曹善茂，張叢堯，左驍

(大連海洋大學(xué)遼寧省海洋生物資源恢復(fù)與生境修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116023)

曼氏皮海鞘Molgula manhattensis亦稱(chēng)為乳突皮海鞘，是中國(guó)部分海域的主要污損生物之一。它可大量附著于船運(yùn)設(shè)施和養(yǎng)殖設(shè)施上，給航運(yùn)和養(yǎng)殖生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重影響［1］。近年來(lái)，曼氏皮海鞘大量滋生于海參育苗池中。由于其繁殖速度和生長(zhǎng)速度驚人，與海參苗爭(zhēng)奪餌料和空間，甚至成為優(yōu)勢(shì)種，致使海參苗的產(chǎn)量大大降低［2］。同時(shí)由于其代謝十分旺盛，不僅可導(dǎo)致局部水體缺氧，引起周邊水質(zhì)惡化，而且還能產(chǎn)生有毒物質(zhì)，對(duì)海參育苗產(chǎn)生不良影響［3］。如何有效地對(duì)其進(jìn)行防除，已成為海參育苗生產(chǎn)中的一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。關(guān)于曼氏皮海鞘的基礎(chǔ)研究，僅見(jiàn)于對(duì)其分類(lèi)、生態(tài)學(xué)及攝食生理方面［4－7］，而關(guān)于其代謝生理方面的研究目前尚未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)中，作者研究了不同生態(tài)因子對(duì)曼氏皮海鞘呼吸生理的影響，以期為開(kāi)展其防除工作提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 材料

從海參育苗池中的網(wǎng)衣上剝離曼氏皮海鞘，取規(guī)格基本一致，個(gè)體直徑為10～20 mm的曼氏皮海鞘帶回實(shí)驗(yàn)室，放入塑料水箱中進(jìn)行充氣暫養(yǎng)(室溫)。暫養(yǎng)期間，海水鹽度為31～32，每天早晚各全量換水一次;每日投餌3次，餌料為螺旋藻粉和海洋鮮酵母，投餌量以前一天的攝食情況而定。暫養(yǎng)一周后開(kāi)始升溫，每日升溫0.5～1.0℃，正式試驗(yàn)前2 d將暫養(yǎng)的環(huán)境因子逐步調(diào)至試驗(yàn)條件，試驗(yàn)前1 d停止投餌。選擇活動(dòng)性好的健康個(gè)體作為試驗(yàn)材料。

1.2 方法

1.2.1 耗氧率的測(cè)定與計(jì)算 試驗(yàn)采取靜水法。試驗(yàn)用海水為提前一天用0.45 μm濾膜抽濾過(guò)的新鮮海水。試驗(yàn)容器為自制的簡(jiǎn)易呼吸瓶，用500 mL的三角錐瓶裝滿(mǎn)海水并充氧后，放入試驗(yàn)用海鞘個(gè)體，隨后立刻用塑料保鮮膜將瓶口封牢，以隔斷與外界空氣的接觸。具體測(cè)定方法依據(jù)GB 17378.4－1998《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》，采用碘量法測(cè)定溶解氧含量。各項(xiàng)試驗(yàn)均設(shè)3個(gè)平行，并設(shè)一個(gè)空白對(duì)照。試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定海鞘的體徑 (D)、體質(zhì)量(濕質(zhì)量WW及干質(zhì)量WD)，并計(jì)算個(gè)體耗氧量(RI，mg/(個(gè)·h))和耗氧率 (RW，mg/(g·h)):

其中:CC為空白組水樣的溶解氧 (mg/L);CT為處理組水樣的溶解氧 (mg/L);V為試驗(yàn)水體的體積 (L);t試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間 (h);N為試驗(yàn)海鞘的數(shù)量;W為試驗(yàn)海鞘的濕質(zhì)量 (g)。

1.2.2 溫度對(duì)耗氧率的影響試驗(yàn) 取饑餓24 h的曼氏皮海鞘于試驗(yàn)容器中，試驗(yàn)海水鹽度為31.6，pH為8.2，設(shè)置5個(gè)溫度梯度:12、16、20、24、28℃。每個(gè)溫度組設(shè)3個(gè)重復(fù)，并設(shè)一個(gè)空白對(duì)照。每天升溫0.5～1.0℃，每達(dá)到一個(gè)試驗(yàn)溫度讓海鞘適應(yīng)1 d后進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為6 h。

