姜 波，何 京，鄭俠飛，何 琳，林志華,

( 1.上海海洋大學(xué)，水產(chǎn)科學(xué)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，上海 201306； 2.浙江萬里學(xué)院， 浙江水產(chǎn)種質(zhì)資源高效利用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 寧波 315100； 3.浙江萬里學(xué)院，寧海海洋生物種業(yè)研究院，浙江 寧波 315604 )

個(gè)體動(dòng)態(tài)能量收支模型主要描述生物個(gè)體從食物中獲取的能量如何在個(gè)體生理機(jī)能維持、生長和繁殖等主要生命活動(dòng)中進(jìn)行能量分配[1]。動(dòng)態(tài)能量收支模型遵循k分配原則，即生物體通過攝食吸收的能量首先儲(chǔ)存于生物體內(nèi)，儲(chǔ)備能量的固定分?jǐn)?shù)(k)用于生物體的生長和軀體維持，并優(yōu)先用于生命基本活動(dòng)。剩余的能量分?jǐn)?shù)(1-k)用于胚胎發(fā)育和幼體成熟或成體的繁殖，即配子的產(chǎn)生和產(chǎn)卵[2-4]。因此，動(dòng)態(tài)能量收支模型可以用來描述生物個(gè)體在其整個(gè)生活史中為維持生長、成熟和繁殖而吸收和利用環(huán)境中的能量的速率，從而能夠預(yù)測生物個(gè)體在一段時(shí)間內(nèi)的生長和發(fā)育狀況，并且可根據(jù)養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)的餌料豐度來評(píng)估養(yǎng)殖區(qū)的環(huán)境容納量[5]。根據(jù)動(dòng)態(tài)能量收支模型的定義，模型主要由變量、基本參數(shù)以及復(fù)合參數(shù)這3個(gè)部分組成，變量主要分為餌料密度、體積和存儲(chǔ)能量，這些變量在生物體整個(gè)生命活動(dòng)周期中是隨生物個(gè)體生長而變化的；基本參數(shù)包括形狀系數(shù)、阿倫紐斯溫度、維持生命所需的能量、形成單位體積所需的能量、單位體積最大儲(chǔ)存能量以及儲(chǔ)備能量等；復(fù)合參數(shù)則根據(jù)基本參數(shù)構(gòu)成，例如維持速率的常數(shù)m是單位體積最大儲(chǔ)存能量與形成單位體積所需能量的比值。基本參數(shù)值的獲取是構(gòu)建動(dòng)態(tài)能量收支模型的核心，而模型的參數(shù)值通常是固定的，但由于環(huán)境因素以及自身內(nèi)部因素的影響，參數(shù)值可能會(huì)隨著生長而變化，如攝食率和吸收率都會(huì)隨著體質(zhì)量的增加而有所下降[6]。因此，獲取準(zhǔn)確的基本參數(shù)值對(duì)動(dòng)態(tài)能量收支模型的構(gòu)建至關(guān)重要。

