四種微藻對(duì)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)存活率和生長(zhǎng)發(fā)育的影響

蘇 南,張 穎,楊櫟潼,陳慧真,3,高 倩,3,陳 償,4*,楊宇峰

(1.暨南大學(xué)水生生物研究所,廣東 廣州 510632; 2.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所、中國(guó)科學(xué)院熱帶海洋生物資源和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省應(yīng)用海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510301;3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049; 4.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所、海南西沙海洋環(huán)境國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站,海南 三沙 573100)

長(zhǎng)棘海星[Crown-of-Thorns Seastar(CoTS);Acanthasterspp.]以其強(qiáng)大的破壞珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的能力而聞名[1]。自1963年在澳大利亞大堡礁[2]首次報(bào)道了長(zhǎng)棘海星的大規(guī)模暴發(fā)以來(lái),印度洋-太平洋多地區(qū)包括波利尼西亞[3]、印度尼西亞[4]和沖繩(琉球)[5]的珊瑚礁都發(fā)生過(guò)長(zhǎng)棘海星的暴發(fā)。長(zhǎng)棘海星在我國(guó)主要分布在中沙群島西南部、西沙群島、南沙群島、海南島、臺(tái)灣島等珊瑚礁海域[6]。自 2004 年以來(lái),我國(guó)西沙海域的珊瑚礁經(jīng)歷了兩次長(zhǎng)棘海星大規(guī)模暴發(fā)事件,對(duì)我國(guó)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的破壞[7-9]。在最近的一次報(bào)道中,南沙群島中的太平島因長(zhǎng)棘海星暴發(fā)導(dǎo)致珊瑚的覆蓋率大幅下降,從2017年的33.0%下降到2021年的0.9%[10]。長(zhǎng)棘海星繁殖力強(qiáng),一只性成熟的雌性海星在一次產(chǎn)卵活動(dòng)中可產(chǎn)出上億枚卵子[4],浮游幼蟲(chóng)階段的存活率決定了成體種群的規(guī)模,是長(zhǎng)棘海星暴發(fā)的生物學(xué)基礎(chǔ)。

與大多數(shù)棘皮動(dòng)物幼蟲(chóng)一樣,長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)以微型浮游植物為食,幼蟲(chóng)的發(fā)育速度和存活率隨著食物的可利用性而增加[11]。迄今為止,有關(guān)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的食性研究主要集中在浮游植物的大小和濃度對(duì)幼蟲(chóng)攝食行為的影響方面。例如,前人研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)對(duì)較小浮游植物(1～2 μm)的攝食率顯著低于較大的浮游植物(4～5 μm)[12]。長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)主要以中等大小的浮游植物為食,例如,大于5 um的鞭毛藻(dinoflagellates)和羽紋綱硅藻(pennate diatoms)[11,13-19]。長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)發(fā)育速度和存活率隨著藻類(lèi)含量的增加而增加[11]。當(dāng)用葉綠素a濃度表征浮游植物生物量時(shí),幼蟲(chóng)生長(zhǎng)速度隨著葉綠素a水平(>2 μg/L)增加而加快[16-18, 20-22]。此外,Wolfe等認(rèn)為,葉綠素a水平在0.4～1.0 μg/L之間可能是幼蟲(chóng)生存和發(fā)育的最佳范圍[19-21]。因此,前人以葉綠素a濃度作為主要參數(shù),建立了長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)密度相關(guān)模型,用以預(yù)測(cè)長(zhǎng)棘海星的暴發(fā)[17]。

