寧樂鋒，席貽龍，孫 強，周 澳

(安徽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽省高校生物環(huán)境與生態(tài)安全省級重點實驗室，蕪湖 241000)

溫度和食物密度是影響輪蟲生活史特征的兩個重要的生態(tài)因子[1].有關(guān)溫度或食物密度對輪蟲存活、生殖和種群增長等的影響研究，已有較多的報道;在自然水體中，溫度和食物密度通常是同時起作用的.因此，研究溫度和食物密度對輪蟲生活史特征的復(fù)合作用具有重要意義.遺憾的是，有關(guān)上述兩個生態(tài)因子復(fù)合作用的研究則相對較少[2-4].已有的研究結(jié)果表明，溫度和食物密度以及兩者間的交互作用對輪蟲生命表統(tǒng)計學(xué)參數(shù)的影響常因輪蟲種類的不同而異[2，4].

裂足臂尾輪蟲是典型的、棲息于淺水湖泊和池塘中的浮游性輪蟲.馬杰等[5]曾分別就溫度和藻類食物密度對不等棘刺型和等棘刺型裂足臂尾輪蟲的生活史特征和后代形態(tài)型的影響進行研究;但有關(guān)溫度和食物密度對該種輪蟲生命表統(tǒng)計學(xué)參數(shù)的復(fù)合作用研究至今未見報道.因此，本文運用單個體培養(yǎng)方法，研究了溫度和食物密度對裂足臂尾輪蟲生命表統(tǒng)計學(xué)參數(shù)的影響.

1 材料與方法

1.1 輪蟲的來源

實驗所用裂足臂尾輪蟲于2010年8月中旬采自蕪湖市汀棠湖.采樣后，隨機挑取輪蟲非混交雌體(忽略形態(tài)型的區(qū)分)，于25 ±1℃、自然光照(光照強度約130 lx)條件下進行克隆培養(yǎng).輪蟲培養(yǎng)液采用Gilbert配方[6](pH=7.3)，所用的餌料為HB-4 培養(yǎng)基[7]培養(yǎng)的、處于指數(shù)增長期的斜生柵藻.

1.2 輪蟲的預(yù)培養(yǎng)

實驗前，將裂足臂尾輪蟲分別置于溫度為 15、20、25 和 30℃，斜生柵藻密度為 1.0×106、3.0×106和5.0×106cells/ml 的條件下進行為期1 周的預(yù)培養(yǎng).預(yù)培養(yǎng)過程中，每12 h 懸浮沉積于試管底部的藻類食物;每24 h 更換輪蟲培養(yǎng)液并投喂餌料1 次，同時通過去除一部分個體使得輪蟲種群始終處于指數(shù)增長期.

1.3 單個體培養(yǎng)實驗

將攜帶非混交卵的輪蟲單個培養(yǎng)于帶凹穴的塑料板中，培養(yǎng)液體積為0.5 ml.之后，每間隔4 h 在解剖鏡下檢查輪蟲卵的孵化情況，取剛孵化出的幼體開始實驗.實驗過程中，每間隔12 h 觀察1 次(30℃下每8 h觀察一次)，記錄輪蟲所產(chǎn)的幼體數(shù)及母體的存活情況;并移出所產(chǎn)幼體，在相同的條件下繼續(xù)培養(yǎng)待其產(chǎn)卵后確定雌體類型;每間隔24 h 更換1 次培養(yǎng)液并投喂藻類食物.每個溫度和食物密度組合下使用輪蟲個體15 個，實驗設(shè)置4 個重復(fù).實驗條件與預(yù)培養(yǎng)時相同，實驗至全部母體死亡為止.

1.4 生活史參數(shù)的定義和計算方法

生活史參數(shù)的定義和計算參照胡柯等的方法[8].

(1)特定年齡存活率:x年齡組開始時存活個體百分?jǐn)?shù)，lx;

(2)特定年齡繁殖率:x年齡組平均每個個體所產(chǎn)的雌性后代數(shù)，mx=后代數(shù)/(母體數(shù)×24 h);

(3)出生時的生命期望:每個個體出生時能活多久的估計值;

(4)平均壽命:所有個體平均能活多久的觀察值;

(5)總生殖率:每個個體一生所產(chǎn)的雌性后代數(shù)，G0=∑mx;

(6)凈生殖率:種群經(jīng)過一個世代后的凈增長率，R0=∑lxmx;

(7)世代時間:完成一個世代所需要的時間，T=∑lxmxx/R0;

(8)種群內(nèi)稟增長率:種群在特定試驗條件下的最大增長率;根據(jù)方程r =lnR0/T 在粗略計算的基礎(chǔ)上，再根據(jù)方程在Excel 中試算求得種群內(nèi)稟增長率的精確值.

