張文龍， 劉聲宇， 劉曉威， 李旭， 周一兵， 楊大佐

(1.大連海洋大學(xué)遼寧省海洋生物資源恢復(fù)與生境修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116023；2.大連海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116023；3.大連市生產(chǎn)力促進(jìn)中心，遼寧大連116021)

巖蟲(chóng)Marphysa sanguinea隸屬于環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)、多毛綱、磯沙蠶科、巖蟲(chóng)屬，俗稱紅沙蠶、黃金沙蠶，是廣泛分布于中國(guó)沿海潮間帶巖礁和泥沙底質(zhì)區(qū)的大型淺海底棲多毛類。其在攝食利用沉積有機(jī)物的同時(shí)，能夠疏通底質(zhì)、改善底質(zhì)結(jié)構(gòu)、加快物質(zhì)循環(huán)。由于其血色鮮紅、肉質(zhì)肥厚，在日本釣漁業(yè)被譽(yù)為 “黃金釣餌”，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益[1]。純化的巖蟲(chóng)抗菌肽已被證實(shí)對(duì)肝癌細(xì)胞增殖和甲胎蛋白(AFP)分泌均有抑制作用[2]。近年來(lái)，隨著海洋游釣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)際市場(chǎng)對(duì)巖蟲(chóng)的需求日益增加，但由于過(guò)度采捕，中國(guó)的巖蟲(chóng)自然資源明顯下降，通過(guò)人工增養(yǎng)殖提高巖蟲(chóng)資源量是促進(jìn)資源可持續(xù)利用的重要途徑[1，3－4]。

碳是生物體內(nèi)含量最多的元素。對(duì)于異養(yǎng)生物而言，碳元素主要來(lái)源于棲息生境中各種餌料，碳的吸收與利用主要取決于碳的轉(zhuǎn)化效率，即生物體所攝入的碳在生命活動(dòng)中的分配情況[5]。對(duì)于海洋生物而言[6]，不同生物對(duì)于碳的吸收與利用情況有明顯差異，外界環(huán)境因子對(duì)生物體內(nèi)碳的分配與利用具有一定影響。從已有的研究中可見(jiàn)，環(huán)境溫度和體質(zhì)量是海洋生物體對(duì)食物中碳元素吸收利用的主要影響因子[7]。目前，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者先后報(bào)道了不同海洋動(dòng)物的碳元素收支利用，如對(duì)蝦[7－8]、 刺參[9]、 貽貝[10]、 長(zhǎng)牡蠣[11]等， 但關(guān)于巖蟲(chóng)的碳吸收利用情況尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究中，通過(guò)研究不同溫度與體質(zhì)量條件下，食物中碳元素在巖蟲(chóng)體內(nèi)的分配與利用情況，建立了巖蟲(chóng)的碳收支方程，以期能為掌握底棲動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用，開(kāi)展巖蟲(chóng)人工配合餌料與養(yǎng)殖研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用巖蟲(chóng)采自大連市黑石礁近海潮間帶，采用人工挖捕方式采集。試驗(yàn)用海水取自大連市黑石礁海域，經(jīng)沉淀沙濾后貯存?zhèn)溆?，鹽度為31～32。

1.2 方法

1.2.1 養(yǎng)殖管理 挑選蟲(chóng)體完整、活力健壯的巖蟲(chóng)作為試驗(yàn)動(dòng)物。按蟲(chóng)體濕質(zhì)量分為3組:(1.2±0.1)、(4.0±0.3)、(8.5±1.1)g， 分別記為S、M、L組，放入品字缸(50 cm×40 cm×40 cm)中。水槽底部放置若干U型塑料管以模擬巖蟲(chóng)喜穴居的自然生境，以控溫儀 (HXSWT－100)控制溫度。每天換水1次，微充氣保證溶氧充足。每天晚上換水后按照總蟲(chóng)體體質(zhì)量的5%～10%投喂新鮮孔石莼Ulva pertusa。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)16、20、24℃ 3個(gè)溫度組，每個(gè)溫度設(shè)3個(gè)重復(fù)，S組放2尾巖蟲(chóng)，M和L組各放1尾巖蟲(chóng)，并設(shè)空白對(duì)照組 (無(wú)巖蟲(chóng))。試驗(yàn)初始水溫為10℃，巖蟲(chóng)暫養(yǎng)7 d后每日升溫1℃，達(dá)到試驗(yàn)溫度后，使巖蟲(chóng)適應(yīng)3～7 d后進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，每天用虹吸法及時(shí)收集殘餌和糞便，烘干后保存用于攝食率和排糞率的測(cè)定。

