水溫和藻類對(duì)馬糞海膽攝食、呼吸及排氨率的影響

時(shí)嘉賡，馮艷微，姜 緒，劉相全

( 1.山東省海洋資源與環(huán)境研究院，山東省海洋生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái) 264006； 2.上海海洋大學(xué)，水產(chǎn)科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，上海 201306； 3.上海海洋大學(xué)，上海水產(chǎn)養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，上海 201306 )

馬糞海膽(Hemicentrotuspulcherrimus)屬海膽綱、球海膽科，為中國(guó)及日本沿海的特有種，其生殖腺味道鮮美，是我國(guó)北方主要的經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖種類[1]。馬糞海膽屬?gòu)V溫性動(dòng)物，在0～30 ℃均能存活，一般以天然的大型褐藻、紅藻和綠藻等為食，常棲息于淺海海底、巖礁上[2-3]。孔石莼(Ulvapertusa)、粘膜藻(Leathesiadifformis)、腸滸苔(Enteromorphaintestinalis)、裙帶菜(Undariapinnatifida)、珠狀硬毛藻(Chaetomorphamoniligera)是北方刺參池塘中常見的大型藻類，適溫季節(jié)大量增殖對(duì)刺參生長(zhǎng)存活具有極大危害[4-5]。馬糞海膽以大型藻類作為主要食物來源供應(yīng)機(jī)體生長(zhǎng)，可用于抑制刺參池塘中藻類的暴發(fā)性增殖[6]。有關(guān)馬糞海膽對(duì)不同藻類的攝食研究開展較多，但多集中于海帶(Saccharinajaponica)、裙帶菜等經(jīng)濟(jì)藻類方面。尤凱等[7]發(fā)現(xiàn)，青島近海馬糞海膽對(duì)海帶、裙帶菜有明顯選擇性；曾曉起等[8]發(fā)現(xiàn)，馬糞海膽對(duì)海帶、裙帶菜的攝食率大于石莼(U.lactuca)。關(guān)于馬糞海膽對(duì)刺參池塘中常見的滸苔、粘膜藻、硬毛藻的攝食選擇還未有研究。

筆者以馬糞海膽幼膽為研究對(duì)象，采用5種池塘大型藻類作為餌料，研究馬糞海膽對(duì)不同藻類的選擇性攝食及不同水溫下5種藻類對(duì)馬糞海膽攝食及呼吸代謝的影響，以期為開展馬糞海膽生態(tài)增養(yǎng)殖、構(gòu)建刺參池塘綠色綜合養(yǎng)殖模式奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用馬糞海膽購(gòu)于威海長(zhǎng)青海洋科技股份有限公司，所用孔石莼、粘膜藻、腸滸苔、裙帶菜、珠狀硬毛藻均采自煙臺(tái)海益有限公司刺參養(yǎng)殖池塘，試驗(yàn)容器為0.3 m×0.4 m×0.5 m 的白色塑料桶，試驗(yàn)海水為渤海海域經(jīng)過砂濾池過濾的自然海水(鹽度31.58，pH 7.8)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 攝食種類選擇試驗(yàn)

試驗(yàn)所用馬糞海膽平均體質(zhì)量為(0.55±0.16) g，隨機(jī)分為3組，每組放置100個(gè)馬糞海膽，試驗(yàn)水溫為10.1 ℃，每組過量投喂5種新鮮海藻，試驗(yàn)48 h后紀(jì)錄各組藻類剩余質(zhì)量。取一定量各藻類烘至恒定質(zhì)量，計(jì)算藻類干出率，攝食量均以干質(zhì)量計(jì)。馬糞海膽對(duì)5種藻類的日相對(duì)攝食率(Fr)和攝食選擇率(Ci)的公式為：

(1)

(2)

式中，mi表示馬糞海膽對(duì)第i(i= 1、2、3、4、5)種藻類的攝食量(g)，m表示馬糞海膽的體質(zhì)量(g)，t為試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間(d)，ms為馬糞海膽對(duì)混合海藻投喂組中所有海藻攝食量(g)

1.2.2 不同水溫下馬糞海膽對(duì)海藻的攝食試驗(yàn)