(9)后代混交率:所有雌性后代中混交雌體所占的比率.

1.5 數(shù)據(jù)的處理和分析

采用SPSS 統(tǒng)計分析軟件對上述數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析.對所得的各生活史參數(shù)進行正態(tài)分布檢驗后，對符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進行方差分析以揭示溫度、食物密度以及兩者間的交互作用對輪蟲各生命表統(tǒng)計學(xué)參數(shù)的影響，采用多重比較(SNK-q 檢驗法)對同一溫度各食物密度間、同一食物密度下各溫度間輪蟲的各生活史參數(shù)的差異顯著性進行分析，運用生存分析中的Kaplan-Meier 分析同一溫度各食物密度間、同一食物密度下各溫度間輪蟲的生存時間的差異顯著性.

2 結(jié)果與分析

2.1 輪蟲的存活率和繁殖率

各食物密度下，輪蟲的存活率均隨著溫度的升高而顯著降低(P ＜0.01);但各溫度下，食物密度對輪蟲的存活時間無顯著影響(P ＞0.05)(圖1).各食物密度下，輪蟲的繁殖率高峰值隨著溫度的升高而增大，但繁殖時間卻逐漸縮短.各溫度下，輪蟲的繁殖率在3 個食物密度間無顯著差異(P ＞0.05)(圖1).

圖1 不同溫度和食物密度下裂足臂尾輪蟲的存活率和繁殖率Fig.1 Survivorship and fecundity of B.diversicornis cultured under four temperatures and three food levels

2.2 輪蟲的生命表統(tǒng)計學(xué)參數(shù)

雙因素方差分析結(jié)果表明，溫度對輪蟲出生時的生命期望、世代時間、凈生殖率和總生殖率均有顯著影響(P ＜0.05)，但對種群內(nèi)稟增長率和后代混交率無顯著影響(P ＞0.05);食物密度對輪蟲的凈生殖率和總生殖率均有顯著影響(P ＜0.05)，但對輪蟲出生時的生命期望、世代時間、種群內(nèi)稟增長率和后代混交率均無顯著影響(P ＞0.05);食物密度與溫度之間的交互作用對輪蟲出生時的生命期望、世代時間、凈生殖率、總生殖率、種群內(nèi)稟增長率和后代混交率均無顯著影響(P ＞0.05).多重比較結(jié)果顯示，輪蟲出生時的生命期望和世代時間均隨著溫度的升高而逐漸顯著縮短.輪蟲的凈生殖率在15℃下最低，30℃下最高，20、25℃間無顯著差異;輪蟲的總生殖率在15℃下較低，20、25 和30℃下較高且三者間無顯著差異;輪蟲的凈生殖率和總生殖率均在3.0×106cells/ml 食物密度下較高，1.0×106和5.0×106cells/ml 食物密度下較低且兩者間無顯著差異(表1).

表1 不同溫度和食物密度下裂足臂尾輪蟲的生命表統(tǒng)計學(xué)參數(shù)*Tab.1 Life demographic parameters of B.diversicornis cultured under four temperatures and three food levels

回歸分析顯示，3 個食物密度下輪蟲出生時的生命期望、世代時間、平均壽命和凈生殖率以及3.0×106cells/ml食物密度下的總生殖率與溫度間顯著相關(guān)(表2).

表2 3 個食物密度下裂足臂尾輪蟲出生時的生命期望、世代時間、總生殖率和凈生殖率與溫度的關(guān)系Tab.2 Relationships between life expectancy at hatching，generation time，gross reproductive and net reproductive rate of B.diversicornis cultured under three food levels and four temperatures (n=4)

3 討論

3.1 溫度和食物密度對輪蟲存活和發(fā)育的影響

25℃下，較高或較低的食物密度均顯著縮短萼花臂尾輪蟲(B.calyciflorus)的平均壽命和世代時間[9];25℃下，變形臂尾輪蟲(B.variabilis)的平均壽命和出生時的生命期望均在1.0×106cells/ml 的小球藻(Chlorella vulgaris)密度下最長，高于或低于該密度則顯著縮短;世代時間在0.5×106cells/ml 的小球藻密度下最長，高于或低于該密度也顯著縮短[10];22℃下，食物密度對方形臂尾輪蟲(B.quadridentatus)的平均壽命無顯著影響，但較高(＞8.0×106cells/ml)或較低(＜1.0×106cells/ml)的食物密度均使其世代時間顯著延長[11];而22℃下，斜生柵藻密度對兩種形態(tài)型裂足臂尾輪蟲出生時的生命期望和世代時間均無顯著的影響[5].本研究結(jié)果表明，15、25 和30℃下，食物密度對裂足臂尾輪蟲出生時的生命期望均無顯著的影響;但20℃下，裂足臂尾輪蟲出生時的生命期望在3.0×106cells/ml 下較長，在1.0×106和5.0×106cells/ml 下較短.各溫度下，食物密度對裂足臂尾輪蟲的世代時間均無顯著的影響.可見，食物密度對輪蟲存活和發(fā)育的影響常因輪蟲種類和溫度的不同而異.

