何為，房景輝*，梁博，蔣增杰，毛玉澤，方建光，姜娓娓，高亞平

( 1. 上海海洋大學 水產(chǎn)與生命學院，上海 201306；2. 中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所 海洋漁業(yè)科學與食物產(chǎn)出過程功能實驗室，山東 青島 266071)

1 引言

水生動物的攝食、生長發(fā)育、繁殖等生命活動與水體環(huán)境條件緊密相關[1-4]。海洋潮汐作為普遍現(xiàn)象會對潮間帶環(huán)境產(chǎn)生顯著影響。有研究發(fā)現(xiàn)，潮汐會改變水下沉積物的層理結構和懸浮泥沙的含量[5-6]，進而影響生物的棲息與生存。潮間帶生物在潮汐更替過程中會經(jīng)歷退潮干露和漲潮水體淹沒等過程。底內動物作為潮間帶優(yōu)勢生物類群之一，對潮汐變化有獨特的應對策略。Koo等[7]在研究潮灘沉積物-水界面時發(fā)現(xiàn)，潮位越高，底內動物建造洞穴的尺寸越大，洞穴越深。在大潮時，雙齒圍沙蠶（Perinereis aibuhitensisGrube）對沉積顆粒的修復率比小潮階段更高[8]。在潮汐過程中，除了改變棲息空間和棲息底質，潮間帶底內動物可能存在其他的適應性行為。雜色刺沙蠶（Nereis diversicolor）在退潮后的2 h內先濾食后進行表面攝食，但是在潮灘表面暴露的總時間較短[9]。底內動物在沉積物中進行運動和掘洞時會產(chǎn)生泵水作用和水流效應，這一過程對沉積物中的生地化過程和水中的溶解氧交換有著重要作用[10]。潮汐更替導致強烈的水體交換，底內動物的行為在不同的潮汐階段可能存在差異。底內動物對潮汐變化的響應過程對于我們了解沉積物-水界面的生地化過程有著很大的幫助，但是關于這一過程的研究較為缺乏。

雙齒圍沙蠶作為河口和沿海潮間帶廣泛分布的底內動物之一，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中有著重要的經(jīng)濟價值并且對生態(tài)環(huán)境有積極的修復作用[11]。當水中溶解氧含量低于某一數(shù)值時，雙齒圍沙蠶會主動進行泵水來抵御低氧帶來的威脅[12]，因此其在潮汐更替過程中可能存在明顯的行為變化。本研究以雙齒圍沙蠶為研究對象，研究了其在不同潮汐階段和溫度下的行為規(guī)律，以期探究潮汐更替和水溫的協(xié)同作用對雙齒圍沙蠶行為的影響。本研究可以明晰雙齒圍沙蠶等底內動物對潮汐更替的行為適應策略，為底內動物行為生態(tài)學研究提供重要參考。

2 材料與方法

2.1 實驗動物與暫養(yǎng)

實驗所用的沉積物均從雙齒圍沙蠶自然棲息地取得，將沉積物置于海水循環(huán)養(yǎng)殖池中沉降穩(wěn)定1周。從威海乳山的沙蠶養(yǎng)殖場采集了雙齒圍沙蠶，規(guī)格為（2.5±0.2）g，在海水循環(huán)養(yǎng)殖池中暫養(yǎng)1周。暫養(yǎng)期間，不斷挑出活力不佳的個體，水體條件維持在水溫為20℃，鹽度為29～31，溶解氧濃度為7.0～8.5 mg/L，每兩天投喂一次對蝦飼料，并且每天換水30%。本實驗設置了15℃、20℃和25℃ 3個溫度梯度，并通過冷水機（深圳，日升CL-650）控溫。將暫養(yǎng)池中的雙齒圍沙蠶分為3份，轉入提前控溫為20℃的3個循環(huán)水系統(tǒng)中，其中提前1周鋪設了和暫養(yǎng)池一樣的沉積物。為了使水族箱中水體的溫度滿足實驗要求，在20℃的基礎上，每天升高或者降低水族箱內水溫1℃，一直到25℃或15℃。讓箱中的雙齒圍沙蠶再適應3 d后才開展實驗。

