膨腹海馬溫度耐受性及不同溫度對其生長的影響

羅輝玉，祁劍飛，鄭樂云*，吳水清，林金波，陳欣欣，黃楓淇，王 慶，4

(1.福建省水產(chǎn)研究所，福建 廈門 361013；2.廈門小嶝水產(chǎn)科技有限公司，福建 廈門 361103；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，廣東 廣州 510642；4.廣東省嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重點實驗室，廣東 廣州 510642)

海馬是中國水產(chǎn)經(jīng)濟中重要的高價值海水魚類，在中藥、海洋水族以及紀念品市場有很大的貿(mào)易成交量[1-2]。膨腹海馬(Hippocampusabdominalis)，又稱大腹海馬，是所有已知海馬中個體最大的種類，主要分布于南太平洋區(qū)的澳洲及新西蘭海域，棲息在礁石區(qū)、海草床或海藻床區(qū)域，屬肉食性，以小型甲殼類為食，卵胎生，被列入世界瀕危物種名錄[3]。我國海馬種類較多，但現(xiàn)只有三斑海馬(H.trimaculatus)、大海馬(H.kelloggi)、刺海馬(H.histrix)和日本海馬(H.mohnikei)人工繁育成功，大規(guī)模人工育苗及養(yǎng)殖仍存在技術(shù)難點，2016年福建省水產(chǎn)研究所海馬科研團隊在國內(nèi)率先嘗試了膨腹海馬規(guī)模化人工繁育技術(shù)研究并獲得成功。目前，國內(nèi)有較多關(guān)于海馬養(yǎng)殖適宜環(huán)境及病害的研究，如溶解氧對線紋海馬(H.erectus)幼魚氨氮耐受性的影響[4]、溫度與大海馬攝食行為及生長速率的關(guān)系[5]、鹽度對灰海馬的生長和存活的影響[6]、線紋海馬的爛尾病病原的分離等[7]，但有關(guān)膨腹海馬的人工養(yǎng)殖條件未見報道，需進一步探究。

水溫是影響魚類生長發(fā)育重要的環(huán)境因素之一，水溫驟變會影響魚類的攝食、代謝、生長，還可能造成其分解代謝加強、合成代謝減弱[8]。研究表明水溫與海馬的攝食、生長存活、繁殖、性腺發(fā)育等息息相關(guān)。大海馬在28℃時反應(yīng)最迅速，攝食量最大，活動頻繁，泳速快，而在18℃和自然變溫條件下，其對食物的反應(yīng)不敏感[5]。在適宜的養(yǎng)殖溫度條件下，海馬交配成功率和幼體成活率更高[9-10]，生長速率更快[11]。Lin Q等[12]研究發(fā)現(xiàn)大海馬在不同水溫條件下性腺發(fā)育程度各不相同，其性腺發(fā)育最適溫度為26℃～28℃。因此，探究海馬對不同溫度脅迫的應(yīng)答反應(yīng)，不僅具有重要的理論意義，同時也具有重要的生產(chǎn)應(yīng)用價值。本研究探究了膨腹海馬的耐受溫度及不同溫度對其存活率和生長速率的影響，同時探究膨腹海馬最佳養(yǎng)殖溫度區(qū)間，為膨腹海馬的人工養(yǎng)殖技術(shù)發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

本實驗于2019年3—6月在福建省水產(chǎn)研究所遺傳育種研究中心生態(tài)實驗室進行，從廈門小嶝水產(chǎn)科技有限公司挑選健康活潑的膨腹海馬用于實驗，實驗海馬分為小、中、大3種規(guī)格，其生物學(xué)數(shù)據(jù)如表1所示。實驗在循環(huán)水系統(tǒng)中進行，海水鹽度為(31.0±0.1)，pH為(8.1±0.2)。

表1 實驗膨腹海馬生物學(xué)數(shù)據(jù)

1.2 方法

耐溫性實驗：耐高溫、耐低溫實驗小、中、大三種規(guī)格各設(shè)3個平行，另設(shè)空白對照組。每個平行實驗水槽容積為300 L，各放30尾海馬。高溫、低溫組及對照組實驗分別在循環(huán)水系統(tǒng)中進行，實驗開始時自然水溫為16℃，以1℃/d的速度升溫或降溫處理。每天記錄各平行實驗海馬的存活狀況，統(tǒng)計死亡數(shù)，計算死亡率，實驗期間不投喂。