本試驗(yàn)依據(jù)自然海區(qū)水溫變化，分別于2018年4月(10.1 ℃)、5月(15.6 ℃)、6月(20.3 ℃)開展。選取規(guī)格為(0.67±0.32) g的馬糞海膽進(jìn)行暫養(yǎng)，期間分為5組，分別投喂5種藻類(粘膜藻、孔石莼、腸滸苔、裙帶菜、剛毛藻)，投喂適應(yīng)7 d后挑選活力強(qiáng)的馬糞海膽進(jìn)行試驗(yàn)，每組設(shè)置3個(gè)平行，每個(gè)平行100個(gè)馬糞海膽，試驗(yàn)周期為2 d。記錄藻類投喂量和殘餌量，結(jié)合藻類干出率，計(jì)算日相對(duì)攝食率(Fa)。日相對(duì)攝食率同公式(1)。

1.2.3 不同溫度、藻類餌料下的馬糞海膽的耗氧率和排氨率

馬糞海膽暫養(yǎng)方式及規(guī)格同1.2.2。暫養(yǎng)結(jié)束后，挑選10個(gè)規(guī)格相似個(gè)體放入1 L錐形瓶中，適應(yīng)0.5 h后密封開始試驗(yàn)，試驗(yàn)進(jìn)行2 h。期間，全程水浴，保持各組溫度一致；記錄初始和終止時(shí)溶解氧值，終止溶解氧值均大于5.0 mg/L；保留水樣測(cè)量氨氮值。溶解氧采用HACH-HQ30d測(cè)定，氨氮含量采用Chemclever380-全自動(dòng)化學(xué)分析儀測(cè)定。馬糞海膽的耗氧率(OC)、排氨率(AE)和O∶N值(ON)計(jì)算公式分別為:

(3)

(4)

(5)

式中，OC為單位體質(zhì)量耗氧率[mg/(g·h)]，D0和Dt分別為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)空白對(duì)照組和試驗(yàn)組試驗(yàn)水體中溶解氧水平(mg/L)；AE為單位體質(zhì)量排氨率[μg/(g·h)]，Nt和N0分別為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試驗(yàn)組和空白對(duì)照組試驗(yàn)水體中氨氮質(zhì)量濃度(μg/L)，V為試驗(yàn)水體體積(L)，m為試驗(yàn)用馬糞海膽的體質(zhì)量(g)，t為試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間(h)；ON為呼吸氧原子數(shù)與排出氮原子數(shù)之比。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，采用SPSS 22.0軟件對(duì)溫度和藻類進(jìn)行雙因素方差分析，組間差異采用Duncan氏多重比較分析，以0.05作為差異顯著水平。

2 結(jié) 果

2.1 馬糞海膽攝食種類選擇

由表1可見，在5種池塘大型藻類并存的情況下，馬糞海膽對(duì)不同藻類的日相對(duì)攝食率差異顯著(P<0.05)，在這5種藻類中，馬糞海膽對(duì)裙帶菜的攝食選擇率顯著高于其他4種藻類(P<0.05)，其次為粘膜藻、孔石莼、腸滸苔，對(duì)珠狀硬毛藻的攝食選擇率最低，顯著低于其他4種藻類(P<0.05)。

表1 馬糞海膽對(duì)5種池塘大型藻類的攝食選擇率 %Tab.1 Feeding selectivity of sea urchin H.pulcherrimus on five species of algae

注：同行中上標(biāo)不同字母的平均值間差異顯著(P<0.05);相同字母的平均值間差異不顯著(P>0.05).

Note: means with different letters in the same line are significant difference (P<0.05); means with same letters in the same line are not significant difference (P<0.05).

