丁紅霞，景素琴，范佩麗，許 濤，魏 偉，劉少貞，宋 晶*

(1. 南風化工集團股份有限公司技術(shù)中心，山西 運城 044000；2. 山西農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，山西 太谷 030801)

呼吸和排泄是代謝的兩個重要組成部分，研究各種環(huán)境因子對耗氧和排氨的影響，有利于了解水生動物代謝活動的變化規(guī)律, 是生態(tài)能量學和營養(yǎng)生理學研究的主要內(nèi)容，也是機體生理代謝和生長狀況的重要指標。耗氧率的大小及變化在很大程度上反映其代謝水平的高低及變化規(guī)律。排氨率則反映水生動物的代謝特征、動物自身的生理狀況和營養(yǎng)狀況以及對外界環(huán)境條件的適應(yīng)能力。

鹵蟲是一種生活于高鹽度水體中的甲殼綱(Crustacea)動物，隸屬于鰓足亞綱(Branchiopoda)，無甲目(Anostraca)鹵蟲科(Artemidae)，在世界沿海和內(nèi)陸鹽湖中廣泛分布。自1933 年Seale最先將鹵蟲無節(jié)幼體作為魚苗的開口餌料以來，鹵蟲卵廣泛應(yīng)用于海水魚、對蝦和河蟹育苗中，其年需求量也從剛開始的幾噸到目前的上萬噸[1]。鹵蟲成蟲也是一種重要的水產(chǎn)餌料，其蛋白質(zhì)含量達60%以上，富含多種必需氨基酸、類胡蘿卜素、天然誘食劑等[2]。但近30年來，圍海造陸、鹽湖面積縮減、環(huán)境惡化、氣候劇變、鹽化工的發(fā)展，均使得產(chǎn)量原本就極不穩(wěn)定的鹵蟲和蟲卵資源更顯稀缺[3]。自20世紀80年代末，研究人員就一直在探索鹵蟲的養(yǎng)殖技術(shù)，并取得了很多重要成果。養(yǎng)殖替代捕撈，粗養(yǎng)向精養(yǎng)轉(zhuǎn)變是鹵蟲養(yǎng)殖行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

鹵蟲和其他其他甲殼動物一樣，均為“排氨型動物”，其呼吸生理研究一直受到國內(nèi)外研究者們的重視。目前，主要的研究工作多圍繞具有生態(tài)指示功能或具較高經(jīng)濟價值的甲殼類展開。之前的研究結(jié)果表明，甲殼動物耗氧率和排氨率主要受到溫度[4-5]、光照[6]、基礎(chǔ)氧量[7-8]、鹽度[9-11]、緯度[12]、金屬離子[13-14]等環(huán)境因子的影響；不同的發(fā)育時期[15-17]、蛻殼[18]、選擇性穴居[19]等因子也會影響甲殼動物耗氧率和排氨率。但對鹵蟲(Artemia salina)的此類研究尚屬空白，鹵蟲呼吸代謝的特性亟待確定。在生產(chǎn)周期中，水體溶解氧的飽和度隨水溫升高而降低，而水體中的化學耗氧量、養(yǎng)殖動物和其它生物的耗氧量則隨溫度升高而增加。水中氧氣消耗，代謝產(chǎn)物積累誘發(fā)的水質(zhì)惡化，可能會使孤雌生殖的鹵蟲向兩性生殖轉(zhuǎn)變，這將對以收獲鮮鹵蟲為主的養(yǎng)殖生產(chǎn)造成不利影響。故該研究對主要環(huán)境因子對鹵蟲呼吸代謝的影響進行初探，旨在掌握鹵蟲的相關(guān)生理特征，為推動鹵蟲的集約化養(yǎng)殖積累原始資料。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

實驗動物用鹵蟲均為成體，于2017-07取自南風化工集團鹵蟲養(yǎng)殖基地，選擇三種不同鹽度(14.0%、16.0%、19.4%)養(yǎng)殖水體中的鹵蟲進行耗氧率和排氨率測定。窒息點、溫度、光照對耗氧率和排氨率的影響，均在鹽度14.0%測定。

