呂 航，王巧晗，赫 勇，宮慶禮

（中國海洋大學水產學院藻類學與藻類養(yǎng)殖研究室，山東 青島 266003）

特殊動力作用（Specific Dynamic Action，簡稱SDA）是指動物攝食過程中的代謝產熱增加的現(xiàn)象，也稱熱增耗（Beat increment），它包括所有與營養(yǎng)代謝有關的食物消化、吸收、代謝轉換和生長等過程的能量支出［1－3］。影響生物特殊動力作用的因素很多，如溫度、動物的個體大小、運動水平、營養(yǎng)狀況等，其中食物組成是影響動物SDA的重要因素，倍受研究者關注［4］。動物攝食食物不僅是生物的生理活動，也是能量代謝消耗的主要過程［5］。

餌料是影響生命活動的重要因子之一，是動物代謝、存活、生長的基礎，動物攝食不同餌料能夠導致機體產生不同的SDA變化［6］。目前國內外有關動物SDA的研究廣泛，從早期以恒溫動物為主要研究對象［7］，發(fā)展到對變溫動物SDA 的研究［8］，其中水生變溫動物的研究主要集中在魚、蝦等動物［9－10］，結果表明食物對魚、蝦等生物的SDA具有顯著的影響作用［5，9，11］。有關刺參特殊動力作用的研究比較少見，包杰曾研究過不同類型的食物（海泥、馬尾藻（Sargassumspp.）、配合飼料）對紅刺參和青刺參（Apostichopus japonicus）特殊動力作用的影響，結果顯示食物類型對刺參SDA影響顯著［12］。自然界中底棲硅藻是刺參餌料的重要來源，因此本文以不同底棲硅藻作為餌料，研究刺參攝食底棲硅藻后特殊動力作用參數(shù)的變化規(guī)律，為進一步了解刺參攝食代謝反應和適應性，豐富刺參的相關生物學知識以及刺身的養(yǎng)殖生產提供基礎理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

實驗于2011年9月在中國海洋大學鰲山衛(wèi)科研基地進行。刺參來自中國海洋大學鰲山衛(wèi)科研基地，在溫度18℃、鹽度30.5的海水中馴養(yǎng)，馴養(yǎng)用水族箱規(guī)格為70cm×50cm×50cm（長×寬×高），選擇體態(tài)伸展、健康，規(guī)格相似的個體用于實驗。初始規(guī)格為（0.15±0.03）g的筒柱藻（Cylindrothecafusiformis）和菱形藻（Nitzchiasp.）由中國海洋大學藻種庫提供，琴氏菱形藻微小變種（Nitzschiapanduriformisvar.minor）由中國科學院海洋研究所提供，海參飼料系從市場上購買的商業(yè)飼料。

1.2 實驗方法

實驗共設置4個處理，分別投喂筒柱藻、菱形藻、琴氏菱形藻微小變種和商業(yè)飼料，以不放置海參和餌料為空白；處理組和空白組同時進行，每處理設置4個重復，除空白處理外每重復設置刺參幼參10只，實驗開始前海參饑餓48h，測定靜止代謝率。馴養(yǎng)期間，分別以3種底棲硅藻和商業(yè)飼料分別作為餌料投喂刺參幼參進行馴養(yǎng)，馴養(yǎng)時間為15d。馴養(yǎng)后移入自制的流水式呼吸儀中再適應12h后，分別投喂4種餌料，以海參的觸手攝取食物送入口中開始［13］，允許海參自行攝食1h，然后吸出殘餌和糞便開始測定耗氧率，1h內不攝食的刺參樣本不被用來進行統(tǒng)計分析。提前6h將底棲硅藻附著在容器內，共4套蠕動泵用于實驗，每臺泵又可設置若干分支。實驗周期為24h，從8：00到次日8：00，模擬刺參晝夜攝食條件，每2h測定1次海參的代謝率。溶解氧采用溶氧儀法測定［14］。

