投喂底棲硅藻對(duì)刺參幼參特殊動(dòng)力作用的影響*

呂 航，王巧晗，赫 勇，宮慶禮

（中國(guó)海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院藻類學(xué)與藻類養(yǎng)殖研究室，山東 青島 266003）

特殊動(dòng)力作用（Specific Dynamic Action，簡(jiǎn)稱SDA）是指動(dòng)物攝食過程中的代謝產(chǎn)熱增加的現(xiàn)象，也稱熱增耗（Beat increment），它包括所有與營(yíng)養(yǎng)代謝有關(guān)的食物消化、吸收、代謝轉(zhuǎn)換和生長(zhǎng)等過程的能量支出［1－3］。影響生物特殊動(dòng)力作用的因素很多，如溫度、動(dòng)物的個(gè)體大小、運(yùn)動(dòng)水平、營(yíng)養(yǎng)狀況等，其中食物組成是影響動(dòng)物SDA的重要因素，倍受研究者關(guān)注［4］。動(dòng)物攝食食物不僅是生物的生理活動(dòng)，也是能量代謝消耗的主要過程［5］。

餌料是影響生命活動(dòng)的重要因子之一，是動(dòng)物代謝、存活、生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，動(dòng)物攝食不同餌料能夠?qū)е聶C(jī)體產(chǎn)生不同的SDA變化［6］。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)動(dòng)物SDA的研究廣泛，從早期以恒溫動(dòng)物為主要研究對(duì)象［7］，發(fā)展到對(duì)變溫動(dòng)物SDA 的研究［8］，其中水生變溫動(dòng)物的研究主要集中在魚、蝦等動(dòng)物［9－10］，結(jié)果表明食物對(duì)魚、蝦等生物的SDA具有顯著的影響作用［5，9，11］。有關(guān)刺參特殊動(dòng)力作用的研究比較少見，包杰曾研究過不同類型的食物（海泥、馬尾藻（Sargassumspp.）、配合飼料）對(duì)紅刺參和青刺參（Apostichopus japonicus）特殊動(dòng)力作用的影響，結(jié)果顯示食物類型對(duì)刺參SDA影響顯著［12］。自然界中底棲硅藻是刺參餌料的重要來源，因此本文以不同底棲硅藻作為餌料，研究刺參攝食底棲硅藻后特殊動(dòng)力作用參數(shù)的變化規(guī)律，為進(jìn)一步了解刺參攝食代謝反應(yīng)和適應(yīng)性，豐富刺參的相關(guān)生物學(xué)知識(shí)以及刺身的養(yǎng)殖生產(chǎn)提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)于2011年9月在中國(guó)海洋大學(xué)鰲山衛(wèi)科研基地進(jìn)行。刺參來自中國(guó)海洋大學(xué)鰲山衛(wèi)科研基地，在溫度18℃、鹽度30.5的海水中馴養(yǎng)，馴養(yǎng)用水族箱規(guī)格為70cm×50cm×50cm（長(zhǎng)×寬×高），選擇體態(tài)伸展、健康，規(guī)格相似的個(gè)體用于實(shí)驗(yàn)。初始規(guī)格為（0.15±0.03）g的筒柱藻（Cylindrothecafusiformis）和菱形藻（Nitzchiasp.）由中國(guó)海洋大學(xué)藻種庫(kù)提供，琴氏菱形藻微小變種（Nitzschiapanduriformisvar.minor）由中國(guó)科學(xué)院海洋研究所提供，海參飼料系從市場(chǎng)上購(gòu)買的商業(yè)飼料。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，分別投喂筒柱藻、菱形藻、琴氏菱形藻微小變種和商業(yè)飼料，以不放置海參和餌料為空白；處理組和空白組同時(shí)進(jìn)行，每處理設(shè)置4個(gè)重復(fù)，除空白處理外每重復(fù)設(shè)置刺參幼參10只，實(shí)驗(yàn)開始前海參饑餓48h，測(cè)定靜止代謝率。馴養(yǎng)期間，分別以3種底棲硅藻和商業(yè)飼料分別作為餌料投喂刺參幼參進(jìn)行馴養(yǎng)，馴養(yǎng)時(shí)間為15d。馴養(yǎng)后移入自制的流水式呼吸儀中再適應(yīng)12h后，分別投喂4種餌料，以海參的觸手?jǐn)z取食物送入口中開始［13］，允許海參自行攝食1h，然后吸出殘餌和糞便開始測(cè)定耗氧率，1h內(nèi)不攝食的刺參樣本不被用來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。提前6h將底棲硅藻附著在容器內(nèi)，共4套蠕動(dòng)泵用于實(shí)驗(yàn)，每臺(tái)泵又可設(shè)置若干分支。實(shí)驗(yàn)周期為24h，從8：00到次日8：00，模擬刺參晝夜攝食條件，每2h測(cè)定1次海參的代謝率。溶解氧采用溶氧儀法測(cè)定［14］。

