吳美儀,張傳業(yè),李 萌,游 奎*,銀博宇,韓學(xué)智,馬彩華,王紹軍

(1.大連理工大學(xué) 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,遼寧 盤錦 124221;2.中國(guó)海洋大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院,山東 青島 266100;3.山東省漁業(yè)發(fā)展和資源養(yǎng)護(hù)總站,山東 煙臺(tái) 264003)

引 言

海蜇(Rhopilemaesculentum)隸屬于刺胞動(dòng)物門(Cnidaria)、缽水母綱(Scyphozoa)、根口水母目(Rhizostomeae)、根口水母科(Rhizostomatidae)、海蜇屬(Rhopilema)[1],是食用水母中經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的種類,具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值[2]。雖然全球有很多沿海國(guó)家存在著食用水母類漁業(yè),但當(dāng)前我國(guó)是世界上唯一進(jìn)行海蜇增殖、養(yǎng)殖的國(guó)家,養(yǎng)殖及捕撈年產(chǎn)量波動(dòng)在20～30 萬(wàn)t之間[3]。我國(guó)海蜇相關(guān)的苗種培育、養(yǎng)殖生產(chǎn)、加工銷售等全產(chǎn)業(yè)鏈約有百億元左右的規(guī)模,是具有良好發(fā)展前景的特色海產(chǎn)經(jīng)濟(jì)種類。鑒于海蜇較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,我國(guó)海蜇人工池塘養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)于21世紀(jì)初期在遼寧省起始,迅速推廣發(fā)展到全國(guó)沿海各省市地區(qū),至今已有二十余年的歷史,相對(duì)于其他海產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物,仍然處于初級(jí)發(fā)展階段,存在著基礎(chǔ)理論研究欠缺、種質(zhì)資源衰退等多方面的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

海蜇具有水母類生物所特有的世代交替生活史及無(wú)性繁殖能力[5],當(dāng)前海蜇養(yǎng)殖生產(chǎn)中通?；谄渖钍?采用輪捕輪養(yǎng)的方式,即多茬放苗,捕大留小,以提高經(jīng)濟(jì)效益。一個(gè)生產(chǎn)季節(jié)可以放海蜇苗3茬以上,然后在秋末適宜季節(jié)再捕撈性成熟的親蜇,進(jìn)行下一年度的苗種生產(chǎn)[6]。前述生產(chǎn)方式,相當(dāng)于一個(gè)逆向的人工選擇性育種過(guò)程,每年總是將生長(zhǎng)迅速健壯的個(gè)體及早起捕銷售,留下最后的成體進(jìn)行育種,年年如此。很顯然,前述生產(chǎn)方式,存在著很大的海蜇種質(zhì)衰退風(fēng)險(xiǎn)。但基于海蜇螅狀體世代獨(dú)特的足囊繁殖能力,則有可能進(jìn)行海蜇螅狀體種群的無(wú)性繁育擴(kuò)增,以優(yōu)良的螅狀體世代種群保障海蜇種質(zhì)的質(zhì)量,也就是無(wú)性繁殖育種方式。因此,提升海蜇足囊生殖潛能是海蜇?zé)o性繁殖育種的發(fā)展方向之一。前人關(guān)于溫度對(duì)海蜇螅狀體足囊生殖的影響有少量研究報(bào)道,魯男等[7]探究溫度對(duì)足囊形成的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)15～30 ℃范圍內(nèi),隨溫度升高,螅狀體形成足囊的數(shù)量相應(yīng)增多。但缺乏對(duì)于海蜇足囊生殖能力的具體比較數(shù)據(jù)與過(guò)程分析。本文深入研究了高溫調(diào)控手段對(duì)海蜇足囊生殖的影響,以期獲得促進(jìn)海蜇螅狀體足囊生殖進(jìn)而提升海蜇螅狀體種群數(shù)量的有效手段,希冀為海蜇?zé)o性繁殖育種提供一定的參考和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用海蜇螅狀體取自山東省威海市文登區(qū)三德水產(chǎn)公司,均為海蜇水母體有性繁殖新生螅狀體。培養(yǎng)用海水經(jīng)黑暗沉淀沙濾處理,鹽度25～30,溶解氧含量大于5 mg/L。螅狀體投喂餌料為人工孵化的鹵蟲(chóng)無(wú)節(jié)幼體(Artemianauplius)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