溫度系數(shù)Q10值也可以反映水溫對(duì)代謝的影響，其計(jì)算公式為

其中:R1、R2分別為溫度為T(mén)1、T2時(shí)的耗氧率。

1.2.3 鹽度對(duì)耗氧率的影響試驗(yàn) 溫度設(shè)置5個(gè)水平:12、16、20、24、28℃，升溫馴化結(jié)束后調(diào)節(jié)各溫度水平下的鹽度。每個(gè)溫度水平下設(shè)置6個(gè)鹽度梯度:20、25、30、32、35、40，各鹽度組均設(shè)3個(gè)重復(fù)，并將鹽度為31.6的正常海水作為空白對(duì)照。高鹽度海水用海水晶與普通海水調(diào)配而成;低鹽度海水用純凈水與普通海水調(diào)配而成。調(diào)至試驗(yàn)設(shè)定鹽度后讓海鞘適應(yīng)2 d后進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)期間調(diào)控鹽度梯度的變化幅度為±1。

1.2.4 pH對(duì)耗氧率的影響試驗(yàn) 溫度設(shè)置5個(gè)水平:12、16、20、24、28℃，升溫馴化結(jié)束后調(diào)節(jié)各溫度水平下的pH值。每個(gè)溫度水平下設(shè)置7個(gè)pH梯度:4、5、6、7、8、9、10，各 pH組均設(shè)3個(gè)重復(fù)，并將pH為8.2的正常海水作為空白對(duì)照。試驗(yàn)pH梯度用1 mol/L的HCl和1 mol/L的NaOH調(diào)制。調(diào)至試驗(yàn)設(shè)定pH后讓海鞘適應(yīng)2 d后進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)期間調(diào)控pH梯度的變化幅度為±0.5。

1.2.5 耗氧率的晝夜節(jié)律 試驗(yàn)溫度為 (22±0.2)℃，pH為8.2，鹽度為31.6，試驗(yàn)持續(xù)24 h，從9:00開(kāi)始，每隔3 h測(cè)定一次耗氧率。具體操作以9:00—12:00為例:將抽濾好的海水注入500 mL的三角錐瓶中，沖氣攪拌3～5 min后，取水樣測(cè)定溶解氧的初始值，隨后將曼氏皮海鞘個(gè)體放入三角錐瓶開(kāi)始計(jì)時(shí)，3 h結(jié)束前3～5 min取水樣測(cè)定溶氧值;同時(shí)注水于另一相同體積的三角錐瓶，也充氣3～5 min后取樣測(cè)定。3 h結(jié)束時(shí)，直接將海鞘放入新的三角錐瓶中繼續(xù)下一時(shí)段的試驗(yàn)。其他各時(shí)間段的操作同上。

1.2.6 不同規(guī)格 (濕質(zhì)量)對(duì)耗氧率的影響試驗(yàn)

取不同平均體質(zhì)量的海鞘15組，每組個(gè)體大小規(guī)格基本一致，設(shè)空白對(duì)照一組。試驗(yàn)前饑餓24 h，試驗(yàn)溫度16℃，pH為8.2，鹽度為31.6。

1.3 數(shù)據(jù)處理

將耗氧率作為因變量，不同環(huán)境因子作為自變量，利用SPASS 10.0軟件進(jìn)行單因子方差分析，用Duncan法進(jìn)行組間多重比較。

2 結(jié)果

2.1 溫度對(duì)曼氏皮海鞘耗氧率的影響

從圖1可見(jiàn):溫度與曼氏皮海鞘個(gè)體耗氧量和耗氧率的關(guān)系呈一“倒鐘”型曲線(xiàn)。在12～20℃時(shí)，隨著溫度的升高，曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量和耗氧率明顯增大;在20℃時(shí)達(dá)到高峰，個(gè)體耗氧量和耗氧率分別為0.303 mg/(個(gè)·h)和0.964 mg/(g·h);高于20℃時(shí)則出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)(P＜0.01)。曼氏皮海鞘在低溫下個(gè)體耗氧量和耗氧率的變化較小，而在較高溫度下變化趨勢(shì)較大。

圖1 曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量和耗氧率與溫度的關(guān)系Fig.1 The relationship between individual oxygen consumption，specific oxygen consumption rate and temperature in ascidian Molgula manhattensis

2.2 不同溫度下鹽度對(duì)曼氏皮海鞘耗氧率的影響

從圖2可見(jiàn):鹽度為20～32時(shí)，曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量和耗氧率隨鹽度的升高而增大，鹽度高于32時(shí)則出現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì) (P＜0.01)。經(jīng)方差分析結(jié)果表明，鹽度對(duì)曼氏皮海鞘個(gè)體耗氧量和耗氧率的影響差異極顯著 (P＜0.01)，鹽度與溫度的交互作用對(duì)曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量和耗氧率的影響也極顯著 (P＜0.01)。對(duì)不同鹽度下曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量和耗氧率進(jìn)行多重比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)組間差異均顯著 (P＜0.05)，在鹽度為32時(shí)個(gè)體耗氧量和耗氧率最高，鹽度為40時(shí)個(gè)體耗氧量和耗氧率最低。