1.2 窒息點的測定

鹵蟲窒息點的測定以125 mL具塞磨口試劑瓶為呼吸瓶。選用的鹵蟲均為成體，并在不同溫度(20 ℃、25 ℃、30 ℃)間進行比對。每隔30 min觀察一次鹵蟲的行為和存活情況，當半數(shù)受試動物窒息時，立即連同受試動物一起固定，以碘量法測定溶氧值[20]，作為鹵蟲的窒息點。

1.3 耗氧率、排氨率的測定方法

耗氧率、排氨率的測定采用容積1 100 mL的褐色廣口瓶作為呼吸室，每個實驗單元，設(shè)置2個對照、3個平行。先將瓶中注滿采自養(yǎng)殖區(qū)、并經(jīng)過機械增氧的高氧鹽水(≥6 mg/L)，加入一定濕重的鹵蟲，加蓋排空氣體，水下密封實驗，1 h后，以隔膜電極法[20]測定溶氧(臺灣衡欣，AZ-8403)，以改良次溴酸鹽氧化法[21]測定氨氮，分別用于計算耗氧率和排氨率。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

實驗數(shù)據(jù)采用平均值±標準差表示，利用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。各組數(shù)據(jù)在進行方差分析之前，均先通過正態(tài)性和方差齊性檢驗，組間差異進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，采用Duncan’s多重比較，顯著水平為P<0.05，極顯著水平為P<0.01。溫度對耗氧率和排氨率的影響，采用二項式回歸分析。

2 結(jié)果

2.1 不同溫度下鹵蟲的窒息點變化

在測定鹵蟲窒息點的過程中，其活動規(guī)律與在自然條件下差異明顯(見表1)。但在試驗過程中，與死亡狀態(tài)差異不明顯，故需要細心觀察。窒息點試驗結(jié)果表明，鹵蟲在20 ℃、25 ℃和30 ℃的窒息點分別為1.15 mg/L、1.32 mg/L和1.69 mg/L。鹵蟲的窒息點與溫度高低密切相關(guān)，且窒息點隨著溫度的升高而升高，符合生物代謝規(guī)律(見圖1)。

表1 試驗過程中鹵蟲的游泳行為變化Tab.1 The changes of swimming behavior in A. salinaduring the course of the experiment

圖1 三種不同溫度下鹵蟲的窒息點Fig.1 The asphyxiant point of A. salina at 3 different temperatures

2.2 光照對鹵蟲耗氧率和排氨率的影響

選取三組鹵蟲，在相同溫度(25.0 ℃)、鹽度(14.0%)但不同光照條件(0 lx、200 lx、1 000 lx)下，測定其耗氧率和排氨率，同時設(shè)置兩個對照實驗。實驗結(jié)果顯示：鹵蟲的耗氧率在0 lx、200 lx、1 000 lx條件下的數(shù)值分別是1.134 mg/g·h±0.153 mg/g·h、1.480 mg/g·h±0.168 mg/g·h、1.552 mg/g·h±0.152 mg/g·h，顯然,鹵蟲的耗氧率隨著光照的增強而提高，有光照和無光照之間的耗氧率差異顯著，不同光照強度之間的耗氧率差異不顯著；排氨率在0 lx、200 lx、1 000 lx條件下的數(shù)值分別是155 μg/g·h±16.6 μg/g·h、176 μg/g·h±17.5 μg/g·h、198 μg/g·h±23.4 μg/g·h，可以看出鹵蟲的排氨率與光照強度成正相關(guān)關(guān)系，各組之間的排氨率差異顯著。3種鹽度下鹵蟲的耗氧率和排氨率見圖2。

圖2 3種鹽度下鹵蟲的耗氧率和排氨率Fig.2 The oxygen consumption rate and ammonia excretion rate in A. salina at 3 different salinities

2.3 溫度對鹵蟲耗氧率和排氨率的影響

結(jié)果表明，在20 ℃～40 ℃范圍內(nèi)，鹵蟲的耗氧率先上升，后下降，約在30 ℃～35 ℃達到峰值(見圖3A)；在20 ℃～40 ℃范圍內(nèi)，鹵蟲的排氨率持續(xù)上升(見圖3B)。對其變化規(guī)律進行多種回歸分析，都有較好程度的擬合，但是二項式能夠獲得最高的回歸系數(shù)(R2)值，分別得出耗氧率和排氨率回歸方程為：OCR=-0.133 1x2+0.964 5x-0.190 4，R2=0.918 5；AER=-4.892 9x2+63.007x+26.3，R2=0.995 8。