共計(jì)進(jìn)行兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn),分別為高溫組和變溫組對(duì)比以及高溫組和循環(huán)變溫組對(duì)比。將上述附著有海蜇螅狀體的聚乙烯波紋板剪成約3 cm×5 cm的小片,置于160 mL的一次性透明塑料杯中培養(yǎng),1片為1個(gè)實(shí)驗(yàn)杯。每一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中,平均每個(gè)實(shí)驗(yàn)杯附著基上的海蜇螅狀體數(shù)量為3～5只,各組對(duì)比實(shí)驗(yàn)處理中均設(shè)置數(shù)量相同的重復(fù)實(shí)驗(yàn)杯,數(shù)量不低于3個(gè)實(shí)驗(yàn)杯,確保同一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中每一個(gè)小片附著基上具有數(shù)量相同的螅狀體。

對(duì)每片波紋板中螅狀體所處的位置進(jìn)行編號(hào),利用體視顯微鏡(Leica DMS300)每天觀察并拍照,然后統(tǒng)計(jì)每個(gè)螅狀體產(chǎn)生足囊數(shù)量,足囊萌發(fā)數(shù)量等并記錄數(shù)據(jù)。正式開(kāi)始實(shí)驗(yàn)前用鑷子將每只螅狀體之前產(chǎn)生的足囊銼掉,保證實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)每只螅狀體產(chǎn)生足囊數(shù)為0,以方便之后的統(tǒng)計(jì)與觀察。各組每天充分投喂1次,即用吸滿鹵蟲(chóng)無(wú)節(jié)幼體的試管對(duì)準(zhǔn)螅狀體喂食,保證每個(gè)螅狀體都能達(dá)到食飽狀態(tài),投喂1 h后換水。

高溫組和變溫組對(duì)比的溫度處理方式詳見(jiàn)圖1。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前將高溫組和變溫組在室溫約28.5 ℃條件下培養(yǎng)1 d,保證起始培養(yǎng)條件相同。第2天實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始,高溫組于30.3±0.5 ℃室溫中黑暗條件下培養(yǎng),變溫組置于生化培養(yǎng)箱(LRH-150)中無(wú)光條件下飼養(yǎng),溫度設(shè)置為20 ℃維持5 d,第7天時(shí)開(kāi)始每天降溫1 ℃直至溫度到達(dá)14 ℃時(shí)結(jié)束,共計(jì)12 d。第13天時(shí)開(kāi)始升溫,每天升溫1 ℃至22 ℃結(jié)束,共計(jì)8 d,共計(jì)歷時(shí)20 d。

圖1 實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)計(jì)1

高溫組和循環(huán)變溫組對(duì)比實(shí)驗(yàn)的溫度處理方式詳見(jiàn)圖2。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前將海蜇螅狀體在水溫約為30 ℃條件下培養(yǎng)1 d,保證起始培養(yǎng)條件相同。第2天實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始,高溫處理組溫度設(shè)置為30±0.5 ℃,循環(huán)變溫組溫度設(shè)置為28 ℃,每天升高1 ℃至33 ℃,然后每天降低1 ℃至28 ℃,保證溫度在28 ℃和33 ℃之間循環(huán)。兩組均在生化培養(yǎng)箱(LRH-150)中無(wú)光條件下飼養(yǎng),整個(gè)實(shí)驗(yàn)歷時(shí)17 d。

圖2 實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)計(jì)2

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文定義足囊形成速率為各實(shí)驗(yàn)杯中每天所形成的足囊數(shù)除以其螅狀體數(shù)量所得,相當(dāng)于每天每個(gè)螅狀體平均形成足囊的個(gè)數(shù)。定義足囊萌發(fā)率為各實(shí)驗(yàn)杯萌發(fā)足囊數(shù)除以最終生成足囊數(shù),相當(dāng)于所形成足囊的萌發(fā)比率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差(Mean±S.E.)表示,采用 Excel 2019 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)分析后,使用 SPSS 26.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行成對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析組間差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 變溫對(duì)海蜇足囊生殖的影響