泥蚶(Tegillarcagranosa)俗稱“血蚶”，屬軟體動(dòng)物門雙殼綱列齒目蚶科蚶屬，是一種廣溫、廣鹽、埋棲型貝類，廣泛分布于中國南北沿海地區(qū)[7-8]。泥蚶的養(yǎng)殖方式主要分為池塘蝦貝混養(yǎng)和灘涂養(yǎng)殖，即人工營養(yǎng)型養(yǎng)殖和自養(yǎng)型養(yǎng)殖。近年來，隨著泥蚶養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，采用這兩種養(yǎng)殖模式養(yǎng)殖泥蚶在獲得經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)，也面臨著養(yǎng)殖密度不合理而導(dǎo)致泥蚶生長滯緩、病害死亡等問題，制約了產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[9]。蝦貝混養(yǎng)池塘中，由于養(yǎng)殖密度不適宜導(dǎo)致了大量的餌料殘留，易造成水體富營養(yǎng)化，并引起pH下降、細(xì)菌性疾病流行和底質(zhì)惡化，進(jìn)而改變養(yǎng)殖環(huán)境，直接影響泥蚶的生理指標(biāo)，最終造成泥蚶大量死亡[10-11]。而灘涂養(yǎng)殖則容易出現(xiàn)營養(yǎng)限制，即養(yǎng)殖密度過大限制了泥蚶的生長，并且酸化的海水會(huì)抑制泥蚶的新陳代謝和攝食活力，破壞內(nèi)殼表面的完整性和損害鈣化過程，導(dǎo)致泥蚶的適應(yīng)能力下降和養(yǎng)殖產(chǎn)量降低[12]。合理的養(yǎng)殖容量應(yīng)該兼顧生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)收益。動(dòng)態(tài)能量收支模型依據(jù)動(dòng)態(tài)能量收支理論，能夠更加直觀地模擬貝類的生長狀況，清晰地反映生物個(gè)體在其整個(gè)生命周期內(nèi)的能量流動(dòng)以及外部環(huán)境因素對(duì)其攝食和代謝的影響，而通過建立動(dòng)態(tài)能量收支模型可用于評(píng)估養(yǎng)殖容量，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)健康發(fā)展。筆者通過室內(nèi)生理試驗(yàn)來確定構(gòu)建泥蚶生長模型所需的6個(gè)基本參數(shù)，旨在為構(gòu)建泥蚶動(dòng)態(tài)能量收支模型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 形狀系數(shù)

試驗(yàn)?zāi)囹廊∽哉憬∨_(tái)州市三門縣養(yǎng)殖戶，隨機(jī)挑選泥蚶118枚，分別測定泥蚶的殼長(L)、總濕質(zhì)量(m)和軟體部組織濕質(zhì)量(mW)。泥蚶體積一般不能直接測量，假設(shè)泥蚶的軟體部密度ρ=1 g/cm3[13]，通過排水法獲得泥蚶的體積，此時(shí)軟體部濕質(zhì)量等于泥蚶體積(V)，根據(jù)公式(1)計(jì)算貝殼形狀系數(shù)(δm)：

mW=ρ(δm×L)3

(1)

1.2 阿倫紐斯溫度 (TA)

將泥蚶按照殼長分為小規(guī)格、中規(guī)格、大規(guī)格3組，暫養(yǎng)水溫(20±1) ℃，每日定量投喂牟氏角毛藻(Chaetocerosmuelleri)，每2 d換水1次，暫養(yǎng)7 d后開始試驗(yàn)。設(shè)置10、15、20、25、30、35 ℃ 6個(gè)溫度梯度，每個(gè)溫度梯度設(shè)置5個(gè)平行，2個(gè)空白對(duì)照。每個(gè)藍(lán)蓋瓶(500 mL)中放入1枚泥蚶，利用Presens十通道光纖溶氧儀測定溶解氧質(zhì)量濃度，試驗(yàn)期間水浴控溫，待殼張開后開始計(jì)時(shí)，試驗(yàn)時(shí)間2 h。單位體積干質(zhì)量耗氧率[RO，mg/(h·g)]按公式(2)計(jì)算：

RO=[(ρ0-ρ1)×V]/(md×t)

(2)

式中，ρ0和ρ1分別為初始和結(jié)束時(shí)的溶解氧的含量(mg/L)，V為試驗(yàn)用容量瓶的體積(L)，md和t分別為試驗(yàn)開始時(shí)軟體部干質(zhì)量(g)和試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間(h)。

將泥蚶的耗氧率與水溫的熱力學(xué)溫度進(jìn)行線性回歸分析，所得斜率(a)的絕對(duì)值即為阿倫紐斯溫度(TA)，按公式(3)計(jì)算：

lnRO=a×T-1+b

(3)

