高温和投饵对海蜇螅状幼体生长和足囊繁殖的影响

孙 明,段 妍,王雅琪,陈福迪,孙建明

( 1.中国科学院海洋研究所,实验海洋生物学重点实验室,山东 青岛 266071; 2.中国科学院大学,北京 100049; 3.辽宁省海洋水产科学研究院,辽宁省海洋生物资源与生态学重点实验室,大连市渔业资源养护重点实验室,辽宁 大连 116023; 4.中国海洋大学 水产学院,山东 青岛 266003 )

海蜇(Rhopilemaesculentum)属刺胞动物门钵水母纲根口水母目根口水母科海蜇属[1],主要分布在我国沿海、日本西部海域、朝鲜半岛南部和俄罗斯远东海域[2],因营养丰富而具有较高的经济价值[3-6]。20世纪80年代之前,我国海蜇野生资源丰富,是重要的海洋捕捞对象之一,但由于长期过度捕捞,海蜇自然资源量锐减。尽管20世纪80年代至今,辽宁、山东等省持续开展的海蜇增殖放流活动提高了海蜇产量,但海蜇自然资源量一直难以得到有效恢复。

我国是最早开发利用海蜇的国家,在海蜇产业相关的捕捞、增养殖、加工、贸易,以及科研开发、环境监测、金融扶持等领域的作用具有重要的社会、经济和生态效益。目前,我国科技工作者广泛研究了海蜇的生活史[7]、形态结构[8-9]、实验生态学[10-15]、群体遗传学[16-18]、增殖放流[19-21]、养殖技术[22-23]、人工育苗[24-25]、池塘混养[26-27]等的基础理论和应用生物学,使海蜇成为我国研究最为系统的大型经济水母种类。

海蜇生活史由有性繁殖的浮游水母体世代和无性繁殖的底栖螅状体世代交替组成[7]。人类捕捞加工利用的是成熟的水母体阶段,这些水母体是由底栖螅状体通过横裂生殖释放而来的。螅状体长期栖息于海底,可通过足囊繁殖补充种群数量,因此海蜇螅状体的存活和足囊繁殖与水母体数量密切相关。已有研究表明,水温和饵料丰度是影响大型水母螅状体种群数量的关键生态因子[8-10]。海蜇螅状体可存活的温度范围较广,未经冬季低温生活的海蜇螅状体高温致死温度为28 ℃[11]。在自然海区和苗室生产过程中,水温有季节变化和昼夜温差小幅变化的特征,游奎等[28-29]研究了短期低温和长期低温条件对海蜇横裂生殖的影响,未见有高温变化条件下饵料投喂频率对海蜇螅状体存活、个体生长及足囊繁殖的影响研究。尽管游奎等[30]研究发现,投饵对海蜇足囊萌发有显著影响,但其未详细研究螅状幼体个体大小及生成足囊的情况。

伴随着全球气候变化,海洋水温不断升高,近年来,夏季高温期愈发频繁出现的水温升高及持续时间延长给许多海洋生物的生存和繁殖带来了前所未有的挑战,海水升温及高温持续时间增加使近岸养殖业屡受损失[31-33]。报道显示,大连地区2018年持续高温导致海参养殖户损失超过60亿元[34],高温对旅顺口区渔业生产产生巨大的影响,养殖业和捕捞业都出现了大幅度的减产现象[35]。夏季高温期也是海蜇成熟亲体进行有性繁殖的季节,大量的海蜇新生螅状幼体附着在海底,其存活和繁殖状态对于海蜇翌年的产量有重要影响。笔者以海蜇新生螅状幼体为研究对象,采用实验生态学方法分别模拟3种高温条件与3种饵料投喂频率,对试验条件下海蜇螅状幼体的死亡率、个体生长和足囊繁殖进行观察研究,摸索夏季高温期海蜇螅状幼体的存活和繁殖状况,为提高海蜇育苗技术和准确预报苗种产量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以当年人工有性繁育获得的海蜇初生螅状幼体为试验材料,螅状幼体附着在30 cm×40 cm的聚乙烯波纹板上,试验前暂养于1.8 m×1.2 m×0.8 m水槽中,培养期间用水取自辽宁省大连市黑石礁近岸,经黑暗沉淀并砂滤后使用,水温为(21±1) ℃,盐度29～33,pH 8.0～8.3,溶解氧质量浓度>5 mg/L。

1.2 试验方法

将上述波纹板附着有海蜇螅状幼体的区域剪切成约3 cm×5 cm的小片,每个小片中央留1个螅状幼体,剔除多余的螅状幼体和个别先成熟的螅状体及其已生成的足囊。选取20个小片为1个试验组,置于35 cm×25 cm×3 cm密封隔离盒中。

