2021, Vol. 45
文章信息
- 刘二田, 何园园, 顾志峰, 石耀华, 王爱民, 刘春胜. 2021.
- LIU Er-tian, HE Yuan-yuan, GU Zhi-feng, SHI Yao-hua, WANG Ai-min, LIU Chun-sheng. 2021.
- 光照强度对番红砗磲外套膜颜色变化的影响
- Effect of light intensity on the change in mantle color of the boring giant clam Tridacna crocea
- 海洋科学, 45(1): 70-75
- Marina Sciences, 45(1): 70-75.
- http://dx.doi.org/10.11759/hykx20200424002
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文章历史
- 收稿日期：2020-04-24
- 修回日期：2020-05-26
2. 海南大学 南海海洋资源利用国家重点实验室, 海南 海口 570228
2. State Key Laboratory of Marine Resource Utilization in South China Sea, Hainan University, Haikou 570228, China
砗磲是软体动物门瓣鳃纲砗磲科生物的统称, 多栖息于浅海区珊瑚礁中。砗磲主要分布于西太平洋至印度洋非洲东海岸的热带海域[1-3]。砗磲具有色泽鲜艳的外套膜, 并在外套膜内与虫黄藻建立了共生关系, 因而它可以通过外套膜内共生虫黄藻的光合作用和滤食性摄食两种方式来获得营养[4]。同时, 砗磲因具有色泽鲜艳的外套膜, 而成为海洋观赏水族的重要物种, 目前国际上外套膜颜色鲜艳的砗磲售价可达100~150$/只。
已有研究表明, 砗磲外套膜颜色变化与环境密切相关[5-6]。Ghoshal等[7]发现, 长砗磲(Tridacna maxima)和无鳞砗磲(T. derasa)可基于外界环境变化, 调整体内色素细胞数量和结构, 继而改变外套膜颜色; Todd等[8]发现约占63.4%的番红砗磲(T. crocea)个体外套膜颜色与其栖息环境颜色密切相关, 相关系数r为0.528~0.641;付正祎等[9]利用薄层色谱法分析了蓝色和红棕色番红砗磲外套膜色素, 表明两种外套膜色素组成存在差异。笔者在前期研究中发现不同光照条件下, 砗磲出现一定比例的外套膜变色现象, 推断光照可能影响砗磲外套膜颜色变化。
基于上述推断, 本实验以不同外套膜颜色的番红砗磲为对象, 设置了不同光照强度, 探讨番红砗磲外套膜颜色变化与光照强度的相关性, 以期为培养高品质观赏砗磲和解析砗磲环境适应机制提供参考。
1 材料与方法 1.1 实验材料番红砗磲(壳长71.68 mm±12.93 mm)个体采自南海西沙海域。番红砗磲运送至三亚珊瑚礁国家级自然保护区西岛实验站开展相关实验。挑选无损伤活力好的, 且外套膜颜色为蓝色、棕黄色和绿色的个体作为实验对象, 每种外套膜颜色番红砗磲45只。实验前先将番红砗磲放入循环水养殖池中暂养一周, 并将砗磲外壳表面的附着物清洗干净, 贴上防水标签予以区分。
1.2 实验条件前期实验结果表明, 番红砗磲最适光照强度约15 000 lx[10]。因此, 在本实验中设置15 000 lx、10 000 lx和5 000 lx三个光照梯度, 研究光照强度对番红砗磲外套膜颜色变化的影响。将蓝色、棕黄色和绿色外套膜颜色番红砗磲随机分成三组, 每组15只, 分别放置于5 000 lx、10 000 lx和15 000 lx三种光照强度下照射, 实验为期6周。