雖然上述研究有助于了解長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的食性,但通過(guò)以葉綠素a含量來(lái)代表被長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)攝食的浮游植物含量的做法存在很大爭(zhēng)議。葉綠素a含量主要與水體總浮游植物的生物量有關(guān)[22]。它既不能區(qū)分藻類(lèi)的大小,也不能區(qū)分其種類(lèi),而特定大小和種類(lèi)的餌料藻類(lèi)可能才是決定幼體發(fā)育的關(guān)鍵因素。例如,Wolfe等人用一種具有極低葉綠素a濃度的隱藻(Proteomonassulcata)喂養(yǎng)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng),結(jié)果證明它們可以完成發(fā)育[23-24]。然而,與澳大利亞大堡礁海域該藻類(lèi)細(xì)胞濃度相比,在實(shí)驗(yàn)中所需藻類(lèi)餌料的細(xì)胞濃度卻很高[24-25]。因此,對(duì)于促進(jìn)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的快速發(fā)育和存活,特定浮游植物的生物量可能比浮游植物總生物量(以及相應(yīng)的葉綠素a濃度)更為重要[26]。

目前對(duì)珊瑚捕食者幼蟲(chóng)的攝食生態(tài)了解有限,特別是對(duì)不同微藻如何影響長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的存活率和生長(zhǎng)發(fā)育等方面的報(bào)道很少。以往對(duì)南海海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究表明,南海海域夏季主要以硅藻門(mén)為主,其中角毛藻屬(Chaetocerossp.)為優(yōu)勢(shì)物種,還包括一些綠藻門(mén)的物種[26-27],因此本研究選取硅藻門(mén)和綠藻門(mén)的藻種用以喂食長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng),即兩種常用于長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)的杜氏鹽藻(Dunaliellasalina)和牟氏角毛藻(Chaetocerosmeülleri)[20-21,28-30],以及兩種常用于棘皮動(dòng)物幼蟲(chóng)養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)的亞心形扁藻(Platymonassubcordiformis)和小球藻(Chlorellavulgaris)[31-32]。比較了4種微藻對(duì)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)存活率和生長(zhǎng)發(fā)育的影響,分析了幼蟲(chóng)的發(fā)育與微藻營(yíng)養(yǎng)含量的相關(guān)性。以便了解長(zhǎng)棘海星浮浪幼蟲(chóng)階段的攝食及營(yíng)養(yǎng)需求,探明幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵影響因素,為長(zhǎng)棘海星防控手段的開(kāi)發(fā)提供了新的方向。

1 材料與方法

1.1 長(zhǎng)棘海星的催產(chǎn)與幼蟲(chóng)培養(yǎng)

2022年4月30日于海南省瓊海海域(19°09′19″N,110°37′12″E)采集19只長(zhǎng)棘海星成體,其中雌性為8只,雄性為11只。隨后運(yùn)至海南熱帶水產(chǎn)研究開(kāi)發(fā)中心人工養(yǎng)殖池中,自然流動(dòng)海水暫養(yǎng)2周,平均水溫為28 ℃。

長(zhǎng)棘海星的催產(chǎn)及其配子受精的方法參考Tian和Keesing等的方法[29,33]。使用6只雌性和3只雄性進(jìn)行催產(chǎn)受精。一旦配子釋放結(jié)束后,移除父本和母本,立即將精卵配子按100∶1的比例進(jìn)行受精。20 min后,收集受精卵,轉(zhuǎn)移到2個(gè)1 000 L裝有過(guò)濾海水的養(yǎng)殖池中進(jìn)行通氣暫養(yǎng)。受精卵和幼蟲(chóng)的暫養(yǎng)密度約為2 ind./mL。

1.2 浮游微藻的培養(yǎng)與營(yíng)養(yǎng)分析

4種實(shí)驗(yàn)微藻由海南熱帶水產(chǎn)研究開(kāi)發(fā)中心提供,分別為3種綠藻:杜氏鹽藻、亞心形扁藻、小球藻和1種硅藻:牟氏角毛藻。采用F/2培養(yǎng)基在26 ℃下進(jìn)行12 h∶12 h光暗循環(huán)培養(yǎng)。每種微藻隨機(jī)選取30個(gè)在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行拍照,采用ImageView軟件測(cè)量微藻的直徑。