1.2.3 碳含量的測(cè)定 將待測(cè)的巖蟲(chóng)、孔石莼和糞便樣品在70℃下烘干至恒重，研碎均勻，用元素分析儀測(cè)定樣品中的碳含量。

用Winkler碘量法測(cè)定水樣中的溶氧量，根據(jù)對(duì)照組、試驗(yàn)組水中溶氧變化計(jì)算耗氧率:

其中:O為單位體質(zhì)量耗氧率[mg/(g·h)]；O0、OT分別為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)對(duì)照組、試驗(yàn)組水體中溶解氧濃度 (mg/L)；t為試驗(yàn)時(shí)間 (h)；V為試驗(yàn)水體積 (L)；W為試驗(yàn)蟲(chóng)體干質(zhì)量 (g)。

代謝碳率根據(jù)耗氧率來(lái)計(jì)算，根據(jù)C∶O＝1∶2計(jì)算得出:1 mg(O2)＝0.375 mg(C)。

1.2.4 最小碳需求量 生物體吸收的碳量?jī)H能夠維持其代謝需求量，此時(shí)的碳需求量稱為最小碳需求量 (minimal carbon requirement， MCR)。Warren等[12]提出的碳收支方程為

其中:CC為攝食碳；FC為糞便碳；UC為排泄碳；RC為代謝碳 (IC)；PC為累積碳。由于排泄損失的碳量比例很小，可以暫將UC忽略，故一般用PC＝CC－FC－RC來(lái)計(jì)算生長(zhǎng)碳量，即吸收的碳量減去代謝碳量的值[13－14]。 當(dāng)PC＝0 時(shí)， 即 CC－RC＝FC， 吸收碳量?jī)H能夠維持代謝的量，這時(shí)的碳需求量就是最小碳需求量[MCR，mg/(g·h)]，其計(jì)算公式為

MCR＝0.375×R×QR。 (3)其中:R為耗氧率；QR為呼吸熵 (生物體在同一時(shí)間內(nèi)，釋放二氧化碳與吸收氧氣的摩爾比)，其大小根據(jù)生物體利用能源物質(zhì) (如碳、氮)的不同而不同，一般為0.7～1.0，本試驗(yàn)中取0.85[15]。

1.3 碳元素收支平衡

根據(jù)測(cè)得的石莼和巖蟲(chóng)糞便中的碳含量，以及巖蟲(chóng)對(duì)石莼的攝食率、排泄碳率和排糞率，分別計(jì)算出巖蟲(chóng)的CC、RC＋UC和FC，再根據(jù)生物能量收支方程得出:

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下巖蟲(chóng)的攝食碳率

巖蟲(chóng)對(duì)孔石莼中碳的攝食率見(jiàn)圖1。當(dāng)溫度由16℃上升到20℃時(shí)，各規(guī)格下巖蟲(chóng)的碳攝食率均增高，當(dāng)溫度繼續(xù)升高到24℃時(shí)，攝食率反而降低；同一溫度下，攝食率隨體質(zhì)量的增加而減少。

圖1 不同溫度下巖蟲(chóng)的碳攝食率Fig.1 Carbon ingestion rate of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures

以巖蟲(chóng)的干質(zhì)量為區(qū)組變量，溫度為分組變量，單位體質(zhì)量攝食碳量為觀測(cè)數(shù)據(jù)，變量經(jīng)雙因素方差分析表明，溫度和體質(zhì)量對(duì)攝食碳有極顯著影響 (F＝64.95， P＜0.01； F＝30.14， P＜0.01)。多重比較結(jié)果表明:同一溫度下，S組碳攝食率均顯著高于M、L組 (P＜0.05)，而M、L組間無(wú)顯著性差異 (P＞0.05)；S組各溫度下碳攝食率無(wú)顯著性差異 (P＞0.05)，M、L組在20℃時(shí)有最大值，與16℃和24℃時(shí)有顯著性差異 (P＜0.05)。

體質(zhì)量與攝食碳呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，可用關(guān)系式COC＝aWb表示，其中 COC為巖蟲(chóng)的碳攝食率[mg/(d·g)]，W為巖蟲(chóng)的干體質(zhì)量 (g)，a、b為系數(shù)。a值的生物學(xué)意義為個(gè)體單位質(zhì)量的碳攝食率。溫度16℃時(shí)a值最高，為11.61；b值為單位體質(zhì)量碳攝食率隨體質(zhì)量增加的減少比率，變動(dòng)范圍為－0.47～－0.89(表1)。在同一溫度下，碳攝食率隨體質(zhì)量增大而減小，兩者之間顯著相關(guān)。

表1 不同溫度下巖蟲(chóng)體質(zhì)量與攝食碳率的關(guān)系Tab.1 Parameters of regressive equation between carbon ingestion rate and body weight of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures

2.2 巖蟲(chóng)碳吸收率

從表 2可見(jiàn):碳的吸收效率 AC范圍為50.2%～76.9%，以20℃時(shí)最高，溫度高于或低于20℃，AC均會(huì)降低，溫度對(duì)AC有極顯著性影響(F＝77.81，P＜0.01)；碳的 KC范圍為 13.4%～44.1%，顯示巖蟲(chóng)對(duì)餌料中的碳具有較高的吸收率；隨著溫度的升高KC也升高，溫度為20℃時(shí)達(dá)到最大值，之后又隨著溫度的升高而降低，溫度對(duì)KC也有極顯著性影響 (F＝8.14，P＜0.01)。在16℃和20℃下，S組巖蟲(chóng)的AC、KC均顯著大于M、L組 (P＜0.05)；24℃下，S組和M組的AC、KC均無(wú)顯著性差異 (P＞0.05)，二者均顯著大于L組(P＜0.05)。

表2 不同溫度下巖蟲(chóng)的碳吸收效率和碳毛生長(zhǎng)率Tab.2 Carbon assimilation efficiency and gross growth rate of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures %

2.3 巖蟲(chóng)的最小碳需求量

從圖2可見(jiàn)，各溫度下，隨體質(zhì)量的增加最小碳需求量減少。經(jīng)雙因素方差分析表明，溫度對(duì)最小碳需求量有顯著性影響 (F＝3.88，P＝0.04)，體質(zhì)量對(duì)最小碳需求量有極顯著性影響 (F＝13.05，P＜0.01)。經(jīng)Tukey檢驗(yàn)表明，S組與M、L組有顯著性差異 (P＜0.05)，而M、L組間無(wú)顯著性差異 (P＞0.05)。最小碳需求量 (MCR)與蟲(chóng)體干質(zhì)量 (W)呈負(fù)冪函數(shù)關(guān)系，即MCR＝aWb，其中a、b為參數(shù)。a值的生物學(xué)意義為個(gè)體單位質(zhì)量的MCR，在溫度24℃時(shí)，a值最小為4.20；b值為單位體質(zhì)量MCR隨體質(zhì)量增加的減少比率，變動(dòng)范圍為－0.33～－0.90(表3)。

圖2 不同溫度下巖蟲(chóng)的最小碳需求量Fig.2 Minimal carbon requirement of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures

表3 不同溫度下巖蟲(chóng)最小需碳量與體質(zhì)量的關(guān)系Tab.3 Parameters of regressive equation between minimal carbon requirement and body weight of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures

2.4 巖蟲(chóng)攝食碳的分配

假設(shè)攝食的碳為100%，計(jì)算其他各組分比例，建立了16、20、24℃下不同規(guī)格巖蟲(chóng)對(duì)餌料中碳的收支方程。從表4可見(jiàn):溫度為16～24℃時(shí)，由呼吸和排泄消耗的碳占攝食碳的比例最大，為47.3%～64.9%，20℃時(shí)生長(zhǎng)累積碳占攝食碳的比例最高，為19.1%～44.1%。

3 討論

3.1 巖蟲(chóng)對(duì)碳的吸收效率及毛生長(zhǎng)率

碳對(duì)一切生命而言均是一種非常重要的基本構(gòu)成元素，是一切有機(jī)物的基本成分。吸收效率體現(xiàn)了種類的消化能力，其受到許多生物及非生物因素的影響，如生物體質(zhì)量、生理狀態(tài)、攝食水平和水溫等?？当蟮萚16]報(bào)道了鮻Liza haematocheila對(duì)高營(yíng)養(yǎng)價(jià)餌料的碳吸收效率為84.6%，對(duì)低營(yíng)養(yǎng)價(jià)餌料的值為90.4%。張碩等[7]報(bào)道，20℃和25℃時(shí)，中國(guó)對(duì)蝦攝食沙蠶的平均碳吸收效率分別為95.6%和97.1%。郭東暉等[17]報(bào)道了中華假磷蝦Pseudeuphausia sinica碳吸收效率為84%～95%。本試驗(yàn)中，16、20、24℃下巖蟲(chóng)碳吸收效率平均分別為53.0%、66.7%和58.2%，而且同一溫度下，體質(zhì)量小的巖蟲(chóng)碳吸收效率較高。本試驗(yàn)結(jié)果低于已報(bào)道的數(shù)據(jù)，這可能與生物體質(zhì)量、餌料中碳的含量及計(jì)算方法不同均有關(guān)系。碳的毛生長(zhǎng)率是攝取的碳分配給生長(zhǎng)碳的比例，是巖蟲(chóng)生長(zhǎng)的重要指標(biāo)。本研究中，溫度是影響碳毛生長(zhǎng)率的主要因子。王俊等[18]報(bào)道了三疣梭子蟹Portunus trituberculatus幼蟹的碳毛生長(zhǎng)率隨著溫度升高而升高，平均為28%，而張碩等[7]報(bào)道中國(guó)對(duì)蝦在20～25℃內(nèi)，碳累積率隨著溫度升高而降低，平均為24.9%。本研究中，巖蟲(chóng)在16、20、24℃下碳毛生長(zhǎng)率平均分別為16.9%、30.7%和23.2%，且均隨著溫度升高而發(fā)生變化，20℃時(shí)達(dá)到最大值，而當(dāng)溫度繼續(xù)升高，碳累積率下降，顯示出20℃是巖蟲(chóng)碳累積的最佳溫度。

表4 不同溫度下巖蟲(chóng)的碳元素收支Tab.4 Carbon budget of rock worm Marphysa sanguinea at different temperatures %