各组分别命名为5 000 lx-B组、5 000 lx-Br组、5 000 lx-G组、10 000 lx-B组、10 000 lx-Br组、10 000 lx-G组、15 000 lx-B组、15 000 lx-Br组和15 000 lx-G组。光照强度通过全光谱卤素灯(光周期12 h︰12 h)控制。所用养殖池为长×宽×高为3 m×1.2 m×1 m的水泥池, 常流水, 水流速度为300 L/h(砗磲可通过共生虫黄藻光合作用获取能量, 无须投饵)。实验所用海水为经沙滤的自然海水, pH为7.8~8.2, 盐度32~34, 水温23~24℃。实验期间每天监测水体温度、光照强度、溶解氧等指标。养殖6周后, 15 000 lx和10 000 lx光照组几乎无死亡, 5 000 lx光照组死亡率为26.7%。
1.3 图像采集实验期间每2周采集一次外套膜图像。图片采集方法参照何园园等[11], 将砗磲依次放置于实验室自主研发的砗磲外套膜图像采集装置中, 待砗磲外套膜完全舒展后拍照, 每只砗磲拍照三次, 选取最佳的图片进行后续分析。砗磲外套膜图像采集装置中光源为全光谱卤素灯, 光照强度8 000 lx, 光线与水平面呈30°角, 相机型号为佳能EOS6D。拍照参数为快门速度1/15, 光圈5.0, 感光度200, 放大倍数3倍。
1.4 番红砗磲外套膜颜色测定外套膜颜色数据获取:用Photoshop软件截取待测番红砗磲外套膜图片, 然后将待测图片导入CSE-1成像色度检测分析系统(北京理工大学研制), 随机选取5个点, 获得其L、a、b值和X、Y、Z值。计算这五个点Lab和XYZ值的平均值, 分别作为该砗磲的外套膜颜色参数和三刺激值, 同时根据三刺激值XYZ计算色度坐标x和y。
不同颜色组之间的色差ΔE按下式计算:
式中, 明度差为ΔL=L1–L2; 色度差为Δa=a1–a2, Δb=b1– b2; L1、a1和b1是一个颜色组外套膜颜色各参数平均值, L2、a2和b2是另一个颜色组外套膜颜色各参数平均值。
1.5 数据统计分析实验结果以平均值±标准差(Means±SD)表示。数据处理采用Microsoft Excel 2010与DPS软件进行。同一处理组番红砗磲不同光照时间外套膜颜色色差变化采用单因素方差分析(One-way ANOVA)。各处理组番红砗磲外套膜颜色色差、光照强度及原外套膜颜色类别与番红砗磲外套膜颜色变化的相关性均采用双因素方差分析(Two-way ANOVA)。差异显著水平为P < 0.05。
2 结果 2.1 不同光照强度下各组番红砗磲外套膜颜色的色度分布变化在不同的光照强度下, 各组番红砗磲外套膜颜色呈现一定的变化规律(图 1)。蓝色组番红砗磲外套膜颜色在三种不同光强下, 均向左下方蓝原色区域移动; 且高光强组(15 000 lx)番红砗磲颜色变化明显大于低光强组(5 000 lx和10 000 lx)。棕黄色组番红砗磲外套膜颜色在10 000 lx和15 000 lx光照下向黄原色区域移动, 而在5 000 lx光照下, 颜色无明显变化。绿色组番红砗磲外套膜颜色在10 000 lx光照下向左下方蓝原色区域移动, 在5 000 lx和15 000 lx光照下无明显变化。
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| 图 1 不同光强下各组番红砗磲外套膜颜色的变化规律 Fig. 1 Variation in the mantle color of T. crocea in different groups under different light intensities 注: 0W、2W、4W、6W分别指在相应光照下照射0、2、4、6周后的外套膜颜色。下同 |
图 2直观展示了不同光强下各组番红砗磲在不同取样时间下的外套膜颜色。蓝色组番红砗磲外套膜颜色加深, 棕黄色组颜色变化不大, 而绿色组番红砗磲外套膜颜色变浅。