為了分析微藻的營(yíng)養(yǎng)含量,將4種微藻樣品寄送杭州研趣信息技術(shù)科學(xué)指南針檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定。依據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》[34]測(cè)定藻類(lèi)脂肪含量。依據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[35]測(cè)定藻類(lèi)蛋白質(zhì)含量。根據(jù)Bureau等發(fā)表的脂肪和蛋白質(zhì)的燃燒值焓確定每種藻的能量含量[36]:脂肪的燃燒焓值以每克脂肪含有39.5 kJ 能量計(jì)算,蛋白質(zhì)的燃燒焓值以每克蛋白質(zhì)含有23.9 kJ計(jì)算,每種藻的能量含量等于脂肪和蛋白質(zhì)燃燒焓值之和。

依據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪酸的測(cè)定》[34],測(cè)定藻類(lèi)脂肪酸含量。稱(chēng)取10 g藻液試樣,在堿性條件下皂化和甲酯化,生成脂肪酸甲酯,經(jīng)毛細(xì)管柱氣相色譜分析,面積歸一化法定量測(cè)定脂肪酸百分含量。試樣中某個(gè)脂肪酸占總脂肪酸的百分比Yi(%)按式(1)計(jì)算,通過(guò)測(cè)定相應(yīng)峰面積對(duì)所有成分峰面積總和的百分?jǐn)?shù)來(lái)計(jì)算給定組分i的含量:

(1)

式(1)中:AS為試樣測(cè)定液中各脂肪酸甲酯的峰面積;FF為脂肪酸甲酯i轉(zhuǎn)化成脂肪酸的系數(shù);∑AS為試樣測(cè)定液中各脂肪酸甲酯的峰面積之和。

以上所得測(cè)定脂肪、蛋白質(zhì)、脂肪酸含量的數(shù)據(jù)結(jié)果為在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值沒(méi)有超過(guò)算術(shù)平均值的10%。

1.3 幼蟲(chóng)喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

受精后48 h,幼蟲(chóng)擁有完整的消化道。采用放回抽樣法對(duì)2個(gè)養(yǎng)殖缸中的幼蟲(chóng)數(shù)量進(jìn)行估算[27]。抽吸游動(dòng)的幼蟲(chóng),隨機(jī)分配至12個(gè)含10 L過(guò)濾海水的培養(yǎng)箱,幼蟲(chóng)密度約為0.5 ind./mL。每個(gè)飼養(yǎng)箱通入充氣石,以確保水的混合和保持高水平的溶解氧。培養(yǎng)水體溫度為(30.44±0.62)℃,鹽度為35.13±0.16 ,pH為8.27±0.06,適宜幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育[1,19]。實(shí)驗(yàn)共用4種微藻單獨(dú)投喂,每種藻類(lèi)分別設(shè)3個(gè)重復(fù)。每天投喂前,采用血球計(jì)數(shù)板測(cè)定藻類(lèi)濃度,確保藻類(lèi)的喂養(yǎng)濃度為5 000 cells/mL[19-20]。每隔一天使用150目濾網(wǎng)更換培養(yǎng)箱中一半海水。

分別于實(shí)驗(yàn)第1天、第5天、第9天、第13天、第16天測(cè)量幼蟲(chóng)發(fā)育指標(biāo)。用一次性巴氏吸管從每個(gè)培養(yǎng)箱中隨機(jī)收集10只幼蟲(chóng),使用安裝在奧林巴斯DP26顯微鏡上的相機(jī)拍照。采用ImageView軟件測(cè)量幼蟲(chóng)的長(zhǎng)度和寬度、胃表面積,以每個(gè)重復(fù)9只幼蟲(chóng)的平均值作為分析數(shù)據(jù)(n=9)。于實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)(第16天)計(jì)算所存活的幼蟲(chóng)的數(shù)量,即通過(guò)對(duì)每個(gè)培養(yǎng)箱中100 mL的子樣本進(jìn)行3次放回抽樣計(jì)數(shù),以3次的平均數(shù)值作為每個(gè)培養(yǎng)箱中幼蟲(chóng)的存活數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010整理數(shù)據(jù),Origin 9.0軟件用于繪圖。利用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,所有數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)(Shapiro-Wilk tests)和方差齊性檢驗(yàn)(Levene’s tests)[37],對(duì)同一實(shí)驗(yàn)時(shí)間的幼蟲(chóng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA),以藻的種類(lèi)作為固定因素,事后多重比較(Tukey’s HSD)用于確定不同處理之間的差異。圖表中的數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種微藻的主要生理指標(biāo)與營(yíng)養(yǎng)含量