2.4 鹽度對鹵蟲耗氧率和排氨率的影響

選取3種不同鹽度水體的鹵蟲，分別于常溫、常光下測定其耗氧率排氨率，結(jié)果表明，高鹽度組(19.4%)的耗氧率和排氨率在數(shù)值上均大于中(16.0%)、低(14.0%)度組，但差異不顯著(見圖4)?？赡芘c鹵蟲具有良好的鹽度長期適應(yīng)性和極強的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)能力相關(guān)。相比鹽度馴化，鹽度的驟變往往更能引起甲殼類的呼吸、排泄變化。

圖3 溫度對OCR和AER的影響Fig.3 Effect of temperature on OCR and AER

圖4 鹽度對OCR和AER的影響Fig.4 Effect of salinity on OCR and AER

3 討論

3.1 不同溫度下鹵蟲的窒息點變化

甲殼動物的窒息點研究，多服務(wù)于經(jīng)濟甲殼類苗種運輸，南美白對蝦(Litopenaeusvannamei)仔蝦、羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)仔蝦和中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)各期幼體的窒息點均有研究。由于天然鹵蟲或較為粗放的鹵蟲養(yǎng)殖多是淺池養(yǎng)殖，養(yǎng)殖區(qū)域都在空曠的海灘、鹽湖、池沼，風力增氧作用非常強，不易發(fā)生整體缺氧，但精養(yǎng)池水中氧氣消耗過大，代謝產(chǎn)物積累誘發(fā)的水質(zhì)惡化，可能會使孤雌生殖的鹵蟲向兩性生殖轉(zhuǎn)變，這將對以收獲鮮鹵蟲為主的養(yǎng)殖生產(chǎn)造成不利影響。研究表明，鹵蟲在20 ℃、25 ℃和30 ℃的窒息點分別為1.15 mg/L、1.32 mg/L和1.69 mg/L，窒息點與溫度呈現(xiàn)正相關(guān)，而且不同溫度組間差異顯著,顯示出與之前大多研究結(jié)果相同的規(guī)律，即：在生理適溫范圍內(nèi)，窒息點與溫度正相關(guān)?？梢酝普摚邴u蟲養(yǎng)殖過程中，若遇高溫，需防低氧；在鹵蟲運輸過程中，低溫運輸能夠通過降低代謝而提高存活率，要安排好運輸密度和運輸時間。與其他相似體型的甲殼動物相比，鹵蟲代謝高，自主運動能力差，沒有其他輔助的呼吸方式，更容易被風吹到池塘一側(cè)，造成短時間密度過高，局部缺氧,迫近窒息點而大量死亡。

鹵蟲對低氧有一定的抵抗力，和大多數(shù)甲殼類一樣，其窒息點隨溫度的升高而增長[15-16]，但鹵蟲屬于呼吸調(diào)節(jié)型生物還是呼吸適應(yīng)型生物需要進一步研究。

3.2 光照對鹵蟲耗氧率和排氨率的影響

光照對水生生物的耗氧率和排氨率也有一定影響。在對海蜇(Rhopilemaesculenta)窒息點的研究中發(fā)現(xiàn)，受到“水呼吸”的影響，光照組比無光組耗氧更快[21]。光照對中國對蝦(Fenneropenaeuschinensis)稚蝦的消化生理研究中發(fā)現(xiàn)，光強比光色和光周期等參數(shù)影響更大[22]。光周期對鹵蟲的生長無影響，但弱光(6 h/d)更有利于鹵蟲的存活[23]。

3.3 溫度對鹵蟲耗氧率和排氨率的影響

口蝦蛄(Oratosquillaoratoria)的耗氧率隨季節(jié)溫度變化[24]。在12 ℃以下可低溫麻醉日本對蝦(Penaeusjaponicus)，即使操作處理也不會引起耗氧率升高[10]。在適宜的溫度范圍內(nèi)，鹵蟲的耗氧率、排氨率也隨溫度升高而上升(見圖3)。

