丁茹馨，王全超，紀(jì)瑩璐，沈 斌，陳琳琳，李寶泉**

(1.浙江海洋大學(xué)國(guó)家海洋設(shè)施養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，浙江舟山 316000；2.中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所，海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東煙臺(tái) 264003；3.國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心，山東青島 266061)

低氧(Hypoxia)是指水體中溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)濃度低于2 mg/L的現(xiàn)象[1]。截至2008年，全球近岸低氧區(qū)已達(dá)到400多處，總面積達(dá)到245 000 km2，且呈不斷增加的趨勢(shì)，低氧已成為重要的海洋災(zāi)害之一，嚴(yán)重影響到海洋生態(tài)系統(tǒng)健康和穩(wěn)定性，阻礙了近岸生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[2]。我國(guó)早在1988年就觀測(cè)到長(zhǎng)江口存在低氧現(xiàn)象，2003-2007年現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明東海海域存在大范圍的低氧區(qū)[3,4]，近年來在遼東灣、小清河口、遼河口、乳山灣等海域也發(fā)現(xiàn)不同程度的低氧區(qū)[5-7]。

近岸海域底層缺氧成因與海水中的物理和生物化學(xué)過程緊密相關(guān)，其中水體層化和底層水體中有機(jī)質(zhì)的降解耗氧是兩個(gè)主要影響因素[8-12]。此外，水體富營(yíng)養(yǎng)化[13-15]、溫室效應(yīng)導(dǎo)致的水溫上升，突變和災(zāi)難性天氣導(dǎo)致水生植物光合作用減弱以致產(chǎn)氧量降低[4,16-18]等也加劇了水體中的低氧現(xiàn)象。水生動(dòng)物遭受低氧脅迫時(shí)，在行為、生長(zhǎng)生存、生理生化、發(fā)育繁殖等方面均表現(xiàn)異常，常見的如主動(dòng)離開低氧環(huán)境、生長(zhǎng)速度減慢、生殖力下降、呼吸代謝過程的變化、胚胎和性腺發(fā)育受阻等[19-26]。低氧脅迫對(duì)貝類、魚類等的影響研究已開展較多，而對(duì)棘皮動(dòng)物尤其是光棘球海膽Mesocentrotusnudus的影響研究?jī)H有少量報(bào)道。已有研究發(fā)現(xiàn)，低氧組的光棘球海膽性腺生長(zhǎng)和總攝食量明顯低于常氧組[27]；缺氧可導(dǎo)致光棘球海膽發(fā)育異常，引起應(yīng)激反應(yīng)和抗氧化反應(yīng)[28]；持續(xù)缺氧的光棘球海膽維持了基礎(chǔ)代謝率，但與常氧條件下的相比，它們的攝食、性腺發(fā)育和鈣化率較低[29]。

光棘球海膽自然分布于西北太平洋沿岸海域，包括朝鮮半島、日本北部、俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)及我國(guó)的山東和遼東半島[30]，主要生活在藻類叢生的巖礁或礫石海底，喜食海帶和裙帶菜等大型藻類。光棘球海膽是棘皮動(dòng)物中的重要經(jīng)濟(jì)物種之一，具有較高的食用價(jià)值和極好的藥用功能，這刺激了海膽的需求量，市場(chǎng)供不應(yīng)求，其增養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大[31]。此外，光棘球海膽主要的自然分布區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)——山東及遼東半島沿海也常受季節(jié)性低氧困擾。但目前關(guān)于低氧脅迫對(duì)光棘球海膽行為、形態(tài)、存活和生理機(jī)能的影響尚未見報(bào)道，因此迫切需要了解低氧對(duì)光棘球海膽的影響方式和程度。本研究為明確低氧脅迫對(duì)光棘球海膽行為和存活的影響，選用3種不同規(guī)格的光棘球海膽個(gè)體，通過模擬兩種低氧脅迫條件，分析3種規(guī)格光棘球海膽在行為、形態(tài)、存活、半致死時(shí)間(Median Lethal Time，LT50)和超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)活力等方面的表現(xiàn)，探討不同低氧條件對(duì)光棘球海膽的影響，為自然海域海膽種群維持以及海膽?zhàn)B殖業(yè)的健康發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