试验设3个高温组,分别为室内恒温对照组、夏季常温组和夏季高温组。室内恒温对照组的水温为20 ℃,夏季常温组水温变化过程中的最高温度为24 ℃,夏季高温组水温变化过程中的最高温度为28 ℃(图1)。每种高温条件下设置3种饵料投喂条件,分别为无饵料投喂组、每7 d投喂1次组和每2 d投喂1次组。考虑两因素间交互作用的方差分析,每个试验条件下设置3个平行。试验期间海水盐度为28,用自然海水和经24 h曝气后的自来水配制而成,用PAL-06S型盐度计标定海水盐度(范围0～100,精度0.1%),并经24 h充氧,稳定48 h后使用。温度组用智能光照培养箱(GXZ-280B;GXZ-280C)控制试验水温。试验期间投喂人工孵化的卤虫 (Artemiasalina)无节幼体,体长约300 μm。投喂时用吸有卤虫的吸管对准喂食,保证每个螅状幼体摄食都达到饱食状态,投喂2～4 h后换水。每日用解剖镜(Olympus SZX9)观察螅状幼体的存活状态和无性繁殖行为,每7 d测量1次螅状幼体的柄径值,用画图兼拍照的方法将每盒中的螅状幼体按所处波纹板的位置进行编号,观察记录螅状幼体生成足囊及足囊萌发量。至试验结束,连续观察45 d。试验开始前测量各组螅状幼体的柄径,范围为126～478 μm,平均266.6 μm。

图1 水温曲线Fig.1 Water temperature curve

1.3 指标测定与数据统计分析

RM=nt/n0×100%

式中,RM为试验结束时初始螅状幼体的死亡率(%),n0为试验开始时的螅状幼体数量(个),nt为初始螅状幼体试验过程中的死亡数(个)。

RRG=(Lt-L0)/L0×100%

式中,RRG为试验结束时存活的初始螅状幼体的相对生长率(%),L0、Lt分别为试验开始和结束时初始螅状幼体的柄径长(mm)(口面观圆周最大水平面的直径大小,当口面观非圆形时,取几何图形最大径与最小径的平均值)。试验过程中死亡的螅状幼体的个体生长未计入相对生长率的计算中。

na=np/nx

式中,na为试验结束时平均每个存活的初始螅状幼体在试验期间累计生成的足囊数,即单个螅状幼体生成的足囊数(个),np为试验结束时存活的初始螅状幼体在试验期间累计生成的足囊数量(个),nx为试验结束时存活的初始螅状幼体数量(个)。

RPG=ne/np×100%

式中,RPG为试验结束时存活的初始螅状幼体在试验期间累计生成的足囊中萌发的足囊比例,即足囊萌发率(%),ne为试验结束时存活的初始螅状幼体在试验期间累计生成的足囊中萌发的足囊数量(个)。试验结束时(多数为试验后期)死亡的初始螅状幼体在试验期间生成的足囊数和足囊萌发数未计入单个螅状幼体生成的足囊数和足囊萌发率。

试验数据用平均数±标准差表示,用Excel 2016和SPSS 25.0软件对数据进行统计分析,采用邓肯多重比较检验组间差异。

2 结果与分析

2.1 高温和饵料投喂频率对海蜇螅状幼体死亡率的影响

2.1.1 高温对海蜇螅状幼体死亡率的影响

试验期间对各试验组中初始螅状幼体的死亡和生长情况进行连续观察,不同温度条件下,各组初始螅状幼体的死亡率呈现室内恒温组<夏季常温组<夏季高温组,但方差分析结果显示,各处理组之间差异不显著(P>0.05)(表1)。

表1 不同高温对海蜇螅状幼体死亡率的影响 %

2.1.2 饵料投喂频率对海蜇螅状幼体死亡率的影响

饵料投喂频率对螅状幼体的死亡率影响显著,每7 d投喂1次组死亡率显著低于其他处理组(P<0.05),而无投喂组死亡率较高,但与每2 d投喂1次组之间差异不显著(P>0.05)(表2)。

表2 不同饵料投喂频率对海蜇螅状幼体死亡率的影响 %

2.1.3 高温和饵料投喂频率交互作用对海蜇螅状幼体死亡率的影响

第45天试验结束时,死亡率最低组为恒温对照-每7 d投喂1次组,平均死亡率为3.33%,最高组为夏季高温-无投喂组,平均死亡率为40%(表3)。方差分析结果显示,高温和饵料投喂频率的交互作用对海蜇螅状幼体死亡率的影响不显著(P>0.05)(表4)。

