温度对不同规格橄榄蛏蚌能量收支的影响

吕国华,梁建超,徐东坡,2,,马学艳,2,,顾若波,2,,王林,丁图强,徐跑,2,*,华丹,闻海波,2,

(1.南京农业大学无锡渔业学院,江苏 无锡 214128;2.中国水产科学研究院淡水渔业研究中心农业农村部淡水鱼类遗传育种与养殖生物学重点开放实验室,江苏 无锡 214081;3.中国水产科学研究院淡水渔业研究中心中美淡水贝类种质资源保护及利用国际联合实验室,江苏 无锡 214081;4.阜阳市水产管理局,安徽 阜阳 236001)

橄榄蛏蚌(Solenaiaoleivira)属双壳纲(Bivalvia)蚌目(Unionoida)蚌科(Unionidae)蛏蚌属(Solenaia),俗称河蚶或香蕉蚌,是我国特有珍稀淡水食用贝类,其体形扁长,具有发达的斧足,壳薄而脆,呈橄榄绿色,成年蚌的壳长可达壳高的4～5倍[1]。橄榄蛏蚌曾广泛分布于江西鄱阳湖、江苏太湖、河北大清河以及湖北天门河等地,但由于近年来水资源开发、涉水工程建设以及环境污染等问题,橄榄蛏蚌栖息地的生态环境遭到破坏,近十几年的贝类种质资源调查显示,在太湖[1]、鄱阳湖[2]、洞庭湖[3]已经很难发现橄榄蛏蚌活体。

鉴于橄榄蛏蚌自然资源的短缺,国内学者对橄榄蛏蚌的研究主要集中在繁殖生物学[4-6]、营养成分分析[7-8]、人工驯化与养殖[9-10]、种群分布[11-12]等方面。许巧情等[13]对不同温度下橄榄蛏蚌耗氧率和排氨率进行了研究,但是未见关于摄食率、同化率以及能量收支方面的研究。贝类能量学主要研究贝类各种能量参数间的定量关系,以及生态因子变化对这种定量关系的影响。吕旭宁等[14]研究了温度对凸壳肌蛤Arcuatulasenhousei)能量收支的影响。印丽云[15]研究了秋季4种规格近江牡蛎(Crassostreahongkongensis)各生理参数的变化,建立能量收支模型且该研究结果显示,温度和规格变化直接影响到贝类的耗氧率、排氨率、摄食率等能量参数,进而对能量收支产生影响。本文研究了不同温度下3种规格橄榄蛏蚌的耗氧率、排氨率、摄食率、同化率、排粪率,评估了不同生长阶段的能量收支差异,丰富了橄榄蛏蚌生理能量学理论知识,为我国橄榄蛏蚌规模化人工养殖以及根据能量学特征来确定养殖容量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验蚌来源

试验用橄榄蛏蚌规格见表1。稚蚌(S组)和幼蚌(M组)取自中国水产科学研究院淡水渔业研究中心南泉基地,为2019人工繁育2月龄稚蚌和2018年人工繁育1龄幼蚌[16];2019年采集于淮河阜阳段橄榄蛏蚌国家水产种质资源保护区2龄成蚌(L组);均在实验室驯养3个月。分别随机取体表无伤、活力较好的橄榄蛏蚌,在实验室暂养1周,每天换水1/3,后投喂破壁微拟球藻(Nannochloropsisoculata)。

表1 试验用橄榄蛏蚌生物学数据Table 1 Biological data of Solenaia oleivora for experiment

1.2 试验设计

试验前将3组蚌分别置于养殖箱(45 cm×32 cm×15 cm)中进行升温或降温处理,养殖水体约为20 L,利用恒温机控制温度,每天升降温不超过2 ℃,达到预定温度后再适应1周,试验前2 d停止投喂。设置15、20、25、30和35 ℃5个温度梯度,试验在5 L玻璃缸中进行,试验水体为3 L,每个温度设1个与试验组温度相同但不放蚌的空白组,每组设3个重复,其中S组每个重复100只蚌,M组3只,L组2只。

1.3 试验指标及测定方法

1.3.1 耗氧率和排氨率采用室内静水法测定耗氧率和排氨率。用Winkler碘量法(ISO:5813—1983)测定试验前、后溶解氧浓度,用纳氏试剂分光光度计法(HJ:535—2009)测定试验前、后氨氮浓度。试验用时2 h,试验结束后将试验蚌软体部取出于65 ℃烘箱中烘48 h,得到软体部干重(g)。

