方斑东风螺(Babylonia areolata)隶属于软体动物门(Mollusca)、腹足纲(Gastropoda)、蛾螺科(Buccinidae)、东风螺属(Babylonia), 俗称花螺、香螺, 分布于热带和亚热带浅海区域, 为肉食性底栖生活物种^[1]。方斑东风螺味道鲜美、肉质脆爽, 是一种营养价值极高的海产贝类, 深受消费者喜爱。近年来, 东风螺已成为海南、广东和福建等南方各省重要的海水养殖品种, 年产值约300亿元^[2-3]。方斑东风螺养殖周期大约1 a, 期间极易遭受酷热、降温等极端天气, 导致水温出现较大波动, 因此了解不同温度下方斑东风螺的能量收支变化规律对东风螺产业健康发展具有重要的意义^[4]。

生物生长与能量收支密切相关。水生动物通过摄取食物获取能量; 支出代谢主要包括排氨、排泄和呼吸等。此外, 腹足类具爬行特性, 因此黏液能也不可或缺。目前, 国内外学者已开展了凸壳肌蛤(Arcuatula senhousei)、翡翠贻贝(Perna viridis)、栉孔扇贝(Chlamys farreri)、盖扇贝(Aequipecten opercularis)和九孔鲍(Haliotis diversicolor aquatilis)等贝类的生理能量学研究^[5-8]。在温度胁迫相关研究中, STRAHL等^[9]报道盖扇贝(Aequipecten opercularis)生理代谢速率随温度升高显著增加, 其摄食、代谢和免疫均受到影响; 孙陆宇^[10]对中华圆田螺(Cipangopaludina cathayensis)和铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)亦获得相似结果; 樊甄姣等^[11]对角蝾螺(Turbo cornutus) 研究发现, 其排氨率在 < 28 ℃时随温度升高而增加, 当超出该温度后其代谢速率显著下降。在方斑东风螺能量收支研究方面, 仅薛明等^[12]研究了饥饿状态下方斑东风螺幼螺的耗氧率和排氨率代谢变化。迄今对温度影响下的方斑东风螺能量收支规律未见报道。为此, 本研究拟开展不同温度下方斑东风螺幼螺摄食率、排粪率、耗氧率、排氨率、黏液排泄率的变化规律分析, 建立不同温度下的能量收支方程。研究结果可为东风螺工厂化养殖提供数据支撑。

1 材料与方法 1.1 实验材料

实验所用方斑东风螺购买自海南省文昌市某东风螺养殖场, 在海南大学海洋学院养殖室暂养7 d, 之后选取健康无病的个体用于相关实验。暂养期间所用海水为天然海水, 盐度32±0.52、温度(27±0.55) ℃、pH 7.55±0.22。持续充气, 每天投食1次, 2 h后全部换水。实验用方斑东风螺基础数据见表 1。

1.2 实验方法

实验在水体为20 L的养殖玻璃槽中进行。有报道方斑东风螺适宜生长温度为23 ℃~30 ℃^[13], 本研究基于前期报道, 同时结合海南地区东风螺养殖期间, 周边海水温度变化规律, 温度设置为23 ℃、26 ℃、29 ℃和32 ℃共4个温度梯度, 每个温度梯度设3个平行组。每组温度通过加冰袋或加热棒来维持温度恒定, 平均每2 h升高或降低1 ℃, 达到实验温度后保持暂养12 h。实验期间实时监测各组水体温度, 持续充气, 每天全换水1次, 每隔12 h观察是否有死亡现象。

1.2.1 摄食率测定

将方斑东风螺饲养于体积为3 L的水箱中, 实验前在相应温度条件下驯养一周。每组10只方斑东风螺, 实验时每天每组投喂等量的新鲜巴浪鱼肉, 摄食3 h后, 捞出残饵, 将残饵放入烘干箱进行烘干。根据饵料中水分含量计算出摄食质量。

通过烘干法测定饵料中巴浪鱼水分含量, 其中水分含量为64.88%。

摄食率(R_FI)是以实验前后饵料质量的变化来计算, 公式如下:

$ R_{\mathrm{FI}}=\left(F I_2-F I_1\right) /(w \times t), $

(1)