經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析后,變溫組和高溫組海蜇螅狀體的足囊形成情況如圖3所示,高溫組足囊形成速率平均為0.396±0.038 ind./d,變溫組足囊形成速率平均為0.060±0.015 ind./d。經(jīng)過(guò)t檢驗(yàn)表明,高溫組足囊形成速率與變溫組足囊形成速率有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=6.07×10-12<0.01),高溫組足囊形成速率約為變溫組的6.6倍。也就是說(shuō),相對(duì)于20 ℃～14 ℃～22 ℃的降溫升溫處理而言,30.3±0.5 ℃的高溫處理能夠極顯著地提升海蜇螅狀體的足囊形成速率。本實(shí)驗(yàn)中足囊萌發(fā)率和螅狀體成活率如圖4所示,高溫組足囊萌發(fā)率平均為5.3%,變溫組足囊萌發(fā)率為0,經(jīng)t檢驗(yàn)二者無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.065>0.05)。高溫組螅狀體成活率平均為66.7%,變溫組螅狀體成活率平均為93.3%,經(jīng)t檢驗(yàn)二者無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.423>0.05)。簡(jiǎn)言之,30.3±0.5 ℃的高溫處理并未顯著影響海蜇螅狀體的成活率,但顯著提高了海蜇螅狀體的足囊生殖能力。

圖3 高溫組與變溫組足囊形成速率比較

圖4 高溫組與變溫組足囊萌發(fā)率和螅狀體成活率比較

2.2 循環(huán)變溫對(duì)海蜇足囊生殖的影響

經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析后,循環(huán)變溫組和高溫組海蜇螅狀體的足囊形成情況如圖5所示,高溫組足囊形成速率平均為0.204±0.027 ind./d,循環(huán)變溫組足囊形成速率平均為0.183±0.027 ind./d,高溫組足囊形成速率約為循環(huán)變溫組的1.1倍。t檢驗(yàn)表明高溫組和循環(huán)變溫組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.595>0.05)。該對(duì)比實(shí)驗(yàn)中足囊萌發(fā)率和螅狀體成活率如圖6所示,高溫組的足囊萌發(fā)率平均為10.8%,循環(huán)變溫組的足囊萌發(fā)率平均為8.0%,經(jīng)t檢驗(yàn)二者無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.830>0.05)。高溫組螅狀體成活率平均為60.0%,循環(huán)變溫組螅狀體成活率平均為33.3%,經(jīng)t檢驗(yàn)二者無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.242>0.05)。簡(jiǎn)言之,循環(huán)變溫處理并未有效提升高溫處理下海蜇螅狀體的足囊生殖能力。

圖5 高溫組與循環(huán)變溫組足囊形成速率比較

圖6 高溫組與循環(huán)變溫組足囊萌發(fā)率和螅狀體成活率比較

3 討論

3.1 高溫處理能夠提高海蜇的足囊形成速率

關(guān)于海蜇足囊生殖[8-9]的研究報(bào)道并不是很多,郭平[10]研究了不同營(yíng)養(yǎng)條件對(duì)海蜇螅狀體形成足囊及足囊萌發(fā)的影響,基于本文類似的足囊形成速率進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),其研究中投餌間隔1 d時(shí)足囊形成速率最大為0.211 ind./d,投餌間隔28 d時(shí)足囊形成速率最小為0.031 ind./d,其他間隔時(shí)間投餌足囊形成速率在0.031～0.211 ind./d之間,相對(duì)低于本研究中高溫組的足囊形成速率,與本研究中其他處理組的足囊形成速率在伯仲之間。魯男等[7]探究溫度對(duì)足囊形成的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)15～30 ℃范圍內(nèi),隨溫度升高,螅狀體形成足囊數(shù)量相應(yīng)增多。其數(shù)據(jù)同化處理后發(fā)現(xiàn),30℃時(shí)足囊形成速率最大為0.207 ind./d,15 ℃時(shí)足囊形成速率最小為0.047 ind./d,也就是說(shuō)30 ℃足囊形成速率約為15 ℃的4.4倍。該研究表明在恒定溫度對(duì)比的情況下,偏高溫情況下海蜇螅狀體足囊形成速率較高。孫明等[11]在研究高溫和投餌對(duì)海蜇螅狀幼體足囊繁殖的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)盡管高溫條件下海蜇螅狀幼體死亡率高,但存活的螅狀幼體足囊繁殖速度快。本文結(jié)果與這些研究能夠相互印證。Thein等[12]在研究溫度、鹽度和食物供應(yīng)量單因素對(duì)海月水母足囊形成的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),海月水母在實(shí)驗(yàn)溫度最高為28 ℃時(shí),足囊形成速率最大為0.089 ind./d。Thein等[13]在研究溫度和食物供應(yīng)量雙因素對(duì)金黃水母和白色霞水母足囊形成的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)食物供應(yīng)量最高為16.9μgCpolyp-1d-1且溫度最高為28 ℃時(shí),金黃水母和白色霞水母的足囊形成速率最高且分別為0.29 ind./d和0.11 ind./d。