光棘球海膽實(shí)驗(yàn)個(gè)體購(gòu)于威海榮城映波海膽育苗場(chǎng)，帶回實(shí)驗(yàn)室玻璃缸(水體體積0.027 cm3)中暫養(yǎng)，海水鹽度35‰，溫度22℃，持續(xù)充氧，每日投喂足量干海帶(清水泡開后飼喂)、換水并清理缸底雜質(zhì)。適應(yīng)7 d后選擇健康具活力的個(gè)體用于試驗(yàn)，其中大規(guī)格海膽平均體質(zhì)量(91.41±3.31) g、中規(guī)格海膽(60.79±3.42) g、小規(guī)格海膽(4.15±0.18) g。實(shí)驗(yàn)過程中不同海膽的投放密度分別為小規(guī)格海膽555 只/m3，大、中規(guī)格各370 只/m3。

1.2 低氧脅迫對(duì)光棘球海膽半致死時(shí)間影響的急性實(shí)驗(yàn)

對(duì)于小規(guī)格海膽，設(shè)置1個(gè)對(duì)照組和2個(gè)試驗(yàn)組(DO濃度為0.5 mg/L，2.0 mg/L)，每組設(shè)3個(gè)平行；對(duì)于中、大規(guī)格海膽，各設(shè)置1個(gè)對(duì)照組和3個(gè)試驗(yàn)組(DO濃度為0.5 mg/L，2.0 mg/L，3.0 mg/L)，每組設(shè)3個(gè)平行。通過向海水中充入不同速率的氮?dú)夂涂諝鈦砜刂撇煌苎跛?。?shí)驗(yàn)過程中每天定時(shí)測(cè)量記錄海水的溶氧值和溫度，及時(shí)對(duì)溶氧值進(jìn)行微調(diào)。記錄每組光棘球海膽在不同時(shí)間點(diǎn)的生長(zhǎng)和存活情況，并計(jì)算半致死時(shí)間。半致死時(shí)間是指動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)中，不同濃度藥物使受試動(dòng)物出現(xiàn)半數(shù)死亡的時(shí)間，用LT50表示。

1.3 低氧脅迫對(duì)光棘球海膽SOD指標(biāo)影響的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)開始前，中規(guī)格海膽預(yù)養(yǎng)一周。實(shí)驗(yàn)的溶氧梯度及組別設(shè)置同1.2節(jié)，每組設(shè)置3個(gè)平行。實(shí)驗(yàn)持續(xù)96 h，前24 h為低氧脅迫實(shí)驗(yàn)，后72 h為解除脅迫后的恢復(fù)實(shí)驗(yàn)。通過向養(yǎng)殖缸充氧達(dá)到脅迫解除。測(cè)定酶活力的取樣時(shí)間為脅迫開始后的6 h、12 h、24 h和復(fù)氧后的6 h、12 h、24 h、48 h、72 h，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)取3只海膽。實(shí)驗(yàn)全程不投喂。海膽的SOD活力按照商業(yè)化的試劑盒(北京索萊寶科技有限公司)使用說明進(jìn)行測(cè)定，當(dāng)黃嘌呤氧化酶偶聯(lián)反應(yīng)體系中抑制百分率為50%時(shí)，反應(yīng)體系中的SOD酶活力定義為一個(gè)酶活力單位(U)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本實(shí)驗(yàn)采用半致死時(shí)間指標(biāo)來衡量不同溶解氧對(duì)光棘球海膽的影響程度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程記錄的海膽死亡個(gè)體數(shù)計(jì)算出死亡率，將死亡率換算成概率單位，與低氧暴露時(shí)間的對(duì)數(shù)值擬合，得到低氧脅迫的暴露時(shí)間與死亡率的線性表達(dá)式(1)[32]，再用式(1)反算不同溶解氧條件下的半致死時(shí)間(LT50)。

Y=a×lgT+b，

(1)

式中：Y為不同的死亡率對(duì)應(yīng)的概率單位；T為每只試驗(yàn)海膽的死亡時(shí)間(h)；a為回歸方程的斜率；b為回歸方程的截距。

采用Matlab軟件作圖，采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行海膽個(gè)體死亡率隨低氧脅迫時(shí)間的相關(guān)性分析(顯著性水平取P<0.01)。兩個(gè)低氧組不同時(shí)間的SOD活力采用Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)(P<0.05差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義)，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 低氧脅迫對(duì)光棘球海膽形態(tài)和行為的影響