2.3 不同溫度下pH對(duì)曼氏皮海鞘耗氧率的影響

從圖2可見(jiàn):pH為6～8時(shí)，曼氏皮海鞘表現(xiàn)出較高的個(gè)體耗氧量和耗氧率，pH為8時(shí)個(gè)體耗氧量和耗氧率最高;而pH低于6和高于8時(shí)則明顯下降 (P＜0.01)，pH為10時(shí)個(gè)體耗氧量和耗氧率最低。經(jīng)方差分析結(jié)果表明，pH對(duì)曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量和耗氧率的影響差異顯著 (P＜0.05)，pH與溫度的交互作用對(duì)曼氏皮海鞘個(gè)體耗氧量和耗氧率的影響也顯著 (P＜0.05)。對(duì)不同pH下曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量和耗氧率進(jìn)行多重比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)組間差異均顯著 (P＜0.05)。

圖2 不同溫度下曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量和耗氧率與鹽度、pH的關(guān)系Fig.2 The relationship between individual oxygen consumption，specific oxygen consumption rate and salinity，and pH in ascidian Molgula manhattensis

2.4 體質(zhì)量(濕質(zhì)量)對(duì)曼氏皮海鞘耗氧率的影響

從圖3可見(jiàn);曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量隨體質(zhì)量的增大而增大，而耗氧率隨體質(zhì)量的增大而減小。個(gè)體耗氧量和耗氧率與體質(zhì)量之間均呈冪函數(shù)關(guān)系，回歸方程分別為

圖3 曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量和耗氧率與體質(zhì)量的關(guān)系Fig.3 The relationship between individual oxygen consumption，specific oxygen consumption rate and body weight in ascidian Molgula manhattensis

2.5 曼氏皮海鞘耗氧率的晝夜節(jié)律

從圖4可見(jiàn):曼氏皮海鞘的個(gè)體耗氧量和耗氧率在24 h中基本呈現(xiàn)“高—低—高—低”的晝夜變化規(guī)律;個(gè)體耗氧量和耗氧率有兩個(gè)生理高峰，分別為9:00—12:00及3:00—6:00，這兩個(gè)時(shí)段的個(gè)體耗氧量和耗氧率分別為 0.457 mg/(個(gè)·h)、 1.346 mg/(g·h) 及 0.336 mg/(個(gè)·h)、0.992 mg/(g·h)。

3 討論

3.1 溫度

溫度對(duì)水生生物呼吸的影響可以從水溫得出。水溫變化對(duì)生物代謝的影響可以直接從Q10值上反映出來(lái)。Q10為溫度系數(shù)，即每升高10℃時(shí)代謝反應(yīng)變化的程度。Q10值越高，表明動(dòng)物對(duì)溫度變化的反應(yīng)越敏感［8］;Q10值越低，表明動(dòng)物對(duì)溫度變化越遲鈍。據(jù)報(bào)道，雙殼類(lèi)的Q10值一般為1.0～2.5，平均為2.0［9］。本試驗(yàn)中計(jì)算得出:水溫為12～16、16～20、20～24、24～28℃時(shí)，曼氏皮海鞘耗氧率的 Q10值分別為1.684、5.313、0.843、0.388，其中水溫為16～20℃時(shí)Q10值最高。這與張繼紅等［2］測(cè)定的柄海鞘Styela clava和玻璃海鞘Ciona intestinalis各相近溫度組的Q10值有一定差異，可能是因種類(lèi)和生態(tài)習(xí)性不同，導(dǎo)致其對(duì)溫度的敏感性也不同。

圖4 曼氏皮海鞘個(gè)體耗氧量和耗氧率的晝夜節(jié)律Fig.4 The diurnal rhythm of individual oxygen consumption，specific oxygen consumption in ascidian Molgula manhattensis

溫度是影響動(dòng)物呼吸代謝最重要的環(huán)境因素。在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，溫度越高，動(dòng)物的生理代謝水平就越高，其耗氧率必然隨著溫度的升高而升高。在自然海域或是海參的繁育池中，夏季水溫較高，水生動(dòng)物的生理活動(dòng)增加，耗氧量也增加，再加上海鞘的生物量在夏季較大，局部水體必然會(huì)產(chǎn)生缺氧的現(xiàn)象，從而影響水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)，甚至?xí)斐蓜?dòng)物因缺氧而死亡。

