曹善茂，宋博，王利明，孫凱，王紅義

(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)重點實驗室，遼寧大連116023)

中華原鉤蝦Eogammarus sinensis隸屬于節(jié)肢動物門Arthropoda、甲殼綱Malacostraca、端足目Amphipoda、鉤蝦亞目Gammaridea、異鉤蝦科Anisogammaridae、原鉤蝦屬 Eogammarus，主要分布于黃渤海，營群居生活，一般棲息于潮間帶的海藻叢中或隱居在石塊下，喜食動植物碎片及藻類或動物尸體。適溫范圍很廣，在水溫為0～35℃時均能正常生活，但適鹽能力較差，一般生活在鹽度為30的海水中，較耐污染。

鉤蝦是一類小型的甲殼動物，廣泛分布于淡海水中，具有重要的生物學(xué)和經(jīng)濟意義。鉤蝦是一類重要的環(huán)境指示生物，戴友芝等［1］利用包括鉤蝦在內(nèi)的底棲動物研究了洞庭湖地區(qū)的污染狀況，其研究結(jié)果與理化指標(biāo)評價結(jié)果一致。在美國五大湖地區(qū)，鉤蝦已經(jīng)被作為重要的水質(zhì)污染指示種［2］。

在生態(tài)毒理學(xué)研究中，鉤蝦也是海洋沉積物毒性檢驗的理想受試生物。新西蘭學(xué)者利用鉤蝦Paracalliope fluviatilis檢測水中銅、砷和鉻的毒性，并以此為依據(jù)推斷水質(zhì)的好壞。Driscoll等［3-4］則利用鉤蝦是分解者的特性監(jiān)測毒素在淡水系統(tǒng)中聚集量的變化。王睿睿等［5］、閆啟侖等［6］利用日本大螯蜚Grandidierella japonica作為檢驗毒性物質(zhì)的受試生物，取得了較滿意的結(jié)果。

鉤蝦營養(yǎng)豐富且繁殖快，也是魚類的優(yōu)質(zhì)餌料，在海洋食物鏈中具有重要位置，是很多海生動物的活餌料。在淺海養(yǎng)殖中，已對其種群進行了移植，將某些種用于魚蝦類養(yǎng)殖的餌料。鉤蝦的殼中還含有甲殼素，提取鉤蝦中的甲殼素可用于醫(yī)藥、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護等方面。鉤蝦攝食藻類、小型水生動物和腐殖質(zhì)，對水體的凈化也起到了一定的作用。此外，某些鉤蝦類作為污損生物，能大量附著于養(yǎng)殖筏、網(wǎng)籠、浮標(biāo)、船底等人工設(shè)施上，給人類的生產(chǎn)生活造成危害。因此，開展對鉤蝦的研究具有重要的意義。目前，關(guān)于中華原鉤蝦的繁殖、發(fā)育、生長等方面的研究國內(nèi)已有報道［7-8］。本研究中，進行了中華原鉤蝦在不同溫度、鹽度、pH條件下耗氧率和排氨率的變化試驗，以期找出其呼吸和排泄規(guī)律，為進一步了解其生理活動和代謝規(guī)律，進而為其開發(fā)和利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2009年6月在遼寧省海洋生物資源恢復(fù)與生境修復(fù)重點實驗室進行。試驗用中華原鉤蝦成體采自大連市黑石礁海域潮間帶的石塊和海藻下，水溫為16～18℃，鹽度為30左右，pH為7．76～7．80。將鉤蝦帶回實驗室后，挑選活潑、健康的成蝦個體置于培養(yǎng)箱中暫養(yǎng)。暫養(yǎng)期間連續(xù)充氣，每兩天換水一次，每天投餌兩次，餌料為菲律賓蛤仔或牡蠣軟體部分。暫養(yǎng)一周左右進行正式試驗。試驗用中華原鉤蝦成體平均體長為6．73 mm，平均濕質(zhì)量為7．10 mg。