式中, FI₂是饵料的投喂量(g), FI₁是饵料的剩余量(g), w是方斑东风软体部干质量(g), t是实验持续时间(h)。

1.2.2 排粪率(R_F)测定

喂食过后的方斑东风螺转移至盛有新鲜海水的养殖箱, 开始排粪实验, 24 h后, 采用GF/C膜过滤收集粪便, 烘干, 用马弗炉灼烧至恒质量, 测定有机物含量, 方法参照《海洋监测规范》(GB 17378.5— 2007)^[14]。公式如下:

$ R_{\mathrm{F}}=\left(W_1-W_2\right) /(w \times t), $

(2)

式中, W₁是粪便样品经GF/C滤纸(预先在马弗炉中经450 ℃灼烧8 h处理)过滤后在65 ℃烘箱中烘至恒质量, W₂是W₁样品滤纸在马弗炉中经450 ℃灼烧处理并冷却后的质量, w是方斑东风螺软体部干质量(g), t是实验持续时间(h)。

1.2.3 耗氧率测定

耗氧率采用密闭循环水测试法, 使用丹麦Loligo Systems公司的水生生物呼吸测定仪进行。将方斑东风螺放入水生生物呼吸仪密闭的容器中(容器体积1.6 L), 水流速度为5 L/min, 持续时间40 min。根据预实验的结果, 每个呼吸仪容器中放10只方斑东风螺。在进行耗氧率测定同时, 另设3组未放方斑东风螺的密闭呼吸室作为对照组。

耗氧率(R_O)以实验前后水体中溶解氧浓度的差值来计算, 公式如下:

$ R_{\mathrm{O}}=\left[\left(O_{\mathrm{D} 0}-O_{\mathrm{D} t}\right) \times V\right] /(w \times t), $

(3)

式中, O_D0和O_Dt分别是实验开始和实验结束后水中的溶氧含量(mg/L), V是呼吸器体积(L), w是方斑东风螺软体部干质量(g), t是实验持续时间(h)。

1.2.4 排氨率测定

排氨率的测定采用实验前后水体中氨氮变化情况来计算, 实验开始时与结束后分别采集水生生物呼吸器中50 mL海水, 用于氨氮浓度测定。水体中氨氮浓度按《水杨酸-次氯酸盐光度法》(HJ 536—2009)^[15]进行测定, 所用仪器为DeChem-Tech(德国)全自动化学分析仪。

排氨率(R_N)是以实验前后水体中氨氮质量浓度变化来计算, 公式如下:

$ R_{\mathrm{N}}=\left[\left(N_t-N_0\right) \times V\right] /(w \times t), $

(4)

式中, N₀和N_t分别是实验开始和实验结束后水中总氨氮质量浓度(mg/L), V是呼吸器体积(L), w是方斑东风螺软体部干质量(g), t是实验持续时间(h)。

氧氮比计算公式如下:

$ \mathrm{O} / \mathrm{N}=R_{\mathrm{O}} / R_{\mathrm{N}}, $

(5)

式中, R_O、R_N分别为单位体质量耗氧率和排氨率(mg/(g/h))。

1.2.5 黏液排泄率测定

黏液分为两部分, 一部分溶于水中, 另一部分附着在烧杯内壁上。为避免粪便的影响, 实验前将方斑东风螺在水中饥饿3 d。实验时将方斑东风螺取出放入一个干净的1 000 mL烧杯中, 水浴加热保持恒温, 注入用GF/C滤纸过滤的海水, 24 h后小心的取出方斑东风螺, 用GF/C滤纸过滤水中的黏液, 用刀片将烧杯内壁上的黏液刮下^[8], 两部分黏液放到一起, 经450 ℃灼烧8 h处理。

黏液排泄率(R_M)是以GF/C滤纸灼烧前后的质量差来计算, 公式如下:

$ R_{\mathrm{M}}=\left(W_3-W_0\right) /(w \times t), $

(6)

式中, W₀是GF/C滤膜(经马弗炉灼烧后)初始质量, W₃是GF/C滤膜经马弗炉灼烧后的质量, w是方斑东风螺软体部干质量(g), t是实验持续时间(h)。

1.2.6 能量代谢计算

$ { 能量收支方程: } C=F+R+U+M+G {, } $

(7)