2.2 實驗過程

實驗將潮汐過程分成4個階段，即T1：退潮前（沉積物上方存在上覆水超過3 h）、T2：退潮后（沉積物無上覆水時）、T3：漲潮30 min內（從開始添加上覆水到之后的30 min內）和T4：漲潮30 min后（添加上覆水30 min后），每個潮汐階段對應一個時間段。由于雙齒圍沙蠶在干露狀態(tài)時，無徑向起伏和泵水過程，因此退潮后的徑向起伏和泵水過程不用攝像裝置錄制。

在底內動物行為學觀測裝置中的小正方體容器中注入沉積物，往裝置的3層空間通入不同溫度的海水。在沉積物沉降之后，提前1 d，傍晚約17：00，將一條活力較佳的沙蠶放于小隔間中，讓其自然掘洞棲息。當雙齒圍沙蠶建好洞穴并且其運動狀態(tài)易于觀察時，開始錄制。錄制1.5 h時，放掉裝置第一層的海水，待沙蠶干露3 h后，往裝置第一層中通入海水，再錄制1.5 h，關閉攝像裝置。整個錄制過程耗時6 h。每個實驗溫度梯度均設置6個重復。

將人工洞穴行為定量裝置置于玻璃水族箱中，控制水體到實驗所需溫度。將雙齒圍沙蠶置于裝置中的人工洞穴內，待其穩(wěn)定1 d后，開始錄制。錄制開始1.5 h后，關閉錄像設備，放掉水族箱中的水，將裝置放到恒溫環(huán)境中，恒溫環(huán)境的溫度與實驗所需溫度一致。3 h后，再將裝置緩慢放于玻璃缸中，錄制1.5 h后關閉錄像設備。每個實驗溫度梯度均設置6個重復。

本實驗測定了雙齒圍沙蠶的徑向起伏頻率（F）、徑向起伏泵水速率（R）、徑向起伏泵水效率（P）、軸向爬行速度（V）和運動時間（T），其定義方法借鑒了房景輝等[12]的研究。除此之外，我們還測定了雙齒圍沙蠶頭尾對調的次數(shù)（TF，頭部與尾部互換位置的次數(shù)）和頭尾對調一次的時間（TT，頭部與尾部互換一次位置的耗時）。

2.3 實驗裝置

2.3.1 攝像裝置

雙齒圍沙蠶在洞內的運動過程主要由400萬像素的紅外攝像頭（杭州，?？低?DS-2CD3345-I）記錄，并且攝像頭配有顯示器和硬盤刻錄機。調整攝像頭位置（距離觀測裝置80 cm），以使雙齒圍沙蠶的運動過程可以被清楚地記錄下來。

2.3.2 運動分析軟件

將硬盤內雙齒圍沙蠶的運動視頻導出，用ImageJ 2019軟件（由National Institutes of Health開發(fā)）進行分析。ImageJ是科研中應用十分廣泛的圖像處理軟件，可以手動追蹤測量視頻中物體的運動軌跡和距離。

2.3.3 觀測裝置

實驗使用了底內動物行為學觀測裝置和人工洞穴行為學定量裝置[12]對雙齒圍沙蠶在洞穴中的行為進行觀察記錄。

2.4 數(shù)據(jù)分析

所有的統(tǒng)計分析均由開源軟件R3.6.3來執(zhí)行。對每個數(shù)據(jù)集進行正態(tài)分布（Shapiro-Wilks）和方差齊性（Barlett）檢驗，對不符合條件的數(shù)據(jù)進行對數(shù)轉換。采用雙因素方差分析研究溫度和時間段對沙蠶的徑向起伏頻率、軸向爬行速度、徑向起伏泵水速率、徑向起伏泵水效率、頭尾對調次數(shù)和頭尾對調時間的影響。使用LSD多重比較法進一步分析顯著差異，并用Bonferroni法對結果進行校正。若p＜0.05，則認為差異顯著。