1.2 方法

1．2．1 耗氧率和排氨率的計算 耗氧率RO［mg/(g·h)］、排氨率RN［μg/(g·h)］計算公式為

其中:Dt為試驗水樣的溶氧含量 (mg/L);D0為空白對照瓶內(nèi)水樣的溶氧含量 (mg/L);Nt為試驗水樣的氨氮含量 (μg/L);N0為空白對照瓶內(nèi)水樣的氨氮含量 (μg/L);V為試驗用水的體積(L);t為試驗時間 (h);N為試驗生物的總濕質(zhì)量(g)。

依據(jù)《GB 17378．4—1998海洋監(jiān)測規(guī)范 第4部分海水分析》，采用碘量法測定溶氧含量，采用次溴酸鈉氧化法測定氨氮含量。

1．2．2 溫度試驗 試驗容器選用1000 mL的呼吸瓶，取饑餓24 h的中華原鉤蝦于試驗容器中。試驗用沙濾海水的鹽度為30，pH為7．78，試驗前用濾膜過濾。試驗設(shè)5個溫度組:16、20、24、28、32℃，利用恒溫水浴槽控溫，各試驗組水溫控制在±1℃。試驗溫度以每天升溫2℃的速度逐漸升高。達到給定溫度后適應(yīng)兩天，正式試驗前1天停止投喂。每個呼吸瓶中放入20只健康鉤蝦，每個溫度組設(shè)3個平行，另設(shè)1個空白對照，試驗時間為4 h。試驗結(jié)束后，用酒精殺死鉤蝦，用濾紙吸干體表水分后，稱量其濕質(zhì)量。

1．2．3 鹽度試驗 試驗設(shè)5個鹽度組:15、20、25、30、35。溫度為 (22±1)℃，pH 為8．0。每個鹽度組設(shè)3個平行，另設(shè)1個空白對照，試驗持續(xù)4 h。每個呼吸瓶中放入20只健康鉤蝦，呼吸瓶放在水浴槽中控制水溫。低鹽度水用純水和自然海水調(diào)配而成，高鹽度水用自然海水蒸煮而成。

1．2．4 pH試驗 試驗設(shè)5個pH組:5、6、7、8、9。溫度為 (22±1)℃，鹽度為30。每個pH組設(shè)3個平行，另設(shè)1個空白對照，試驗持續(xù)4 h。每個呼吸瓶中放入20只健康鉤蝦，呼吸瓶放在水浴槽中控制水溫。采用1 mol/L的NaOH和1 mol/L的HCl調(diào)節(jié)海水的pH值，并用酸度計進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 11．0軟件進行單因子方差分析和多重比較，顯著性水平設(shè)為0．05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下中華原鉤蝦的耗氧率和排氨率

從表1可見:溫度為16～20℃時，中華原鉤蝦的耗氧率和排氨率均表現(xiàn)為上升趨勢，24℃時兩者同時下降達到最低值，28℃時中華原鉤蝦的耗氧率急速升高，到32℃時耗氧率達到最高，為0．993 mg/(g·h)，而排氨率在28℃時即達到峰值［0．062 00 μg/(g·h)］，32 ℃時又出現(xiàn)了下降趨勢。

多重比較結(jié)果表明:各溫度組的耗氧率均有顯著性差異 (P＜0．05)，溫度為16℃組的耗氧率顯著低于其他各組 (P＜0．05);溫度為16℃組的排氨率顯著低于其他各組 (P＜0．05)，24℃組與28℃組的排氨率有顯著性差異 (P＜0．05)，其余組間均無顯著性差異 (P＞0．05)。

從表1還可見，在16～32℃溫度范圍內(nèi)，中華原鉤蝦的 O/N值為 4．03～35．64，平均值為13．22，溫度為16℃時，O/N值最高，為35．64。

表1 不同溫度下中華原鉤蝦的耗氧率、排氨率和氮氧比Tab.1 Oxygen consumption rate，ammonia excretion rate，and O ∶N ratio of gammarid Eogammarus sinensis at different temperature

2.2 不同鹽度下中華原鉤蝦的耗氧率和排氨率

從表2可見:鹽度為15～30時，耗氧率隨鹽度的增加呈降低的趨勢;鹽度為30時，耗氧率達到最小值，為0．500 mg/(g·h);鹽度為35時，耗氧率急速升高達最大值，為0．696 mg/(g·h)。鹽度為15～20時，排氨率則隨鹽度的增加呈升高的趨勢;鹽度為20時，排氨率達到最大值，為0．022 0 μg/(g·h);隨著鹽度的進一步增加，排氨率又呈降低趨勢，當(dāng)鹽度為30時，排氨率達到最低值，為 0．009 6 μg/(g·h)。

