温度和盐度对近亲真宽水蚤耗氧率与窒息点的影响

(1.大连海洋大学辽宁省水生生物学重点实验室,辽宁大连116023;2.盘锦光合蟹业有限公司,辽宁盘锦124200)

摘要：在实验室条件下研究了不同温度、盐度下近亲真宽水蚤Eurytemora affinis的耗氧率和窒息点。结果表明:温度和盐度对近亲真宽水蚤的个体耗氧量和耗氧率影响显著。当水温为5～25℃时,近亲真宽水蚤的个体耗氧量和耗氧率随温度的升高而呈缓慢上升,当水温为25～33℃时,个体耗氧量和耗氧率则骤然升高,其回归方程分别为y=0.1354e0.0573x(R2=0.9582)和y=0.7746e0.0574x(R2=0.9584);当温度为5～33℃时,窒息点为(0.96±0.04)～(3.94±0.17)mg/L。盐度为5～15时,蚤体的个体耗氧量和耗氧率随盐度的升高而升高,当盐度为15～35时,个体耗氧量和耗氧率呈明显下降趋势,其回归方程分别为y= -0.0003x2+0.0061x+0.4549(R2=0.9047)和y=-0.002x2+0.0352x+2.6059(R2=0.9047);盐度为5～40时,窒息点为(0.46±0.05)～(0.98±0.03)mg/L。

关键词：近亲真宽水蚤;温度;盐度;个体耗氧量;耗氧率;窒息点

近亲真宽水蚤是一种广盐性桡足类,为河口湾浮游动物习见种,也常出现在沿岸淡化海区以及淡水和内陆盐水中。该蚤广泛分布于北太平洋、北大西洋的高纬度区域以及西伯利亚沿岸、日本中部以北的淡水和半盐水中。另外,在欧洲易比得河口、芬兰湾、亚速海、波罗的海、伏尔加河口三角洲及淡水池塘、内陆盐水中也有分布[1-2]。

国内有关近亲真宽水蚤的研究报道很少。2000年在辽宁省盘锦光合蟹业有限公司三角洲分公司蟹苗池塘发现该蚤后,李晓东等[3]、张清靖等[4-6]对其生态分布和种群数量的变化进行了调查;刘青等[7]对其外部形态及附肢结构进行了描述。近亲真宽水蚤每年3月份出现在盘锦地区蟹苗池中(此时水温为10.5～20.5℃),4月达到高峰期,5月末至6月初后,密度急剧下降。研究表明:近亲真宽水蚤可使中华绒螯蟹Ⅰ期蚤状幼体的成活率降低17.7%～31.4%,其密度越高,对Ⅰ期蟹苗的危害也越大;但随着蟹苗的生长,Ⅴ期蚤状幼体已能摄食近亲真宽水蚤,至大眼幼体时捕食近亲真宽水蚤成体的能力更强[6]。

耗氧率和窒息点是水生动物代谢强度和呼吸机能的重要标志。为了进一步弄清这种桡足类的生物学和呼吸代谢特点,本研究中,作者研究了不同温度、盐度下近亲真宽水蚤Eurytemora affinis的耗氧率和窒息点,旨在了解近亲真宽水蚤的生物学特征,进而探讨桡足类的呼吸和代谢特点。

1 材料与方法

近亲真宽水蚤于2007年4—5月用浮游生物网在盘锦光合蟹业有限公司的三角洲河蟹育苗池中拖拽采得,将活体样品带回实验室,暂养于过滤海水中。以小球藻Chlorella sp.液为食物,充气暂养2 d后,随机挑取活泼健壮的成体作为试验材料。

试验用水取自盘锦光合蟹业有限公司育苗车间,海水经沉淀、沙滤,再经300目筛绢网过滤后使用。暂养期间,水温为15℃,盐度为26～28, pH为8.5。试验在光照培养箱中进行。

1.2.1 温度对近亲真宽水蚤耗氧率的影响试验试验设7个温度梯度:5、10、15、20、25、30、33℃(±0.5℃),每个处理组设5个平行,对照组设2个平行。处理组每瓶装40只近亲真宽水蚤,对照组中只加海水而不放入蚤。将暂养的活体逐步适应试验温度后(每天升降2～3℃),放入各试验组中。