生長實驗：設(shè)10℃、13℃、16℃、19℃、22℃共5個溫度實驗組和非控溫空白對照組，每組設(shè)3個平行，每個平行實驗水槽容積為300 L，隨機放100尾膨腹海馬，實驗開始時海馬體質(zhì)量為(0.38±0.86)g、體長為(6.26±0.44)cm。實驗海馬放入實驗系統(tǒng)中后，按(1～2)℃/d速率升溫或降溫至實驗溫度，待海馬適應(yīng)該溫度7 d后開始正式實驗，實驗期間每天09：00和15：00投喂冰凍糠蝦和橈足類。實驗共進行12周(84 d)，期間各組溫度波動為±0.5℃，溶解氧大于5 mg/L，循環(huán)水系統(tǒng)日換水量為10%～15%，光照周期為12L∶12D。

1.3 數(shù)據(jù)處理

生物學(xué)測量時，用棉布或干毛巾快速拭去實驗海馬體表的水分，分別用天平、刻度尺測量海馬的體質(zhì)量、體長、頭長等指標，采用以下公式計算各項指標。

存活率(%) = 100×Nh /Nz

體質(zhì)量增長率(%) = 100×(W2- W1)/W1

體長增長率(%) = 100×(L2- L1)/L1

特定生長率(%/d)= 100×(lnW2-lnW1)/t2-t1

式中，Nh代表實驗魚每組存活尾數(shù)(尾)、Nz代表每組初始樣本尾數(shù)(尾)；L1、L2分別為初始體長(cm)和終末體長(cm)；t為實驗天數(shù)(d)，W1為t1對應(yīng)的平均體質(zhì)量(g)(初始)、W2為t2對應(yīng)的平均體質(zhì)量(g)(終末)。

采用SPSS 25.0中ANOVA檢驗法，對膨腹海馬體質(zhì)量、體長和頭長生長指標進行分析，數(shù)據(jù)差異性用Duncan檢驗。結(jié)果采用平均值±標準偏差(Mean±SD)表示，P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同規(guī)格膨腹海馬的耐溫性

膨腹海馬的耐溫實驗結(jié)果表明：小、中、大三種規(guī)格的膨腹海馬對高溫和低溫的耐受性存在差異(表2、表3)。死亡率變化趨勢見圖1、圖2。低溫脅迫下，小規(guī)格海馬開始死亡溫度為6.6℃，全部死亡溫度為3.2℃，半致死低溫為4.9℃；中規(guī)格開始死亡溫度5.4℃，全部死亡溫度為2.8℃，半致死低溫為3.9℃；大規(guī)格開始死亡溫度4.4℃，全部死亡溫度為2.0℃，半致死低溫為3.1℃。高溫脅迫下，小規(guī)格海馬開始死亡溫度為21.8℃，全部死亡溫度為26.9℃，半致死高溫為26.2℃；中規(guī)格開始死亡溫度為24.2℃，全部死亡溫度為27.2℃，半致死高溫為26.7℃；大規(guī)格開始死亡溫度25.3℃，最終死亡溫度為28.7℃，半致死高溫為28.2℃。大規(guī)格海馬比小規(guī)格海馬、中規(guī)格海馬更耐低溫和高溫，同一溫度下，其死亡率更低。小規(guī)格膨腹海馬的極限高溫和極限低溫分別為26.9℃和3.2℃，耐溫幅度為23.7℃。中規(guī)格膨腹海馬的極限高溫和極限低溫分別為27.2℃和2.8℃，耐溫幅度為24.4℃。大規(guī)格膨腹海馬極限高溫和極限低溫分別為28.7℃和2.0℃，耐溫幅度為26.7℃。可見膨腹海馬的規(guī)格越大，溫度耐受幅度越大。

表2 低溫脅迫下膨腹海馬的半致死溫度

表3 高溫脅迫下膨腹海馬的半致死溫度

2.2 不同溫度對膨腹海馬生長、存活的影響

2.2.1 不同溫度下海馬的活動狀態(tài)