式中，a為線性回歸方程的斜率，T為水溫的熱力學(xué)溫度(K)，b為線性回歸方程的截距。

1.3 動(dòng)態(tài)能量收支模型關(guān)鍵參數(shù)的測定

選取殼長 (3.018±0.132) cm和總濕質(zhì)量 (10.690±0.144) g的泥蚶300枚進(jìn)行饑餓試驗(yàn)。試驗(yàn)開始前進(jìn)行為期7 d的暫養(yǎng)，水溫控制在 (20±1) ℃，早晚投喂牟氏角毛藻各1次，待其成活率穩(wěn)定后，利用循環(huán)水裝置進(jìn)行饑餓試驗(yàn)。試驗(yàn)期間不投餌，每7 d換水1次，海水為砂濾海水。每隔7 d取泥蚶5枚，每個(gè)藍(lán)蓋瓶(500 mL)中放入1枚泥蚶，蓋緊橡皮塞，水浴20 ℃控溫。利用磁力攪拌器保持藍(lán)蓋瓶中上下溶解氧水平大致相同，Presens十通道光纖溶氧儀測定其耗氧率變化，待泥蚶殼張開后開始計(jì)時(shí)，試驗(yàn)時(shí)間2 h。試驗(yàn)結(jié)束后，另取泥蚶15枚，測定其殼長、總濕質(zhì)量、軟體部組織濕質(zhì)量、軟體部組織干質(zhì)量。其中：總濕質(zhì)量為貝類陰干0.5 h后的全質(zhì)量；軟體部組織濕質(zhì)量為貝類剝離全部組織的鮮質(zhì)量；軟體部組織干質(zhì)量為軟組織在60 ℃烘箱烘干72 h后的質(zhì)量；軟組織有機(jī)物含量(%)則為烘干后的軟組織在450 ℃高溫爐中灼燒后的質(zhì)量差與軟組織干質(zhì)量的比值。當(dāng)軟體部組織干質(zhì)量不再降低且呼吸耗氧率保持穩(wěn)定時(shí)，饑餓試驗(yàn)結(jié)束(49 d)。

當(dāng)軟體部組織干質(zhì)量不再隨著饑餓時(shí)間的推移而下降，干質(zhì)量基本保持穩(wěn)定時(shí)的有機(jī)物質(zhì)量即為貝類結(jié)構(gòu)物質(zhì)的質(zhì)量([EG])：

[EG]=m1×k×w1/(Tr×V)

(4)

式中，m1為軟組織干質(zhì)量保持穩(wěn)定時(shí)的質(zhì)量(g)，k為有機(jī)物能值(23 kJ/g)[14-15]，w1為饑餓試驗(yàn)結(jié)束后軟組織有機(jī)物含量(%)，Tr為生長轉(zhuǎn)化系數(shù)(Tr=40%)[15]，V為泥蚶的體積(cm3)。

當(dāng)耗氧率基本保持穩(wěn)定時(shí)，此時(shí)的耗氧率即為

(5)

式中，Rt為饑餓試驗(yàn)耗氧率基本穩(wěn)定時(shí)的耗氧率[mg/(g·h)]，E0為O2的能量值(1 mol O2=20.3 J)[16]，t為時(shí)間轉(zhuǎn)化系數(shù)(1 d=24 h)，ρ0為O2在20 ℃下的密度(1.229 mg/mL)[17]，V為泥蚶的體積(cm3)。

泥蚶存儲(chǔ)能量為試驗(yàn)開始與試驗(yàn)結(jié)束后泥蚶結(jié)構(gòu)物質(zhì)能量之差，單位體積最大存儲(chǔ)能量([EM])按下式計(jì)算：

[EM]=(m0×w0-m1×w1)×k/V

(6)

式中，m0為饑餓試驗(yàn)開始前軟組織干質(zhì)量的初始值(g)，w0為試驗(yàn)開始前軟組織有機(jī)物含量(%)。

儲(chǔ)備能量(μE)為單位體積最大儲(chǔ)能能量之差與初始時(shí)干質(zhì)量與結(jié)束時(shí)干質(zhì)量之差的比值，其計(jì)算公式如下：

μE=k× (m0×w0-m1×w1)/(m0-m1)

(7)