2.2 不同水溫、藻類對(duì)馬糞海膽日攝食率的影響

在10.1～20.3 ℃內(nèi)，溫度、藻類種類均對(duì)馬糞海膽攝食率有顯著影響(P<0.05)(表2)。在3個(gè)水溫下，馬糞海膽對(duì)裙帶菜的攝食率均最大，顯著高于其他4個(gè)組別(P<0.05)；對(duì)粘膜藻的攝食率顯著高于孔石莼、腸滸苔和珠狀硬毛藻(P<0.05)，對(duì)孔石莼的攝食率和對(duì)腸滸苔的攝食率差異不顯著(P>0.05)，對(duì)珠狀硬毛藻的攝食率最低，顯著低于其他各個(gè)組別(P<0.05)。馬糞海膽對(duì)各種藻類的日相對(duì)攝食率依次為裙帶菜>粘膜藻>孔石莼>腸滸苔>珠狀硬毛藻(圖1)。

水溫在10.1～20.3 ℃內(nèi)，馬糞海膽攝食不同藻類的日攝食率均隨水溫升高先升后降，各組別均在15.6 ℃達(dá)到最大值，顯著高于其他兩個(gè)水溫下馬糞海膽的日攝食率(P<0.05)，10.1 ℃與20.3 ℃之間日攝食率差異不顯著(P<0.05)(圖1)。

表2 溫度、藻類對(duì)馬糞海膽攝食率、耗氧率和排氨率影響的方差分析Tab.2 ANOVA Analysis of the effects of temperature and alga species on the food intake rate, oxygen consumption rate andammonia excretion rate of sea urchin H.pulcherrimus

注：*表示差異顯著(P<0.05). Note:*means significant difference (P<0.05).

圖1 不同水溫下各組別馬糞海膽的日相對(duì)攝食率(干質(zhì)量)Fig.1 Daily food intake rates of sea urchin H.pulcherrimus in different groups at different water temperature (dry weight)

2.3 不同水溫、藻類對(duì)馬糞海膽耗氧率、排氨率的影響

在10.1～20.3 ℃內(nèi)，溫度、藻類種類均對(duì)馬糞海膽耗氧率有顯著影響(P<0.05)(表2)。各組馬糞海膽耗氧率均隨著水溫升高而增大，耗氧率最大值出現(xiàn)在20.3 ℃時(shí)的孔石莼組中，最小值出現(xiàn)在10.1 ℃時(shí)的珠狀硬毛藻組(圖2)。方差分析得出，在10.1 ℃時(shí)，珠狀硬毛藻組馬糞海膽的耗氧率最低，顯著低于裙帶菜和孔石莼組(P<0.05)，但與粘膜藻、腸滸苔組差異不顯著(P>0.05)，剩余4個(gè)組別間馬糞海膽耗氧率差異不顯著(P>0.05)；在15.6 ℃下，珠狀硬毛藻的耗氧率最低，顯著低于除粘膜藻外的各組別(P<0.05)，孔石莼組耗氧率最高，與裙帶菜組差異不顯著，但顯著高于剩余組別；在20.3 ℃條件下，珠狀硬毛藻的耗氧率最低，孔石莼組最高，均與其他組別差異顯著。

圖2 不同水溫下各組別馬糞海膽的耗氧率Fig.2 Oxygen consumption rate of sea urchin H.pulcherrimus in different groups at different water temperature

溫度對(duì)馬糞海膽排氨率有顯著影響(P<0.05)，藻類則影響不顯著(P>0.05)(表2)。同種藻類條件下馬糞海膽的排氨率均表現(xiàn)為隨著溫度升高先增后減，在15.6 ℃時(shí)達(dá)到最大；排氨率最大的組為珠狀硬毛藻組，顯著高于其他組別(P<0.05)，最小值出現(xiàn)在10.1 ℃下的粘膜藻組中。在10.1 ℃時(shí)，攝食不同藻類的馬糞海膽排氨率差異不顯著(P>0.05)；在15.6 ℃時(shí)，珠狀硬毛藻組顯著高于裙帶菜組(P<0.05)，與其他各組別之間差異不顯著(P>0.05)；20.3 ℃時(shí)，各組別馬糞海膽排氨率差異不顯著，腸滸苔組最低，為(12.58±2.72)μg/(g·h)(圖3)。

2.4 不同溫度下各組別的氧氮比

水溫在10.1～20.3 ℃內(nèi)，馬糞海膽攝食5種藻類的O∶N值為22.46～69.18。攝食粘膜藻、孔石莼、腸滸苔、裙帶菜的組別O∶N值均大于24，最大值為69.18；而攝食珠狀硬毛藻的組別在10.1、15.6 ℃時(shí)，其O∶N值僅為23.74、22.46(表3)。