表3 高温与饵料投喂频率对海蜇螅状幼体死亡率的影响 %

表4 海蜇螅状幼体死亡率的方差分析结果

2.2 高温和饵料投喂频率对海蜇螅状幼体个体生长的影响

2.2.1 高温对海蜇螅状幼体个体生长的影响

温度显著影响海蜇螅状幼体个体生长,相对生长率在各温度组之间呈现室内恒温组>夏季常温组>夏季高温组,且各处理组之间差异显著(P<0.05)(表5)。

表5 不同高温对海蜇螅状幼体相对生长率的影响 %

2.2.2 饵料投喂频率对海蜇螅状幼体个体生长的影响

饵料投喂频率显著影响海蜇螅状幼体个体生长,相对生长率在各温度组之间呈现无投喂组<每7 d投喂1次组<每2 d投喂1次组,且各处理组之间差异显著(P<0.05)(表6)。

表6 不同饵料投喂频率对海蜇螅状幼体相对生长率的影响 %

2.2.3 高温和饵料投喂频率交互作用对海蜇螅状幼体个体生长的影响

第45天试验结束时,海蜇螅状幼体的相对生长率最低组为夏季常温-无投喂组,平均相对生长率为-0.40%,最高组为室内恒温-每2 d投喂1次组,平均相对生长率为4.37%(表7)。方差分析结果显示,高温、饵料投喂频率及两者交互作用均显著影响海蜇螅状幼体的相对生长率(P<0.05)(表8)。

表7 高温与饵料投喂频率对海蜇螅状幼体相对生长率的影响 %

表8 海蜇螅状幼体相对生长率的方差分析结果

2.3 高温和饵料投喂频率对海蜇足囊繁殖的影响

2.3.1 高温对海蜇足囊繁殖的影响

不同高温处理组中单个螅状幼体生成的足囊数和足囊萌发率均呈现室内恒温组<夏季高温组<夏季常温组,但各高温组间差异均不显著(P>0.05)(表9)。

表9 不同高温对海蜇足囊繁殖的影响

2.3.2 饵料投喂频率对海蜇足囊繁殖的影响

饵料投喂频率对单个螅状幼体生成的足囊数和足囊萌发率均呈显著影响(P<0.05)(表10)。无投喂组单个螅状幼体生成的足囊数最低,且无足囊萌发现象;每2 d投喂组单个螅状幼体生成最多,并显著高于其他2种饵料处理组(P<0.05);每7 d投喂1次组的足囊萌发率最高,并显著高于其他2种饵料处理组(P<0.05)。

表10 不同饵料投喂频率对海蜇螅状体生存和足囊繁殖的影响

2.3.3 高温和饵料投喂频率交互作用对海蜇足囊繁殖的影响

试验结束时夏季高温-无投喂组中无足囊产生,夏季常温-每2 d投喂1次组中单个螅状幼体生成的足囊数最多,平均值为3.69个(表11)。各相同高温条件下螅状体生成足囊数均随饵料投喂频率的增加而增多。最大值均出现在饵料投喂频率最多组,且显著高于其他2种饵料处理组(P<0.05)。方差分析结果显示,饵料投喂频率对单个螅状幼体生成的足囊数影响显著(P<0.05),高温及两者交互作用对单个螅状幼体生成的足囊数影响不显著(P>0.05)(表12)。

表11 高温与饵料投喂频率对海蜇足囊繁殖的影响

表12 海蜇足囊繁殖的方差分析结果

夏季常温-每7 d投喂1次组中的足囊萌发率最多,平均值为34.34%,其次为夏季高温-每7 d投喂1次组,平均值为28.79%,各处理组中无饵料投喂组的足囊萌发率均为0(表11)。方差分析结果显示,饵料投喂频率对海蜇足囊萌发率的影响显著(P<0.05),高温及两者交互作用对海蜇足囊萌发率的影响不显著(P>0.05) (表12)。试验结果显示,各处理组中,夏季高温-每2 d投喂1次组的单个螅状体生成足囊数最大值最高,为6个(图2)。

图2 不同高温和饵料投喂频率下海蜇单个螅状体形成足囊数最大值Fig.2 Max podocyst number of single polyp in different high temperature and feeding frequencies

3 讨 论

近年来,伴随着全球气候变化,以山东、辽宁为代表的海蜇主产区频繁遭遇夏季高温的挑战,海蜇产业面临着自然资源量持续走低、养殖种质资源个体小型化、海蜇传统生成方式有待升级等前所未有的挑战。笔者试验不同高温变化条件下饵料投喂频率对海蜇新生螅状幼体死亡率、个体生长及足囊繁殖的影响,以期为水温升高对海蜇自然种群及海蜇育苗生产带来的潜在影响预测提供科学借鉴。