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 26.0軟件對(duì)殼長與軟體部濕質(zhì)量和軟體部濕質(zhì)量的立方根進(jìn)行線性回歸分析；采用單因素方差分析比較每個(gè)溫度下規(guī)格對(duì)泥蚶耗氧率的影響，并用多重比較方法檢驗(yàn)不同規(guī)格泥蚶耗氧率的差異性。試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P<0.05為顯著差異，P<0.01為極顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 形狀系數(shù)

試驗(yàn)用泥蚶殼長1.848～3.902 cm，軟體部濕質(zhì)量0.755～1.466 g。泥蚶殼長(L)與軟體部濕質(zhì)量(mw)回歸分析呈冪函數(shù)關(guān)系：mW=0.0556L3.1831(r2=0.9256)(圖1)，根據(jù)公式(1)對(duì)泥蚶軟體部濕質(zhì)量的立方根和殼長進(jìn)行線性回歸，所得的斜率即為形狀系數(shù)，其值為0.405(圖1)。

圖1 泥蚶軟體部濕質(zhì)量與殼長的關(guān)系

2.2 阿倫紐斯溫度

測定阿倫紐斯溫度所用泥蚶基本生物學(xué)參數(shù)見表1、圖2。由圖2可見，泥蚶耗氧率隨個(gè)體殼長的增加而降低，且3種規(guī)格泥蚶耗氧率的變化曲線基本一致，均出現(xiàn)2個(gè)峰值。在10～20 ℃，泥蚶耗氧率隨溫度的上升而增加；在25 ℃出現(xiàn)拐點(diǎn)，耗氧率降低，在30 ℃達(dá)到最大值；之后，隨著溫度的升高，泥蚶干質(zhì)量耗氧率呈下降趨勢。單因素方差分析結(jié)果表明，水溫為20 ℃和25 ℃時(shí)，3種規(guī)格泥蚶耗氧率存在極顯著差異(P<0.01)。水溫為30 ℃和35 ℃時(shí)，3種規(guī)格泥蚶耗氧率存在顯著差異(P<0.05)。水溫為10 ℃和15 ℃時(shí)，3種規(guī)格泥蚶耗氧率無顯著差異(P>0.05)，低溫對(duì)泥蚶呼吸影響較小。多重比較結(jié)果表明：在20、25、35 ℃條件下，小規(guī)格泥蚶的耗氧率顯著高于中規(guī)格和大規(guī)格的泥蚶(P<0.05)；在30 ℃條件下，小規(guī)格泥蚶的耗氧率顯著高于大規(guī)格泥蚶，小規(guī)格泥蚶與中規(guī)格泥蚶的耗氧率的差異性不顯著(P>0.05)。

圖2 溫度對(duì)不同規(guī)格泥蚶耗氧率的影響

表1 試驗(yàn)所用泥蚶的基本生物學(xué)特性

3種規(guī)格組(小規(guī)格、中規(guī)格、大規(guī)格)泥蚶耗氧率與水溫的熱力學(xué)溫度倒數(shù)的線性回歸關(guān)系(圖3)分別為：

圖3 不同規(guī)格泥蚶耗氧率與熱力學(xué)溫度倒數(shù)的關(guān)系

lnRO=-5577.3T-1+19.481(r2=0.87)；

lnRO=-4767T-1+16.226(r2=0.73)；

lnRO=-4144.1T-1+13.843(r2=0.71)。

根據(jù)公式(3)計(jì)算阿倫紐斯溫度，為(4830±586) K。

2.3 模型幾個(gè)主要參數(shù)

饑餓試驗(yàn)所選用的泥蚶生物學(xué)數(shù)據(jù)見表2。饑餓試驗(yàn)持續(xù)49 d結(jié)束，此時(shí)，泥蚶單位體積干質(zhì)量耗氧率由0.89 mg/(g·h)降至0.22 mg/(g·h)，軟體部干質(zhì)量由(0.51±0.04) g降至(0.30±0.01) g，軟體部干質(zhì)量、干質(zhì)量耗氧率分別下降了41.2%和75.3%(圖4、圖5)。試驗(yàn)前后泥蚶軟體部有機(jī)物含量分別為(87.3±3.3)%和(77.7±4.2)%(表3)。