式中, C是摄食能, F是排粪能, R是呼吸能, U是排泄能, M是黏液能, G是生长能。C、F、R、U和M分别通过食物中有机物、粪便中有机物、呼吸率、排氨率和黏液排泄率计算。

本实验采用以下能量转换因子: 1 mg POM=20.78 J; 1 mg O₂=14.24 J; 1 mg NH₄⁺-N= 24.87 J。

1.3 数据分析

实验数据以平均值±标准差(Mean±S.D.)表示, 采用DPS和Excel软件进行作图和数据处理。各实验组间显著性分析采用单因素方差分析(One–way ANOVA), P < 0.05表示为显著性水平。

2 实验结果 2.1 不同温度下方斑东风螺的摄食率

根据图 1可知, 在4种不同温度下方斑东风螺的摄食率显示出随温度上升呈现出先增大后下降的趋势, 在23 ℃时最低为2.548±0.093 mg/(g/h), 29 ℃时达到最大值为4.958 mg/(g/h), 32 ℃时摄食率明显下降为3.301±0.196 mg/(g/h)。温度对方斑东风螺的摄食率具有显著性的影响(P < 0.05)。

2.2 不同温度下方斑东风螺的能量支出代谢

根据图 2可知, 不同温度下方斑东风螺的排粪率、耗氧率和排氨率随温度升高均呈现先上升后下降趋势。其中排粪率各温度处理组差异显著(P < 0.05), 排粪率范围为1.695±0.037~2.892±0.074 mg/(g/h), 在29 ℃时达到最高; 耗氧率在29 ℃时最高为0.437± 0.054 mg/(g/h), 23 ℃时最低为0.202±0.027 mg/(g/h); 在本实验条件下, 方斑东风螺排氨率为0.009±0.001~ 0.025±0.003 mg/(g/h), 且各温度处理组间具有显著差异(P < 0.05), 在29 ℃时最高为0.025±0.003 mg/(g/h); 黏液排泄率在23 ℃时最高为0.030±0.001 mg/(g/h), 其他各温度组间无显著差异。

2.3 不同温度下方斑东风螺的氧氮比

根据图 3可知, 26 ℃和29 ℃的氧氮比无显著性差异, 分别为18.310±0.513和17.277±0.238 mg/(g/h), 但与其他两个温度梯度之间差异显著(P < 0.05)。32 ℃下氧氮比最高为24.3672±0.3084 mg/(g/h)。

2.4 不同温度下方斑东风螺的能量收支方程

从表 2可以看出, 方斑东风螺生长能所占的比重随着温度的升高呈先上升后下降趋势, 其在26 ℃时达到最高为37.855%, 其次是29 ℃、32 ℃、23 ℃分别为37.850%、32.098%、30.438%。而排粪能所占的比重随着温度的升高呈现出先下降后上升的趋势, 在29 ℃下所占比重相对最低为55.168%。呼吸能在32 ℃时占比最高为7.092%, 不同温度的占比范围为4.721%~7.092%。排泄能和生长能变化一样, 随着温度的升高先上升再下降, 黏液能随着温度的升高先降低后上升, 除29 ℃外, 其他组的黏液能要高于排泄能。

3 讨论

温度是影响生物生长速率的重要因素。在自然条件下, 水生动植物常常遭受台风、干旱等极端天气的影响, 进而会导致水体温度发生变化, 影响养殖品种生长速度, 严重可导致死亡, 造成大规模的经济损失^[16]。水生动物的耐受温度与种类、发育阶段及生理状态等密切相关。如姜娓娓^[17]研究表明虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)、栉孔扇贝和皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai Ino)的生理代谢均随着海水温度的升高而升高, 在20 ℃缓变处理组中耗氧率、排氨率和摄食率均高于5 ℃处理组。刘艳斌等^[18]研究的福寿螺(Pomacea canaliculata)幼螺及成螺生长发育在15 ℃~20 ℃的存活率最高。本文研究表明方斑东风螺在23 ℃~32 ℃范围内无死亡现象, 其中26 ℃和29 ℃两组中方斑东风螺的摄食率、排粪率、耗氧率、排氨率均高于23 ℃和32 ℃两组, 且在29 ℃组相对最高, 说明方斑东风螺在26 ℃和29 ℃温度范围内活力较好, 生长状态最佳。这与刘建勇等^[19]研究发现的方斑东风螺生长的适宜水体温度为23 ℃~ 29 ℃有着同样的结果。