圖3 不同水溫下各組別馬糞海膽的排氨率Fig.3 Ammonia excretion rate of sea urchin H.pulcherrimus in different groups at different water temperature

表3 不同水溫下各組別的氧氮比Tab.3 Oxygen nitrogen ratio in the five groupsat different water temperature

3 討 論

3.1 馬糞海膽對(duì)大型藻類的攝食選擇

海膽喜食大型藻類，不同海膽對(duì)不同大型藻類的選擇與喜好不同。蝦夷馬糞海膽喜食大型褐藻[17]，對(duì)馬尾藻攝食選擇性高于石莼[18]；南方紫海膽對(duì)瓊枝麒麟菜(Betaphycusgelatinum)的嗜食性最高，其次為半葉馬尾藻(Sargassumhemiphyllum)、石花菜(Gelidiumamansii)、石莼，對(duì)刺松藻(Codiumfragile)的喜好性較差[19]；在對(duì)馬糞海膽的研究中，尤凱等[7]發(fā)現(xiàn)，馬糞海膽對(duì)馬尾藻、海帶等褐藻的喜好性強(qiáng)于孔石莼、石花菜。本研究結(jié)果表明，刺參池塘中同時(shí)存在孔石莼、粘膜藻、腸滸苔、裙帶菜、珠狀硬毛藻5種海藻時(shí)，馬糞海膽對(duì)裙帶菜的嗜食性最高，其次為粘膜藻、孔石莼、腸滸苔，對(duì)珠狀剛毛藻的嗜食性最低，整體表現(xiàn)出的對(duì)褐藻的選擇性大于綠藻，與尤凱等[7]的研究結(jié)果基本一致，這一結(jié)論對(duì)開展馬糞海膽生態(tài)防治池塘大型藻類具有一定的參考意義。

3.2 不同藻類與水溫對(duì)馬糞海膽攝食率的影響

水生動(dòng)物的攝食率受到其自身的生態(tài)習(xí)性、食物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、化學(xué)成分、形狀以及對(duì)食物的補(bǔ)償攝食等因素的影響[20-22]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同藻類組馬糞海膽的日相對(duì)攝食率存在顯著差異，經(jīng)過雙因素方差分析可以看出，藻類種類對(duì)馬糞海膽的攝食率有顯著的影響，與Azad等[23]的結(jié)論一致，且幼體馬糞海膽對(duì)同種藻類攝食率與選擇率表現(xiàn)相一致。馬糞海膽對(duì)裙帶菜攝食量最大，筆者分析可能是由于裙帶菜肥厚多肉，其中某些化學(xué)成分吸引海膽啃食。此外藻類形態(tài)差異也可能會(huì)導(dǎo)致海膽攝食效率的差異[21]，孔石莼葉片較薄且少肉，導(dǎo)致馬糞海膽對(duì)其攝食效率較低。腸滸苔呈絲狀，且葉片較薄，在水中浮動(dòng)性大，在馬糞海膽進(jìn)行啃食時(shí)，對(duì)它的攝食量偏低；而珠狀硬毛藻呈線形，海膽不易附著攝食，適口性差，海膽較難啃食，導(dǎo)致對(duì)其攝食率低。春季池塘中主要滋生的大型藻類為粘膜藻，由上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，馬糞海膽幼膽對(duì)其的攝食選擇效率高，可在春季投放入池中抑制粘膜藻的生長(zhǎng)。

