽度耐受性研究結(jié)果都驗證了Aladin[16]的結(jié)論(表3)。本試驗透明溞成溞的耐鹽上限為6.5，幼溞的耐鹽上限為4.5，安全鹽度為0.36，也屬于上述范圍，同時也表明，透明溞是對鹽度較敏感的淡水枝角類之一。

表3 幾種淡水枝角類的鹽度耐受性的比較

根據(jù)對鹽度的敏感性，淡水生物可分為3類：(1)喜鹽種，生長發(fā)育隨著鹽度的增加而加快；(2)漠鹽種，鹽度在一定范圍內(nèi)變化時對生物沒有影響；(3)嫌鹽種，對鹽度的變化極其敏感[15]。依據(jù)此方法劃分，大型溞、裸腹溞等屬的一些種屬于喜鹽種，其他大多數(shù)枝角類均屬于漠鹽種。透明溞多生存于大中型貧營養(yǎng)型淡水水庫、湖泊，水環(huán)境相對穩(wěn)定，鹽度變化較小，不易遇到鹽度變化大的情況，本研究結(jié)果顯示，透明溞對鹽度的耐受性較低，應(yīng)屬于嫌鹽種。

3.2 鹽度對透明溞個體生長和形態(tài)可塑性的影響

在自然條件下，生物體體內(nèi)的滲透壓一般穩(wěn)定在一個范圍之內(nèi)，當(dāng)環(huán)境鹽度升高后，導(dǎo)致細(xì)胞中的Na+濃度過高，干擾細(xì)胞Na+/K+正常代謝活動。Na+/K+-三磷酸腺苷酶又稱Na+/K+泵，是一種橫跨質(zhì)膜的蛋白，可以催化三磷酸腺苷末端磷酸水解，利用三磷酸腺苷水解釋放的能量實現(xiàn)主動轉(zhuǎn)運來抵抗離子的電化學(xué)梯度。因此淡水生物維持體內(nèi)滲透壓的運行是一個主動耗能的過程，滲透壓差值越大耗能就越大。因此，適當(dāng)增加水環(huán)境中的鹽度，可降低體液與環(huán)境之間的滲透壓差，可以減少水生生物滲透壓調(diào)節(jié)的能量損耗，從而使其生長發(fā)育加快。例如，趙文等[8]對近親裸腹溞的研究表明，在鹽度為1.0時，近親裸腹溞內(nèi)稟增長率、總生殖量和壽命均有所增加，體長的日增長率隨鹽度的增加而增加。楊弘詣等[17]研究發(fā)現(xiàn)，鹽度2～3時大型溞的內(nèi)稟增長率和日生長率均高于淡水。本試驗的結(jié)果也進(jìn)一步證實了這個結(jié)論，在2 d內(nèi)，鹽度2.0試驗組的相對生長率高于其他試驗組與對照組，但由于透明溞的安全鹽度為0.36，鹽度2已經(jīng)遠(yuǎn)大于該種生物的安全鹽度，因此第4 d透明溞相對生長率低于對照組，并全體死亡。當(dāng)鹽度升高到2.5和3.0時，2 d內(nèi)鹽度2.5和3.0試驗組的相對生長率低于其他試驗組，第3 d幾乎不增長乃至出現(xiàn)負(fù)增長，并全體死亡。即因滲透壓過高而引起溞體一定程度的縮水，這與國內(nèi)一些學(xué)者的試驗結(jié)果類似。殼刺作為枝角類的一種防御結(jié)構(gòu)，在反捕食策略中占重要地位。大量的研究表明，在有大小選擇策略的捕食者存在或存在過而留有信息素的水體中生存的枝角類殼刺和體長均會有所增長[20-23]。本試驗以殼刺長及其與全長比值作為衡量透明溞形態(tài)特征，結(jié)果表明，在一定鹽度范圍內(nèi)，殼刺長隨鹽度的增加而不斷增加。即無鹽度條件下透明溞殼刺長變化較小，溞體以體長增長作為增加全長的主要手段，從而提高抵抗環(huán)境脅迫的能力。低鹽度條件下透明溞溞體需維持一定的滲透壓，溞體用體長縮短殼刺增長的手段來保持全長，并維持體內(nèi)滲透能力，以增強溞體的抗逆性，提高透明溞的存活率。由于試驗用水為煮沸晾涼的自來水，而鹽度作為唯一脅迫條件，說明鹽度脅迫也會引起透明溞的防御機(jī)制發(fā)揮作用。