3 實驗結果

3.1 徑向起伏

溫度和時間段對雙齒圍沙蠶的徑向起伏均有顯著影響（p＜0.01），然而兩者的交互作用無顯著影響（p＞0.05）（圖1）。隨著溫度的升高，不同時間段內雙齒圍沙蠶的徑向起伏頻率均顯著升高（p＜0.05）。雙齒圍沙蠶漲潮30 min內的徑向起伏頻率比退潮前顯著增加（p＜0.05）。漲潮30 min內，雙齒圍沙蠶20℃時的徑向起伏頻率顯著高于15℃時的（p＜0.05），與25℃時的無顯著差異（p＞0.05）。20℃時，漲潮30 min內雙齒圍沙蠶的徑向起伏頻率相比退潮前增加的幅度最大。漲潮30 min內，雙齒圍沙蠶的徑向起伏頻率顯著增加（p＜0.05），但在漲潮30 min后，其徑向起伏頻率逐漸減小到退潮前的水平。

3.2 軸向爬行

溫度、時間段以及兩者的交互作用對雙齒圍沙蠶軸向爬行速度均有顯著影響（p＜0.05）。在退潮前、退潮后和漲潮30 min后3個時間段內，隨著溫度的升高，雙齒圍沙蠶的軸向爬行速度先升高后降低，并且均在20℃時達到最大值（圖2）。退潮前，雙齒圍沙蠶在20℃和25℃的軸向爬行速度均顯著高于15℃時（p＜0.05）。漲潮30 min內，隨著溫度的升高，雙齒圍沙蠶的軸向爬行速度顯著增大（p＜0.05）。相同溫度條件下，漲潮30 min內雙齒圍沙蠶的軸向爬行速度均達到最大值，并且在25℃時顯著高于其他時間段（p＜0.05），相較于退潮后增加的幅度最大。

圖2 溫度和時間段對雙齒圍沙蠶軸向爬行速度的影響Fig. 2 The influence of temperature and time periods on the axial crawling velocity of Perinereis aibuhitensisGrube

3.3 泵水速率

溫度和時間段均對雙齒圍沙蠶的徑向起伏泵水速率有顯著影響（p＜0.05），而兩者的交互作用對其無顯著影響（p＞0.05）（圖3）。隨著溫度的升高，雙齒圍沙蠶的徑向起伏泵水速率先急劇增大再緩慢增大，20℃和25℃時的徑向起伏泵水速率無顯著差異（p＞0.05）。同一溫度條件下，漲潮后30 min內的雙齒圍沙蠶徑向起伏泵水速率均高于其他時間段，而退潮前和漲潮30 min后的平均徑向起伏泵水速率無顯著差異（p＞0.05）。

圖3 溫度和時間段對雙齒圍沙蠶徑向起伏泵水速率的影響Fig. 3 The influence of temperature and time periods on the pumping rate of radial undulating motion of Perinereis aibuhitensisGrube

3.4 泵水效率

溫度和時間段對雙齒圍沙蠶的泵水效率有顯著影響（p＜0.05），而兩者的交互作用對泵水效率無顯著影響（p＞0.05）（表1）。隨著溫度的升高，雙齒圍沙蠶整體的徑向起伏泵水效率在T3和T4時間段內先升高后降低，泵水效率在20℃時最大。當溫度為15℃和20℃時，漲潮30 min內的泵水效率最大，并且漲潮30 min內的泵水效率與漲潮30 min后無顯著差異（p＞0.05）。

表1 溫度和時間段對雙齒圍沙蠶徑向起伏泵水效率（單位：mL/pulse）的影響Table 1 The influence of temperature and time periods on the pumping efficiency (unit: mL/pulse) of radial undulating motion of Perinereis aibuhitensisGrube