耗氧率的测定:用大口滴管将活体近亲真宽水蚤从培养缸中吸出,转移到清洁的过滤海水中清洗两次,以减少它物的污染,然后放入呼吸瓶中。呼吸瓶为70 mL左右的白色广口瓶,各组瓶内加满抽滤海水,待无气泡后立即盖紧瓶盖,放置在各相应温度的培养箱中,试验时间为10 h(33℃试验时间为2 h)。试验结束后测定其溶氧值。

1.2.2 温度对近亲真宽水蚤窒息点的影响试验温度梯度设置与活体清洗同“1.2.1”节。然后放入15 mL密闭的试管中。每管装20只近亲真宽水蚤,并加满抽滤海水,待无气泡后立即盖紧管塞,放置在各相应温度的培养箱中,每30 min观察一次,当管中有半数水蚤死亡时,测定其溶氧值,确定其窒息点。

1.2.3 盐度对近亲真宽水蚤耗氧率和窒息点的影响试验盐度试验在温度为15℃的恒温光照培养箱中进行,设8个盐度梯度:5、10、15、20、25、30、35、40,其它试验设置与操作同“1.2.1和1.2.2”节。

1.2.4 计算方法个体耗氧量(RI,μg/(个·h))和耗氧率(RW,μg/(mg·h))的计算公式为

式中:CC为对照瓶溶氧浓度(mg/L);CT为处理组的溶氧浓度(mg/L);V为试验用瓶的体积(mL);N为每瓶受试活体的数量;t为试验时间(h);W为试验水蚤的湿质量(mg),测得近亲真宽水蚤的平均湿质量为0.06 mg。

试验数据均以平均值±标准差表示,使用SPSS 15软件进行单因素方差分析和Duncan多重比较,以P＜0.01为差异极显著,P＜0.05为差异显著。

2 结果

从图1可见:在试验温度范围内,近亲真宽水蚤的个体耗氧量和耗氧率随温度的升高而升高,在5～25℃时上升缓慢,在25～33℃时,则骤然升高。个体耗氧量和耗氧率与温度的回归方程分别为

个体耗氧量的最小值和最大值分别为(0.21± 0.02)、(1.09±0.11)μg/(个·h);耗氧率的最小值和最大值分别为(1.20±0.11)、(6.27±0.65) μg/(mg·h)。

图1 温度对近亲真宽水蚤个体耗氧量、耗氧率和窒息点的影响
Fig.1 The effect of temperature on individual oxygen consumption,specific oxygen consumption rate and asphyxia point in copepod Eurytemora affinis

注:标有不同小写字母者表示组间差异显著(P＜0.05),标有相同小写字母者表示组间差异不显著(P＞0.05),下同。
Note:The means with the different letters are significant differences at the 0.05 probability level,and the means with the same letters are not significant differences,et sequentia.

经Duncan多重比较可看出,除5℃与10℃组间、10℃与15℃组间及15℃与20℃组间的个体耗氧量和耗氧率无显著差异外(P＞0.05),其余温度组间差异均显著(P＜0.05)。

从图1还可见:当温度为5～25℃时,窒息点较平稳,相差不大;25℃以后窒息点随温度的升高骤然升高。在试验温度范围内,15℃时窒息点值最小,为(0.96±0.04)mg/L,33℃时窒息点值最大,为(3.94±0.17)mg/L。

从图2可见:近亲真宽水蚤的个体耗氧量和耗氧率在盐度为5～15时随盐度的升高而升高;盐度为15～35时,呈明显下降趋势;盐度为35～40时,变化不明显。个体耗氧量和耗氧率与盐度的回归方程分别为

个体耗氧量的最小值和最大值分别为(0.20± 0.01)、(0.54±0.02)μg/(个·h);耗氧率的最小值、最大值分别为(1.13±0.06)、(3.09±0.08) μg/(mg·h)。

由Duncan多重比较可看出:除5、10、20三个盐度组间及35与40组间的个体耗氧量和耗氧率无显著差异(P＞0.05)外,其余盐度组间差异均显著(P＜0.05)。

从图2还可见:盐度为5～15时,窒息点稍升后降到最低点;盐度为15～40时,窒息点随盐度的升高而升高。在试验盐度范围内,盐度为15时窒息点值最小,为(0.46±0.05)mg/L;盐度为40时窒息点值最大,为(0.98±0.03)mg/L。