實驗結(jié)果表明，膨腹海馬在不同溫度下的活動存在差異，對照組和16℃組膨腹海馬活動正常，獨立附著，對食物反應(yīng)迅速，投餌后互相搶食。10℃組互相纏繞，沉入池底，活動緩慢，不主動攝食。13℃組膨腹海馬互相纏繞，沉入池底或附著于附著物，身體擺動，活動緩慢，投餌后不搶食，小部分會主動攝食。19℃組海馬獨立附著在附著物，部分游動頻繁，攝食迅速；部分附著不游動，不攝食。22℃組，實驗早期部分膨腹海馬頻繁游動、呼吸加快、不攝食，另一部分游動頻繁、攝食正常、集聚在氧氣管附近；后期瘦弱的海馬纏繞在附著物上、呼吸加快、不攝食、直至死亡，強壯的海馬活動頻繁、游動正常、攝食迅速(表4)。

表4 膨腹海馬在不同溫度下的活動狀態(tài)

2.2.2 不同溫度對膨腹海馬存活率和生長的影響

實驗結(jié)果表明，22℃組存活率最低，為34.44%，特定生長率為1.51%；19℃組特定生長率最高，為1.85%，但存活率僅為63.33%；16℃組存活率為72.22%，特定生長率為1.84%；13℃組和10℃組存活率分別為88.89%和74.44%，特定生長率分別為1.31%和1.11%。10℃組、13℃組、22℃組的特定生長率均不存在顯著差異，16℃組和19℃組特定生長率無顯著差異，但均顯著高于其他三組(P<0.05)(表5)。不同溫度下的膨腹海馬的體長和體質(zhì)量變化趨勢一致，其中10℃組、13℃組之間無顯著性差異(P>0.05)，16℃組和19℃組之間無顯著性差異(P>0.05)，而16℃組和19℃組的體質(zhì)量、體長均顯著高于10℃組、13℃組、22℃組(P<0.05)。從實驗結(jié)果看，膨腹海馬在不同溫度梯度下的養(yǎng)殖存活率和生長各不相同，10℃組和13℃組存活率高，但特定生長率低；22℃組和19℃組特定生長率較高，而存活率低，表明膨腹海馬的最適養(yǎng)殖溫度為16℃。

表5 膨腹海馬在不同溫度下的生長和存活的變化

3 討論

3.1 膨腹海馬對溫度的耐受性

謝爾福德耐受性定律(Shelford’s law of tolerance)是指生物對其生存環(huán)境的適應(yīng)有一個生態(tài)學(xué)最小量和最大量的界限，生物只有處于這兩個限度范圍之間才能生存，這個最小到最大的限度稱為生物的耐受性范圍[13-14]。任何一種環(huán)境因子對每一種生物都有最大限度和最小限度的范圍，一種生物的機能在最適點或接近最適點時發(fā)生作用，趨向這兩端時就減弱，然后被抑制。魚類是終生生活在水中的變溫生物，溫度會影響魚類所有的生命活動[15]。魚類的溫度耐受性有上限和下限，兩者之間的范圍為溫度耐受幅度[16]，是評估魚類溫度耐受性的最重要指標。研究表明：珍珠龍膽石斑魚(Epinephelusfuscoguttatus♀×E.lancedatus♂)耐受水溫極限低溫和高溫分別為10.0℃和39.0℃，溫度耐受幅度為29℃[17]。南方鲇(SilurusmeridionalisChen)極限最高溫為38.2℃，極限最低溫為5.9℃，溫度耐受幅度為32.3℃[18]。虹鱒(Oncorhynchusmykiss)的極限最高溫為25.5℃，極限最低溫為1.1℃，溫度耐受幅度為24.4℃[19]。魚類的溫度耐受幅度也受規(guī)格大小的影響[20]。本研究表明，小規(guī)格膨腹海馬的極限高溫和極限低溫分別為26.9℃和3.2℃，耐溫幅度為23.7℃；中規(guī)格膨腹海馬的極限高溫和極限低溫分別為27.2℃和2.8℃，耐溫幅度為24.4℃；大規(guī)格膨腹海馬的極限高溫和極限低溫分別為28.7℃和2.0℃，耐溫幅度為26.7℃。規(guī)格越大，溫度耐受幅度越大。與其他魚類[21-22]相比，呈現(xiàn)出高溫耐受性低、低溫耐受性高、溫度耐受幅度小的特點。這可能是由于魚類的耐溫性與其所處棲息地的氣候相關(guān)，生活在環(huán)境氣候變化穩(wěn)定的地區(qū)的魚類比生活在氣候變化幅度較大的魚類耐溫幅度更小[23]。膨腹海馬生活環(huán)境相對穩(wěn)定，因此其耐溫幅度比其他廣溫性魚類小。研究表明，不同溫度下魚類的活動狀態(tài)與魚體內(nèi)的乙酰膽堿酯酶(AchE)的變化有關(guān)，它是一種分解酶，保證機體的神經(jīng)興奮與抑制協(xié)調(diào)相統(tǒng)一[24]。本研究發(fā)現(xiàn)海馬在不同溫度下呈現(xiàn)不同的活動狀態(tài)，但是膨腹海馬在不同溫度下的活動狀態(tài)是否與這一酶相關(guān)，有待進一步研究。