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| 图 2 不同光照强度及刺激时间下各组番红砗磲外套膜颜色 Fig. 2 Mantle color of T. crocea in different groups under different light intensities and stimulation times |
如表 1所示, 蓝色组番红砗磲在不同光强下, 0~2周的色差为13.81~21.59, 显著高于2~4周和4~6周(P < 0.05)。棕黄色组番红砗磲在各时间段色差均小于6, 其中5 000 lx光照强度下, 棕黄色组各时间间隔色差无显著差异; 10 000 lx和15 000 lx光照强度下, 4~6周色差显著大于0~2周(P < 0.05)。绿色组番红砗磲在不同光强下, 4~6周的色差均显著高于2~4周和0~4周(P < 0.05)。光照刺激后0~2周, 各颜色组番红砗磲外套膜色差随光照强度增强而逐渐减小, 5 000 lx光强下色差变化幅度显著高于10 000 lx和15 000 lx光强下的变化幅度(P < 0.05);光照刺激后2~4周, 除蓝色组5 000 lx光强外, 同一颜色不同光强组番红砗磲外套膜色差无显著差异; 光照刺激后4~6周, 绿色组在5 000 lx光强下色差值显著高于10 000 lx和15 000 lx组(P < 0.05)
| ΔE | 0~2周 | 2~4周 | 4~6周 |
| 5 000 lx B组 | 21.59±6.25a/A | 0.23±0.09c/C | 3.58±0.10bc/B |
| 5 000 lx Br组 | 1.79±0.25cd/A | 2.30±0.44a/A | 4.05±1.12b/A |
| 5 000 lx G组 | 3.75±0.81c/B | 1.35±0.88ab/B | 7.86±4.67a/A |
| 10 000 lx B组 | 15.03±3.11b/A | 1.59±0.25ab/B | 2.39±0.41c/B |
| 10 000 lx Br组 | 0.86±0.12c/B | 1.22±0.31ab/AB | 3.05±0.78bc/A |
| 10 000 lx G组 | 1.55±0.14cd/B | 1.02±0.13bc/B | 2.52±0.43c/A |
| 15 000 lx B组 | 13.81±2.90b/A | 0.80±0.07c/B | 1.68±0.24c/B |
| 15 000 lx Br组 | 1.67±0.23cd/B | 1.67±0.11ab/B | 5.42±0.49ab/A |
| 15 000 lx G组 | 0.72±0.05d/B | 0.86±0.12c/B | 4.09±0.61b/A |
| 注:同列和行中不同上标小写和大写字母分别表示各组间存在显著差异(P < 0.05) | |||
光照强度、番红砗磲外套膜颜色以及两因素之间的交互作用对明度(L)对应的F值分别为1.500 7、1.401 7、1.116 1, P值分别为0.326 4、0.252 3、0.355 0, 无显著差异。光照强度对红绿特征(a)对应的F值为1.637 8, P=0.302 3 > 0.05, 无显著差异; 而番红砗磲外套膜颜色和两因素之间的交互作用对红绿特征(a)对应的P值分别为0.007 5、0.008 3, 有显著差异(P < 0.05)。光照强度、番红砗磲外套膜颜色对黄蓝特征(b)对应的F值为10.643 8、4.115 3, P值分别为0.025 0、0.020 0, 有显著差异(P < 0.05)。而两因素之间的交互作用对黄蓝特征(b)对应的F=1.195 7, P= 0.319 4 > 0.05, 无显著差异(表 2)。
| 变异来源 | L | a | b | |||||