耗氧率[oxygen consumption rate(OR),mg·g-1·h-1]计算公式如下:

式中:DO0、DOt分别为试验结束时空白组和试验组水中溶解氧的含量(mg·L-1);V为试验用水的体积(L);W为橄榄蛏蚌软体部干重(g),t为试验用时(h)。

排氨率[ammonia excretion rate(NR),μmol·g-1·h-1]计算公式如下:

式中:N0、Nt分别为试验结束时空白组和试验组水中氨氮的浓度(μmol·L-1);V为试验用水的体积(L);W为橄榄蛏蚌软体部干重(g);t为试验用时(h)。

1.3.2 摄食率、同化率和排粪率摄食率、同化率和排粪率参照吕旭宁等[14]的方法测定。试验在破壁微拟球藻初始含量为5.6×106mL-1水中进行。微充氧使藻液在水中均匀分布,但又不影响试验用蚌的正常摄食。摄食2 h后将蚌移至无藻液的曝气自来水中,收集24 h内蚌的粪便(在预试验中,橄榄蛏蚌均未产生假粪)。测定试验前、后水中和粪便中总颗粒物(TPM)、颗粒有机物(POM)和软体部干重(g)。POM计算公式如下:

POM=W65-W450

式中:W65为饵料水样经过GF/C玻璃纤维滤纸(Whatman)过滤之后,在65 ℃烘箱中烘干至恒重所得的质量(精确至0.1 mg);W450为W65样品经马弗炉450 ℃灼烧8 h并冷却后称得的质量。GF/C玻璃纤维滤纸使用前应提前在马弗炉450 ℃灼烧8 h,冷却称重(W0)后再使用。

摄食率[ingestion rate(IR),mg·g-1·h-1]计算公式如下[17]:

式中:C0、Ct分别是试验结束时空白组、试验组的饵料浓度(mg·L-1);V为试验用水的体积(L);W为橄榄蛏蚌软体部干重(g),t为试验用时(h)。

同化效率[assimilation efficiency(AE),%]计算公式如下[18]:

式中:E′=W1/W2,W1=W65-W450,W2=W65-W0,F′和E′计算方法相同。E′和F′分别为粪便、饵料中无灰分干重的比例。

排粪率[fecal pellet production rate(FR),mg·g-1·h-1]计算公式如下:

FR=IR×(1-AE)。

1.4 能量收支方程的计算

贝类能量收支方程为:

C=F+R+U+P[19]

式中:C为摄食能;F为排粪能;R为呼吸能;U为排泄能;P为生长能。单位均为焦耳(J)。

P=C-R-U-F。

1.5 数据统计与处理

试验数据采用Excel 2010进行处理,数据分析采用SPSS 20.0软件,对数据进行双因素方差分析(ANOVA)和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 温度对3种规格橄榄蛏蚌耗氧率的影响

由图1可知:在5个温度条件下,3种规格橄榄蛏蚌耗氧率均随温度升高呈现先上升后下降趋势,在30 ℃时达到最大值,稚蚌、幼蚌和成蚌分别为25.647、2.824和1.658 mg·g-1·h-1;在15 ℃时耗氧率最小,分别5.210、0.066和0.433 mg·g-1·h-1。3种规格橄榄蛏蚌耗氧率随规格增大而降低。双因素方差分析(表2)表明:温度和干重对橄榄蛏蚌耗氧率影响均极显著(P<0.01),干重对于耗氧率的影响大于温度的影响,温度和干重交互作用对排氨率同样具有极显著影响(P<0.01)。

图1 温度对3种规格橄榄蛏蚌耗氧率的影响Fig.1 Effect of temperature on oxygen consumption rate of three sizes of S.oleivora图中标有不同小写字母表示同一规格不同温度下存在显著性差异(P<0.05);标有不同大写字母表示同一温度下不同规格组存在显著性差异(P<0.05)。下同。Different lowercases mean significant differences in the same size at different temperatures(P<0.05);Different capital letters indicate that there are significant difference among different specification groups at the same temperature(P<0.05). The same below.