3 讨论

水生生物的耗氧率既受自身内在因素的调控,又受外在环境因子的影响,其变化规律是呼吸代谢研究的重要内容,而温度是影响浮游动物呼吸代谢最重要的因素之一。

桡足类是低等的变温动物,对于这类小型浮游动物,一般只能测定其总代谢。通常在其生存温度范围内,随着水温的升高,浮游动物体内各细胞的酶活性和各种生理生化反应增强,对氧的需求量随之增加,其耗氧率也必然升高。当达到最大值时,温度进一步上升,耗氧率反而开始下降。最大耗氧率一般出现在浮游动物的最适温度,这时动物的代谢质量最高,生长发育最快。但是,极端环境条件的胁迫也可使一些浮游动物的耗氧率上升。本试验中,近亲真宽水蚤的个体耗氧量和耗氧率在5～25℃时,上升较为缓慢;超过25℃后则急剧升高,这应与高温的胁迫有关。浮游动物中类似情况较多,如王岩[8]对蒙古裸腹溞Moina mongolica的研究表明,在水温为20～33℃时,其耗氧率随温度的升高而增加;张武昌等[9]对中华哲水蚤Calanus sinicus的研究也显示,其耗氧率随温度的升高而升高(水温为0～30℃)。因为大多数的海洋无脊椎动物只能忍受30℃的高温[10]。

温度对浮游动物呼吸代谢的影响还表现在窒息点的变化上。窒息点的高低反映了动物对水中溶氧的呼吸能力和对低氧的适应能力,其主要取决于呼吸器官的发达程度,窒息点降低则是呼吸和生活能力增强的标志。本试验结果显示,水温为15℃时,近亲真宽水蚤的窒息点最低。

近亲真宽水蚤每年出现在早春的3月份,4月其密度达到高峰,5月末至6月初后,密度急剧下降。据张清靖等[5]观察,近亲真宽水蚤在盘锦地区蟹苗池出现时水温为10.5～20.5℃,这与张恩福[11]在实验室内的试验结果基本一致。近亲真宽水蚤对低温有较强的耐受性,即温度由原来的17℃急剧下降到0℃时,存活率仍可达到76%,但此时的蚤体处在昏厥状态,身体沉落在容器底部,显微镜下观察蚤体仍然有心跳。相比之下,近亲真宽水蚤对高温的适应能力则较差。当温度由17℃升到30℃时,存活率急剧下降到43%;当温度急升至33℃时,蚤体只能在水中做短暂的浮游,平均浮游2.75 h后,便沉底死亡;当温度达到34℃时,蚤体已不能存活[11]。结合本试验中对近亲真宽水蚤的耗氧率与窒息点的研究结果,可以判定,近亲真宽水蚤适宜的生存水温为10～20℃。

盐度对水生生物耗氧率的影响机制比较复杂,首先盐度与动物在渗透调节中耗能的大小有关,从而改变基础代谢。此外,盐度的变化又会导致水生动物的摄食强度和生长发育等方面的变化,并使总代谢和耗氧率升高,一般情形下生长发育的最适盐度与渗透调节的最适盐度接近[10]。

从资料看,盐度变化对海洋浮游动物呼吸代谢的影响大致有三种情况。第一种情况是二者成反比,如陈丽华等[12]对真刺唇角水蚤和太平洋纺锤水蚤的测定表明,两种桡足类的耗氧率均随盐度的上升而下降;Lance等[13]发现,汤氏纺锤水蚤的耗氧率随盐度的降低而增加。第二种情况是两者成正比,如Marshall等[14]研究发现,飞马哲水蚤的耗氧率随盐度的下降而下降。第三种情况是耗氧率随盐度的升高而升高,达到峰值后再下降,如桂远明等[15]研究发现,蒙古裸腹溞的个体耗氧量在盐度20时最高,20以下时随盐度的升高而升高,20以上时则随盐度的升高而降低。本试验中盐度对近亲真宽水蚤呼吸代谢的影响属于第三种情况。

河口动物体液渗透调节的最适盐度多在10～ 15。近亲真宽水蚤是一种广盐性桡足类,可以进行低渗和高渗双向调节,在欧洲的很多淡水水域中也有分布。本试验结果表明,盐度为15时,近亲真宽水蚤的耗氧率最高,窒息点最低。这表明盐度为15是近亲真宽水蚤最适的生活盐度,也是近亲真宽水蚤渗透调节的最适盐度。本试验中盐度为35～40时,虽然近亲真宽水蚤的耗氧率没有变化,但窒息点却急剧上升。这说明在较高盐度下,近亲真宽水蚤的呼吸强度明显受到了抑制。