圖1 呼吸儀構(gòu)造Fig.1 The structure of the respirometer

實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖1所示，采用實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)的流水式呼吸儀測(cè)定刺參幼參攝食后的耗氧率。呼吸室的容積為126mL，呼吸室前端有一個(gè)進(jìn)水口，后端有一個(gè)出水口，為了避免水體中降低的溶解氧對(duì)刺參產(chǎn)生一定的生理影響，要始終保證水體中氧含量不低于氧飽和含量的70%，因此呼吸室中水流的速度通過蠕動(dòng)泵的旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，流速控制在2mL/min左右。溫度控制是通過加熱棒和冷水裝置共同控制完成的。水箱中的溶解氧保持在6.0～6.5mg/L之間，避免由于初始DO值的差異帶來的影響。

1.3 養(yǎng)殖管理

馴養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)期間所用海水均為砂濾海水，鹽度控制在30.5±0.5，pH8.2～8.4，溶解氧大于5mg/L，水體中NH＋4－N＜0.1mg/L，溫度控制在18℃。馴化期間，換水前對(duì)海水進(jìn)行預(yù)加熱，防止換水造成水族箱溫度變化過大，在暫養(yǎng)期間每2天換水1/2。24h黑暗和充氧，每天在16：00投喂1次。實(shí)驗(yàn)所用的商業(yè)餌料為粉末狀，各種餌料營(yíng)養(yǎng)成分見表1。

表1 不同餌料的營(yíng)養(yǎng)成分分析Table 1 Proximate composition of four experimental diets

1.4 相關(guān)參數(shù)計(jì)算與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

（1）單位濕體重代謝率（OCR）計(jì)算采用以下公式：OCR（mg·kg－1·h－1）＝（C0－Ce）V/W，C0、Ce分別為處理組呼吸儀進(jìn)口、出口的DO的濃度（mg/L），W為刺參濕體重（kg），V是通過處理組和空白對(duì)照組的水流流速（mL/min）。

（2）靜止代謝率（mg O2·h－1）：刺參饑餓48h之后的代謝率。

（3）攝食水平（%Body mass）：海參攝食的餌料占其濕重的百分比。

（4）SDA時(shí)間（h）：從攝食開始一直到回歸至標(biāo)準(zhǔn)代謝率的標(biāo)準(zhǔn)誤范圍內(nèi)的首個(gè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的歷時(shí)。

（5）攝食代謝峰值（mg O2·h－1）：攝食后每2h測(cè)定一次，在連續(xù)的測(cè)定中出現(xiàn)的代謝率最大值。

（6）攝食代謝峰值時(shí)間（h）：分別為生物攝食后代謝率上升到最大值所對(duì)應(yīng)的歷時(shí)。

（7）攝食代謝峰值比率（Factorial metabolic scope）：攝食代謝峰值和標(biāo)準(zhǔn)代謝率的比值。

（8）SDA總耗能量（J/g）：在SDA 時(shí)間內(nèi)，用各時(shí)段攝食代謝率和標(biāo)準(zhǔn)代謝率之差在時(shí)間上的積分以求得每頭刺參的單位體重的耗氧量，用氧熱當(dāng)量系數(shù)（該系數(shù)為每毫克氧13.84J）乘以該耗氧量得到SDA總耗能量［15］。

（9）SDA系數(shù)（%）：SDA總耗能量/海參的攝食能量，即SDA耗能量占攝入能量的比例。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS11.0軟件經(jīng)單因素方差分析，結(jié)果差異顯著后進(jìn)行多重比較（Duncan），以P＜0.05作為顯著標(biāo)準(zhǔn)。為了取得方差齊性和近于正態(tài)分布，百分?jǐn)?shù)和比率經(jīng)過反正弦轉(zhuǎn)換后進(jìn)行方差分析。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 投喂底棲硅藻對(duì)刺參代謝率的影響

實(shí)驗(yàn)初始溶解氧濃度穩(wěn)定維持在6.0～6.5mg/L之間，底棲硅藻對(duì)刺參代謝率的影響見圖2。刺參攝食各組餌料后代謝率在2～8h內(nèi)上升到代謝峰值，持續(xù)12～14h后回落到起初的基礎(chǔ)代謝水平上。其中投喂琴氏菱形藻微小變種組刺參的代謝率與投喂菱形藻組、筒柱藻和商業(yè)飼料組之間存在顯著性差異（P＜0.05），琴氏菱形藻微小變種組中的代謝率始終低于另外3組。投喂菱形藻組的刺參的代謝率、投喂筒柱藻組刺參的代謝率和商業(yè)飼料組刺參的代謝率之間無顯著性差異（P＞0.05）。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組的SDA時(shí)間分別是（22.0±1.0）、（22.0±0.5）、（20.0±1.5）和（22.0±1.0）h，4個(gè)處理組之間沒有顯著性差異（P＞0.05）。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組的攝食代謝峰值分別是（27.0±1.2）、（30.0±1.7）、（29.0±2.1）和（32.0±1.2）mg O2·kg－1·h－1，琴氏菱形藻微小變種組代謝峰值與另外3組間存在顯著性差異（P＜0.05）。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組的峰值達(dá)到的時(shí)間分別為（8.0±1.0）、（8.0±1.0）、（8.0±1.0）和（8.0±1.0）h，4個(gè)處理組的峰值達(dá)到時(shí)間沒有顯著性差異（P＜0.05）。

