溫度和光照對烏龜非肺呼吸耗氧量的影響

黃文，印大中，朱澤瑞

（1.湖南第一師范學(xué)院數(shù)理系，湖南 長沙410205；2.湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖南 長沙410081）

溫度和光照對烏龜非肺呼吸耗氧量的影響

黃文1，印大中2，朱澤瑞2

（1.湖南第一師范學(xué)院數(shù)理系，湖南 長沙410205；2.湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖南 長沙410081）

采用自行設(shè)計的實驗裝置檢測烏龜在限氧環(huán)境下的非肺呼吸能力、耗氧量和低氧耐受極限等.研究發(fā)現(xiàn)，烏龜抗缺氧環(huán)境的能力極強，直至水中溶氧量低于1.5～2.0mg／L；烏龜單位時間耗氧量最高值是0.062 3mg／min，最低是0.000 8mg／min，平均為0.024 5mg／min；光照與黑暗環(huán)境對水中的溶氧量和烏龜?shù)暮粑绊憻o顯著差異（T1＝0.887 9，T2＝－1.359 9，P＞0.05）；溫度對水中的溶氧量有高度顯著的影響（T1＝－13.697 2＊＊＊，P＜0.001）、對烏龜?shù)暮粑袠O顯著的影響（T2＝3.201 9＊＊，P＜0.01）.

烏龜；非肺呼吸；耗氧量

水生龜鱉類在水下除了利用肺中儲存的氧氣外，還可以通過口咽腔、泄殖腔內(nèi)的副膀胱及皮膚吸收利用水中溶解氧進行呼吸，這些消耗水中溶解氧進行的呼吸統(tǒng)稱為非肺呼吸［1］.烏龜（Geoclemys reevesii）隸屬曲頸龜亞目（Cryptodira）龜科（Testudinidae），具極強的潛水能力，特別是低溫潛水時其總代謝率大大降低，非肺呼吸成為其潛在的重要生存機制［2］.本文中采用自行設(shè)計的實驗裝置測定烏龜在潛水時非肺呼吸的耗氧量，比較溫度和光照對烏龜非肺呼吸耗氧量的影響.

1 材料與方法

1.1 材料烏龜由湖南四進生物股份有限公司提供，于實驗室內(nèi)自然條件下培養(yǎng)，實驗前一周開始禁食.

1.2 方法

1.2.1 實驗裝置 烏龜非肺呼吸耗氧量測定采用自行設(shè)計的實驗裝置（圖1），將烏龜置于雙層玻璃容器的底層，將水注滿容器的上下兩層，用帶孔的隔層防止烏龜浮出水面，容器蓋用凡士林密封.測定前用氬氣將容器內(nèi)的空氣排干凈，用Mn（OH）2作為容器內(nèi)真空的含氧指示劑，并通過氬氣調(diào)節(jié)容器內(nèi)外壓力平衡.虹吸法取水定時檢測水樣中的溶氧量.

1.2.2 水中溶氧量的測定 采用經(jīng)典的化學(xué)碘量法，在水樣中加入 MnSO4和堿性KI，生成的Mn（OH）2迅速與水中溶解氧生成 MnMnO3，高價錳在酸性條件下又能氧化碘離子成為I2，以淀粉為指示劑，用1mol／L的Na2S2O3標準溶液滴定，根據(jù)Na2S2O3標準溶液的濃度和用量計算水中溶氧量（CDO）.

式中CDO為水樣溶氧量（mg／L），C標準溶液為Na2S2O3標準溶液的濃度 （mol／L），V標準溶液為滴定消耗的Na2S2O3標準溶液的體積（mL），V水樣為水樣體積（mL）.每次測試取300mL水樣，分3次滴定，結(jié)果取平均值.

圖1 烏龜非肺呼吸耗氧量測定裝置

1.2.3 溫度和光照的影響 實驗數(shù)據(jù)運用Spss17.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學(xué)處理.

2 結(jié)果與分析

2.1 在0.302 0～0.330 0kg體重范圍內(nèi)的烏龜，體重對潛水時非肺呼吸耗氧量沒有顯著影響在27℃、自然光照條件下，用體重在0.302 0～0.330 0kg（0.315 0±0.030 0）范圍內(nèi)的烏龜檢測潛水時非肺呼吸耗氧量，結(jié)果表明，在這一體重范圍內(nèi)，體重對潛水時非肺呼吸耗氧量的影響不顯著，可以忽略（圖2，t＝0.253 0，t11，0.05（雙側(cè)）＝2.201 0，P＞0.05）.