3.5 頭尾對調

溫度、時間段以及兩者的交互作用對雙齒圍沙蠶頭尾對調一次的時間均有顯著影響（p＜0.05）。隨著溫度的升高，退潮前、漲潮30 min內和漲潮30 min后雙齒圍沙蠶頭尾對調一次的時間均顯著降低（p＜0.05）。退潮后，雙齒圍沙蠶20℃時的頭尾對調一次的時間均高于15℃和25℃時的（圖4）。當溫度為15℃和20℃時，退潮后和漲潮30 min內雙齒圍沙蠶頭尾對調一次的時間均低于退潮前，然而當溫度為25℃時，雙齒圍沙蠶退潮后的頭尾對調一次的時間顯著高于其他時間段（p＜0.05）。

圖4 溫度和時間段對雙齒圍沙蠶頭尾對調一次時間的影響Fig. 4 The influence of temperature and time periods on the time of head-tail exchange of Perinereis aibuhitensisGrube

溫度、時間段和兩者的交互作用對雙齒圍沙蠶的頭尾對調次數(shù)均有顯著影響（p＜0.05）（表2）。隨著溫度的升高，雙齒圍沙蠶的頭尾對調次數(shù)總體呈增加的趨勢，并且退潮前25℃時的頭尾對調次數(shù)顯著高于15℃時（p＜0.05）。當溫度為15℃和20℃時，漲潮30 min內雙齒圍沙蠶的頭尾對調次數(shù)均高于其他時間段，然而當溫度為25℃時，雙齒圍沙蠶退潮前的頭尾對調次數(shù)顯著高于退潮后（p＜0.05），與漲潮30 min內和漲潮30 min后無顯著差異（p＞0.05）。

3.6 徑向起伏與軸向爬行時間

溫度對雙齒圍沙蠶的徑向起伏時間影響顯著（p＜0.05），而時間段和兩者的交互作用對其無顯著影響（p＞0.05）（表3）。同一時間段內，隨著溫度升高，雙齒圍沙蠶徑向起伏時間表現(xiàn)出先增加后減少的趨勢。在退潮前和漲潮30 min內兩個時間段內，雙齒圍沙蠶20℃時的徑向起伏時間顯著高于15℃時的（p＜0.05）。漲潮后，隨著時間的推移，雙齒圍沙蠶徑向起伏的時間有減少的趨勢。

表2 溫度和時間段對雙齒圍沙蠶頭尾對調次數(shù)的影響Table 2 The influence of temperature and time periods on the frequency of head-tail exchange of Perinereis aibuhitensisGrube

表3 溫度和時間段對雙齒圍沙蠶運動時間（單位：min）的影響Table 3 The influence of temperature and time periods on motion time (unit: min) of Perinereis aibuhitensisGrube

溫度和時間段對雙齒圍沙蠶的軸向爬行時間影響顯著（p＜0.05），而兩者的交互作用對其無顯著影響（p＞0.05）（表3）。同一時間段內，隨著溫度的升高，軸向爬行的時間呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。同一溫度下，雙齒圍沙蠶漲潮30 min內的軸向爬行時間均多于其他時間段。

4 討論

4.1 溫度對雙齒圍沙蠶運動行為的影響

溫度作為重要的環(huán)境因子之一，與生物的生長、繁殖、環(huán)境耐受能力和運動強度密切相關[1,12-14]。當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，生物會做出行為上的響應。王玲等[15]研究發(fā)現(xiàn)當溫度為10～27℃時，溫度升高，雙齒圍沙蠶的耗氧率也隨之升高。研究顯示，刺參的運動節(jié)律并未隨著溫度的升高而呈現(xiàn)一個連續(xù)性的變化，其在20℃時的平均運動速度和路程長度都高于其他實驗溫度，并且刺參活動的高峰存在溫度的限制[16]。除了溫度之外，其他環(huán)境因子也會影響生物的生命活動過程。陳松波[17]研究發(fā)現(xiàn)，在相同溫度下，幼年鯉魚的攝食率高于成年鯉魚，并且在34℃時，不同規(guī)格的鯉魚攝食率雖然均急劇降低，但是幼魚攝食率仍然有9.45%。另外，同一溫度下，團頭魴在水中的游泳速度將會隨流速的增大而加快[18]。房景輝等[12]研究發(fā)現(xiàn)，大規(guī)格雙齒圍沙蠶在相同溫度下的總泵水量更大。在不同的水體交換條件下，雙齒圍沙蠶幼體的生長狀況在12倍/d流水下最佳，模擬潮汐次之[19]。對于海洋生物而言，每日的潮汐變化對其生活有重要的影響。潮汐變化過程中，生物體表會從充滿水的狀態(tài)向干露狀態(tài)相互轉變，而且雙齒圍沙蠶在低溫保濕干露的條件下，大多能存活10 d[20]。因此，溫度和潮汐對生物的共同作用可能會有別于溫度的單一影響。