圖1 呼吸儀構造Fig.1 The structure of the respirometer

實驗設備如圖1所示，采用實驗室自行設計的流水式呼吸儀測定刺參幼參攝食后的耗氧率。呼吸室的容積為126mL，呼吸室前端有一個進水口，后端有一個出水口，為了避免水體中降低的溶解氧對刺參產生一定的生理影響，要始終保證水體中氧含量不低于氧飽和含量的70%，因此呼吸室中水流的速度通過蠕動泵的旋鈕進行調節(jié)，流速控制在2mL/min左右。溫度控制是通過加熱棒和冷水裝置共同控制完成的。水箱中的溶解氧保持在6.0～6.5mg/L之間，避免由于初始DO值的差異帶來的影響。

1.3 養(yǎng)殖管理

馴養(yǎng)和實驗期間所用海水均為砂濾海水，鹽度控制在30.5±0.5，pH8.2～8.4，溶解氧大于5mg/L，水體中NH＋4－N＜0.1mg/L，溫度控制在18℃。馴化期間，換水前對海水進行預加熱，防止換水造成水族箱溫度變化過大，在暫養(yǎng)期間每2天換水1/2。24h黑暗和充氧，每天在16：00投喂1次。實驗所用的商業(yè)餌料為粉末狀，各種餌料營養(yǎng)成分見表1。

表1 不同餌料的營養(yǎng)成分分析Table 1 Proximate composition of four experimental diets

1.4 相關參數(shù)計算與數(shù)據(jù)統(tǒng)計

（1）單位濕體重代謝率（OCR）計算采用以下公式：OCR（mg·kg－1·h－1）＝（C0－Ce）V/W，C0、Ce分別為處理組呼吸儀進口、出口的DO的濃度（mg/L），W為刺參濕體重（kg），V是通過處理組和空白對照組的水流流速（mL/min）。

（2）靜止代謝率（mg O2·h－1）：刺參饑餓48h之后的代謝率。

（3）攝食水平（%Body mass）：海參攝食的餌料占其濕重的百分比。

（4）SDA時間（h）：從攝食開始一直到回歸至標準代謝率的標準誤范圍內的首個數(shù)據(jù)所對應的歷時。

（5）攝食代謝峰值（mg O2·h－1）：攝食后每2h測定一次，在連續(xù)的測定中出現(xiàn)的代謝率最大值。

（6）攝食代謝峰值時間（h）：分別為生物攝食后代謝率上升到最大值所對應的歷時。

（7）攝食代謝峰值比率（Factorial metabolic scope）：攝食代謝峰值和標準代謝率的比值。

（8）SDA總耗能量（J/g）：在SDA 時間內，用各時段攝食代謝率和標準代謝率之差在時間上的積分以求得每頭刺參的單位體重的耗氧量，用氧熱當量系數(shù)（該系數(shù)為每毫克氧13.84J）乘以該耗氧量得到SDA總耗能量［15］。

（9）SDA系數(shù)（%）：SDA總耗能量/海參的攝食能量，即SDA耗能量占攝入能量的比例。

實驗數(shù)據(jù)用SPSS11.0軟件經(jīng)單因素方差分析，結果差異顯著后進行多重比較（Duncan），以P＜0.05作為顯著標準。為了取得方差齊性和近于正態(tài)分布，百分數(shù)和比率經(jīng)過反正弦轉換后進行方差分析。