多重比較結(jié)果表明:鹽度為30的組耗氧率顯著低于其他組 (P＜0．05)，鹽度為35的組顯著高于除15鹽度組以外的其他組 (P＜0．05);各鹽度組的排氨率無顯著性差異 (P＞0．05)。當(dāng)鹽度為30時，其排氨率和耗氧率均達到最低，由此推斷，中華原鉤蝦的等滲點約為30。

從表2還可見，在不同試驗鹽度下，中華原鉤蝦的 O/N 值為24．01～45．71，平均值為 34．68，在鹽度為30和35時，O/N值較高，分別為45．71和39．67。

表2 不同鹽度下中華原鉤蝦的耗氧率、排氨率和氧氮比Tab.2 Oxygen consumption rate，ammonia excretion rate，and O ∶N ratio of gammarid Eogammarus sinensis at different salinity

2.3 不同pH下中華原鉤蝦的耗氧率和排氨率

從表3可見:隨著pH值的增大，中華原鉤蝦的耗氧率和排氨率均呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢;當(dāng)pH為6～8時，隨著pH的增大，中華原鉤蝦的耗氧率和排氨率不斷上升，當(dāng)pH值為8時二者均出現(xiàn)峰值，分別為 0．630 5 mg/(g·h)和0．083 0 μg/(g·h)。

多重比較結(jié)果表明，pH為8的組耗氧率顯著高于其他組 (P＜0．05)，該組的排氨率顯著高于除pH為7的其余各組 (P＜0．05)。

從表3還可見，當(dāng)pH為5～9時，中華原鉤蝦的O/N 值為5．56～6．89，平均值為6．17，在pH值為8時O/N值最高，為6．89。

表3 不同pH下中華原鉤蝦耗氧率、排氨率和氮氧比Tab.3 Oxygen consumption rate，ammonia excretion rate，and O ∶N ratio of gammarid Eogammarus sinensis at different pH

3 討論

3.1 溫度對中華原鉤蝦耗氧率和排氨率的影響

溫度影響甲殼類動物的生理活動，耗氧率是動物有氧代謝強度的重要指標(biāo)之一。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度的高低與動物耗氧率大小成正比，水溫升高，新陳代謝速率加快，耗氧率隨之增大。本試驗中，中華原鉤蝦耗氧率和排氨率隨溫度的升高整體呈增加的趨勢，在28℃時均達到較大值;20℃時，溫度對耗氧率和排氨率的影響差異較小;32℃時，溫度對排氨率的影響也不顯著，這可能是因為鉤蝦個體較小，對環(huán)境變化應(yīng)激能力有限。從20～28℃時耗氧率和排氨率的總體變化可以判斷出，中華原鉤蝦的最適生長溫度為20～28℃。

氧氮比 (O/N)表示生物體內(nèi)蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物分解代謝之間的關(guān)系。O/N值大，表明動物消耗的能量主要由脂肪和糖提供。Mayzalld［9］提出，O/N約為7時，生物體能量完全由蛋白質(zhì)氧化提供;Ikeda［10］認為，O/N約為 24時，生物體所需能量由蛋白質(zhì)和脂肪氧化提供。如果主要由脂肪或碳水化合物提供，O/N將變?yōu)闊o窮大［11］。本研究結(jié)果表明，在16～32℃溫度范圍內(nèi)中華原鉤蝦的O/N為4．025～35．64，說明在20～24℃范圍內(nèi)，中華原鉤蝦的代謝物質(zhì)完全為蛋白質(zhì)，在28～32℃范圍內(nèi)，代謝物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，在16～20℃范圍內(nèi)，代謝物主要由脂肪和碳水化合物提供。