本文研究發(fā)現(xiàn),高溫處理能夠顯著地提升海蜇螅狀體的足囊生殖能力,本研究中足囊形成速率最高為0.396±0.038 ind./d,高于前人對(duì)海蜇螅狀體足囊形成速率的報(bào)道,約為前人報(bào)道中最大值的2倍左右。雖然兩個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的高溫組的足囊形成速率和足囊萌發(fā)率有些許差別,可能是由于二者分別置于室溫高溫和生化培養(yǎng)箱高溫的不同環(huán)境導(dǎo)致,這也反映了生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)波動(dòng)性。簡(jiǎn)言之,本研究認(rèn)為,30 ℃的高溫處理能夠有效地提升海蜇足囊生殖水平。至于高溫處理方式促進(jìn)海蜇足囊生殖的內(nèi)在原因與生理調(diào)控機(jī)制,還需要更多的分子生物學(xué)層面上的深入研究,以明晰其內(nèi)在機(jī)制與具體的基因調(diào)控過(guò)程。

3.2 高溫處理對(duì)海蜇足囊萌發(fā)率和螅狀體成活率的影響

海蜇螅狀體的足囊萌發(fā)率并不高,同一螅狀體移位后形成的足囊,多數(shù)不能萌發(fā)為螅狀體[14]。充氣增氧可以顯著提高海蜇足囊的萌發(fā)率,投餌情況下海蜇足囊的萌發(fā)率高于不投餌的情況[15]。蔣雙等[16]認(rèn)為溫度、鹽度、光照對(duì)足囊萌發(fā)都有影響,但其中溫度是最為關(guān)鍵的因素,其報(bào)道中足囊萌發(fā)率在0～43.33%之間,部分實(shí)驗(yàn)組別略高于本研究的數(shù)據(jù),基本處于同一水平。于守團(tuán)等[17]研究不同環(huán)境對(duì)海蜇足囊繁殖的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)光照培養(yǎng)箱中23 ℃無(wú)光條件培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)組30 d內(nèi)足囊萌發(fā)率在0.67%～4%之間,而在室溫自然光下培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)組幾乎沒(méi)有足囊萌發(fā),接近本研究中足囊萌發(fā)率比較低的實(shí)驗(yàn)組。本研究中足囊萌發(fā)率最高為10.8%,最低為0,與前人報(bào)道基本處于同一水平,也反映了海蜇螅狀體足囊萌發(fā)率并不高的事實(shí)。但總體而言,本研究中高溫實(shí)驗(yàn)組的足囊萌發(fā)率要高于其他實(shí)驗(yàn)組的足囊萌發(fā)率,呈現(xiàn)比較一致的規(guī)律性,反映了高溫處理有利于海蜇足囊萌發(fā)的事實(shí)。

本研究實(shí)驗(yàn)期內(nèi),海蜇螅狀體在30 ℃左右高溫下的成活率較高,高達(dá)66.7%和60%。但是在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后的持續(xù)觀察中,發(fā)現(xiàn)螅狀體陸續(xù)死亡,高溫組與變溫組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中,高溫組在實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后的9 d內(nèi)所有實(shí)驗(yàn)杯中的螅狀體均死亡,存活率為0。高溫組與循環(huán)變溫組對(duì)比實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后的13 d內(nèi)螅狀體的最終存活率在6.67%～20%之間。以上結(jié)果表明,長(zhǎng)期異常高溫脅迫條件下,海蜇螅狀體存活狀況不佳,更傾向于形成足囊,以便度過(guò)不利的環(huán)境條件。