3.2 溫度對膨腹海馬生長的影響

溫度是影響魚類生長發(fā)育重要的環(huán)境因子之一，對溫度的選擇行為是魚體在不同溫度下的體內(nèi)熱調(diào)控機制的外在體現(xiàn)[25]。Jobling M研究溫度與魚類生長關(guān)系發(fā)現(xiàn)：魚類在最適溫度時有最快的生長速度，溫度過高或過低都會影響其生長速度[26]。研究表明：黑斑原魚兆(Glyptosternummaculatum)在12℃時生長最快、死亡率最低，在18℃時死亡率最高[27]。孫彬等[28]等研究表明養(yǎng)殖溫度從23℃提高到28℃時，大海馬幼體的體質(zhì)量和體長呈顯著性增長，而當(dāng)溫度升到33℃時或降到15℃時，大海馬個體的體長和存活率與對照組(23℃)相比顯著降低。本研究與孫彬等[28]的結(jié)果相似，膨腹海馬在16℃和19℃溫度組的體長、體質(zhì)量、特定生長率均顯著高于10℃組、13℃組及22℃溫度組(P<0.05)。但16℃組與19℃組相比無顯著性差異，而19℃組的存活率只有63.3%，22℃組的存活率最低，為34.44%。究其原因，這可能是由于膨腹海馬在22℃和19℃養(yǎng)殖過程中，調(diào)控與自身不相適應(yīng)的溫度能耗過大，導(dǎo)致在高溫情況下，多數(shù)海馬攝食所帶來的能量無法積累，體質(zhì)變?nèi)?，無法通過體內(nèi)熱調(diào)控適應(yīng)外界的溫度脅迫，行為紊亂，攝食降低，變得消瘦，直至死亡。在10℃組和13℃組中，膨腹海馬的存活率雖分別達74.44%和88.89%，但特定生長率與16℃組存在顯著的差異，生長緩慢，無法形成規(guī)模養(yǎng)殖效益，故膨腹海馬養(yǎng)殖溫度控制在16℃為宜。

4 結(jié)論

小、中、大3種規(guī)格膨腹海馬的半致死高溫分別為26.2℃、26.7℃、28.2℃；半致死低溫分別為4.9℃、3.9℃、3.1℃，耐溫幅度分別為23.7℃、24.4℃、26.7℃?？傮w來說，規(guī)格越大，對低溫或高溫的耐受性越強。測量不同溫度下膨腹海馬的體長、體質(zhì)量增長率發(fā)現(xiàn)，高于16℃，其養(yǎng)殖存活率低；低于16℃，則生長緩慢，綜合生長和存活率指標，得出膨腹海馬的最適養(yǎng)殖溫度為16℃。在膨腹海馬養(yǎng)殖中，準確地掌握其生長的最適溫度，不但可以節(jié)省時間和成本，還能提高海馬的單位產(chǎn)量。通過對膨腹海馬的生長情況判斷其適宜的生長條件，有利于提高膨腹海馬養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益。