圖2 烏龜個體非肺呼吸的耗氧量

圖3 烏龜非肺呼吸時水中溶氧量變化

2.2 水中溶氧量與烏龜非肺呼吸持續(xù)時間呈負相關(guān)將體重在0.302 0～0.330 0kg范圍內(nèi)的烏龜若干只，在各實驗持續(xù)時間內(nèi)水中的溶氧量的實驗結(jié)果做成散點圖（圖3）.測出水中溶氧量隨時間的延長而下降，取平均值進行回歸估計，得到水中溶氧量與烏龜非肺呼吸的實驗持續(xù)時間之間的關(guān)系呈負相關(guān)，即y＝－0.259 5x＋9.062 0.計算烏龜非肺呼吸時單位時間耗氧量，結(jié)果表明，在入水1h達最高峰，為0.062 3mg／min，最低耗氧量為0.000 8mg／min，平均耗氧量0.024 5mg／min.

2.3 烏龜耐低氧的能力在本實驗條件下，根據(jù)回歸方程推斷，在4～30℃范圍內(nèi)，烏龜在完全缺氧的水環(huán)境中依靠水中的溶氧能夠存活23～55h，烏龜耐缺氧極限的水環(huán)境溶氧量是1.5～2.0mg／L，但在這種環(huán)境下最多只能忍耐4h.以腦電圖判定烏龜是否死亡（圖4）.正常烏龜?shù)哪X電圖可見α波（頻率8～13Hz）、β波（頻率14～25 Hz）、θ波（頻率8～13Hz）、δ波（頻率0.5～3.5Hz）.4種腦電波，以β波為主頻腦電信號，死亡烏龜呈現(xiàn)典型的空白波，是電路電磁波的記錄.

2.4 光照與黑暗對烏龜非肺呼吸的影響選取體重在0.302 0～0.330 0kg的烏龜若干只，分別在24h連續(xù)光照（27℃）和黑暗條件下培養(yǎng)10d.然后將烏龜分別在27℃光照和黑暗條件下進行非肺呼吸耗氧量測定，取平均值作圖（圖5）.發(fā)現(xiàn)黑暗條件下水中的溶氧量下降速率（y＝－0.410 5x＋7.869 7）比光照條件下（y＝－0.357 2x＋8.437 8）略快，烏龜潛非肺呼吸時的耗氧量黑暗條件下（平均數(shù)為0.041 1mg／min）比光照條件下（平均數(shù)為0.030 3mg／min）略高.

圖4 A正常烏龜?shù)哪X電圖B死亡烏龜?shù)哪X電圖

圖5 光照與黑暗條件下烏龜非肺呼吸時水中溶氧量（A）和耗氧量（B）變化

統(tǒng)計處理表明（表1），光照與黑暗培養(yǎng)比較，水中的溶氧量以及烏龜耗氧量的差異均未達到顯著水平（T1＝0.887 9，P＞0.05；T2＝－1.359 9，P＞0.05）.

表1 光照與黑暗條件下烏龜非肺呼吸時水中溶氧量和烏龜耗氧量的平均數(shù)T值比較

2.5 溫度對烏龜非肺呼吸的影響選取體重0.302 0～0.330 0kg的烏龜若干只，將經(jīng)過低溫馴化的烏龜置于4℃條件培養(yǎng)10d和經(jīng)過升溫馴化的烏龜置于30℃條件培養(yǎng)10d，分別在4℃和30℃條件下測定水中溶氧量和烏龜耗氧量，取平均值作圖（圖6），發(fā)現(xiàn)30℃下水中溶氧量的下降速率（y＝－0.372 9x＋8.355 4）比4℃下（y＝－0.186 3x＋11.350 0）快，烏龜耗氧量30℃下（平均0.033 9 mg／min）比4℃下（平均0.013 7mg／min）高.統(tǒng)計處理表明（表2），兩種溫度條件下，水中溶氧量的差異達到高度顯著水平（T1＝－13.697 2＊＊＊，P＜0.001）；烏龜每分鐘的耗氧量差異達到極顯著水平（T2＝3.201 9＊＊；P＜0.01）.

圖6 4℃和30℃條件下烏龜非肺呼吸時水中溶氧量（A）和耗氧量（B）變化

表2 30℃與4℃下烏龜非肺呼吸時水中溶氧量和烏龜耗氧量的平均數(shù)T值比較

3 討論

3.1 烏龜抗缺氧應(yīng)急機制Jackson曾報道淡水龜（Geoclemysbellii）在3℃完全缺氧水環(huán)境中能存活3～4個月，其生理適應(yīng)是新陳代謝速率降低，同時龜殼通過釋放碳酸鹽到血液和吸收血液中的乳酸以減少體內(nèi)乳酸積累［3］.本實驗研究結(jié)果顯示，在4℃和30℃完全缺氧水環(huán)境中烏龜存活的時間分別為55h和23h，這表明烏龜具有很強的抗缺氧能力，但不同龜種抗缺氧能力有所不同，低溫能顯著延長烏龜壽命.水中溶氧量的高低是水生生物生存發(fā)育的最重要的影響因素之一，不同物種的水生生物對水環(huán)境的要求不同，大多數(shù)魚類要求水環(huán)境的溶氧量不低于4～8mg／L，蝦蟹要求水環(huán)境的溶氧量不低于3～5mg／L［4］，而烏龜卻能在水中溶氧量低于1.5～2.0mg／L的環(huán)境下生存4h，表明烏龜具有特殊的抗缺氧應(yīng)急機制，即非肺呼吸和厭氧代謝［5］.