3種規(guī)格海膽的形態(tài)和行為變化在實(shí)驗(yàn)初期、中期和末期均存在明顯差異，以0.5 mg/L低氧脅迫實(shí)驗(yàn)為例：①初期(0-17 h)表現(xiàn)為尚能適應(yīng)：形態(tài)上，海膽管足出現(xiàn)少量卷曲，幾個(gè)小時(shí)之后全部彎曲，僅依靠少數(shù)管足支撐以貼在缸壁上；行為上，海膽個(gè)體均移動(dòng)至水體與空氣界面，時(shí)間延長(zhǎng)后仍保持原位不動(dòng)，即表現(xiàn)出移動(dòng)至有氧區(qū)域的行為適應(yīng)。②中期(17-40.5 h)表現(xiàn)為勉強(qiáng)存活：形態(tài)上，海膽管足卷曲更為嚴(yán)重，有少量棘變白色，多只海膽出現(xiàn)棘向下低垂的現(xiàn)象。隨時(shí)間延長(zhǎng)，海膽身上更多的棘開始逐漸變白，壁上有許多斷掉的管足，棘開始脫落；行為上，有的個(gè)體開始因管足支撐力不足導(dǎo)致貼壁位置下降，甚至滑落至缸底。同時(shí)滑落至缸底的海膽仍在努力向上移動(dòng)以獲取更多氧氣。該階段海膽表現(xiàn)為反復(fù)掉落又爬上缸壁，用僅剩的管足貼壁。僅少數(shù)(5根以下)管足可用，活力變?nèi)?。③末?40.5-42 h)表現(xiàn)為瀕死、死亡：形態(tài)上，海膽棘幾乎全部脫落，逐漸死亡；行為上，海膽活力越來越差，管足吸附性已經(jīng)無法對(duì)抗水流，被沖至缸底的一側(cè)。僅在外物觸碰時(shí)棘緩慢挪動(dòng)，個(gè)體幾乎不動(dòng)，隨時(shí)間延長(zhǎng),外物觸碰時(shí)也無反應(yīng)。

低氧脅迫下可觀察到4種較為明顯的海膽形態(tài)變化：海膽部分管足失活、管足吸附力明顯下降，無法支撐身體[圖1(a)]；管足變短、卷曲[圖1(b)]；棘狀態(tài)變差，位置較正常狀態(tài)有所下落[圖1(c)]；棘大量掉落[圖1(d)]。

圖1 光棘球海膽在低氧脅迫下的形態(tài)變化

2.2 低氧暴露時(shí)間與光棘球海膽死亡率

判斷海膽個(gè)體死亡的標(biāo)準(zhǔn)為棘全部收起且部分脫落，用外物輕微觸碰海膽時(shí)棘依然不動(dòng)，圍口膜凸出且顏色變淡。在不同低氧條件下，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，海膽逐漸死亡，但最終死亡率不同。其中，在DO 2.0 mg/L低氧脅迫下，小規(guī)格和中規(guī)格海膽僅部分個(gè)體死亡，剩余個(gè)體隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)出現(xiàn)對(duì)低氧的耐受而不再死亡；大規(guī)格海膽個(gè)體存活狀態(tài)則一直較好，無死亡發(fā)生。3.0 mg/L溶解氧條件下，中、大規(guī)格海膽個(gè)體狀態(tài)也一直保持較好，無死亡發(fā)生。

3種規(guī)格的海膽在0.5 mg/L和2.0 mg/L兩種低氧脅迫水平下，個(gè)體死亡率隨低氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)呈顯著性差異(P<0.01)(表1)。其中，小規(guī)格海膽對(duì)低氧的耐受力最低，隨暴露時(shí)間延長(zhǎng)，死亡最快，0.5 mg/L組42 h內(nèi)個(gè)體死亡率達(dá)100%，但2.0 mg/L組219.5 h內(nèi)死亡率才達(dá)到80%，之后一直到300 h都不再有新增死亡個(gè)體；中規(guī)格海膽對(duì)低氧脅迫的耐受力高于小規(guī)格海膽，0.5 mg/L組50.58 h內(nèi)個(gè)體死亡率為100%，2.0 mg/L組129.08 h內(nèi)的死亡率為55%，之后一直到300 h都不再有新增死亡個(gè)體；大規(guī)格海膽對(duì)低氧脅迫的耐受力最高，0.5 mg/L組100 h內(nèi)個(gè)體死亡率達(dá)到100%，2.0 mg/L組所有個(gè)體存活(圖2)。