本研究發(fā)現(xiàn)，在同一潮汐階段內，隨著溫度的升高，雙齒圍沙蠶徑向起伏和頭尾對調運動總體均有增強的趨勢。但是，漲潮30 min內，雙齒圍沙蠶徑向起伏頻率在20℃的增長幅度（相較于退潮前）比15℃和25℃更大；在不同的潮汐階段內，20℃時雙齒圍沙蠶的泵水效率均有高于15℃和25℃時的趨勢，其徑向起伏運動的時間均高于15℃和25℃時的，其軸向爬行運動的時間均有低于15℃和25℃時的趨勢。除此之外，在退潮前、退潮后和漲潮30 min后3個潮汐階段內，雙齒圍沙蠶的軸向爬行速度均在20℃時最大，但是在漲潮30 min內，雙齒圍沙蠶軸向爬行的速度在25℃時顯著高于15℃和20℃時（p＜0.05）。雙齒圍沙蠶行為隨溫度的變化表明，其運動強度隨溫度的升高而增強，但是漲潮后，面臨水環(huán)境的劇烈變化，雙齒圍沙蠶加快徑向起伏運動改善棲息環(huán)境的能力可能有一個極限狀態(tài)，并在20℃左右能表現(xiàn)出來。雙齒圍沙蠶能通過軸向爬行來進行覓食和改善棲息水環(huán)境條件[12]。在高溫條件下，漲潮后的雙齒圍沙蠶會因為對高溫的不適應而加快軸向爬行的速度，希望通過軸向爬行來消除這種不適，這一結果與文獻[21]結果一致。從雙齒圍沙蠶的運動時間可以看出，雙齒圍沙蠶在沉積物中主要以徑向起伏運動為主，并且雙齒圍沙蠶的徑向起伏和軸向爬行運動可能會同時發(fā)生。除此之外，王玲等[15]研究發(fā)現(xiàn)，溫度從20℃升至29℃的過程中，雙齒圍沙蠶的耗氧率和排氨率隨溫度的升高而急劇升高。以上結果表明，20℃可能是雙齒圍沙蠶運動的一個臨界溫度，溫度低于20℃時，雙齒圍沙蠶的運動強度較低；溫度高于20℃時，雙齒圍沙蠶會表現(xiàn)出對高溫的不適。雙齒圍沙蠶在20℃時的運動狀態(tài)最佳，但是其最佳運動狀態(tài)可能處于一個溫度范圍內，但具體范圍還需要進一步研究。