溫度是影響水產(chǎn)動(dòng)物生存、生長(zhǎng)和發(fā)育的重要環(huán)境因子，對(duì)其攝食行為有重要的影響。在適宜溫度范圍內(nèi)，海膽攝食率會(huì)隨著溫度升高而顯著增加，偏離最適溫度攝食率會(huì)顯著降低。常亞青等[18]發(fā)現(xiàn)，殼徑為1.0 cm的蝦夷馬糞海膽在19 ℃時(shí)日相對(duì)攝食率最高，3.6 cm和5.0 cm個(gè)體則在16 ℃時(shí)最高；聶永康等[19]試驗(yàn)表明，攝食不同藻類的紫海膽日攝食率的最適溫度存在差異，分別在23 ℃(攝食半葉馬尾藻、瓊枝麒麟菜組)和27 ℃(攝食石莼組)下達(dá)到最大；尤凱等[5]在對(duì)馬糞海膽的研究中發(fā)現(xiàn)，平均體質(zhì)量為14.22 g的馬糞海膽在14 ℃時(shí)日攝食率最高；而本研究表明，體質(zhì)量為(0.42±0.16) g的馬糞海膽各組別均在15.6 ℃下日相對(duì)攝食率和質(zhì)量增加率達(dá)到最大。以上研究說明海膽攝食的最適溫度具有種屬特異性，且與個(gè)體大小形態(tài)有關(guān)。

3.3 不同藻類與水溫對(duì)馬糞海膽呼吸代謝的影響

水溫對(duì)海膽的呼吸代謝具有顯著影響。南方紫海膽在17～32 ℃內(nèi)，耗氧率隨著溫度的升高而增加，排氨率則呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，22～27 ℃之間可能存在紫海膽呼吸代謝的轉(zhuǎn)折點(diǎn)[14]；蝦夷馬糞海膽在15～25 ℃內(nèi)，耗氧率和排氨率均隨著溫度的升高而增加[15]；張鵬[16]在對(duì)馬糞海膽成體能量代謝的研究中發(fā)現(xiàn)，馬糞海膽耗氧率和排氨率在8～20 ℃時(shí)隨溫度升高呈增加趨勢(shì)，20 ℃達(dá)到最大，超過20 ℃時(shí)，隨著溫度的升高會(huì)下降；而本研究結(jié)果表明，在10.1～20.3 ℃內(nèi)，馬糞海膽的耗氧率與溫度呈正相關(guān)關(guān)系，排氨率隨溫度增加呈先升后降趨勢(shì)，在15.6 ℃達(dá)到最大，可能在15.6～20.3 ℃內(nèi)存在馬糞海膽呼吸的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。關(guān)于以上研究結(jié)果不一致的原因可能是由試驗(yàn)所用的馬糞海膽的規(guī)格大小不同所致。不同餌料種類可以滿足水生動(dòng)物不同的營(yíng)養(yǎng)需求，同時(shí)影響其生長(zhǎng)和能量代謝活動(dòng)[24]。關(guān)于不同藻類對(duì)馬糞海膽呼吸代謝的影響，目前未見相關(guān)報(bào)道。本研究經(jīng)過多因素方差分析發(fā)現(xiàn)，藻類種類對(duì)馬糞海膽耗氧率影響顯著，但對(duì)其排氨率無顯著影響。結(jié)合曾凡歸[25]通過測(cè)定得出不同種類海藻所含生化營(yíng)養(yǎng)成分各異的結(jié)果，筆者分析認(rèn)為馬糞海膽攝食藻類營(yíng)養(yǎng)成分的不同導(dǎo)致供給機(jī)體活動(dòng)能量的差異，從而引起了呼吸代謝的變化產(chǎn)生上述現(xiàn)象。

O∶N值是表示生物呼吸代謝底物的重要參數(shù)，被廣泛用于估計(jì)機(jī)體能量物質(zhì)的來源[26]。O∶N值為7～24時(shí)，機(jī)體能量主要由蛋白質(zhì)和脂肪氧化供能[27]；大于24時(shí)，則主要由脂肪和碳水化合物供給[28]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，投喂珠狀硬毛藻時(shí)，溫度影響了馬糞海膽的代謝水平，如在10.1、15.6 ℃時(shí)，馬糞海膽表現(xiàn)為以蛋白和脂肪供給為主，在20.3 ℃時(shí)，則以脂肪和碳水化合物為主；而投喂其他4種藻類時(shí)，其O∶N值為32.88～69.18，均以脂肪和碳水化合物供給為主，區(qū)別于珠狀硬毛藻組。上述結(jié)果共同說明，馬糞海膽的代謝活動(dòng)受到溫度及餌料種類的協(xié)同影響。