光照強度對番紅硨磲外套膜顏色變化的影響

劉二田, 何園園, 顧志峰, 石耀華, 王愛民, 2, 劉春勝

光照強度對番紅硨磲外套膜顏色變化的影響

劉二田1, 何園園1, 顧志峰1, 石耀華1, 王愛民1, 2, 劉春勝1

(1. 海南大學(xué) 海洋學(xué)院, 海南 ?？?570228; 2. 海南大學(xué) 南海海洋資源利用國家重點實驗室, 海南 ?？?570228)

以藍色、棕黃色和綠色三種不同外套膜顏色的番紅硨磲 ()為實驗對象, 設(shè)置5 000 lx、10 000 lx和15 000 lx三組光照強度, 探究了番紅硨磲外套膜顏色變化與光照強度的相關(guān)性。結(jié)果表明: (1) 在不同光照強度下, 藍色個體外套膜顏色加深, 棕黃色個體顏色變化不大, 而綠色個體外套膜顏色變淺。(2) 藍色個體在光照刺激2周后外套膜顏色即出現(xiàn)顯著變化, 0~2周色差為13.81~21.59; 在不同光照強度刺激下, 棕黃色和綠色個體的外套膜顏色的色差隨時間延長而逐漸增強, 4~6周外套膜顏色色差最大。(3) 番紅硨磲原外套膜顏色類別對其外套膜顏色紅綠特征數(shù)值()和黃藍特征數(shù)值()影響顯著(<0.05); 光照強度對番紅硨磲外套膜顏色黃藍特征數(shù)值()影響顯著(<0.05); 光照強度和番紅硨磲原外套膜顏色類別的交互作用對紅綠特征數(shù)值()的影響顯著。上述結(jié)果可為定向培育外套膜顏色鮮艷的番紅硨磲以及解析硨磲環(huán)境適應(yīng)機制提供參考。

番紅硨磲; 光照強度; 外套膜顏色; 色差

硨磲是軟體動物門瓣鰓綱硨磲科生物的統(tǒng)稱, 多棲息于淺海區(qū)珊瑚礁中。硨磲主要分布于西太平洋至印度洋非洲東海岸的熱帶海域[1-3]。硨磲具有色澤鮮艷的外套膜, 并在外套膜內(nèi)與蟲黃藻建立了共生關(guān)系, 因而它可以通過外套膜內(nèi)共生蟲黃藻的光合作用和濾食性攝食兩種方式來獲得營養(yǎng)[4]。同時, 硨磲因具有色澤鮮艷的外套膜, 而成為海洋觀賞水族的重要物種, 目前國際上外套膜顏色鮮艷的硨磲售價可達100~150$/只。

已有研究表明, 硨磲外套膜顏色變化與環(huán)境密切相關(guān)[5-6]。Ghoshal等[7]發(fā)現(xiàn), 長硨磲()和無鱗硨磲()可基于外界環(huán)境變化, 調(diào)整體內(nèi)色素細胞數(shù)量和結(jié)構(gòu), 繼而改變外套膜顏色; Todd等[8]發(fā)現(xiàn)約占63.4%的番紅硨磲()個體外套膜顏色與其棲息環(huán)境顏色密切相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為0.528~0.641; 付正祎等[9]利用薄層色譜法分析了藍色和紅棕色番紅硨磲外套膜色素, 表明兩種外套膜色素組成存在差異。筆者在前期研究中發(fā)現(xiàn)不同光照條件下, 硨磲出現(xiàn)一定比例的外套膜變色現(xiàn)象, 推斷光照可能影響硨磲外套膜顏色變化。

基于上述推斷, 本實驗以不同外套膜顏色的番紅硨磲為對象, 設(shè)置了不同光照強度, 探討番紅硨磲外套膜顏色變化與光照強度的相關(guān)性, 以期為培養(yǎng)高品質(zhì)觀賞硨磲和解析硨磲環(huán)境適應(yīng)機制提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

番紅硨磲(殼長71.68 mm±12.93 mm)個體采自南海西沙海域。番紅硨磲運送至三亞珊瑚礁國家級自然保護區(qū)西島實驗站開展相關(guān)實驗。挑選無損傷活力好的, 且外套膜顏色為藍色、棕黃色和綠色的個體作為實驗對象, 每種外套膜顏色番紅硨磲45只。實驗前先將番紅硨磲放入循環(huán)水養(yǎng)殖池中暫養(yǎng)一周, 并將硨磲外殼表面的附著物清洗干凈, 貼上防水標簽予以區(qū)分。