3.2 鹽度

鹽度也是海水養(yǎng)殖中重要的環(huán)境因子之一，它的變動(dòng)對(duì)海洋生物的生理代謝具有明顯的影響。對(duì)許多海洋生物的研究表明，其耗氧率都會(huì)隨鹽度的變化而呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化。低鹽度的海水會(huì)使生物體內(nèi)的滲透壓發(fā)生改變，進(jìn)而會(huì)影響一系列的生理活動(dòng)。如貝類(lèi)在低鹽度的海水中會(huì)將貝殼關(guān)閉，從而將組織與低鹽度環(huán)境相隔離開(kāi)，而另一些海洋生物則會(huì)出現(xiàn)關(guān)閉入水管口的現(xiàn)象。同樣，在高鹽度的環(huán)境中也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的現(xiàn)象。本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不同鹽度下曼氏皮海鞘的表觀(guān)生理活動(dòng)也不同。在低鹽度 (20)和高鹽度 (40)的環(huán)境中，曼氏皮海鞘的水管明顯呈閉合狀，其運(yùn)動(dòng)頻率降低。張曉凌［10］在研究柄海鞘耗氧率與鹽度的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)柄海鞘在低鹽度 (16)和高鹽度 (36)的海水中同樣表現(xiàn)出生理活動(dòng)減弱、水管閉合頻率變慢的現(xiàn)象。海鞘是一種廣鹽性的海洋生物，對(duì)鹽度的適應(yīng)性較好，所以在本試驗(yàn)中設(shè)置的6個(gè)鹽度梯度下，曼氏皮海鞘都有一定的呼吸運(yùn)動(dòng)。

3.3 pH值

水生生物對(duì)水環(huán)境的pH均有一定的適應(yīng)范圍。研究表明，pH為6.08～6.72時(shí)，鮑魚(yú)Haliotis rubra的耗氧率明顯低于pH為8.45時(shí)的耗氧率［11］。吳常文等［12］在研究雜交鱘 Hybrid stureno時(shí)也發(fā)現(xiàn)，在一定的pH范圍內(nèi)，雜交鱘的耗氧率隨外界pH的變化而變化。張曉凌［10］在研究柄海鞘耗氧率與pH的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，pH為7時(shí)，柄海鞘的耗氧率最大，也是其呼吸代謝最旺盛的時(shí)候;pH為5～7時(shí)，柄海鞘的耗氧率隨pH的升高而增大;pH大于7時(shí)，其耗氧率隨pH的升高而降低。本試驗(yàn)中也得出相同的結(jié)論，只是最適pH為8，這可能與海鞘的種類(lèi)不同有關(guān)。與此同時(shí)，根據(jù)水化學(xué)原理，水中pH的變化還與二氧化碳的濃度有關(guān)。本試驗(yàn)中，作者發(fā)現(xiàn)在低pH(4)和高pH(10)的海水中，海鞘都會(huì)出現(xiàn)死亡現(xiàn)象?？傊?，關(guān)于pH對(duì)水生生物呼吸的影響機(jī)理十分復(fù)雜，可能是多種原因?qū)е碌摹?/p>

3.4 規(guī)格 (濕質(zhì)量)

一般來(lái)說(shuō)，同種生物的個(gè)體越大，其個(gè)體耗氧量就越高，耗氧率反而降低。其主要原因是，個(gè)體小的生物 (體質(zhì)量輕)正處于生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，代謝活動(dòng)要比個(gè)體大的生物 (體質(zhì)量重)旺盛。本試驗(yàn)中曼氏皮海鞘的呼吸代謝也遵循這一規(guī)律，耗氧率 (RW)與體質(zhì)量 (W)的關(guān)系也符合RW=aWb模型。最初這個(gè)模型由Winberg提出，主要應(yīng)用于魚(yú)類(lèi)代謝率與體質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系，b值的大小反映了體質(zhì)量對(duì)代謝影響的程度和方式。隨后該模型被廣泛應(yīng)用于多種水生動(dòng)物中。

3.5 晝夜變化

晝夜變化又叫晝夜節(jié)律，也叫日節(jié)律。地球上的光、溫度、濕度等生態(tài)因子都具有明顯的周期性，其中最重要的是日周期，月周期或潮汐周期，季周期或年周期。日周期是由地球的自轉(zhuǎn)引起的，它形成白晝與黑夜的交替，生物在具有這種周期性的地球上進(jìn)化和發(fā)展，因而，生物在其生命活動(dòng)中形成各種節(jié)律——生物節(jié)律是必然的。動(dòng)物的晝夜活動(dòng)節(jié)律是一種復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象，它是生物對(duì)各種環(huán)境條件及晝夜變化的一種綜合性的適應(yīng)，即包括對(duì)各種光、溫度、濕度和食物等非生物因素，以及種內(nèi)社群關(guān)系和天敵等種間關(guān)系這些生物因素的適應(yīng)。因此，各種生物的晝夜活動(dòng)節(jié)律都有其自身的特點(diǎn)，也是生物對(duì)外界環(huán)境條件的綜合適應(yīng)能力。