4種微藻具有不同的蛋白質(zhì)、脂肪和能量含量(圖1)。亞心形扁藻的蛋白質(zhì)和脂肪含量分別為154 pg/cell、300 pg/cell[圖1(a)、(b)],均高于其他3種微藻。牟氏角毛藻的蛋白質(zhì)含量(92.0 pg/cell)次之。杜氏鹽藻的蛋白質(zhì)含量(32.8 pg/cell)最低,但其脂肪含量(73.8 pg/cell)卻高于牟氏角毛藻(49.0 pg/cell)和小球藻(34.3 pg/cell)[圖1 (b)]。粗營(yíng)養(yǎng)成分與藻類(lèi)細(xì)胞的能量含量正相關(guān)。亞心形扁藻的能量含量(15.50×10-9kJ/cell)明顯高于其他3種藻,其次是牟氏角毛藻(4.95×10-9kJ/cell)和杜氏鹽藻(3.70×10-9kJ/cell),能量含量最低的是小球藻(2.84×10-9kJ/cell)[圖1(c)]。

圖1 4種藻的營(yíng)養(yǎng)含量Fig. 1 Nutrient contents of the four algae speciesA:杜氏鹽藻;B:牟氏角毛藻;C:亞心形扁藻 ;D:小球藻。下同 。

4種微藻具有不同的直徑大小(表1)。亞心形扁藻的直徑為[(13.32±0.43)μm],顯著大于其他3種藻,其次是牟氏角毛藻[(8.74±0.27) μm]和杜氏鹽藻[(7.23±0.61)μm ],小球藻[(2.29±0.04)μm]的直徑最小。4種藻大致呈球形,除亞心形扁藻游動(dòng)頻繁以外,其他藻游動(dòng)并不明顯[38-41]。

表1 4種藻類(lèi)的直徑大小Tab. 1 Diameters of the four algae species

4種微藻的脂肪酸含量存在差異(表2)。小球藻所含C20系列脂肪酸、飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸含量最高,其次是牟氏角毛藻。亞心形扁藻所含飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸含量最低。而就n-6 多不飽和脂肪酸和總不飽和脂肪酸的含量而言,4種微藻所含趨勢(shì)卻相反,亞心形扁藻的含量最高,其次是杜氏鹽藻、牟氏角毛藻、小球藻。此外,就3種對(duì)幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育比較重要的多不飽和脂肪酸C20:4 N6(ARA)、C20:5 N3(EPA)和C22:6 N3(DHA)而言,這4種微藻均未檢出,可能是4種微藻不含有這些脂肪酸或脂肪酸含量低于檢出限(0.001 3%)。

2.2 4種微藻對(duì)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)存活率的影響

4種微藻喂養(yǎng)的長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)存活率存在顯著的差異(圖2)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)(第16天),發(fā)現(xiàn)喂養(yǎng)牟氏角毛藻的幼蟲(chóng)存活率為(7.20±0.01)%,顯著高于其他3種微藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)(F(3,7)= 293.7;P<0.01),其次是喂養(yǎng)亞心形扁藻[幼蟲(chóng)存活率為(0.79±0.30)%]和小球藻[幼蟲(chóng)存活率為(0.68±0.30)%]的幼蟲(chóng),喂養(yǎng)杜氏鹽藻的幼蟲(chóng)存活率最低,為(0.24±0.11)%。

