温度胁迫对文蛤耗氧率和排氨率的影响

杨 俭，魏 伟，唐保军*

(1. 上格环境科技(上海)有限公司,上海 200062; 2. 中国水产科学研究院 东海水产研究所,农业农村部东海渔业资源开发利用重点实验室,上海 200090)

文蛤(Meretrixmeretrix)属于软体动物门，双壳纲，帘蛤科，主要分布在河口、浅滩地区，是中国沿海重要的经济滩涂贝类之一[1]。温度是影响海洋生物生长、分布的重要环境因子[2-3]。在潮间带生活的贝类，经常因升、降温而遭受温度胁迫，夏季的高温胁迫甚至会导致贝类大量死亡[4-6]。代谢率是反映贝类生理状况的重要指标[7-10]，有关温度胁迫下贝类生理代谢变化的研究已有较多报道[11-13]，但大多研究只关注胁迫一定时间后贝类的代谢率，而对于胁迫过程中贝类的代谢率变化研究较少。通过测定温度胁迫后不同时间点文蛤的耗氧率和排氨率，从文蛤应对温度胁迫的整个过程出发，探讨其生理响应机制，为贝类逆境适应研究和健康养殖提供参考资料。

1 材料与方法

1.1 实验材料

研究所用文蛤采自江苏启东沿海滩涂，采样点海水盐度为21，选择大小相近的文蛤约900只，去掉附着生物后暂养一周。暂养期间，保持海水盐度21、温度(25±1)℃，每天换水50%，投喂小球藻(Chlorellavulgaris)1次，持续充气。采用海水晶配制浓盐水，进而添加淡水配制暂养和实验用海水。

实验设置4个温度处理组，分别为20、25、30、35℃，其中25℃为对照组。实验开始时，挑选700只健康文蛤，为防止高温死亡个体较多影响呼吸实验取样，按150、150、200、200只分别放到温度为20、25、30、35℃的4个玻璃水槽中。分别于3、12、24、48、72、96 h测定急性温度胁迫后文蛤的耗氧率和排氨率，各水槽每天用同温度海水换水50%。

1.2 代谢率测定方法

耗氧率和排氨率采取静水法测定。每个温度处理组设置3个平行组和1个空白对照。采用3 L呼吸瓶，实验组每个呼吸瓶中放4只文蛤，空白组不放。采用虹吸法向各呼吸瓶注入相应温度的海水，密封后放入恒温水槽中水浴，实验持续3 h。实验结束后，取各呼吸瓶内的水样，测定溶解氧和氨氮浓度，测量瓶内文蛤的壳长、湿重等生物学数据，解剖取软体部于65℃烘干24 h后称干质量，见表1。

表1 文蛤生物学数据Tab.1 Biological data of clams

采用Winkler碘量法测定水样溶解氧浓度，耗氧率计算公式如下：

R=V×(O0-Ot)/(W×t)

(1)

式(1)中，R为文蛤单位体质量耗氧率，O0和Ot分别为实验结束时空白呼吸瓶和实验瓶中溶解氧浓度(mg·L-1)，V为呼吸瓶的体积(L)，W为文蛤软体部干质量(g)，t为实验时间(h)。

采用次溴酸盐氧化法测定水样氨氮浓度，排氨率计算公式如下：

E=V× (Nt-N0) / (W×t)

(2)

式(2)中，中，E为单位体质量排氨率，N0和Nt分别为实验结束时空白呼吸瓶和实验瓶中的氨氮浓度(μg·L-1)，V为呼吸瓶的体积(L)，W为文蛤软体部干质量(g)，t为实验时间(h)。

1.3 数据处理

实验数据以平均数±标准误表示。采用Excel软件分析数据和作图，用SPSS 13.0统计软件对数据进行单因子方差分析(ANOVA)，显著性差异水平设置为P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2 结果与分析