圖2 投喂底棲硅藻對(duì)刺參代謝率的影響Fig.2 The relationship between benthic diatoms and metabolic rate of sea cucumbers A.japonicus

2.2 投喂底棲硅藻對(duì)刺參特殊動(dòng)力作用各參數(shù)的影響

底棲硅藻對(duì)刺參特殊動(dòng)力作用各參數(shù)的影響見表2。各處理組中樣本數(shù)是一致的，均為40個(gè)樣本，刺參初始濕重沒有顯著性差異（P＞0.05），均為（0.15±0.03）g。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組刺參的標(biāo)準(zhǔn)代謝率分別（14.0±1.3）、（14.0±1.2）、（14.0±1.5）和（14.0±1.5）mg O2·kg－1·h－1，4個(gè)處理組之間沒有顯著性差異（P＞0.05）。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組刺參的攝食水平分別為（3.38±0.12）%、（3.75±0.25）%、（2.16±0.11）%和（6.37±0.19）%。商業(yè)飼料組刺參的攝食水平顯著高于琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組和筒柱藻組。投喂筒柱藻組的刺參的攝食水平最低，與其他組差異性顯著（P＜0.05）。琴氏菱形藻微小變種組、菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組刺參的攝食代謝峰值比率分別為（1.93±0.10）、（2.14±0.19）、（2.07±0.19）和（2.29±0.20），4組的差異性不顯著（P＞0.05）。琴氏菱形藻微小變種組刺參的SDA總耗能最小，為（1.43±0.15）J/g，顯著低于菱形藻組、筒柱藻組和商業(yè)飼料組（P＜0.05）。SDA系數(shù)中琴氏菱形藻微小變種組顯著低于筒柱藻組（P＜0.05）。

表2 底棲硅藻對(duì)刺參SDA各參數(shù)的影響（平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差）Table 2 Effect of benthic diatoms parameters of SDA in Apostichopus japonicus（Mean±S.E.）

3 討論

本研究結(jié)果表明，餌料對(duì)刺參的特殊動(dòng)力作用具有顯著的影響。刺參在攝食餌料后，其代謝率呈現(xiàn)先上升，之后緩慢下降的變化趨勢(shì)（見圖2），在攝食后2～8h內(nèi)達(dá)到了攝食代謝峰值，又經(jīng)12～14h回歸到基礎(chǔ)代謝水平，與其他學(xué)者關(guān)于水生生物的特殊動(dòng)力作用的研究結(jié)果相似［9，12］。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，刺參攝食3種底棲硅藻后的代謝率始終低于攝食商業(yè)飼料后的代謝率，攝食琴氏菱形藻微小變種的刺參代謝率和SDA總耗能顯著低于攝食菱形藻和筒柱藻的代謝率和SDA總耗能。琴氏菱形藻微小變種組的SDA系數(shù)顯著低于筒柱藻組。

刺參攝食餌料后代謝率的變化是刺參自身的消化、吸收、物質(zhì)合成與轉(zhuǎn)化等一系列過程的反應(yīng)［10］，這些反應(yīng)與甲殼類、魚類的反應(yīng)也是相似的［9－11］。本實(shí)驗(yàn)的SDA時(shí)間與包杰的研究有所不同［12］，出現(xiàn)這種偏差的原因，可能與所選擇的刺參的規(guī)格大小有關(guān)［4］。餌料種類的不同使得刺參代謝率和SDA總耗能等相關(guān)指標(biāo)出現(xiàn)顯著性的差異，出現(xiàn)這種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因如下：

（1）刺參的攝食活動(dòng)與其他水生生物（如魚、蝦）相比來說比較緩慢［16］，導(dǎo)致其代謝率顯著低于這些活動(dòng)比較活躍的生物種類［9－10］。

（2）實(shí)驗(yàn)中刺參攝食3種底棲硅藻后的代謝率顯著低于攝食飼料的代謝率，可能與刺參在自然界中的生活環(huán)境有關(guān)，自然界中刺參棲息于海底，以底質(zhì)中的底棲硅藻、細(xì)菌、有機(jī)物等為食［17－18］，刺參對(duì)攝食底棲硅藻已經(jīng)產(chǎn)生一定的適應(yīng)性。

（3）代謝率、SDA總耗能和SDA系數(shù)與4種餌料的營(yíng)養(yǎng)成分有關(guān)，食物的營(yíng)養(yǎng)組成對(duì)動(dòng)物SDA的影響很大［19］，不同底棲硅藻和商業(yè)飼料間的蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、氨基酸的組成等是不同的，所以關(guān)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的具體原因有待進(jìn)一步的研究。

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