表1 3種規(guī)格光棘球海膽在兩種低氧脅迫水平下死亡率隨暴露時(shí)間的變化

續(xù)表

大規(guī)格海膽在2.0 mg/L低氧暴露下所有個(gè)體存活，圖中未展示

2.3 低氧脅迫下光棘球海膽的半致死時(shí)間

在DO 0.5 mg/L和DO 2.0 mg/L低氧脅迫下，3種規(guī)格光棘球海膽的半致死時(shí)間均不相同(表2)，DO濃度為0.5 mg/L時(shí)，小規(guī)格光棘球海膽(幼膽)的LT50為34.02 h，中規(guī)格的LT50為31.64 h，大規(guī)格的LT50為70.50 h；DO濃度為2.0 mg/L時(shí)，小規(guī)格光棘球海膽(幼膽)的LT50延長(zhǎng)至107.15 h，中規(guī)格的LT50延長(zhǎng)至120.88 h。

表2 低氧脅迫下3種規(guī)格光棘球海膽的半致死時(shí)間

2.4 中規(guī)格光棘球海膽體腔液SOD活力的變化

0.5 mg/L和2.0 mg/L兩種低氧脅迫水平下，中規(guī)格光棘球海膽體腔液的SOD活力值在低氧和復(fù)氧24 h前的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)階段均呈現(xiàn)顯著性差異(Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)，P<0.05)(表3)，而對(duì)照組(常氧)海膽的SOD活力值在上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)階段保持恒定為(6.76±0.17) U/mL。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，兩種低氧脅迫水平下，海膽SOD活力值呈現(xiàn)不同的變化過程，具體表現(xiàn)為DO 0.5 mg/L低氧脅迫下，SOD活力值在6 h內(nèi)輕微下降，至12 h呈上升趨勢(shì)，之后至24 h劇烈下降，而復(fù)氧后6 h內(nèi)SOD活力值明顯升高，之后至72 h呈降低趨勢(shì)(48 h數(shù)據(jù)判斷為異常值)；DO 2.0 mg/L低氧脅迫下，SOD活力值在6 h內(nèi)明顯下降，6 h之后至24 h呈逐漸上升趨勢(shì)，24 h檢測(cè)值以及復(fù)氧后SOD活力值與對(duì)照組(常氧)無明顯差異(復(fù)氧24 h數(shù)據(jù)判斷為異常值)。

表3 DO 0.5 mg/L和DO 2.0 mg/L低氧脅迫下中規(guī)格海膽SOD活力的變化(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

3 討論

海水中的DO是決定底棲生物群落分布的關(guān)鍵因素[33]。海洋低氧會(huì)造成群落中低氧敏感種消亡，同時(shí)利于低氧耐受種生存，進(jìn)而改變?nèi)郝浣M成[34-36]，如切薩皮克灣水體發(fā)生低氧時(shí)，大型底棲動(dòng)物的豐度及生物量都低于正常情況[34]。長(zhǎng)期的低氧甚至?xí)纬傻脱鯀^(qū)，使一些物種喪失棲息地[37]。而一些對(duì)低氧耐受程度高的物種，如多毛類可作為低氧指示物種用于生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估[38]。生物群落結(jié)構(gòu)、棲息地、遷移方式和垂直分布都與水體的溶解氧有密切關(guān)系，低氧發(fā)生后漁業(yè)產(chǎn)量以及建立在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)上的旅游經(jīng)濟(jì)也會(huì)受到波及[35，39]。海膽作為中國(guó)近海常見的底棲生物具有重要的生態(tài)地位，是海洋碳循環(huán)及食物網(wǎng)不可缺少的一部分。此外，光棘球海膽作為經(jīng)濟(jì)物種也是中國(guó)和日本重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖品種。我國(guó)光棘球海膽主要的自然分布區(qū)和養(yǎng)殖區(qū)(山東及遼東半島)常常受到季節(jié)性低氧的影響，因此研究低氧脅迫對(duì)光棘球海膽行為、形態(tài)和存活的影響，對(duì)于深入了解自然海區(qū)光棘球海膽種群維持以及海膽?zhàn)B殖業(yè)的健康發(fā)展都具有重要的理論和實(shí)際意義。