方斑东风螺具有昼伏夜出的习性, 其白天躲在泥沙里休息, 夜晚进行觅食活动, 因此夜晚水温的恒定对方斑东风螺的生长具有重要的影响^[20-21]。本文研究表明随着温度的上升, 方斑东风螺的摄食率呈现先上升再下降的趋势, 不同温度下摄食率差异显著(P < 0.05), 在29 ℃时摄食率最高为4.958±0.150 mg/(g/h)。生物的生长速率与摄食率成正比^[22]。本文研究中显示方斑东风螺的摄食量高时在该温度下生长能最高, 这一结果与魁蚶(Scapharca broughtonii)、大竹蛏(Solen grandis)、橄榄蛏蚌(Solenaia oleivira)、毛蚶(Scapharca subcrenata)等结果一致^[23-26]。

耗氧率和排氨率是生物评估能量消耗的主要指标^[27-29]。研究表明, 在一定的温度范围内大多数贝类的耗氧率随温度的升高而增加。当超过其最高温度耐受范围后会引起贝类生理功能的紊乱, 耗氧率下降^[30]。本研究中, 耗氧率和排氨率都随温度的上升呈现先上升再下降的趋势, 在29 ℃时耗氧率达到最大值为0.437±0.054 mg/(g/h), 排氨率达到最大值为0.025±0.003 mg/(g/h)。而32 ℃时耗氧率和排氨率明显的降低, 这可能是因为其消耗大量的能量来应对高温的胁迫, 使自身适应恶劣环境, 从而影响了方斑东风螺的新陈代谢的能力。

诸多研究表明, 氧氮比可作为判断生物是否能够适应一些环境的一项指标^[31], 当氧氮比约为7时, 生物体内主要以蛋白质供能为主^[32]; 当氧氮比约为24时, 生物体内以蛋白质和脂肪混合供能^[33]; 当氧氮比接近无穷大时, 生物体内主要以脂肪或碳水化合物供能^[34]。本研究中, 不同温度下方斑东风螺的氧氮比为17.277~24.367, 说明在该范围中, 方斑东风螺主要以蛋白质和脂肪混合供能为主, 通过自身的生理代谢调节来满足营养需求, 进而适应环境。

黏液能在能量收支研究中的重要性常常被忽视^[35], 方斑东风螺依靠匍匐爬行, 能够借助腹足分泌的黏液滑行行动。分泌的黏液能够清除外套膜上的粪便和杂物颗粒, 并且还起到自我保护的作用。KIDEYS等^[36]研究表明波纹蛾螺(Buccinum undatum)的黏液能来自足部和外套膜的能量分别占总能的10.6%和16.9%, 但是由于他们没有计入静止个体的黏液排泄, 静止个体在进入水中固定的过程中会产生大量的黏液, 因此短时间实验会导致黏液能高估。本文研究的黏液能在不同温度下大约占到摄食能的0.528%~ 1.135%, 这与其他腹足类的研究中黏液能占摄食能小于10%的结论是一致的。进一步比较发现方斑东风螺在23 ℃时黏液排泄率要显著高于其他组, 且32 ℃组的黏液排泄率也有所增加, 但与26 ℃和29 ℃组无明显的差异。除辅助运动外, 黏液也是多数水生动物免疫的第一道防线, 当环境不适时, 其分泌量增加以提高对不适环境的抵抗力。本研究中方斑东风螺在23 ℃条件下黏液分泌量显著增加, 表明其对低温胁迫下更加敏感。夏玉秀等^[37]亦发现单环刺螠(Urechis unicinctus)在低温环境下黏液量要高于高温组。从能量收支方程中我们可以看出, 黏液能的占比要高于排泄能, 这说明黏液排泄在腹足类动物的能量支配中占据着一定地位。本文在做黏液排泄实验时进行了饥饿处理, 以减少了方斑东风螺粪便排泄引起的误差。

综上所述, 温度变化影响着方斑东风螺各种能量支配的变化, 当温度不适时, 方斑东风螺将呈现摄食能降低、排粪能增加、生长缓慢的现象。在工厂化养殖中, 应保持水体温度在适宜范围, 以达到效益最大化。