表2 干重和温度对橄榄蛏蚌耗氧率影响的双因素方差分析Table 2 ANOVA analysis of oxygen consumption rate of S.oleivora with dry body weight and water temperature

2.2 温度对3种规格橄榄蛏蚌排氨率的影响

由图2可知:在5个温度条件下,稚蚌、幼蚌及成蚌排氨率均随温度升高呈现先上升后下降的趋势,在25 ℃时达到最大值,分别为267.594、16.998和5.234 μmol·g-1·h-1;在15 ℃时最小,分别为2.144、0.802和0.472 μmol·g-1·h-1。3种规格橄榄蛏蚌的排氨率均随规格增大而降低。双因素方差分析(表3)表明:温度和干重对橄榄蛏蚌排氨率的影响均极显著(P<0.01),干重对于橄榄蛏蚌排氨率的影响要高于温度的影响,温度和干重交互作用对排氨率同样具有极显著影响(P<0.01)。

表3 干重和温度对橄榄蛏蚌排氨率影响的双因素方差分析Table 3 ANOVA analysis of ammonia excretion rate of S.oleivora with dry body weight and water temperature

图2 温度对3个种规格橄榄蛏蚌排氨率的影响Fig.2 Effect of temperature on ammonia excretion rate of three sizes of S.oleivora

2.3 温度对3种规格橄榄蛏蚌摄食率的影响

由图3可知:随温度的升高,3种规格橄榄蛏蚌摄食率呈现先升高后下降的趋势,在30 ℃达到最大,分别为36.072、3.206和5.157 mg·g-1·h-1;在15 ℃是最低,分别为3.761、0.074和0.779 mg·g-1·h-1。橄榄蛏蚌稚蚌摄食率最大,其次是成蚌,幼蚌摄食率最小。双因素方差分析(表4)表明:温度和干重对橄榄蛏蚌摄食率均存在极显著影响(P<0.01),干重对于橄榄蛏蚌摄食率的影响要明显高于温度的影响,温度和干重交互作用对摄食率同样具有极显著影响(P<0.01)。

图3 温度对3种规格橄榄蛏蚌摄食率的影响Fig.3 Effect of temperature on ingestion rate of three sizes of S.oleivora

表4 干重和温度对橄榄蛏蚌摄食率影响的双因素方差分析Table 4 ANOVA analysis of ingestion rate of S.oleivora with dry body weight and water temperature

2.4 温度对3种规格橄榄蛏蚌同化率的影响

由图4可知:3种规格橄榄蛏蚌同化率均随温度的升高呈现先上升后下降的趋势,在25 ℃时达到最大,稚蚌、幼蚌和成蚌分别为91.040%、92.107%和78.229%,稚蚌和成蚌在35 ℃时同化率最小,分别为51.262%和38.134%,幼蚌同化率在15 ℃时最小,为51.556%。高于20 ℃幼蚌同化率均高于稚蚌和成蚌,除30 ℃稚蚌同化率低于成蚌外,其余温度稚蚌同化率均高于成蚌。双因素方差分析(表5)表明;温度对橄榄蛏蚌同化率影响极显著(P<0.01),干重对橄榄蛏蚌同化率影响显著(P<0.05),温度对于同化率的影响要明显高于干重的影响,温度和干重的交互作用对同化率有显著影响(P<0.05)。

图4 温度对3种规格橄榄蛏蚌同化率的影响Fig.4 Effect of temperature on assimilation efficiency of three sizes of S.oleivora

表5 干重和温度对橄榄蛏蚌同化率影响的双因素方差分析Table 5 ANOVA analysis of assimilation efficiency of S.oleivora with dry body weight and water temperature

2.5 温度对3种规格橄榄蛏蚌排粪率的影响

由图5可知:稚蚌和幼蚌排粪率随温度的上升呈现先上升后下降的趋势,在30 ℃达到最大值,分别为11.722和0.697 mg·g-1·h-1,而成蚌的排粪率随温度上升而上升,35 ℃达到最大值2.021 mg·g-1·h-1;在15 ℃时稚蚌、幼蚌和成蚌的排粪率最小,分别为0.700、0.305和0.284 mg·g-1·h-1。稚蚌排粪率高于成蚌,幼蚌最低。双因素方差分析(表6)表明:温度和干重对橄榄蛏蚌排粪率均存在极显著影响(P<0.01),干重对于橄榄蛏蚌排粪率的影响要明显高于温度的影响,温度和干重交互作用对摄食率同样具有极显著影响(P<0.01)。