表2 饑餓試驗(yàn)所選用泥蚶的生物學(xué)數(shù)據(jù)

圖4 泥蚶耗氧率隨饑餓時(shí)間的變化情況

圖5 泥蚶軟體部組織干質(zhì)量、存儲(chǔ)物質(zhì)干質(zhì)量及結(jié)構(gòu)物質(zhì)干質(zhì)量隨饑餓時(shí)間的變化情況

饑餓試驗(yàn)7 d后，泥蚶的耗氧率下降趨勢最大，隨著饑餓時(shí)間的持續(xù)泥蚶耗氧率逐漸趨于穩(wěn)定，最終穩(wěn)定在0.22 mg/(g·h)(圖4)，根據(jù)公式(5)計(jì)算單位時(shí)間單位體積維持生命活動(dòng)所需的能量為(32.2±2.4) J/cm3·d(表3)。

饑餓35 d后，泥蚶軟體部干質(zhì)量不再下降，基本維持在(0.30±0.01) g，軟組織有機(jī)物含量保持在(77.7±4.2)%(表3)，再根據(jù)有機(jī)物能值(23 kJ/g)、形狀系數(shù)以及生長轉(zhuǎn)化系數(shù)(40%)計(jì)算形成單位體積結(jié)構(gòu)物質(zhì)所需的能量為(5475±94) J/cm3(表3)。

泥蚶最大存儲(chǔ)能量為饑餓試驗(yàn)前結(jié)構(gòu)物質(zhì)能量與饑餓試驗(yàn)結(jié)束后結(jié)構(gòu)物質(zhì)能量之差，根據(jù)公式(6)轉(zhuǎn)化為單位體積最大存儲(chǔ)能量為(2026±80) J/cm3(表3)。

泥蚶的儲(chǔ)備能量則根據(jù)結(jié)構(gòu)物質(zhì)的儲(chǔ)能能量之差與試驗(yàn)前后軟體部干質(zhì)量之差來計(jì)算，為(23 376±690) J/g(表3)。

表3 模型關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算結(jié)果

3 討 論

3.1 貝類形狀系數(shù)

形狀系數(shù)決定了生物體的特定長度與結(jié)構(gòu)體質(zhì)量的關(guān)系，這意味著每種生物體都有其特定的形狀系數(shù)。貝類的形狀系數(shù)可通過測定干質(zhì)量或者殼長與體積的方法獲得，但前者獲取的形狀系數(shù)存在較大誤差，因此筆者選擇測定殼長和體積來計(jì)算，但體積一般難以測定，可通過間接法測定。測定貝類體積的方法通常分為兩種：一是馬鈴薯填充法，即用密度為1 cm/g的馬鈴薯果肉填充空貝殼，根據(jù)填充前后的質(zhì)量差轉(zhuǎn)化為體積，最后結(jié)合形狀系數(shù)的計(jì)算公式計(jì)算形狀系數(shù)；二是利用排水法，根據(jù)密度將軟體部濕質(zhì)量轉(zhuǎn)化為體積來獲得形狀系數(shù)。前者測得生物量要比實(shí)際生物量大，使得形狀系數(shù)偏大；后者操作方便，數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。目前有關(guān)貝類形狀系數(shù)的報(bào)道顯示，雙殼類貝類形狀系數(shù)為0.175～0.374，如長牡蠣(Crassostreagigas)[16]為0.175，文蛤(Meretrixmeretrix)[18]為0.374，蝦夷扇貝(Patinopectenyessoensis)[19]為0.32，縊蟶(Sinonovaculaconstricta)[20]為0.345。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，泥蚶的形狀系數(shù)為0.405，與已報(bào)道的雙殼類貝類相比其值較高，這可能與泥蚶生長緩慢，且1齡后泥蚶生長速度由殼長增長變緩向體質(zhì)量增長加速轉(zhuǎn)變有關(guān)。