關(guān)于雙殼貝類(lèi)呼吸代謝的研究結(jié)果表明，貝類(lèi)白天的呼吸強(qiáng)度高于晚上［13］，與某些蟹類(lèi)相似［14］，而與其它一些低等生物恰好相反。許多學(xué)者認(rèn)為，這種生物的節(jié)律是由鹽度、溫度、攝食和光周期等日變化所控制。在海洋環(huán)境中，很多環(huán)境條件較為穩(wěn)定，動(dòng)物代謝的晝夜變化主要是與水體中溶解氧的日變化以及動(dòng)物為消除競(jìng)爭(zhēng)溶解氧而采取的生存策略有關(guān)。本試驗(yàn)中，作者發(fā)現(xiàn)，曼氏皮海鞘的晝夜呼吸節(jié)律是夜晚略大于白晝，夜晚的平均個(gè)體耗氧量和耗氧率分別為0.311 mg/(個(gè)·h)和0.916 mg/(g·h)，白晝平均個(gè)體耗氧量和耗氧率分別為 0.301 mg/(個(gè)·h)和 0.887 mg/(g·h)。作者認(rèn)為，海鞘作為固著生長(zhǎng)的動(dòng)物，缺乏主動(dòng)運(yùn)動(dòng)能力，對(duì)光刺激并不敏感，因此，在適宜的環(huán)境條件下，海鞘在夜晚和白晝的耗氧率差異并不大。同時(shí)與晝夜的攝食情況比較，攝食率較大的時(shí)間段，也恰好是耗氧率較高的時(shí)間段［7］。

［1］張繼紅，方建光.4種海鞘排泄的初步研究［J］.海洋水產(chǎn)研究，2000，21(1):31－36.

［2］張繼紅，方建光，董雙林.溫度對(duì)柄海鞘和玻璃海鞘食物顆粒選擇性的影響［J］.海洋水產(chǎn)研究，2001，22(2):47 －51.

［3］崔毅，陳碧娟，陳聚法.黃渤海海水養(yǎng)殖自身污染的評(píng)估［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16(1):181－182.

［4］黃宗國(guó).中國(guó)海洋生物種類(lèi)與分布［M］.北京:高等教育出版社，1954:27.

［5］黃宗國(guó)，蔡如星.海洋污損動(dòng)物及其防除［M］.上冊(cè).北京:海洋出版社，1984:352.

［6］鄭興成.中國(guó)沿海海鞘的物種多樣性［J］.生物多樣性，1995，3(4):201－205.

［7］左驍，曹善茂，劉鵬亮.餌料種類(lèi)、鹽度、pH和規(guī)格對(duì)曼氏皮海鞘攝食率的影響［J］.大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(增刊):113－117.

［8］Griffiths C L，Griffiths R J.Bivalvia［M］//Pandian T L，Vernberg E J.Animal Energetics.New York:Academic Press，1987:1－88.

［9］Wilbur A E，Hilbish T J.Physiological energetics of the ribbed mussel Geukensia demissa(Dillwyn)in response to increased temperature［J］.J Exp Biol Ecol，1989，131(2):161－170.

［10］張曉凌.柄海鞘攝食、呼吸和排泄的研究［D］.青島:中國(guó)海洋大學(xué)，2005.

［11］Frost B W.Effect of size and concentration on the feeding behavior of the marine planktonic copepod Calanus pacificus［J］.Limnol Oceanogr，1972，17:805－815.

［12］吳常文，朱愛(ài)意，趙向炯.海水養(yǎng)殖雜交鱘對(duì)環(huán)境變化耐受性的實(shí)驗(yàn)研究［J］.水產(chǎn)科學(xué)，2005，24(9):1－4.

［13］林小濤，張秋明，許忠能，等.蝦蟹類(lèi)呼吸代謝研究進(jìn)展［J］.水產(chǎn)學(xué)報(bào)，2000，24(6):575－580.

［14］劉勇，施坤濤，張少華，等.雙殼貝類(lèi)呼吸代謝研究進(jìn)展［J］.南方水產(chǎn)，2007，3(4):65－68.