2 實驗結果

2.1 投喂底棲硅藻對刺參代謝率的影響

實驗初始溶解氧濃度穩(wěn)定維持在6.0～6.5mg/L之間，底棲硅藻對刺參代謝率的影響見圖2。刺參攝食各組餌料后代謝率在2～8h內上升到代謝峰值，持續(xù)12～14h后回落到起初的基礎代謝水平上。其中投喂琴氏菱形藻微小變種組刺參的代謝率與投喂菱形藻組、筒柱藻和商業(yè)飼料組之間存在顯著性差異（P＜0.05），琴氏菱形藻微小變種組中的代謝率始終低于另外3組。投喂菱形藻組的刺參的代謝率、投喂筒柱藻組刺參的代謝率和商業(yè)飼料組刺參的代謝率之間無顯著性差異（P＞0.05）。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組的SDA時間分別是（22.0±1.0）、（22.0±0.5）、（20.0±1.5）和（22.0±1.0）h，4個處理組之間沒有顯著性差異（P＞0.05）。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組的攝食代謝峰值分別是（27.0±1.2）、（30.0±1.7）、（29.0±2.1）和（32.0±1.2）mg O2·kg－1·h－1，琴氏菱形藻微小變種組代謝峰值與另外3組間存在顯著性差異（P＜0.05）。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組的峰值達到的時間分別為（8.0±1.0）、（8.0±1.0）、（8.0±1.0）和（8.0±1.0）h，4個處理組的峰值達到時間沒有顯著性差異（P＜0.05）。

圖2 投喂底棲硅藻對刺參代謝率的影響Fig.2 The relationship between benthic diatoms and metabolic rate of sea cucumbers A.japonicus

2.2 投喂底棲硅藻對刺參特殊動力作用各參數(shù)的影響

底棲硅藻對刺參特殊動力作用各參數(shù)的影響見表2。各處理組中樣本數(shù)是一致的，均為40個樣本，刺參初始濕重沒有顯著性差異（P＞0.05），均為（0.15±0.03）g。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組刺參的標準代謝率分別（14.0±1.3）、（14.0±1.2）、（14.0±1.5）和（14.0±1.5）mg O2·kg－1·h－1，4個處理組之間沒有顯著性差異（P＞0.05）。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組刺參的攝食水平分別為（3.38±0.12）%、（3.75±0.25）%、（2.16±0.11）%和（6.37±0.19）%。商業(yè)飼料組刺參的攝食水平顯著高于琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組和筒柱藻組。投喂筒柱藻組的刺參的攝食水平最低，與其他組差異性顯著（P＜0.05）。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組刺參的攝食代謝峰值比率分別為（1.93±0.10）、（2.14±0.19）、（2.07±0.19）和（2.29±0.20），4組的差異性不顯著（P＞0.05）。琴氏菱形藻微小變種組刺參的SDA總耗能最小，為（1.43±0.15）J/g，顯著低于菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組（P＜0.05）。SDA系數(shù)中琴氏菱形藻微小變種組顯著低于筒柱藻組（P＜0.05）。

表2 底棲硅藻對刺參SDA各參數(shù)的影響（平均值±標準誤差）Table 2 Effect of benthic diatoms parameters of SDA in Apostichopus japonicus（Mean±S.E.）

3 討論

本研究結果表明，餌料對刺參的特殊動力作用具有顯著的影響。刺參在攝食餌料后，其代謝率呈現(xiàn)先上升，之后緩慢下降的變化趨勢（見圖2），在攝食后2～8h內達到了攝食代謝峰值，又經(jīng)12～14h回歸到基礎代謝水平，與其他學者關于水生生物的特殊動力作用的研究結果相似［9，12］。實驗結果顯示，刺參攝食3種底棲硅藻后的代謝率始終低于攝食商業(yè)飼料后的代謝率，攝食琴氏菱形藻微小變種的刺參代謝率和SDA總耗能顯著低于攝食菱形藻和筒柱藻的代謝率和SDA總耗能。琴氏菱形藻微小變種組的SDA系數(shù)顯著低于筒柱藻組。

刺參攝食餌料后代謝率的變化是刺參自身的消化、吸收、物質合成與轉化等一系列過程的反應［10］，這些反應與甲殼類、魚類的反應也是相似的［9－11］。本實驗的SDA時間與包杰的研究有所不同［12］，出現(xiàn)這種偏差的原因，可能與所選擇的刺參的規(guī)格大小有關［4］。餌料種類的不同使得刺參代謝率和SDA總耗能等相關指標出現(xiàn)顯著性的差異，出現(xiàn)這種實驗結果的原因如下：