低氧環(huán)境脅迫下，水生生物具有不同的應(yīng)對(duì)行為，如游泳能力較強(qiáng)的魚類會(huì)主動(dòng)游離低氧區(qū)[19]，櫛孔扇貝也通過殼的快速閉合推動(dòng)自身運(yùn)動(dòng)游離低氧區(qū)[40]，而一些動(dòng)物則通過各種方法努力維持氧氣供應(yīng)[13]，如錦鯽通過降低臨界游泳速度和活躍代謝率來應(yīng)對(duì)低氧變化[41]。本研究觀察到低氧脅迫下各實(shí)驗(yàn)組光棘球海膽的活力都有所下降，可能與錦鯽擁有相似的應(yīng)對(duì)低氧策略，這有待進(jìn)一步的生理分析來證實(shí)。相對(duì)而言，大部分底棲動(dòng)物運(yùn)動(dòng)性差，這使它們常常面對(duì)低氧的長(zhǎng)時(shí)間脅迫，一些低氧敏感種甚至永久性消失[35]，嚴(yán)重低氧時(shí)會(huì)造成生物的大規(guī)模死亡，進(jìn)而演化成為低氧死亡區(qū)[42]。運(yùn)動(dòng)能力相對(duì)較弱的棘皮動(dòng)物以及一些埋棲型軟體動(dòng)物等無法規(guī)避低氧區(qū)，會(huì)通過其他途徑獲取更多的氧氣，如某些埋棲型雙殼類會(huì)向淺層移動(dòng)，或?qū)⒆陨硭鼙M量伸展以獲取底層水體中更多的氧氣。同屬棘皮動(dòng)物門的海蛇尾面對(duì)低氧脅迫時(shí)，依靠腕部力量托舉體盤以到達(dá)溶氧更高的水域，同時(shí)減少不必要的運(yùn)動(dòng)來降低能量消耗[43]。另有研究發(fā)現(xiàn)，低氧脅迫后仿刺參的移動(dòng)距離顯著降低[44]。

本研究發(fā)現(xiàn)，低氧脅迫初期，3種規(guī)格光棘球海膽在管足仍能支撐身體的前提下，均緩慢移動(dòng)離開缸底，移動(dòng)至水氣交界處以獲取更多的氧氣，部分身體裸露出水面，且保持原位不動(dòng)。隨著低氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，3種規(guī)格海膽的活力都逐漸下降，管足失去吸附力,即不再有運(yùn)動(dòng)能力，身體相繼落到缸底部，且活力下降速度與個(gè)體大小和溶氧水平明顯相關(guān)。而常氧狀態(tài)下的海膽個(gè)體在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中均在水面之下自然分布。上述行為特征都揭示了不同規(guī)格的海膽應(yīng)對(duì)低氧脅迫的能力存在差異。

為掌握海膽在低氧脅迫下，不同規(guī)格個(gè)體的低氧暴露時(shí)間與死亡率之間的關(guān)系，探究海膽經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間低氧暴露后是否存在對(duì)低氧脅迫的適應(yīng)，本研究還分析了隨低氧暴露時(shí)間延長(zhǎng)，海膽個(gè)體的死亡率變化。隨著低氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，3種規(guī)格的光棘球海膽個(gè)體死亡率逐漸上升，DO 0.5 mg/L低氧脅迫下海膽個(gè)體死亡率都達(dá)到了100%，而DO 2.0 mg/L低氧脅迫下死亡率均低于100%，其中大、中、小3種規(guī)格海膽的死亡率分別為0、55%和80%，且低氧后期未死亡海膽個(gè)體的活力有所回升，大規(guī)格海膽甚至全部存活。因此，推測(cè)在DO 2.0 mg/L低氧脅迫下，隨低氧暴露時(shí)間的持續(xù)，海膽個(gè)體可以產(chǎn)生不同程度的耐受和適應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)，光棘球海膽在DO 2.0 mg/L低氧脅迫下所產(chǎn)生的輕微適應(yīng)也符合預(yù)期。值得注意的是，中、大規(guī)格光棘球海膽在DO 3.0 mg/L低氧脅迫下雖然活力減弱，但并無死亡現(xiàn)象。這對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的規(guī)劃具有一定的指導(dǎo)意義。在近年來海洋低氧現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重的背景下，低氧面積的擴(kuò)大是短期內(nèi)不可避免的趨勢(shì)，相比其他低氧耐受性差的經(jīng)濟(jì)物種，光棘球海膽可作為溶解氧虧損區(qū)(DO濃度≥3 mg/L)養(yǎng)殖品種的另一選擇。