图5 温度对3个种规格橄榄蛏蚌排粪率的影响Fig.5 Effect of temperature on fecal pellet production rate of three sizes of S.oleivora

2.6 3种规格橄榄蛏蚌的能量收支差异

根据能量收支方程C=F+R+U+P,获得不同温度下橄榄蛏蚌的能量收支方程(表7)。从方程中可知呼吸能占比最大(22.01%～94.90%),其次是排粪能(9.47%～59.69%)和生长能(-25.39%～56.33%),排泄能最小(0.37%～20.08%)。生长能所占比例随温度升高呈现出先上升后下降趋势,其中稚蚌的生长能在15～20 ℃处于负值,在25～35 ℃生长能占比较高,表明橄榄蛏蚌稚蚌阶段适宜生长水温要达到25 ℃左右;幼蚌15 ℃生长能为负值,而20～30 ℃较高,35 ℃时较低,表明幼蚌适宜温度为20～30 ℃;成蚌生长能占比在5个温度梯度内均为正值,15～30 ℃表现出较高的生长能,均大于20%,而35 ℃时较低,仅为 9.23%,此结果表明15～30 ℃均适宜橄榄蛏蚌成蚌生长,适温范围大于稚蚌和幼蚌。橄榄蛏蚌适温范围随规格增大而增大。

表7 温度对3种规格橄榄蛏蚌能量收支的影响Table 7 Effects of temperature on energy budget of three sizes of S.oleivora

3 讨论

3.1 温度对橄榄蛏蚌代谢生理和摄食生理的影响

影响贝类生长代谢的环境因子有很多,由于贝类是变温动物,温度对贝类的代谢生理和摄食生理具有重要作用。有研究显示:温度对贝类耗氧率、排氨率、摄食率均存在显著影响[22-23]。但耗氧率、排氨率、摄食率、同化率随温度的变化趋势存在两种说法:一种是随温度升高而上升,另一种是随温度的升高先上升后下降[22]。范德朋等[22]对缢蛏(Sinonovaculaconstricta)的研究结果显示温度对缢蛏耗氧率和排氨率均存在显著影响,耗氧率和排氨率随温度的升高而上升。徐钢春等[23]研究发现温度对河蚬(Corbiculafluminea)滤食率和同化率均存在显著影响,滤食率随温度升高呈先上升后下降的趋势,20 ℃时同化率要大于15 ℃。本试验结果显示:温度和规格对橄榄蛏蚌耗氧率、排氨率、摄食率、排粪率和同化率均存在显著影响,耗氧率、排氨率、摄食率、排粪率和同化率均随温度的升高呈现先上升后下降趋势,耗氧率、摄食率和排粪率在30 ℃达到最大值,排氨率和同化率在25 ℃时达到最大值。这是因为在适宜的温度范围内,贝类体内与呼吸和代谢相关的酶活性随温度升高而升高,代谢速率加快,耗氧率、排氨率、同化率升高,但当超出适温范围,酶活性降低,代谢速率降低,耗氧率、排氨率和同化率下降[24]。温度升高还会影响滤食性贝类纤毛摆动速率。在一定温度范围内温度升高纤毛的运动速率相应加快,机体各器官的活动性能提高,摄食率升高,温度超出适温范围时,纤毛运动速率减慢,摄食率下降[25]。橄榄蛏蚌代谢生理随温度的变化同三角帆蚌[26](Hyriopsiscumingii)和河蚬趋势相似,与缢蛏变化趋势不同,范德朋等[22]认为可能与选取的温度范围不是最佳范围有关,也有可能是因为试验贝类受到不同程度的驯化[23]。