4.2 潮汐更替對雙齒圍沙蠶行為的影響

海洋潮汐變化，包括潮汐更替、大小潮交替等過程，極大地影響了底棲動物棲息環(huán)境的水交換條件。在潮汐更替過程中，雙齒圍沙蠶的機體在上覆水浸泡與干露兩種狀態(tài)之間相互切換。本研究觀察到，在這兩種狀態(tài)相互切換時，由于受到外部的刺激，雙齒圍沙蠶的行為也會隨之發(fā)生變化。本研究發(fā)現(xiàn)，退潮后，雙齒圍沙蠶的軸向爬行速度降低；頭尾對調一次的時間隨溫度的升高先增加后降低，25℃時頭尾對調一次平均耗時最長；頭尾對調次數(shù)減少；此階段的軸向爬行時間較少。結果表明，退潮后，雙齒圍沙蠶的運動強度減弱。若退潮時環(huán)境溫度較高，雙齒圍沙蠶的運動將更為遲緩。雜色刺沙蠶在退潮暴露后的2 h內，會在洞內外不斷進行攝食活動，但是在洞外停留的時間不會超過50 s[9]。因此，雙齒圍沙蠶在洞內進行攝食活動時，為了盡可能獲得更多的食物，會更加仔細地對沉積物進行搜尋，這種行為導致了其軸向爬行速度和頭尾對調次數(shù)的降低，符合動物的最佳覓食理論[22]。雙齒圍沙蠶對干露有一定的耐受能力，這種能力在低溫下表現(xiàn)得更加突出，其在低溫保濕干露的情況下能生存10 d[20]。在干露過程中，水生動物體內會逐漸積累代謝廢物并且高溫環(huán)境會增加代謝廢物的積累[14]。因此，雙齒圍沙蠶在低溫環(huán)境時，退潮對其頭尾對調的能力無明顯負面影響，反而能促進其進行頭尾對調。然而在高溫環(huán)境中，退潮干露時，由于對高溫的不耐受，雙齒圍沙蠶會通過降低機體的運動強度和運動時間，以此減少代謝廢物對自身的負面影響。

雙齒圍沙蠶在水中溶氧低于某一數(shù)值時，會主動進行泵水運動，即存在泵水啟動溶解氧閾值[12]。雙齒圍沙蠶在長久的干露狀態(tài)下，其泵水啟動的溶解氧閾值早已達到。除此之外，隨著退潮時間的延長，雙齒圍沙蠶洞穴內部的有害物質會因沙蠶本身代謝和沉積物釋放而逐漸累積，而漲潮能改善這種不利的條件。因此漲潮時雙齒圍沙蠶必然會更加迅速地啟動泵水運動，這同時也是外部刺激導致動物釋放行為的表現(xiàn)[22]。在本研究中，漲潮時伴隨著大量新鮮海水的涌入，雙齒圍沙蠶的一系列運動都劇烈加快，表現(xiàn)在徑向起伏頻率和軸向爬行速度增加、徑向起伏泵水速率和效率加快，頭尾對調一次的時間更短，頭尾對調次數(shù)顯著增多（p＜0.05）。結果表明，漲潮時，除了徑向起伏和軸向爬行運動，雙齒圍沙蠶在洞穴中的頭尾對調運動對水環(huán)境的改善也有重要的促進作用，并且溫度較高時，這種運動能進一步被加強。多毛類的洞穴內部大多分布有黏液[23]，黏液由多毛類自主分泌形成，有減少多毛類機體與洞穴壁之間的摩擦、保護體表皮膚和促進多毛類適應水體的作用。漲潮后，雙齒圍沙蠶的頭尾對調運動可能對洞穴壁黏液的更新有著重要的作用。

動物在外部刺激的重復作用下會出現(xiàn)反應疲勞，稱之為特定反應疲勞。如當一只梟出現(xiàn)在一只蒼頭燕雀面前時，蒼頭燕雀會不停地鳴叫作為對敵害刺激的應對，但是30 min后其鳴叫反應通常逐漸停止，重新恢復到之前的正常狀態(tài)[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，漲潮30 min后，雙齒圍沙蠶徑向起伏的頻率、泵水速率、泵水效率、軸向爬行的速度、頭尾對調一次的時間和運動的時間均與退潮前無顯著差異（p＞0.05）。漲潮后，雙齒圍沙蠶在水體的刺激下，其運動會變得劇烈起來，但是隨著時間的推移，其運動會逐漸恢復到退潮前的狀態(tài)，并且所需的時間大約為30 min。除此之外，當溫度為25℃時，漲潮30 min后，雙齒圍沙蠶的徑向起伏頻率、徑向起伏泵水速率和軸向爬行速度均高于退潮前，并且頭尾對調的次數(shù)仍低于退潮前。因此，在高溫環(huán)境下，雙齒圍沙蠶恢復到退潮前的正常狀態(tài)需要更長的時間（不止30 min），其適應高溫環(huán)境的能力較差。