半致死時(shí)間是研究生物對(duì)生態(tài)因子耐受情況的重要指標(biāo)，低氧條件下生物達(dá)到半致死率所經(jīng)歷的時(shí)間即低氧半致死時(shí)間[45]，通常被作為該種生物耐受低氧能力的重要參數(shù)。光棘球海膽是重要的經(jīng)濟(jì)物種且在海藻床生態(tài)系統(tǒng)中擁有不可或缺的生態(tài)地位[46]。若自然或養(yǎng)殖環(huán)境中海膽面臨持續(xù)的低氧，造成半數(shù)海膽死亡，將會(huì)嚴(yán)重影響種群穩(wěn)定性，進(jìn)而對(duì)海洋食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重影響。然而在近年來近海低氧海域不斷擴(kuò)大的背景下，關(guān)于低氧脅迫對(duì)光棘球海膽半致死時(shí)間影響的研究仍較少。本研究結(jié)果表明，在兩種低氧脅迫水平下，大規(guī)格海膽低氧耐受能力均強(qiáng)于中、小規(guī)格海膽，且0.5 mg/L的低氧對(duì)海膽的影響明顯大于2.0 mg/L。在0.5 mg/L的低氧條件下，中、小規(guī)格海膽的半致死時(shí)間差異較小，而在2.0 mg/L的低氧條件下，中規(guī)格海膽半致死時(shí)間(120.88 h)高于小規(guī)格海膽半致死時(shí)間(107.15 h)。這與刺參耐受低氧的研究結(jié)果一致，即大規(guī)格刺參耐低氧的能力高于小規(guī)格刺參[47]。Eerkes-Medrano等[48]在研究中也發(fā)現(xiàn)，相比于成體，潮間帶中10種無脊椎動(dòng)物的幼體對(duì)低氧的耐受能力更弱，幼體對(duì)低氧環(huán)境的敏感性更強(qiáng)。不同物種對(duì)低氧的耐受力不同，如貝類對(duì)低氧的耐受一般強(qiáng)于棘皮動(dòng)物[49]，在2.0 mg/L的低氧條件下菲律賓蛤仔的存活率為100%[44]，而棘皮動(dòng)物對(duì)低氧的耐受能力也比某些甲殼類強(qiáng)[50]，如刀額新對(duì)蝦Metapenaeusensis在溶氧條件為0.5 mg/L時(shí)的半致死時(shí)間為6.65 h[21]，顯著低于本研究結(jié)果。