圖2 在4種不同藻類(lèi)飼養(yǎng)下第16天長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)存活百分比Fig. 2 Larval survival percentage of CoTS larvae reared with four different algae in 16 days不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 4種微藻對(duì)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的影響

4種微藻顯著影響了長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的體長(zhǎng)(F(3,160)= 27.62;P<0. 01)、體寬(F(3,160)= 17.70;P<0. 01)和胃面積(F(3,160)=47.62;P<0.01)(圖3)。在實(shí)驗(yàn)第5天,杜氏鹽藻和牟氏角毛藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)體長(zhǎng)(F(3,32)= 5.70;P<0.01)分別為831.25 μm和794.45 μm,均顯著高于小球藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)體長(zhǎng)(675.56 μm),杜氏鹽藻和牟氏角毛藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)胃面積(F(3,32)= 14.18;P<0.01)分別為24 871.63 μm2和19 930.22 μm2,均顯著高于亞心形扁藻和小球藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)胃面積(分別為10 657.90 μm2和8 151.82 μm2)[圖3(a)、(c)]。在實(shí)驗(yàn)第9天,杜氏鹽藻喂養(yǎng)幼蟲(chóng)體長(zhǎng)和胃面積分別為680.16 μm、12 136.54 μm2,牟氏角毛藻喂養(yǎng)幼蟲(chóng)體長(zhǎng)和胃面積分別為713.68 μm、14 688.71 μm2,亞心形扁藻喂養(yǎng)幼蟲(chóng)體長(zhǎng)和胃面積分別為684.28 μm、12 210.46 μm2,這3種藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)體長(zhǎng)(F(3,32)= 5.60;P<0.01)和胃面積(F(3,32)= 5.36;P<0.01)均顯著高于小球藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)(體長(zhǎng)606.95 μm、胃面積6 918.91 μm2)[圖3(a)、(c)]。第13天,牟氏角毛藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)比其他3種微藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)長(zhǎng)36%～69%,寬33%～69%。第16天,牟氏角毛藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)比其他3種微藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)長(zhǎng)43%～74%,寬51%～71%[圖3(a)、(b)]。統(tǒng)計(jì)分析表明,在實(shí)驗(yàn)第13天和第16天,牟氏角毛藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng),其體長(zhǎng)(F(3,32)= 21.73;P<0.01;F(3,32)= 22.17;P<0.01)、體寬(F(3,32)= 14.14;P<0.01;F(3,32)= 15.41;P<0.01)和胃面積(F(3,32)= 11.57;P<0.01;F(3,32)= 12.17;P<0.01)均極顯著大于其他3種藻類(lèi)喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)(圖3)。

圖3 第1、5、9、13、16天在4種不同藻類(lèi)下飼養(yǎng)的長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的體長(zhǎng)、體寬、胃面積 Fig. 3 Body length、body width and stomach area of CoTS larvae reared with four different algae in 1, 5, 9, 13 and 16 days

3 討論

自然條件下的長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)可以接觸到多種不同的食物,為其發(fā)育到底棲幼體階段提供營(yíng)養(yǎng)[1]。不同食物可能最終決定了幼蟲(chóng)種群完全不同的生長(zhǎng)速度和存活率,因此最佳餌料的密度可能是長(zhǎng)棘海星種群暴發(fā)的主要驅(qū)動(dòng)因素之一[21,42]。本研究使用4種微藻喂養(yǎng)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng),發(fā)現(xiàn)幼蟲(chóng)的存活和生長(zhǎng)發(fā)育存在顯著差異,牟氏角毛藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)發(fā)育最好,杜氏鹽藻次之,其后分別是亞心形扁藻和小球藻。證明了餌料藻類(lèi)對(duì)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的發(fā)育有顯著影響。