动物的耗氧率不仅因环境因子而变化,还与本身的形体、大小、行为和生理特点有关。一般来说,体形越小其相对面积越大,而活动和摄食能力越强的动物,耗氧率越高。但各类动物的个体大小相差悬殊,单从个体耗氧量的大小难以说明问题,而换算成单位体质量的耗氧率后,可以对各类动物的耗氧率进行比较。由表1可见,各类水生甲壳动物的耗氧率是不同的。通常,虾、蟹的耗氧率为0.1～0.5 mg/(g·h),而枝角类、桡足类的耗氧率为0.5～3.0 mg/(g·h)。相比之下,枝角类和桡足类的耗氧率要比虾、蟹类的耗氧率高出数倍以上。当然,各种动物的耗氧率水平在不同环境条件和不同生理状态下变化很大,测定方法和误差也会在一定程度上影响试验结果的准确性。

表1 各类甲壳动物的耗氧率和窒息点
Tab.1 Comparison of oxygen consumption rate and asphyxia point in some crustaceans

注:各文献中的耗氧率值全部换算成mg/(g·h)。
Note:Specific oxygen consumption rate cited from all references are expressed as mg/(g·h).

动物名称animal species reference克氏原螯虾Procambarus clarkii0.145～0.427(20℃)0.061～0.738温小波等[16]耗氧率/(mg·g-1·h-1) oxygen consumption rate窒息点/(mg·L-1) asphyxia point文献来源本文罗氏沼虾仔虾Macrobrachium rosenbergii0.246～0.669(20～35℃)0.960～1.568陈琴等[17]中国对虾Penaeus chinensis0.412～0.646(20～25℃)1.30(26℃)张硕等[18]日本对虾Penaeus japonicus0.138～0.180(17～19℃)0.61(17～19℃)戴庆年等[19]南美白对虾Penaeus vannamei0.300～0.449(26.9～27.5℃)0.666～1.019陈琴等[20]中华绒螯蟹扣蟹Eriocheir sinensis0.338～0.427(20～30℃)0.14～0.29(15～20℃)刘中等[21]蚤状溞Daphnia pulex0.459～0.544(20℃)/Richman[22]西藏拟溞Daphniopsis tibetana0.10～1.71(3～22℃)/赵文等[23]含糊溞Daphnia ambigua0.695～0.918(22.6～22.9℃)/Armitage[24]蒙古裸腹溞Moina mongolica1.68～3.36(25℃)/王岩[8]中华哲水蚤Calanus sinicus0.203～1.525(0～30℃)/张武昌等[9]近亲真宽水蚤Eurytemora affinis1.20～6.27(5～33℃)0.96～3.94(5～33℃)

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Effects of temperature and salinity on oxygen consumption rate and asphyxia point in copepod Eurytemora affinis

LIU Qing1,SONG Ying-ying1,XING Yong2,ZHANG Chang-xin2,LEI Yan-zhi1
(1.Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China; 2.Panjin Guanghe Crab Industrial Co.Ltd.,Panjin 124200,China)

Abstract：The effects of temperature and salinity on oxygen consumption rate and asphyxia point were studied in copepod Eurytemora affinis in a laboratory.Within the experimental temperature,the individual oxygen consumption rate and specific oxygen consumption rate of the copepod were found to be increased with the increasing temperature,the individual oxygen consumption rate and specific oxygen consumption rate showing a slow increase as the temperature being increased from 5℃to 25℃.When the temperature was rose from 25℃to 33℃,however, the individual oxygen consumption rate and specific oxygen consumption rate were showed sharp increment.The regression equations were expressed as y=0.1354e0.0573x(R2=0.9582)for individual oxygen consumption rate and y=0.7746e0.0574x(R2=0.9584)for specific oxygen consumption rate.The asphyxia point was found to be ranged from(0.96±0.04)mg/L to(3.94±0.17)mg/L within 5-33℃.During the salinity experiments,the oxygen consumption rate and specific oxygen consumption rate were increased at a salinity of 5-15,and decreased at a salinity of 15-35.The linear regression equation of salinity and oxygen consumption rate and specific oxygen consumption rate were described as y=-0.0003x2+0.0061x+0.4549(R2=0.9047)and y=-0.002x2+0.0352 x+2.6059 (R2=0.9047),respectively.The asphyxia point was varied from(0.46±0.05)mg/L to(0.98±0.03)mg/L,at a salinity of 5-40.

Key words：Eurytemora affinis;temperature;salinity;oxygen consumption rate;specific oxygen consumption rate;asphyxia point