| F | P | F | P | F | P | |||
| 光照强度 | 1.500 7 | 0.326 4 | 1.637 8 | 0.302 3 | 10.648 3 | 0.025 0 | ||
| 原外套膜颜色 | 1.401 7 | 0.252 3 | 5.215 3 | 0.007 5 | 4.115 3 | 0.020 0 | ||
| 光照强度×原外套膜颜色 | 1.116 1 | 0.355 0 | 3.691 2 | 0.008 3 | 1.195 7 | 0.319 4 | ||
本文的番红砗磲均为在南海西沙海域自然种群中随机抽取所得, 研究结果表明, 光照强度能对番红砗磲外套膜颜色产生影响。在不同的光照强度下, 随着照射时间的延长, 蓝色番红砗磲外套膜颜色加深, 棕黄色颜色变化不大, 而绿色番红砗磲外套膜颜色变浅。各处理组外套膜颜色色品图分析结果亦表明蓝色番红砗磲在三种光照下均呈现向左下方(深蓝色)移动; 棕黄色个体在三种光强下均呈现向右上方(亮黄色)移动, 但移动幅度不大; 绿色组在三种光强下均呈现向左下方(深蓝色)移动, 该结果与肉眼观察基本一致。通过比较番红砗磲原外套膜颜色及光照强度与外套膜颜色Lab参数变化相关性, 表明光照强度仅影响黄蓝特征(b)(P=0.025 0), 与之相比, 番红砗磲原外套膜颜色显著影响其黄蓝特征(b)(P= 0.020 0)和红绿特征(a)(P=0.007 5)。因此, 各颜色组番红砗磲外套膜呈现了不同变化趋势。
关于番红砗磲的颜色变化机制相关报道较少, 但普遍推测与光保护有关[12-13], 即番红砗磲通过颜色转变以保护自身或共生虫黄藻免受强光和紫外线的伤害。番红砗磲主要分布在水深为0.5~3.5 m的珊瑚礁海区, 其主要获能方式为内共生虫黄藻的光合作用[8, 14-15]。有研究报道, 库氏砗磲(T. gigas)外套膜色素细胞内部聚集的色素晶片可吸收波长0~400 nm左右的蓝紫可见光, 用以实现共生虫黄藻光合作用[16]。在形态上, 其外套膜内精细结构有利于维持最大限量的虫黄藻共生关系[17-18]。大量文献证明光照强度与虫黄藻含量密切相关, 低光照强度下砗磲通过增加外套膜内虫黄藻密度以满足能量需求[8, 18-22], 这为砗磲外套膜颜色与光照具有相关性提供了直接证据。
砗磲外套膜组织自身的色素细胞和内共生虫黄藻的色素细胞共同决定了砗磲的外套膜颜色。一般由宿主色素细胞内色素晶片所控制的颜色变化发生时间较短, 如颜色受其体表色素细胞控制的金乌贼(Sepia esculenta)在防御敌害时的喷墨现象就是瞬时完成的[23]。本研究发现在不同光照强度下蓝色番红砗磲颜色变化趋势在0~2周较为明显, 其他两种颜色在0~2周无明显变化, 因此推断蓝色番红砗磲外套膜颜色或许主要受其外套膜虹彩细胞所控。此外, 有报道称, 砗磲外套膜颜色的变化与共生虫黄藻色素变化有关[12, 16]。笔者之前的研究也证实了番红砗磲外套膜色素组分复杂, 不同颜色的外套膜含有不同色素组分[9]。本文发现, 绿色和棕黄色番红砗磲外套膜颜色变化, 在实验6周后色差最大, 这与外套膜内色素晶片快速调节机制不同, 说明砗磲外套膜及虫黄藻色素组成调节相对滞后。
基于上述, 笔者推测光照强度对番红砗磲外套膜颜色产生影响的主要原因为: ①光照影响了番红砗磲外套膜色素细胞内色素晶片排列或色素含量变化; ②光照影响了番红砗磲外套膜内共生虫黄藻的色素组成。如果利用这一特性, 在进行砗磲人工繁育的过程中, 通过调控光照, 有可能获得颜色更加鲜艳、更具观赏性的番红砗磲。目前, 蓝色、绿色外套膜颜色的砗磲观赏价值较高, 在实际养殖中将这两种外套膜颜色的番红砗磲置于高强度光强下, 有可能培育出颜色纯正且鲜艳的个体。
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