1.2 實驗條件

前期實驗結(jié)果表明, 番紅硨磲最適光照強度約15 000 lx[10]。因此, 在本實驗中設(shè)置15 000 lx、10 000 lx和5 000 lx三個光照梯度, 研究光照強度對番紅硨磲外套膜顏色變化的影響。將藍色、棕黃色和綠色外套膜顏色番紅硨磲隨機分成三組, 每組15只, 分別放置于5 000 lx、10 000 lx和15 000 lx三種光照強度下照射, 實驗為期6周。各組分別命名為5 000 lx-B組、5 000 lx-Br組、5 000 lx-G組、10 000 lx-B組、10 000 lx-Br組、10 000 lx-G組、15 000 lx-B組、15 000 lx-Br組和15 000 lx-G組。光照強度通過全光譜鹵素燈(光周期12 h︰12 h)控制。所用養(yǎng)殖池為長×寬×高為3 m×1.2 m×1 m的水泥池, 常流水, 水流速度為300 L/h(硨磲可通過共生蟲黃藻光合作用獲取能量, 無須投餌)。實驗所用海水為經(jīng)沙濾的自然海水, pH為7.8~8.2, 鹽度32~34, 水溫23~24℃。實驗期間每天監(jiān)測水體溫度、光照強度、溶解氧等指標。養(yǎng)殖6周后, 15 000 lx和10 000 lx光照組幾乎無死亡, 5 000 lx光照組死亡率為26.7%。

1.3 圖像采集

實驗期間每2周采集一次外套膜圖像。圖片采集方法參照何園園等[11], 將硨磲依次放置于實驗室自主研發(fā)的硨磲外套膜圖像采集裝置中, 待硨磲外套膜完全舒展后拍照, 每只硨磲拍照三次, 選取最佳的圖片進行后續(xù)分析。硨磲外套膜圖像采集裝置中光源為全光譜鹵素燈, 光照強度8 000 lx, 光線與水平面呈30°角, 相機型號為佳能EOS6D。拍照參數(shù)為快門速度1/15, 光圈5.0, 感光度200, 放大倍數(shù)3倍。

1.4 番紅硨磲外套膜顏色測定

外套膜顏色數(shù)據(jù)獲取: 用Photoshop軟件截取待測番紅硨磲外套膜圖片, 然后將待測圖片導(dǎo)入CSE-1成像色度檢測分析系統(tǒng)(北京理工大學(xué)研制), 隨機選取5個點, 獲得其、、值和、、值。計算這五個點Lab和XYZ值的平均值, 分別作為該硨磲的外套膜顏色參數(shù)和三刺激值, 同時根據(jù)三刺激值XYZ計算色度坐標和。

不同顏色組之間的色差Δ按下式計算:

Δab=[(Δ)2+(Δ)2+(Δ)2]1/2

式中, 明度差為Δ=1–2; 色度差為Δ=1–2, Δ=1–2;1、1和1是一個顏色組外套膜顏色各參數(shù)平均值,2、2和2是另一個顏色組外套膜顏色各參數(shù)平均值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗結(jié)果以平均值±標準差(Means±SD)表示。數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2010與DPS軟件進行。同一處理組番紅硨磲不同光照時間外套膜顏色色差變化采用單因素方差分析(One-way ANOVA)。各處理組番紅硨磲外套膜顏色色差、光照強度及原外套膜顏色類別與番紅硨磲外套膜顏色變化的相關(guān)性均采用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)。差異顯著水平為<0.05。

2 結(jié)果

2.1 不同光照強度下各組番紅硨磲外套膜顏色的色度分布變化

在不同的光照強度下, 各組番紅硨磲外套膜顏色呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律(圖1)。藍色組番紅硨磲外套膜顏色在三種不同光強下, 均向左下方藍原色區(qū)域移動; 且高光強組(15 000 lx)番紅硨磲顏色變化明顯大于低光強組(5 000 lx和10 000 lx)。棕黃色組番紅硨磲外套膜顏色在10 000 lx和15 000 lx光照下向黃原色區(qū)域移動, 而在5 000 lx光照下, 顏色無明顯變化。綠色組番紅硨磲外套膜顏色在10 000 lx 光照下向左下方藍原色區(qū)域移動, 在5 000 lx和15 000 lx光照下無明顯變化。