微藻富含蛋白質(zhì)、脂肪、多糖、維生素、抗氧化物質(zhì)、色素及微量元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),不同種的微藻對(duì)棘皮動(dòng)物的生長(zhǎng)、發(fā)育、變態(tài)過(guò)程有著不同的影響[43]。在本研究中,與攝食其他3種微藻的幼蟲(chóng)相比,攝食牟氏角毛藻的幼蟲(chóng)表現(xiàn)出較良好的生長(zhǎng)狀態(tài)和存活率,這與Mellin等的研究結(jié)果一致[44]。Mellin等發(fā)現(xiàn),當(dāng)藻類(lèi)喂養(yǎng)濃度相同時(shí),長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)會(huì)選擇性地?cái)z食角毛藻,而不是三角褐指藻、巴夫藻或等鞭金藻。有研究表明,角毛藻被認(rèn)為是世界上最適合飼養(yǎng)軟體動(dòng)物幼蟲(chóng)的微藻種類(lèi)之一[45]。本研究中牟氏角毛藻的蛋白質(zhì)含量、能量高于杜氏鹽藻和小球藻,含有的C20系列脂肪酸、飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸也高于杜氏鹽藻和小球藻,表明當(dāng)提供相同濃度的微藻時(shí),長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)在可獲取攝食的微藻(攝食顆粒直徑大約在5～15 μm)中會(huì)選擇性地?cái)z入能量較高、營(yíng)養(yǎng)成分多樣化的微藻。微藻中不同的初級(jí)代謝物(如蛋白質(zhì)、氨基酸、糖)驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)獨(dú)特的初級(jí)代謝通路,最終可能對(duì)幼蟲(chóng)的存活、生長(zhǎng)、發(fā)育產(chǎn)生影響[44]。

胃面積可以用來(lái)評(píng)價(jià)幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)狀態(tài),反映其消化能力和攝食藻類(lèi)所提供的營(yíng)養(yǎng)是否適合幼蟲(chóng),當(dāng)幼蟲(chóng)被喂食最合適的餌料時(shí),可以發(fā)現(xiàn)更大的胃面積[46-47]。本實(shí)驗(yàn)第5天,喂食杜氏鹽藻和牟氏角毛藻的幼蟲(chóng)胃面積顯著高于喂食其他兩種微藻的幼蟲(chóng),而發(fā)育后期,喂食杜氏鹽藻的幼蟲(chóng)生長(zhǎng)緩慢。這可能是由于杜氏鹽藻沒(méi)有細(xì)胞壁[38],因此在幼蟲(chóng)發(fā)育初期更容易被消化,但隨著幼蟲(chóng)消化系統(tǒng)發(fā)育逐漸完善,杜氏鹽藻中的營(yíng)養(yǎng)跟不上幼蟲(chóng)所需,杜氏鹽藻的營(yíng)養(yǎng)優(yōu)勢(shì)較發(fā)育初期也逐漸下降了。牟氏角毛藻細(xì)胞壁薄[45],也易被幼蟲(chóng)消化吸收,而亞心形扁藻具有一層纖維素細(xì)胞壁,相較之下幼蟲(chóng)攝食后難以裂解消化。前人的研究發(fā)現(xiàn),由于扁藻的纖維素細(xì)胞壁,很難被攝食的紫海膽浮游幼體裂解消化,導(dǎo)致其幼體胃部由起初的大和圓逐漸變小和萎縮[31]。