3.2 阿倫紐斯溫度

動(dòng)態(tài)能量收支理論使用阿倫紐斯方程來描述生物個(gè)體的生理速率對(duì)溫度的依賴，即阿倫紐斯溫度。貝類所有的生理活動(dòng)幾乎都與溫度相關(guān)，絕大多數(shù)貝類的耗氧率、排氨率、攝食率在一定溫度范圍內(nèi)均隨溫度的上升呈指數(shù)相關(guān)。蝦夷扇貝的耗氧率和排氨率隨溫度升高而上升，在14.5 ℃達(dá)到最大值，此后隨著溫度的上升耗氧率和排氨率開始下降[21]。背角無齒蚌(Anodontawoodiana)、河蜆(Corbiculafluminea)、褶紋冠蚌(Cristariaplicata)以及銅銹環(huán)棱螺(Bellamyaaeruginosa)的攝食率在適宜溫度范圍內(nèi)隨著溫度上升而增大[22]。泥蚶的攝食率在一定鹽度范圍內(nèi)隨鹽度上升而增大，超過一定鹽度范圍后，攝食率逐漸下降，但下降幅度不顯著[23]。因此，阿倫紐斯溫度的測定可根據(jù)貝類的耗氧率、排氨率或者生長率與水溫和食物的關(guān)系等來計(jì)算。筆者根據(jù)泥蚶耗氧率與水溫的熱力學(xué)溫度來計(jì)算阿倫紐斯溫度，其值為(4830±586) K。目前有關(guān)貝類阿倫紐斯溫度的報(bào)道不多，已知廣溫種鳥尾蛤(Cerastodermaedule)[17]、澳洲牡蠣(Crassostreavirginica)[24]和菲律賓蛤仔(Ruditapesphilippinarum)[25]的阿倫紐斯溫度均為5800 K，冷水種蝦夷扇貝[19]的阿倫紐斯溫度為4160 K。泥蚶屬于廣溫種，其值高于低溫種蝦夷扇貝，但低于已知的廣溫種鳥尾蛤、澳洲牡蠣和菲律賓蛤仔，這與泥蚶在25 ℃時(shí)的耗氧率下降有關(guān)。有研究表明，同一鹽度條件下泥蚶耗氧率隨著溫度的上升出現(xiàn)兩個(gè)溫度拐點(diǎn)，在23 ℃和31 ℃時(shí)耗氧率下降[26-27]，與本試驗(yàn)結(jié)果相互印證。這與大部分貝類在一定溫度范圍內(nèi)耗氧率隨溫度的升高而上升并出現(xiàn)一個(gè)溫度拐點(diǎn)的現(xiàn)象相違背[28-30]，筆者認(rèn)為出現(xiàn)差異的原因在于不同試驗(yàn)條件導(dǎo)致且在不同季節(jié)馴化試驗(yàn)貝類試驗(yàn)結(jié)果存在差異，這一現(xiàn)象在紫貽貝(Mytilusgalloprovincialis)[31]中也有發(fā)現(xiàn)，其耗氧率變化趨勢在不同時(shí)間馴化存在差異。

3.3 模型幾個(gè)主要參數(shù)

所有參數(shù)均與貝類的肥滿度有關(guān)。貝類肥滿度將直接影響參數(shù)的準(zhǔn)確性。因此，試驗(yàn)所用貝類應(yīng)當(dāng)挑選個(gè)體飽滿、生長活力良好的個(gè)體。在進(jìn)行饑餓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)所用貝類應(yīng)避開繁殖季節(jié)，此時(shí)的貝類性腺發(fā)育成熟，在饑餓過程中貝類為維持生命活動(dòng)會(huì)消耗性腺中的儲(chǔ)存能量，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)測得的貝類結(jié)構(gòu)物質(zhì)(軟體部質(zhì)量)和軟體部有機(jī)物含量偏大，最終造成單位體積所需能量偏小和最大儲(chǔ)存能量偏大。

4 結(jié) 論