3.2 规格对橄榄蛏蚌代谢生理和摄食生理的影响

规格对贝类代谢生理和摄食生理存在显著影响。范德朋等[22]对缢蛏的研究结果显示规格对缢蛏耗氧率和排氨率均存在显著影响,单位体重耗氧率和排氨率随规格的增大而下降。廖文崇等[27]对4种规格香港巨牡蛎(Crassostreahongkongensis)研究发现,规格对香港巨牡蛎摄食率影响极显著,牡蛎摄食率随规格增大而下降。本试验结果显示:规格对橄榄蛏蚌耗氧率、排氨率、摄食率、排粪率和同化率均存在显著影响,耗氧率、排氨率随规格增大而下降。这是因为在贝类生长过程中,直接维持生命的组织和器官所占比例逐渐下降,而直接维持生命的组织和器官(如肝脏、肾脏等)的新陈代谢高于非直接维持生命的组织和器官(如脂肪、肌肉等),使得代谢速率随规格增大而逐渐下降[22]。本研究中稚蚌摄食率显著高于幼蚌和成蚌,与上述规律相符,但幼蚌摄食率小于成蚌,是否是因为幼蚌在人工高密度养殖中受到了驯化还有待进一步研究。

廖文崇等[27]对香港巨牡蛎研究发现,4种规格香港巨牡蛎吸收率差异不显著。杨家林等[28]对自然海水条件下3种规格钝缀锦蛤(Tapesdorsatus)研究发现:体重对同化率的影响差异不显著。本试验结果显示:规格对橄榄蛏蚌同化率存在显著影响。但也有研究者发现,Mytiluschilensis软体部干重0.02～3.5 g,Choromytiluschorus壳高19～140 mm时,贝类同化率与个体大小无关[29]。本研究所用3种规格橄榄蛏蚌个体大小差异较大,成蚌平均体重是稚蚌的3 000多倍,可能是导致同化率随规格变化有差异的原因。

3.3 贝类能量收支差异的影响因素

3.3.1 贝类能量分配策略差异贝类能量主要来自摄食和消化吸收,用于呼吸、排泄以及自身的生长繁殖。三角帆蚌能量分配策略中,呼吸能占比最大(46.66%～54.34%),其次是排粪能(30.12%～32.56%)和生长能(10.85%～17.83%),排泄能占比最小(<5%)[30];近江牡蛎能量分配中排粪能占比例最大(33.22%～64.22%),其次是生长能(27.75%～58.93%)和呼吸能(6.62%～16.46%),排泄能最小(<2%)[15]。本试验结果显示橄榄蛏蚌能量分配与三角帆蚌相似。高建华[30]认为能量分配策略差异与贝种类以及饵料种类不同有关,因为不同种类贝类呼吸能和生长能比例存在差异,而饵料种类不同会导致摄食能和同化率的改变。常亚青等[19]认为试验方法以及各项生理指标随温度上升的变化趋势和幅度不同,也会导致贝类能量分配的差异;用不同的方法测定贝类的摄食率和同化率得到的结果不同,呼吸能、排泄能等随温度和规格变化的幅度不同。本研究中橄榄蛏蚌与近江牡蛎能量分配策略的差异可能是因为贝类种类不同,一种为淡水蚌类,一种为海水蚌类;并且本试验摄食率和同化率测定采用的是破壁微拟球藻,近江牡蛎能量收支研究采用的是小球藻(Chlorella),三角帆蚌能量收支试验采用的是栅藻(Scenedesmusobliquus),也可能是导致能量分配差异的原因。

3.3.2 温度对贝类生长能分配的影响吕旭宁等[14]研究发现凸壳肌蛤生长能占摄食能比例在7～31 ℃随温度升高先上升后下降,在23 ℃时达到最大;蒋丽梅[31]对黄边糙鸟蛤(TrachycardiumflavumLinnaeus)研究发现,生长能占比在18～33 ℃时随温度升高先上升后下降,在28 ℃时达到最大值。本试验结果显示:生长能占比随温度升高呈现先上升后下降趋势,稚蚌和成蚌均在25 ℃达到最大值,幼蚌在20 ℃时达到最大值,说明20～25 ℃是橄榄蛏蚌最适生长温度范围。尤其在进行橄榄蛏蚌人工繁育时,稚蚌阶段养殖温度应达到25 ℃左右,有利于蚌苗的生长。稚蚌和幼蚌15 ℃时生长能比例低于35 ℃时,而成蚌相反,说明橄榄蛏蚌稚蚌和幼蚌对低温的耐受能力低,而成蚌对高温的耐受能力较低。本试验结果显示稚蚌在35 ℃时生长能比例反而升高,这与其他蚌类有所不同,其原因有待进一步研究。