幼蟲(chóng)的攝食選擇性除與餌料的營(yíng)養(yǎng)能量相關(guān)外,還與藻類(lèi)餌料的大小和形狀有關(guān)[43-44]。Okaji等人的研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)棘海星通常消耗5～15 μm的顆粒[12]。在本研究中,亞心形扁藻的脂肪、蛋白質(zhì)、能量、不飽和脂肪酸含量均高于其他3種微藻,然而喂養(yǎng)亞心形扁藻的幼蟲(chóng)發(fā)育卻不如預(yù)期。可能是由于亞心形扁藻的個(gè)體顯著大于其他3種微藻,而且其直徑(13 μm)接近CoTS幼蟲(chóng)攝食顆粒粒徑的末端,加之亞心形扁藻游動(dòng)迅速頻繁[39],可能導(dǎo)致其很難被長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)捕獲。小球藻因其適應(yīng)性強(qiáng)、繁殖快以及豐富的蛋白含量,被廣泛應(yīng)用于海洋動(dòng)物養(yǎng)殖[43]。在本研究中,小球藻綜合能量最低,且其直徑(2.29±0.04 μm)大小也顯著低于其他3種微藻。Ayukai等人的研究表明,長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)對(duì)小粒徑細(xì)胞(球形直徑1～2 μm)的攝食率要遠(yuǎn)低于對(duì)更大的藻類(lèi)細(xì)胞(如球形直徑4.7 μm的三角脂褐藻和球形直徑6.1 μm的杜氏鹽藻)的攝食率,而且當(dāng)細(xì)胞球形直徑在5 μm以下時(shí),浮游植物會(huì)顯著影響長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的進(jìn)食率[48]。本研究中攝食小球藻的長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)生長(zhǎng)緩慢,與Ayukai等人的研究結(jié)果一致。

本研究表明,在4種單一微藻喂養(yǎng)條件下,幼蟲(chóng)在受精后16天時(shí)存活率最高為7%,其他藻類(lèi)均不足1%,與類(lèi)似實(shí)驗(yàn)相比[19,29],本研究中同時(shí)期幼蟲(chóng)的存活率偏低,可能是由微藻種類(lèi)和喂養(yǎng)濃度等因素引起的。Wolfe等人[19]使用Proteomonassulcata來(lái)喂養(yǎng)幼蟲(chóng),當(dāng)幼蟲(chóng)密度為1 ind./mL,藻類(lèi)大小為7～10 μm,且喂養(yǎng)濃度為10 000 cells/mL時(shí),幼蟲(chóng)存活率為65%,本研究與Wolfe等人使用了相同的幼蟲(chóng)培養(yǎng)密度和同等大小微藻的喂養(yǎng)濃度,但是存活率偏低,可能是由于本研究使用了不同的微藻進(jìn)行幼蟲(chóng)的喂養(yǎng),提示不同的微藻可能具有不同的營(yíng)養(yǎng)含量,從而影響幼蟲(chóng)的生長(zhǎng)發(fā)育和存活。與Tian等人[29]的實(shí)驗(yàn)(存活率30%左右)相比,本研究使用了同一種微藻(牟氏角毛藻)喂養(yǎng)幼蟲(chóng),但幼蟲(chóng)的存活率僅為7%,可能是由于本實(shí)驗(yàn)微藻的喂養(yǎng)濃度大約在5 000 cells/mL,低于Tian等人的微藻喂養(yǎng)濃度(15 000～20 000 cells/mL)。其次,除投喂牟氏角毛藻以外,Tian等人還每日投喂3次海洋紅酵母?？紤]到Tian等人的實(shí)驗(yàn)并未提到幼蟲(chóng)的培養(yǎng)密度,使我們的結(jié)果無(wú)法與其進(jìn)行有效的比較,因此這些因素只能作為潛在的可能原因。此外,以往的喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)很少使用單一藻種投喂幼蟲(chóng),大多使用兩種及以上的微藻混合投喂,單一藻種喂養(yǎng)所提供的營(yíng)養(yǎng)跟不上幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育所需可能也是導(dǎo)致本實(shí)驗(yàn)存活率偏低的一個(gè)原因[11-12,18-19,21,23]。