在所研究的食物密度下，十指臂尾輪蟲(B.patulus)和哈瓦那臂尾輪蟲(B.havanaensis)孵化時的生命期望和世代時間均隨著溫度的升高而逐漸顯著縮短[2，4].與其不盡相同的是，盡管在1.0×106和10.0×106cells/ml 的微綠球藻(Nannochloris oculata)密度下，月形腔輪蟲(Lecane luna)和四齒腔輪蟲(L.quadridentata)的平均壽命和世代時間均隨著溫度的升高而逐漸顯著縮短;但在5.0×106cells/ml 的微綠球藻密度下，兩種輪蟲的平均壽命和世代時間均在20 和25℃之間無顯著差異[3].本研究中，盡管在3.0×106cells/ml 的斜生柵藻密度下裂足臂尾輪蟲出生時的生命期望以及3 個食物密度下輪蟲的世代時間均隨著溫度的升高而逐漸顯著地縮短;但在1.0×106和5.0×106cells/ml 的斜生柵藻密度下其出生時的生命期望均在15℃下最長，30℃下最短，而20 和25℃間無顯著差異.由此可見，盡管輪蟲的存活和發(fā)育時間總體上隨著溫度的升高而縮短，但它們對逐步升高的溫度的反應(yīng)卻因輪蟲種類和食物密度的不同而異.

3.2 溫度和食物密度對輪蟲生殖的影響

25℃下，萼花臂尾輪蟲的凈生殖率在3.0×106cells/ml 的小球藻密度下最高，高于或低于該密度則顯著降低[9];25℃下，變形臂尾輪蟲的凈生殖率在1.0×106cells/ml 的小球藻密度下最高，高于或低于該密度則顯著降低[10];22℃下，方形臂尾輪蟲的凈生殖率在2.0×106～8.0×106cells/ml 的小球藻密度范圍內(nèi)較高，低于或高于該密度范圍則顯著降低[11].22℃下，斜生柵藻密度對不等棘刺型裂足臂尾輪蟲的凈生殖率無顯著影響，但對等棘刺型裂足臂尾輪蟲的凈生殖率有顯著影響;等棘刺型輪蟲的凈生殖率在6.0×106cells/ml食物密度下顯著小于0.75×106和3.0×106cells/ml 食物密度下，1.5×106cells/ml 食物密度下與上述3 種食物密度間均無顯著差異[5].本研究結(jié)果表明，15 和20℃下，裂足臂尾輪蟲的凈生殖率均在3.0×106cells/ml 下較高，1.0×106和5.0×106cells/ml 下較低且兩者間無顯著差異;但在25 和30℃下，食物密度對裂足臂尾輪蟲的凈生殖率均無顯著影響.

Fanestil 等[12]和Meadow 等[13]認(rèn)為，理論上，變溫動物的凈生殖率應(yīng)該不隨著溫度的變化而發(fā)生顯著變化.但事實上，十指臂尾輪蟲、哈瓦那臂尾輪蟲、月形腔輪蟲、四齒腔輪蟲、壺狀臂尾輪蟲(B.urceolaris)、紅臂尾輪蟲(B.rubens)、剪形臂尾輪蟲(B.forcatus)、尾突臂尾輪蟲(B.caudatus)以及萼花臂尾輪蟲的3 個姐妹種等的凈生殖率均受溫度的顯著影響[2-4，14-16].本研究結(jié)果表明，3 個食物密度下，溫度對裂足臂尾輪蟲的凈生殖率均有顯著影響;但裂足臂尾輪蟲的凈生殖率對溫度升高的響應(yīng)因食物密度的不同而存在差異.在1.0×106和3.0×106cells/ml 的斜生柵藻密度下，裂足臂尾輪蟲在20℃下的凈生殖率與25 和30℃下的凈生殖率無顯著差異;但在5.0×106cells/ml 的斜生柵藻密度下，裂足臂尾輪蟲在20、25 和30℃下的凈生殖率無顯著差異.

由上述結(jié)果可知，輪蟲的生殖常受溫度和食物密度的顯著影響.本研究中，雙因素方差分析結(jié)果也證實了上述結(jié)論.