圖1 不同光強下各組番紅硨磲外套膜顏色的變化規(guī)律

注: 0W、2W、4W、6W分別指在相應(yīng)光照下照射0、2、4、6周后的外套膜顏色。下同

圖2直觀展示了不同光強下各組番紅硨磲在不同取樣時間下的外套膜顏色。藍色組番紅硨磲外套膜顏色加深, 棕黃色組顏色變化不大, 而綠色組番紅硨磲外套膜顏色變淺。

圖2 不同光照強度及刺激時間下各組番紅硨磲外套膜顏色

如表1所示, 藍色組番紅硨磲在不同光強下, 0~2周的色差為13.81~21.59, 顯著高于2~4周和4~6周(<0.05)。棕黃色組番紅硨磲在各時間段色差均小于6, 其中5 000 lx光照強度下, 棕黃色組各時間間隔色差無顯著差異; 10 000 lx和15 000 lx光照強度下, 4~6周色差顯著大于0~2周(<0.05)。綠色組番紅硨磲在不同光強下, 4~6周的色差均顯著高于2~4周和0~4周(<0.05)。光照刺激后0~2周, 各顏色組番紅硨磲外套膜色差隨光照強度增強而逐漸減小, 5 000 lx光強下色差變化幅度顯著高于10 000 lx和15 000 lx光強下的變化幅度(<0.05); 光照刺激后2~4周, 除藍色組5 000 lx光強外, 同一顏色不同光強組番紅硨磲外套膜色差無顯著差異; 光照刺激后4~6周, 綠色組在5 000 lx光強下色差值顯著高于10 000 lx和15 000 lx組(<0.05)

表1 不同光照強度下各組番紅硨磲外套膜顏色之間的色差(平均值±標準差)

注: 同列和行中不同上標小寫和大寫字母分別表示各組間存在顯著差異(<0.05)

2.2 光照強度與番紅硨磲外套膜顏色的相關(guān)性

光照強度、番紅硨磲外套膜顏色以及兩因素之間的交互作用對明度()對應(yīng)的值分別為1.500 7、1.401 7、1.116 1,值分別為0.326 4、0.252 3、0.355 0, 無顯著差異。光照強度對紅綠特征()對應(yīng)的值為1.637 8,=0.302 3>0.05, 無顯著差異; 而番紅硨磲外套膜顏色和兩因素之間的交互作用對紅綠特征()對應(yīng)的值分別為0.007 5、0.008 3, 有顯著差異(<0.05)。光照強度、番紅硨磲外套膜顏色對黃藍特征()對應(yīng)的值為10.643 8、4.115 3,值分別為0.025 0、0.020 0, 有顯著差異(<0.05)。而兩因素之間的交互作用對黃藍特征()對應(yīng)的=1.195 7,= 0.319 4>0.05, 無顯著差異(表2)。

表2 番紅硨磲原外套膜顏色及光照強度與外套膜顏色Lab 參數(shù)變化相關(guān)性

3 討論

本文的番紅硨磲均為在南海西沙海域自然種群中隨機抽取所得, 研究結(jié)果表明, 光照強度能對番紅硨磲外套膜顏色產(chǎn)生影響。在不同的光照強度下, 隨著照射時間的延長, 藍色番紅硨磲外套膜顏色加深, 棕黃色顏色變化不大, 而綠色番紅硨磲外套膜顏色變淺。各處理組外套膜顏色色品圖分析結(jié)果亦表明藍色番紅硨磲在三種光照下均呈現(xiàn)向左下方(深藍色)移動; 棕黃色個體在三種光強下均呈現(xiàn)向右上方(亮黃色)移動, 但移動幅度不大; 綠色組在三種光強下均呈現(xiàn)向左下方(深藍色)移動, 該結(jié)果與肉眼觀察基本一致。通過比較番紅硨磲原外套膜顏色及光照強度與外套膜顏色Lab 參數(shù)變化相關(guān)性, 表明光照強度僅影響黃藍特征()(=0.025 0), 與之相比, 番紅硨磲原外套膜顏色顯著影響其黃藍特征()(= 0.020 0)和紅綠特征()(=0.007 5)。因此, 各顏色組番紅硨磲外套膜呈現(xiàn)了不同變化趨勢。

關(guān)于番紅硨磲的顏色變化機制相關(guān)報道較少, 但普遍推測與光保護有關(guān)[12-13], 即番紅硨磲通過顏色轉(zhuǎn)變以保護自身或共生蟲黃藻免受強光和紫外線的傷害。番紅硨磲主要分布在水深為0.5~3.5 m 的珊瑚礁海區(qū), 其主要獲能方式為內(nèi)共生蟲黃藻的光合作用[8, 14-15]。有研究報道, 庫氏硨磲()外套膜色素細胞內(nèi)部聚集的色素晶片可吸收波長0~400 nm左右的藍紫可見光, 用以實現(xiàn)共生蟲黃藻光合作用[16]。在形態(tài)上, 其外套膜內(nèi)精細結(jié)構(gòu)有利于維持最大限量的蟲黃藻共生關(guān)系[17-18]。大量文獻證明光照強度與蟲黃藻含量密切相關(guān), 低光照強度下硨磲通過增加外套膜內(nèi)蟲黃藻密度以滿足能量需求[8, 18-22], 這為硨磲外套膜顏色與光照具有相關(guān)性提供了直接證據(jù)。