3.2 烏龜抗缺氧能力是烏龜進化過程中對環(huán)境的適應(yīng)爬行類的呼吸模式是由通氣期和非通氣期交替構(gòu)成的間斷式呼吸，在較長時間的非通氣期內(nèi)，其心率減慢，肺血流量減少，這有利于延長體內(nèi)有限氧的利用，也是其進化過程中適應(yīng)水生生活的重要生理機制之一［6］.

在水生動物生存的環(huán)境中，光是一個復(fù)雜的生態(tài)因子.本實驗研究了光照與黑暗條件對烏龜非肺呼吸的影響，結(jié)果表明在這兩種條件下，水中的溶氧量以及烏龜耗氧量的差異均未達到顯著水平.這說明烏龜生活的晝夜節(jié)律不明顯，這與自然環(huán)境條件下烏龜適應(yīng)洞穴生活是相吻合的.至于光照強度、光周期以及光譜成分對烏龜非肺呼吸的影響，有待于進一步研究.

本實驗測定了4～30℃水溫下烏龜非肺呼吸耗氧量，發(fā)現(xiàn)溫度對烏龜非肺呼吸有極顯著的影響，隨著溫度升高，非肺呼吸耗氧量增加.這可能與水溫高時水中飽和溶氧量降低，而烏龜基礎(chǔ)代謝率增加有關(guān).烏龜?shù)亩吆拖拿呤菫觚攽?yīng)對自然條件下溫度變化的最佳應(yīng)激措施.在惡劣條件下出現(xiàn)代謝抑制，并且隨環(huán)境溫度的下降其代謝率降低，這樣有利于適應(yīng)惡劣環(huán)境，節(jié)約能量，從而延長壽命.

［1］李燁，陳雄，王貴，等.烏龜?shù)闹饕欠魏粑鞴偌跋拗讫敋ず粑纳鏄O限［J］.湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2007，30：124－128.

［2］Jackson D C，Taylor S E，Asare V S，et al.Comparative shell buffering properties correlate with anoxia to lerance in fresh water turtles［J］.Comp Biochem Physiol，2007，292：1008－1015.

［3］Warren D C，Reese S A，Jackson D C.Tissue glycogen and extra cellular buffering limit the survival of red－eard slider turtles during anoxic submergence at 3 ℃［J］.Physiol Biochem Zool，2006，79（4）：736－744.

［4］安克敬.水中溶解氧的含量變化及相關(guān)問題［J］.生物學(xué)教學(xué)，2005，30（6）：70－71.

［5］Squire T L，Lowe M E，Andrews M T，et al.Pancreatic triacylglycerol lipase in a hibernating mammal（II）：coldadapted function and differential expression［J］.Physiological Genomics，2003，16：131－140.

［6］Jackson D C.Hibernating without oxygen：physiological adaptation of the painted turtle［J］.Journal of Physiology，2002，543（3）：731－737.

The influence of temperature and illumination to the turtle′s respiration besides lungs

HUANG Wen1，YIN Dazhong2，ZHU Zerui2
（1.Department of Science，Hunan First Normal University，Changsha 410205，China；2.College of Biotechnology，Hunan Normal University，Changsha 410081，China）

Applying a self－made oxygen－controlled equipment，the respiratory ability，oxygen consumption and survival limit of turtles （Geoclemysreevesii）were studied when turtles were submerged under water.It was showed that capability of turtles to tolerate low oxygen tensions was remarkably strong，without oxygen supply，turtles submerged in the water were survived until oxygen content below 1.5－2.0mg／L；the maximum oxygen uptake was 0.062 3mg／min，whereas the minimum was 0.000 8mg／min and the average was 0.024 5mg／min；light had no significant effect on turtles′respiration and aquatic oxygen content（T1＝0.887 9，T2＝－1.359 9，P＞0.05）；temperature induced highly significant effect（T1＝－13.697 2＊＊＊，P＜0.001andT2＝3.201 9＊＊，P＜0.01）.The design of the experimental equipment could be further used in the research related with the respiratory metabolism and energy transfer of different aquatic animals.

turtle（Geoclemysreevesii）；respiration besides lungs；oxygen consumption

Q95－3

A

1000－2375（2011）04－0404－04

2011－04－13

湖南省教育廳項目（05C045）資助

黃文（1967－），女，碩士，副教授，E－mail：hwx24703＠yahoo.com.cn

（責(zé)任編輯 游?。?/p>