3.3 鹽度對透明溞種群增長參數(shù)的影響

蒙古裸腹溞自咸淡水向鹽水變遷過程中，生殖頻率和發(fā)育節(jié)奏均不會發(fā)生明顯變化[12]；較高鹽度下大型溞生殖上限和生命周期均有所延長[17]；一定鹽度范圍內(nèi)，象鼻溞的生殖上限和生命周期隨鹽度的升高出現(xiàn)先升后降的趨勢[19]。說明鹽度對不同種枝角類的影響因種而異。

試驗證明，鹽度作為一種脅迫條件與捕食脅迫的作用有相似之處，適宜的鹽度對透明溞的存活和體長增長率有促進(jìn)作用，超出一定承受范圍后對透明溞的生存繁殖有顯著的影響。內(nèi)稟增長率是種群在一定條件下的最高增殖速率，是一個物種繁殖能力的重要指標(biāo)[24]。同時也能體現(xiàn)出環(huán)境因子變化對種群繁殖的影響，高的內(nèi)稟增長率是環(huán)境條件良好的標(biāo)志。當(dāng)外界環(huán)境中滲透壓與生物體內(nèi)滲透壓形成一定的壓差且超過了生物體自身調(diào)節(jié)能力時，淡水生物需要不斷的消耗能量來調(diào)節(jié)水—鹽代謝平衡，用吸水排鹽方式來調(diào)節(jié)滲透壓[25]，從而影響生物的生存發(fā)育，引起生殖量的下降，嚴(yán)重時生物體會因脫水而死。但鹽度適度上升也可以減少生物體內(nèi)外滲透壓的差值，減少生物體用于調(diào)節(jié)滲透壓的能量從而促進(jìn)生殖發(fā)育。本試驗的結(jié)果也證實了透明溞對鹽度較為敏感，適宜的鹽度會促進(jìn)透明溞的生長發(fā)育，一旦鹽度超出其安全鹽度，就會影響透明溞的生存、生長及繁殖。

3.4 透明溞作為餌料開發(fā)和水體鹽堿變化指示生物的可行性

在可開發(fā)的餌料中，枝角類與橈足類相比繁殖快，游泳速度慢，易被捕食，適口性好，便于控制水質(zhì)，換水量少，排污量少，育苗存活率高；與輪蟲相比其營養(yǎng)價值高，餌料成本低，適口性好；與鹵蟲(Artemia)相比繁殖快，餌料成本低，適口性好，換水量少，排污量少，病害率低。投喂枝角類，既能滿足水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動物的生理生態(tài)需求，有較高的存活率，又能降低成本[4]。由本試驗結(jié)果可知，透明溞對鹽度的耐受性較低，作為海產(chǎn)經(jīng)濟(jì)物種的開口餌料意義不大，但可作為淡水或低鹽水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動物的活體開口餌料，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有重要意義。

在自然水體中，浮游植物的種類與數(shù)量組成主要以食物的形式影響浮游動物的群落空間結(jié)構(gòu)，這是上行效應(yīng)[26]。大型濾食性溞屬對浮游植物具有很高的濾食率，能濾食的食物規(guī)格為0.2～40 μm[27]，當(dāng)透明溞的食物碳質(zhì)量濃度為0.2～0.5 mg/L時，溞體的種群增長參數(shù)隨著食物碳質(zhì)量濃度的增加而增大[28]，在控制水體藍(lán)藻水華及富營養(yǎng)化治理方面具有重要的作用[29]。淡水枝角類種類較多，不同物種對不同條件的敏感度不同，通過具有針對性的篩選，可從中選出各種環(huán)境條件下的指示生物。本試驗結(jié)果顯示，透明溞對鹽度的耐受性較低，對鹽度變化極為敏感，可用來指示和監(jiān)測水域鹽堿化。

4 結(jié) 論

本試驗結(jié)果表明，在水溫(20±1) ℃條件下，透明溞的24 h和48 h半致死鹽度分別為4.16和2.67，安全鹽度為0.36。鹽度對透明溞的存活、生長和繁殖有極顯著影響，對照組透明溞的存活時間最長，總產(chǎn)幼數(shù)最大，鹽度0.5試驗組存活率和體長增長率最高，鹽度0.5試驗組的殼刺長顯著大于對照組。表明透明溞是一種嫌鹽種，對鹽度變化極為敏感，可作為淡水鹽堿化生物監(jiān)測的測試生物。