3.1 高温和饵料投喂频率对海蜇螅状幼体死亡率的影响

陈介康等[11]于1983年报道,海蜇螅状体在28 ℃和26 ℃条件下10 d大部分萎缩和死亡。而针对海月水母(Aureliacoerulea)的研究发现,海月水母螅状体可在0～25 ℃条件下存活[36],在2～24 ℃条件下,螅状体呈现柄径增长现象,但当温度超过27 ℃时,螅状体死亡率增加[37]。本试验结果显示,尽管试验范围内的高温对海蜇螅状幼体死亡率的影响不显著,但最高死亡率出现在最高温度且饵料投喂频率最少组,这可能归因于高温加速了螅状幼体的新陈代谢速率,进而加速了螅状幼体对营养的需求。在无饵料投喂条件下,螅状幼体也是呈现死亡率升高现象。此外,在试验过程中发现,多数海蜇螅状幼体在无饵料投喂条件下仍能存活至试验结束,说明海蜇螅状幼体耐饥饿能力较强。

3.2 高温和饵料投喂频率对海蜇螅状幼体个体生长的影响

由于海蜇螅状体个体非常小,长期以来一直没有在自然水域中寻找到海蜇螅状体,目前,国内对海蜇无性繁殖的研究主要采用的是实验生态学方法,未见针对高温变化下饵料投喂频率对海蜇螅状幼体个体大小影响的相关研究。笔者曾研究了温度、投饵频次对白色霞水母(Cyaneanozakii)螅状体存活和生长的影响,在7.5～25.0 ℃内,白色霞水母螅状体无死亡发生,生长速度随温度和投饵频次的增加而增加[38]。此外,对沙蜇(Nemopilemanomurai)螅状体的研究结果也表明,在2.5～27.5 ℃内,螅状体个体生长差异极显著(P<0.001),在5.0～27.5 ℃内个体生长随温度的升高而增加,相关系数达0.889[39]。本试验结果表明:高温、饵料投喂频率及两者交互作用均显著影响海蜇螅状幼体的相对生长率(P<0.05),生长速度有随饵料投喂频率的增加而增加的趋势,与白色霞水母的研究结果一致。但试验结果也显示,高温范围内,生长速度有随温度的增加而降低的趋势,可能与水温升高加速了新陈代谢速率,饵料投喂频率高的条件下残饵及呼吸代谢对水质的影响反作用于螅状幼体进而影响其生长有关。

3.3 高温和饵料投喂频率对海蜇足囊繁殖的影响

蒋双等[40]报道,10 ℃以下(包括10 ℃)海蜇足囊不萌发;16～30 ℃内,足囊萌发率随温度升高而增加;25 ℃和30 ℃时足囊萌发率最大,为23.33%(试验进行22 d)。鲁男等[41]报道,15～30 ℃内,随温度升高,海蜇足囊繁殖能力增强。温度(16、20、24 ℃)较低时,螅状体个体形成的足囊数量较少,形成足囊的螅状体比例较低;反之温度较高时,螅状体个体形成的足囊数量较多,形成足囊的螅状体比例较高[42]。营养条件不仅对螅状体形成足囊的数量有直接影响,而且对足囊萌发也有间接影响[14]。于守团等[43]报道,在23 ℃、无光照条件下每天投喂100～200个卤虫无节幼体各2次,连续培养30 d时海蜇螅状体形成足囊数量普遍在8个以下,形成8～12个足囊的螅状体数量仅占10%。此外,充气增氧和投饵均可增加海蜇足囊的萌发率[30]。前期这些研究均表明,海蜇螅状体在适宜的水温范围内,水温升高、充足的营养条件有利于加速海蜇足囊繁殖。与海月水母存在多种无性繁殖方式不同,产生足囊是海蜇螅状体唯一的无性繁殖方式,必须在适宜的环境,以足够的营养为基础,避免不良环境条件诱导。本试验中,各相同高温条件下螅状体生成足囊数均随饵料投喂频率的增加而增多,各单个螅状体生成足囊数最大值(4～6个)也都出现在每2 d投喂1次组。本试验结果表明,高温条件下饵料投喂频率对海蜇足囊繁殖的影响更显著,无饵料投喂时海蜇螅状幼体的死亡率随温度的升高而增加,结合已有研究可知,相比低温条件,高温条件下的饵料投喂频率对螅状幼体存活起着更重要的作用,这可能与水温升高加速了螅状幼体的新陈代谢速率有关。

4 结 论

本试验结果表明,高温、饵料投喂频率及两者交互作用均显著影响海蜇螅状幼体的相对生长率。夏季高温峰值升高可增加海蜇螅状幼体的死亡率,但存活的螅状幼体有加速足囊繁殖的趋势,说明足囊繁殖速度随温度的升高而加快可能是海蜇螅状体应对高温死亡率增加的一种繁殖策略。试验结果也进一步说明了海蜇足囊资源有深入开发的潜力,值得进一步开展相关研究工作。