3.3 溫度和食物密度對輪蟲種群增長的影響

25℃下，萼花臂尾輪蟲的種群內(nèi)稟增長率在3.0×106cells/ml 的小球藻密度下最高，高于或低于該密度則顯著降低[9];25℃下，變形臂尾輪蟲的種群內(nèi)稟增長率在1.0×106cells/ml 的小球藻密度下最高，高于或低于該密度則顯著降低[10];22℃下，方形臂尾輪蟲的種群內(nèi)稟增長率在2.0×106～8.0×106cells/ml 的小球藻密度范圍內(nèi)較高，低于或高于該密度范圍則顯著降低[11].22℃下，斜生柵藻密度對不等棘刺型裂足臂尾輪蟲的種群內(nèi)稟增長率無顯著影響，但對等棘刺型裂足臂尾輪蟲的種群內(nèi)稟增長率有顯著的影響;種群內(nèi)稟增長率在6.0×106cells/ml 食物密度下顯著小于3.0×106cells/ml 食物密度下，但兩者均與 0.75×106和1.5×106cells/ml 食物密度下無顯著的差異[5].本研究結(jié)果表明，15 和 20℃下，3.0×106cells/ml 下裂足臂尾輪蟲的種群內(nèi)稟增長率均顯著高于5.0×106cells/ml 下，但兩者均與1.0×106cells/ml 下的種群內(nèi)稟增長率間無顯著差異;25 和30℃下，食物密度對裂足臂尾輪蟲的種群內(nèi)稟增長率均無顯著影響.

種群內(nèi)稟增長率綜合了特定年齡存活率和繁殖率、首次生殖年齡和生殖間隔等，因此，溫度常對其具有顯著的影響[2，4，14-16].已有的結(jié)果表明，種群內(nèi)稟增長率對溫度升高的反應(yīng)因輪蟲種類的不同而異.哈瓦那臂尾輪蟲、壺狀臂尾輪蟲、紅臂尾輪蟲、剪形臂尾輪蟲和尾突臂尾輪蟲的種群內(nèi)稟增長率均隨著溫度的升高而顯著升高[4，14-15];但萼花臂尾輪蟲種復(fù)合體內(nèi)姐妹種LE9 的種群內(nèi)稟增長率在28℃下最高，13 和18℃下最低且兩者間無顯著差異;姐妹種HE1 的種群內(nèi)稟增長率在13、18 和28℃間無顯著差異;姐妹種HE3 的種群內(nèi)稟增長率在23 和28℃下最高且兩者間無顯著差異[16].與上述研究結(jié)果不同，本研究中，3 個食物密度下，溫度對裂足臂尾輪蟲的種群內(nèi)稟增長率均無顯著的影響.在較高溫度(30℃)下，裂足臂尾輪蟲個體間在存活和生殖等方面的較大差異所導(dǎo)致的種群內(nèi)稟增長率的較大差異，這可能是其種群內(nèi)稟增長率對變化的溫度無敏感反應(yīng)的重要原因.

上述結(jié)果表明，輪蟲種群增長所需的最適溫度和食物密度常因輪蟲種類的不同而異.

3.4 溫度和食物密度及其交互作用對輪蟲生命表統(tǒng)計學(xué)參數(shù)的影響

溫度、食物密度以及兩者間的交互作用對十指臂尾輪蟲的平均壽命、出生時的生命期望、世代時間、總生殖率、凈生殖率和種群內(nèi)稟增長率均有顯著的影響[2].溫度和食物密度均對哈瓦那臂尾輪蟲的所有生命表統(tǒng)計學(xué)參數(shù)有顯著的影響，但溫度和食物密度間的交互作用對其卻無顯著的影響[4].與上述研究結(jié)果不同，本研究中，溫度僅對裂足臂尾輪蟲出生時的生命期望、世代時間、凈生殖率和總生殖率有顯著影響，食物密度僅對輪蟲的凈生殖率和總生殖率有顯著影響，而食物密度與溫度之間的交互作用對輪蟲所有的生命表統(tǒng)計學(xué)參數(shù)均無顯著影響.可見，溫度、食物密度以及兩者間的交互作用對輪蟲生命表統(tǒng)計學(xué)參數(shù)的影響因種類不同而異.

3.5 溫度和食物密度對輪蟲后代混交率的影響

混交雌體產(chǎn)生是休眠卵形成的前提條件，受一些內(nèi)源性和外源性因素的調(diào)節(jié)[17-23].22℃下，斜生柵藻密度對不等棘刺型和等棘刺型裂足臂尾輪蟲的后代混交率均無顯著影響[5].本研究結(jié)果表明，3 種食物密度下，溫度對裂足臂尾輪蟲的后代混交率均無顯著影響;各溫度下，食物密度對其也均無顯著影響.裂足臂尾輪蟲較低的后代混交率可能是其后代混交率對溫度和食物密度的變化無敏感反應(yīng)的主要原因.

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