在對(duì)棘皮動(dòng)物幼蟲(chóng)的營(yíng)養(yǎng)需求研究中,Hinegardner等人利用14種相同濃度的單一藻種分別喂養(yǎng)5種海膽幼蟲(chóng),發(fā)現(xiàn)只有3種藻類(lèi)可使海膽幼蟲(chóng)成功發(fā)育[49]。與之相比,本研究的4種藻均能在一定程度上支持幼蟲(chóng)發(fā)育,表明長(zhǎng)棘海星的幼蟲(chóng)具有較廣譜食性,這可能是其種群暴發(fā)的生物學(xué)基礎(chǔ)之一。廣泛引起討論用于解釋長(zhǎng)棘海星暴發(fā)原因的兩個(gè)假說(shuō),即幼蟲(chóng)恢復(fù)力假說(shuō)和營(yíng)養(yǎng)增強(qiáng)假說(shuō),都是以葉綠素a濃度代表幼蟲(chóng)攝食藻類(lèi)含量。雖然葉綠素a含量易于測(cè)量,但葉綠素a含量在不同藻類(lèi)之間差異很大,并不一定反映藻類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1,28],僅僅基于水體葉綠素a濃度來(lái)預(yù)測(cè)長(zhǎng)棘海星種群密度及其暴發(fā)趨勢(shì)的模型可能不全面和準(zhǔn)確[17]。本研究的結(jié)果表明,藻類(lèi)的種類(lèi)及其營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)幼蟲(chóng)的生存發(fā)育也存在顯著的影響。

長(zhǎng)棘海星具有強(qiáng)大的繁殖力,即使在浮游幼蟲(chóng)階段存活率的小幅增加也可能對(duì)成體種群大小產(chǎn)生顯著影響,因此了解自然狀態(tài)下,長(zhǎng)棘海星浮游幼蟲(chóng)攝食微藻的營(yíng)養(yǎng)狀況對(duì)于了解長(zhǎng)棘海星種群暴發(fā)的開(kāi)始和傳播很重要[4-5]。目前對(duì)南海島礁浮游藻類(lèi)的物種組成、季節(jié)演替和地理分布知之甚少,未來(lái)需要深入調(diào)查和分析重點(diǎn)海域浮游植物群落演替規(guī)律,研究?jī)?yōu)勢(shì)藻類(lèi)對(duì)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的影響,并針對(duì)幼蟲(chóng)的選擇性攝食行為,從形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化和分子水平上解析偏好性藻類(lèi)對(duì)長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)發(fā)育的影響機(jī)制,從而揭示南海長(zhǎng)棘海星周期性暴發(fā)的機(jī)理和規(guī)律,以期為防控長(zhǎng)棘海星生態(tài)災(zāi)害提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

4種微藻均能在一定程度上支持長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的發(fā)育,但不同微藻喂養(yǎng)下幼蟲(chóng)的存活和發(fā)育存在顯著差異。牟氏角毛藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)存活率、幼蟲(chóng)體長(zhǎng)、體寬、胃面積均顯著高于杜氏鹽藻、亞心形扁藻和小球藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng),其余3種微藻喂養(yǎng)的幼蟲(chóng)存活及各發(fā)育指標(biāo)均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。結(jié)合藻類(lèi)生理指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)成分分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)牟氏角毛藻的蛋白質(zhì)含量、能量、以及C20系列脂肪酸、飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸均高于杜氏鹽藻和小球藻,而且其大小更適宜幼蟲(chóng)的捕食,表明微藻的種類(lèi)、大小和營(yíng)養(yǎng)成分均會(huì)影響長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的發(fā)育,以往僅以葉綠素a含量表征長(zhǎng)棘海星幼蟲(chóng)的食物濃度,預(yù)測(cè)幼蟲(chóng)種群的動(dòng)態(tài)變化是不夠全面和準(zhǔn)確的。

致謝:感謝海南熱帶水產(chǎn)研究開(kāi)發(fā)中心陳明強(qiáng)老師提供藻種。