2.1 耗氧率

结果显示，高温胁迫对文蛤耗氧率具有显著影响(P<0.05)(图1)。与对照组(25℃)相比，20℃处理组文蛤耗氧率变化不显著。30℃处理组文蛤的耗氧率一直呈极显著升高(P<0.01)。35℃处理组文蛤耗氧率在3 h显著升高(P<0.05)，其后逐渐降低，在48 h后未测出耗氧率值。35℃处理组12 h后开始有文蛤死亡，48 h后文蛤死亡率超过50%，72 h后死亡率高达97%。

图1 温度胁迫对文蛤耗氧率的影响Fig. 1 Oxygen consumption rate of M. meretrix after heat stress 注：图上方星号表示同一时间点试验组与对照组有显著差异(P<0.05) Note: Asterisk above the bar indicates significant differences between the treatment and control group at the same time (P<0.05)

2.2 排氨率

与对照组(25℃)相比，20℃处理组文蛤的排氨率在12 h显著降低(P<0.05)，至24 h时达到最小值，在48 h后上升到对照组水平，呈先降低后升高的规律。30℃处理组文蛤的排氨率自12 h起显著降低(P<0.05)，到72 h时达最小值，在96 h未测出排氨率值，呈逐渐降低的规律。35℃处理组文蛤在3 h排氨率显著升高(P<0.05)，其后未测出排氨率值，到72 h文蛤死亡。

图2 温度胁迫对文蛤排氨率的影响Fig.2 Ammonia excretion rate of M. meretrix after heat stress 注：图上方星号表示同一时间点处理组与对照组有显著差异(P<0.05) Note: Asterisk above the bar indicates significant differences between the treatment and control group at the same time (P<0.05)

3 讨论

海水贝类生活的河口、滩涂地区因昼夜或季节变化会发生温度波动，贝类需调整生理代谢活动以适应环境变化[13]。关于海水温度与贝类耗氧率之间的关系，相关研究报道表明：在一定温度范围内，多数贝类的耗氧率与海水温度呈正相关[14]。本实验中，20℃处理组的文蛤耗氧率与对照组相比无显著变化，而30℃胁迫处理后文蛤的耗氧率显著升高，这与冯建彬等[15]的研究结果一致，说明文蛤的生理代谢对高温更敏感。推测原因是由于温度上升提高了贝类组织、器官内相关酶的活性，从而加快了体内的各生化反应的速率，导致耗氧率升高。研究表明，贝类存在最高、最低和最适的温度范围，如果超出最适范围，贝类正常的新陈代谢会受到破坏。本实验中，温度上升到35℃后，文蛤的耗氧率先升高后下降，最后出现死亡，说明该温度已超过了文蛤的耐受极限。在毛蚶(Scapharcasubcrenata)[16]和海湾扇贝(Argopectenirradians)[17]中也有类似报道。

20℃处理组的文蛤排氨率始终低于对照组，随着温度上升，文蛤的排氨率显著升高，说明高温对文蛤的排氨率影响更显著。在遭受环境胁迫时，贝类可通过提高能量代谢应对不利条件，加快体内能量物质的消耗。贝类的排泄物有氨、尿素和氨基酸等。因此，排氨率是反映贝类代谢强度和胁迫程度的重要指标。20℃处理组文蛤的排氨率先降低后升高，这可能源于文蛤的代谢适应。有研究表明，温度胁迫会引发海洋无脊椎动物的生理补偿，比如滤水率和耗氧率的变化，从而导致排氨率的变化[18-20]，这是潮间带生物对环境温度波动的一种适应机制[21]。代谢产生的氨主要来源于氨基酸的脱氨基作用[22]，30℃处理组文蛤的排氨率逐渐下降，说明体内氨基酸代谢水平下降。可能是在急性胁迫初期，文蛤需要的能量较多，机体通过增加蛋白质代谢以应对环境胁迫，而随着文蛤逐渐适应高温环境后，更多依靠碳水化合物的消耗提供机体所需能量，从而导致排氨率的下降。35℃处理组的文蛤在3 h排氨率显著升高，之后却未测得排氨率值，说明35℃已超出了文蛤的耐受极限，具体的机制需要进一步开展研究。