SOD是一種含金屬的抗氧化酶，廣泛存在于動(dòng)植物與微生物界。1969年SOD的生物學(xué)功能首次被揭示，它對(duì)清除氧自由基、保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷有重要作用[51]。近年來，在水生動(dòng)物抗逆性的研究中也常采用SOD活力的變化來表征動(dòng)物抗氧化系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)情況，如沼澤紅假單胞菌Rhodopseudomonaspalustris可以顯著提高皺紋盤鮑Haliotisdiscushannai幼鮑的SOD活性(P<0.05)[52]、苯并芘(BaP)暴露對(duì)仿刺參Apostichopusjaponicus幼參SOD活力影響顯著[53]、低氧脅迫對(duì)珠龍躉幼魚組織SOD含量影響顯著(P<0.05)[54]。本研究發(fā)現(xiàn)兩種溶解氧條件下，SOD活力在不同低氧脅迫階段均顯著低于對(duì)照組(P<0.05)，說明光棘球海膽的抗氧化系統(tǒng)功能會(huì)因低氧脅迫而降低。在嚴(yán)重低氧(0.5 mg/L)脅迫下，光棘球海膽SOD活力隨低氧脅迫時(shí)間延長(zhǎng)而顯著降低，即使復(fù)氧后也不能恢復(fù)至正常水平，原因可能是嚴(yán)重的低氧已損傷海膽的抗氧化系統(tǒng)，使其無法恢復(fù)。需要注意的是，在復(fù)氧48 h時(shí)，SOD活力急劇增加至(15.45±0.12) U/mL，這極有可能是異常值。而在2.0 mg/L的低氧條件下，復(fù)氧后SOD活力逐漸恢復(fù)至正常水平，這與刺參在低氧脅迫下SOD活力的研究結(jié)論一致[47,55]。本研究結(jié)果中SOD的變化看不出明顯規(guī)律，這可能需要結(jié)合光棘球海膽抗氧化系統(tǒng)的其他指標(biāo)一起分析[47,56]，有待后續(xù)的研究。

4 結(jié)論

在DO 0.5 mg/L和DO 2.0 mg/L低氧脅迫下，海膽行為表現(xiàn)異常，低氧初期海膽表現(xiàn)為管足活力下降、吸附力降低，移動(dòng)能力變?nèi)?，同時(shí)伴隨棘脫落，隨著低氧暴露時(shí)間延長(zhǎng)，海膽各項(xiàng)活動(dòng)能力進(jìn)一步減弱，直至死亡；在DO 3.0 mg/L條件下，中、大規(guī)格海膽無死亡現(xiàn)象。3種規(guī)格海膽死亡率隨低氧暴露時(shí)間延長(zhǎng)都有所增加，其中在DO 0.5 mg/L脅迫下，3種規(guī)格海膽最終的死亡率都達(dá)到100%，但在DO 2.0 mg/L脅迫下，隨低氧脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，3種規(guī)格海膽都對(duì)低氧脅迫表現(xiàn)出不同程度的適應(yīng)，很少死亡。3種規(guī)格海膽的LT50在0.5 mg/L和2.0 mg/L兩種低氧脅迫水平下存在差異，DO 0.5 mg/L脅迫下，大規(guī)格海膽的LT50為70.50 h，中規(guī)格為34.64 h，小規(guī)格為34.02 h；DO 2.0 mg/L脅迫下，中規(guī)格海膽的LT50延長(zhǎng)至120.88 h，小規(guī)格海膽的LT50延長(zhǎng)至107.15 h。中規(guī)格海膽在兩種低氧脅迫水平下，體內(nèi)的SOD活力均發(fā)生明顯變化，說明低氧脅迫已影響到光棘球海膽的抗氧化系統(tǒng)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論以及和其他相關(guān)研究的對(duì)比，在此提出對(duì)光棘球海膽自然種群維持和海膽?zhàn)B殖業(yè)應(yīng)對(duì)低氧的3點(diǎn)建議：①在自然水域和養(yǎng)殖水域，可通過觀察海膽的行為特征，即個(gè)體所處水體的位置、棘與管足的情況等來估計(jì)當(dāng)前水體溶氧情況，若出現(xiàn)多只海膽向淺水處移動(dòng)并靠近水面、棘低垂等現(xiàn)象，則應(yīng)注意是否出現(xiàn)水體低氧狀況；②由于中、小規(guī)格海膽對(duì)低氧的耐受力弱于大規(guī)格海膽，因此有必要為中、小規(guī)格海膽準(zhǔn)備具增氧設(shè)備的暫養(yǎng)池，當(dāng)海膽長(zhǎng)到大規(guī)格時(shí)可以在溶氧值合適的近岸水域飼養(yǎng)；③由于光棘球海膽在溶解氧虧損區(qū)具有較強(qiáng)適應(yīng)能力以及適應(yīng)性，在低氧高發(fā)的近岸海域(DO值3.0 mg/L以上水域)，可以考慮用其代替其他對(duì)氧敏感的經(jīng)濟(jì)物種開展養(yǎng)殖。