作為外溫動物，鹵蟲的特殊動力作用較小(special dynamic action，SDA)。耗氧率、排氨率都反應(yīng)的是鹵蟲的總代謝情況，主要包括基礎(chǔ)代謝和活動代謝兩部分。在適溫范圍內(nèi)，基礎(chǔ)代謝和活動代謝提高，會導致耗氧率、排氨率提高；但接近生理上限的高溫，會降低活動代謝并破壞基礎(chǔ)代謝。氨氮的毒性效應(yīng)，會在低溶氧、高溫時表現(xiàn)更為明顯，所以，在鹵蟲養(yǎng)殖過程中，要注意監(jiān)控水質(zhì)和密度，注意適時采收。由于變溫動物的代謝水平隨溫度的升高而提高，故其耗氧多少與水溫高低呈正相關(guān)。另外，在實際生產(chǎn)中，水體溶解氧的飽和度隨水溫升高而降低，而水體中的化學耗氧量、養(yǎng)殖動物和其它生物的生物耗氧量則隨溫度升高而增加。因此，在高溫季節(jié)應(yīng)經(jīng)常清理飼養(yǎng)環(huán)境、適當降低放養(yǎng)密度；在運輸鹵蟲活體時，應(yīng)盡量避開高溫天，控制數(shù)量，保障存活率。同類型研究采用的回歸方法各有不同，理論上講，耗氧率、排氨率與溫度的關(guān)系符合指數(shù)回歸，但選擇回歸系數(shù)更大的二項式回歸能更加精準地反映變化趨勢，分別得出耗氧率和排氨率回歸方程為：OCR=-0.133 1x2+0.964 5x-0.190 4，R2=0.918 5；AER=-4.892 9x2+63.007x+26.3，R2=0.995 8。

3.4 鹽度對鹵蟲耗氧率和排氨率的影響

滲透壓的變化對廣鹽性生物的呼吸生理有著重要影響。V. Aarset等對極地的一種鉤蝦(Gammaruswilkitzkii)的代謝進行研究發(fā)現(xiàn)，當鹽度低時，需要增加能量供應(yīng)以進行滲透壓調(diào)節(jié)[9]。鹽度過高或過低會導致刀額新對蝦(Metapenaeusmonoceros)能耗增加，而在鹽度快速變化時這種趨勢尤為明顯[25]。日本對蝦(Penaeusjaponicus)溫度和鹽度對代謝交互作用時，發(fā)現(xiàn)隨著鹽度從15‰上升到25‰，耗氧率降低，繼續(xù)上升到35‰，則差異不顯著；在各個溫度組，鹽度從15‰上升25‰，再到35‰，排氨率都有所減少[10]?？梢姀V鹽性物種的耗氧率和排氨率與其調(diào)節(jié)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的程度密切相關(guān)，越是接近其常規(guī)生態(tài)環(huán)境的，耗能越小，反之亦然。除了鹽度的變化范圍，其變化速度也有一定影響，驟然變化，則會快速反饋，長期馴化，可能變化不大。研究中選擇的3種鹽度的水，都來自于不同的鹵蟲養(yǎng)殖池，統(tǒng)計結(jié)果指出組間差異不顯著可能與其已經(jīng)適應(yīng)其所在的鹽度有關(guān)，而且鹵蟲適應(yīng)鹽度的能力較強，在設(shè)置組別時，應(yīng)該加大組距。盡管如此，在19.4%的高鹽度組，其耗氧率和排氨率的均值還是要高于其他兩組，根據(jù)結(jié)果推斷，鹵蟲養(yǎng)殖在鹽度較低的組別可能會獲得更高的產(chǎn)量。

實驗結(jié)果表明，選取3種不同鹽度水體的鹵蟲，分別于常溫、常光下測定其耗氧率排氨率，高鹽度組(19.4%)的耗氧率和排氨率在數(shù)值上均大于中(16.0%)、低(14.0%)鹽度組，但差異不顯著,可能與鹵蟲具有良好的鹽度長期適應(yīng)性和極強的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)能力相關(guān)。對于有一定鹽度適應(yīng)性的生物，要正確把握耗氧率與鹽度變化的關(guān)系就必須在實驗前給予動物足夠的馴化時間，并了解動物移入呼吸器后耗氧率的時間變化。相比鹽度馴化，鹽度的驟變可能更能引起甲殼類的呼吸、排泄變化。