（1）刺參的攝食活動與其他水生生物（如魚、蝦）相比來說比較緩慢［16］，導致其代謝率顯著低于這些活動比較活躍的生物種類［9－10］。

（2）實驗中刺參攝食3種底棲硅藻后的代謝率顯著低于攝食飼料的代謝率，可能與刺參在自然界中的生活環(huán)境有關，自然界中刺參棲息于海底，以底質中的底棲硅藻、細菌、有機物等為食［17－18］，刺參對攝食底棲硅藻已經(jīng)產生一定的適應性。

（3）代謝率、SDA總耗能和SDA系數(shù)與4種餌料的營養(yǎng)成分有關，食物的營養(yǎng)組成對動物SDA的影響很大［19］，不同底棲硅藻和商業(yè)飼料間的蛋白質含量、脂肪含量、氨基酸的組成等是不同的，所以關于實驗結果的具體原因有待進一步的研究。

［1］Jobling M.The influences of feeding on the metabolic rate of fi-shes：a ahort review ［J］.J Fish BIl O，1981，18：385-400.

［2］付世建.營養(yǎng)狀況對南方鲇攝食代謝和能量分配的影響［D］.武漢：中科院水生生物研究所，2004：63-73.

［3］Fu S J，Xie X Y，Cao Z D.Effect of meal size on specific dynamic action in southern catfish（SilurusmeridionalisChen）［J］.Comp Biochem Physiol，2005，140A：445-451.

［4］付世建.動物特殊動力作用的研究進展［J］.現(xiàn)代生物醫(yī)學進展，2006，6（10）：91-95.

［5］李秀明，曹振東，付世建.攝食水平對瓦氏黃顙魚餐后代謝特征的影響［J］.動物學雜志，2009，44（6）：10-16.

［6］Brett J R，Zala C A.Daily pattern of nitrogen excretion and oxygen consumption of sockeye salmon（Oncorhynchusnerka）under controlled conditions［J］.Journal of the Fisheries Research Board of Canada，1975，32：3479.

［7］Luck G.The specific dynamic action［J］.Nutr，1931，3：519-530.

［8］周小愿，韓亞慧，張林林，等.變溫動物特殊動力作用的研究進展［J］.經(jīng)濟動物學報，2009，13（2）：115-119.

［9］龐旭，曹振東，付世建.攝食水平對錦鯽幼魚特殊動力作用的影響［J］.重慶師范大學學報，2009，26（1）：22-25.

［10］黃國強，董雙林，王芳，等.中國明對蝦能量代謝與生長的關系［J］.水產學報，2009，30（1）：56-62.

［11］黃國強，胡先勤.中國對蝦攝食行為生理生態(tài)學的實驗研究［D］.青島：中國海洋大學，2003.

［12］包杰.環(huán)境因子對青刺參和紅刺身（Apostichopusjaponicus）代謝與生長及其機制的影響［D］.青島：中國海洋大學，2008.

［13］Hudson I R，Benjamin D W，Paul A T.The feeding behaviour of a deep-sea holothurian，Stichopus tremulus（Gunnerus）based on in situ observations and experiments using a Remotely Operated Vehicle［J］.J Exp Mar Bio Eco，2004，301：75-91.

［14］隋佳佳，董雙林.光譜和體重對刺參耗氧率和排氨率的影響［J］.中國海洋大學學報：自然科學版，2010，40（3）：61-64.

［15］Brafied A E，Llewellyn M J.Animal Energetics［M］.Blackie：Glassgow，1982.

［16］董云偉，董雙林，田相利，等.不同水溫對刺參幼參生長、呼吸和體組成的影響［J］.中國水產科學，2005，12（1）：33-37.

［17］Choe S.Study of sea cucumber morphology ecology and propagation of sea cucumber［M］.Japan：Tokya Kaibundou Publishing House，1963：133-138.

［18］Sloan N A，Bodungen B V.Distribut and feeding of the sea cucumber isostichopus badionotus in relation to shelter and sediment criteria of the Bermuda platform［J］.Mar Ecol Prog Ser，1980，22：57-264.

［19］周小愿，韓亞慧，張林林，等.變溫動物特殊動力作用的研究進展［J］.經(jīng)濟動物學報，2009，13（2）：115-119.