3.3 異常高溫及全球變暖與水母暴發(fā)的聯(lián)系

近些年水母暴發(fā)[18-19]現(xiàn)象頻繁發(fā)生,不僅影響了漁民正常的漁業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)[20],還嚴(yán)重影響了核電站等工礦企業(yè)海水冷卻系統(tǒng)[21-22]的正常運(yùn)行,且暴發(fā)的水母常會(huì)蜇傷甚至蜇死游客[23],威脅人們健康與生命安全。關(guān)于水母暴發(fā)的原因可謂眾說(shuō)紛紜,眾多的文獻(xiàn)資料認(rèn)為其可能的原因有全球變暖、海洋富營(yíng)養(yǎng)化、過(guò)度捕撈、人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等多個(gè)方面,這些眾多的文獻(xiàn)報(bào)道中無(wú)一例外地均將全球變暖列為水母暴發(fā)的重要因素之一,甚至有些文獻(xiàn)認(rèn)為全球變暖是導(dǎo)致水母暴發(fā)災(zāi)害的首要原因或者直接原因[24-28]。

本文研究發(fā)現(xiàn),相對(duì)于30 ℃以下降溫與升溫處理而言,30 ℃左右高溫處理能夠?qū)⒑ｒ伢铙w的足囊形成速率提高5.6倍。高溫顯著地提升了海蜇螅狀體種群的數(shù)量和規(guī)模。在正常海蜇生活史中,一般認(rèn)為海蜇螅狀體并不會(huì)經(jīng)歷高達(dá)30℃的高溫條件,但并不代表著水母類生物億萬(wàn)年來(lái)的進(jìn)化歷史中未曾經(jīng)歷過(guò)這樣的嚴(yán)酷環(huán)境條件,地質(zhì)歷史上地球氣候環(huán)境曾經(jīng)比如今冰期、間冰期溫暖許多[29-30]。也許高溫嚴(yán)酷環(huán)境條件是水母類生物億萬(wàn)年進(jìn)化過(guò)程的歷史印記,在如此嚴(yán)酷高溫的環(huán)境中,水母類生物很有可能傾向于形成更多的足囊,以便休眠而度過(guò)不利的環(huán)境條件[31-32],等待將來(lái)環(huán)境條件適宜時(shí)再次延續(xù)種群的生存,不失為一種有效的生存策略,也可能是低等生物的一種常見(jiàn)生存手段,當(dāng)然也是億萬(wàn)年來(lái)生存選擇與生物進(jìn)化的結(jié)果。Thein等[12]證明了溫度對(duì)海月水母足囊形成有重要影響,一般來(lái)說(shuō),溫度越高,海月水母足囊形成的時(shí)間越早,產(chǎn)生的數(shù)量越多。在高溫、食物短缺等不利環(huán)境條件下,海月水母通過(guò)足囊生殖產(chǎn)生足囊以延續(xù)其種群。Thein等[13]發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)引起的海洋溫度升高和富營(yíng)養(yǎng)化可能有利于金黃水母、白色霞水母和海月水母足囊的形成、存活以及萌發(fā),從而導(dǎo)致近些年水母暴發(fā)現(xiàn)象頻繁發(fā)生。至于是否其他種類的水母也存在類似的規(guī)律性,尚有待于研究證實(shí)。假設(shè)災(zāi)害性暴發(fā)的水母種類,也存在著同樣的現(xiàn)象,則可以將其螅狀體種群數(shù)量提高5.6倍。假設(shè)橫裂生殖效率是穩(wěn)定的,即相當(dāng)于能夠?qū)⑺阁w種群數(shù)量提高5.6倍。因此,本研究在一定程度上,相當(dāng)于直接地證明了全球變暖壓力下的異常高溫因素,可能是水母暴發(fā)的重要原因之一。

4 結(jié)論

本文較為詳細(xì)地研究了高溫處理對(duì)海蜇足囊生殖的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)相對(duì)于30 ℃以下降溫與升溫處理而言,30 ℃左右的高溫處理可將海蜇螅狀體足囊形成速率提高5.6倍,進(jìn)而顯著地提升了海蜇螅狀體的種群數(shù)量,有望作為增加海蜇螅狀體種群數(shù)量的有效手段,提高海蜇?zé)o性繁殖育種的效果。此外,本文直接證明了高溫條件下,海蜇螅狀體世代能夠顯著地提高其足囊生殖效率,也從一定程度上說(shuō)明了,近年來(lái)愈加嚴(yán)重的全球變暖壓力,也很可能是水母類生物暴發(fā)的重要因素。高溫條件下,其他水母種類的螅狀體無(wú)性繁殖情況,以及足囊生殖調(diào)控的內(nèi)在機(jī)制及種群補(bǔ)充效果,還有待于進(jìn)一步的研究和探索。