3.2 巖蟲(chóng)的最小碳需求量

溫度通過(guò)生命代謝活動(dòng)進(jìn)而影響著生物體碳需求量與碳消費(fèi)。有關(guān)環(huán)境因子對(duì)多毛類最小碳需求量影響的研究報(bào)道并不多，但是對(duì)貝類、刺參等物種的研究較多。毛興華等[15]對(duì)海灣扇貝Argopectens irradias和櫛孔扇貝Chlamys farreri的最小碳需求量進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，單位軟體部干質(zhì)量的最小碳需求量與個(gè)體大小呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。王玲[19]研究了溫度和體質(zhì)量對(duì)雙齒圍沙蠶最小碳需求量的影響，試驗(yàn)范圍內(nèi)，最小碳需求量以20℃時(shí)為最低，單位體質(zhì)量最小碳需求量與體質(zhì)量呈負(fù)冪函數(shù)關(guān)系:MCR＝aWb，a值在20℃時(shí)有最小值1.54，b值變動(dòng)范圍為－0.41～－0.67。董波等[13]研究了溫度為9～26℃時(shí)菲律賓蛤仔Ruditapes philippinarum的最小碳需求量，其需求量 (Y)與蛤仔軟體部干質(zhì)量 (X)呈冪函數(shù)關(guān)系 Y＝aXb，b值平均為0.43±0.12。本試驗(yàn)中，水溫為16℃時(shí)，由于溫度較低，巖蟲(chóng)要消耗較大部分的碳來(lái)適應(yīng)環(huán)境并維持自身代謝需要，故在該溫度下，巖蟲(chóng)的最小碳需求量上升。在溫度為20～24℃時(shí)，巖蟲(chóng)的最小碳需求量較小，累積碳大部分用于其個(gè)體生長(zhǎng)。另外，在相同溫度下，巖蟲(chóng)的最小碳需求量與體質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即小個(gè)體的巖蟲(chóng)的最小碳需求量高，這說(shuō)明小個(gè)體正處于快速生長(zhǎng)階段，代謝旺盛，這符合一般生物的代謝規(guī)律[14，20]。

3.3 巖蟲(chóng)的碳收支

碳收支體現(xiàn)生物對(duì)食物中來(lái)源的碳元素的消化、吸收與利用，不同環(huán)境和生物個(gè)體對(duì)食物中碳元素的利用支出也不盡相同，且受到多種生物和非生物環(huán)境因子影響。對(duì)于水生生物來(lái)說(shuō)，測(cè)定食物中碳元素的支出主要是通過(guò)測(cè)定食物的吸收效率得到。但其測(cè)定的難點(diǎn)在于水生動(dòng)物的食物與糞便均產(chǎn)生在水環(huán)境中，收集較為困難，且易于溶解和損失。巖蟲(chóng)碳收支測(cè)定中規(guī)避了上述難點(diǎn)，巖蟲(chóng)攝食大型海藻孔石莼，食物易于采樣分析。同時(shí)，巖蟲(chóng)的糞便為黏膜包裹的小型顆粒狀，不易分散到水中，因此，試驗(yàn)中的吸收效率測(cè)定誤差較小。

王玲[19]對(duì)雙齒圍沙蠶的攝食碳率進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，隨著溫度的上升，20℃時(shí)攝食碳達(dá)到最高，溫度繼續(xù)升到24℃時(shí)，攝食碳顯著降低。在同一溫度下，攝食碳率與體質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。張碩等[7]對(duì)中國(guó)對(duì)蝦的碳收支進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，隨溫度升高和體質(zhì)量下降，碳攝食量顯著增加。規(guī)格對(duì)攝食碳分配比率影響不大，溫度是影響碳分配的主要影響因素。本研究結(jié)果表明，在20℃時(shí)巖蟲(chóng)生長(zhǎng)碳占攝食碳的比例出現(xiàn)最大值，而并非隨溫度升高而持續(xù)增加，毛生長(zhǎng)率也呈現(xiàn)這種規(guī)律。表明在溫度變化條件下，巖蟲(chóng)自身具有一定的生理適應(yīng)性，主要原因是，16～24℃時(shí)巖蟲(chóng)代謝碳占攝食碳的比例變化不大。生長(zhǎng)能的比率主要是由排糞中的碳決定的，攝食碳隨溫度升高而明顯增加，同時(shí)代謝碳變化不大，這樣就導(dǎo)致了溫度上升過(guò)程中生長(zhǎng)碳占攝食碳比例的增加，并在20℃時(shí)達(dá)到最高值。隨著溫度繼續(xù)升高，當(dāng)溫度達(dá)到24℃時(shí)，巖蟲(chóng)攝食碳率降低，吸收效率也降低，排糞碳占攝食碳的比例升高，所以生長(zhǎng)碳占攝食碳的比例也隨之降低。

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