硨磲外套膜組織自身的色素細胞和內(nèi)共生蟲黃藻的色素細胞共同決定了硨磲的外套膜顏色。一般由宿主色素細胞內(nèi)色素晶片所控制的顏色變化發(fā)生時間較短, 如顏色受其體表色素細胞控制的金烏賊()在防御敵害時的噴墨現(xiàn)象就是瞬時完成的[23]。本研究發(fā)現(xiàn)在不同光照強度下藍色番紅硨磲顏色變化趨勢在0~2周較為明顯, 其他兩種顏色在0~2周無明顯變化, 因此推斷藍色番紅硨磲外套膜顏色或許主要受其外套膜虹彩細胞所控。此外, 有報道稱, 硨磲外套膜顏色的變化與共生蟲黃藻色素變化有關(guān)[12, 16]。筆者之前的研究也證實了番紅硨磲外套膜色素組分復(fù)雜, 不同顏色的外套膜含有不同色素組分[9]。本文發(fā)現(xiàn), 綠色和棕黃色番紅硨磲外套膜顏色變化, 在實驗6周后色差最大, 這與外套膜內(nèi)色素晶片快速調(diào)節(jié)機制不同, 說明硨磲外套膜及蟲黃藻色素組成調(diào)節(jié)相對滯后。

基于上述, 筆者推測光照強度對番紅硨磲外套膜顏色產(chǎn)生影響的主要原因為: ①光照影響了番紅硨磲外套膜色素細胞內(nèi)色素晶片排列或色素含量變化; ②光照影響了番紅硨磲外套膜內(nèi)共生蟲黃藻的色素組成。如果利用這一特性, 在進行硨磲人工繁育的過程中, 通過調(diào)控光照, 有可能獲得顏色更加鮮艷、更具觀賞性的番紅硨磲。目前, 藍色、綠色外套膜顏色的硨磲觀賞價值較高, 在實際養(yǎng)殖中將這兩種外套膜顏色的番紅硨磲置于高強度光強下, 有可能培育出顏色純正且鮮艷的個體。

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Effect of light intensity on the change in mantle color of the boring giant clam

LIU Er-tian1, HE Yuan-yuan1, GU Zhi-feng1, SHI Yao-hua1, WANG Ai-min1, 2, LIU Chun-sheng1

(1. Ocean College, Hainan University, Haikou 570228, China; 2. State Key Laboratory of Marine Resource Utilization in South China Sea, Hainan University, Haikou 570228, China)

The boring giant clam() is one of the most colorful giant clam species. In this study,with three different mantle colors (blue, brown–yellow, and green) were cultured at three light intensity levels (5 000 lx, 10 000 lx, and 15 000 lx) to evaluate the relation between the change in mantle color and light intensity. Results show that (1) the mantle color of the blue group darkened under three light intensity levels, the mantle color of the brown–yellow group did not change, and the color of the green group lightened. (2) The color change of the bluewas the greatest after two weeks of light stimulation (Δ=13.81–21.59), whereas the highest Δvalues for the brown–yellow and green groups could be observed between the fourth and sixth weeks of stimulation. (3) The original mantle color ofconsiderably affected the red–green characteristic value (a) and the yellow–blue characteristic value (b) (<0.05) of the obtained mantle color. The yellow–blue characteristic value (b) was considerably promoted with the increasing light intensity (<0.05), whereas the red–green characteristic value (a) of the mantle color was considerably affected by the interaction between the light intensity and the original mantle color. The results of this study can serve as a reference for culturingwith a bright mantle color and will also facilitate analyses of the environmental adaptation of.

; Light intensity; Mantle color; Correlation

Apr. 24, 2020

S917.4

A

1000-3096(2021)01-0070-06

10.11759/hykx20200424002

2020-04-24;

2020-05-26

海南省自然科學(xué)基金項目(417004, 317029) ; 海南省重點研發(fā)計劃項目(ZDYF2019153); 國家重點研發(fā)計劃項目(2018YFD0900704)

[Natural Foundation of Hainan Province, No. 417004, No. 317029; Key Research and Development Project of Hainan Province, No. ZDYF2019153; National Key Research and Development Plan, No. 2018 YFD0900704]

劉二田(1995-), 女, 山西呂梁人, 碩士研究生, 主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)研究, E-mail: 601840695@qq.com; 何園園(1994-), 共同第一作者, 男, 貴州盤州人, 碩士研究生, 主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)研究, E-mail: 291807274@qq.com; 劉春勝,通信作者, 副教授, E-mail: lcs5113@163.com

(本文編輯: 康亦兼)