3.2 鹽度對中華原鉤蝦耗氧率和排氨率的影響

鹽度影響甲殼類動物滲透壓，蝦蟹類在不同的鹽度環(huán)境下，自身的代謝狀況也有不同。Na+和Cl-是維持滲透壓平衡的主要離子。甲殼動物體內(nèi)Na+-K+-ATPase轉(zhuǎn)運細胞中的Na+到血淋巴中，使細胞內(nèi)Na+降低，促使外界的Na+進入體內(nèi)，此代謝過程釋放能量。當(dāng)甲殼動物的體液達到等滲點時，因不需要進行滲透壓調(diào)節(jié)，代謝率最小，耗氧率最低，生物體能量轉(zhuǎn)換效率高，生理狀態(tài)好［12-14］。很多蝦類可以通過代謝的方式改變體內(nèi)的滲透壓來適應(yīng)不同的鹽度環(huán)境。Via［12］曾報道，小長臂蝦Palaemonetes antennarius體液在等滲點時，耗氧量和代謝需要的能量都達到最小值。張碩等［13］發(fā)現(xiàn)，中國明對蝦 Fenneropenaeus chinensis在鹽度為28時，耗氧率和排氨率最低。施正峰等［14］研究發(fā)現(xiàn)，日本沼蝦Macrobrachium nipponensis在鹽度為3的淡水中，代謝最小，排泄能最低，有利于攝食的利用率。本研究中發(fā)現(xiàn)，中華原鉤蝦在鹽度為30時代謝率最低，可以說明鹽度30是中華原鉤蝦的最適生長鹽度。

排氨率隨著鹽度的變化同時也能反映蛋白質(zhì)在機體中的代謝狀況。Chen 等［15］、Lei等［16］研究發(fā)現(xiàn)，日本對蝦Penaeus japonicas、中國明對蝦和斑節(jié)對蝦P．monndon在鹽度為5～35時，排氨率隨著鹽度的降低而增加，并說明是由于外界滲透壓的降低，使得對蝦機體中自由氨基酸的濃度隨之增高。Spaargaren［17］研究證明，在低鹽度下，NH+4能夠作為堿離子Na+和K+外的主要替代離子，使通過滲透調(diào)節(jié)作用滲入日本對蝦體內(nèi)的等滲水隨NH+4-N產(chǎn)物的增高而增多。董雙林等［18］曾報道過日本沼蝦體內(nèi)存在離子泵作用。Deshimaru等［19］研究發(fā)現(xiàn)，中國明對蝦在鹽度為5～28時機體內(nèi)排氨率隨鹽度的降低而升高，本試驗中發(fā)現(xiàn)，中華原鉤蝦排氨率隨鹽度的變化與中國明對蝦的變化相同。本試驗中的鹽度是用NaCl調(diào)制，對中華原鉤蝦排氨率的影響有可能因藥品不同而有區(qū)別，高濃度NaCl溶液和硬度較小的水質(zhì)會影響中華原鉤蝦體內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)，而水中的一價、二價陽離子含量的不同也可能是影響中華原鉤蝦耗氧率和排氨率的主要原因之一。

不同鹽度下中華原鉤蝦的O/N值變化都在24以上，這可以判斷出，在各試驗鹽度下，中華原鉤蝦對能量的要求主要以糖和碳水化合物為主。在鹽度為30時，中華原鉤蝦的O/N達到最高，這時的代謝水平較為旺盛，這與30是其最適生長鹽度結(jié)果相同。

3.3 pH對中華原鉤蝦耗氧率和排氨率的影響

水生生物在水體中能夠適應(yīng)一定范圍內(nèi)的pH變化。吳常文等［20］研究發(fā)現(xiàn)，雜交鱘 Hybrid stureno的耗氧率隨環(huán)境pH值的變化而發(fā)生改變。張繼紅等［21］在研究柄海鞘時發(fā)現(xiàn)，耗氧率隨pH的改變會發(fā)生變化，pH為7時，柄海鞘的耗氧率最大，代謝程度最高，pH為5～7時，柄海鞘的耗氧率隨pH值的增大而增加，pH大于7以后，其耗氧率隨pH值的增大而減小。唐賢明等［22］研究發(fā)現(xiàn)，鹽度突變過程中，氮代謝可以為動物體提供能量，其代謝產(chǎn)物對離子滲透、酸堿調(diào)節(jié)也有較大的影響。本試驗結(jié)果表明，當(dāng)pH為5～6時，中華原鉤蝦的耗氧率和排氨率隨pH值的增大而升高，并在pH為8時達到最大值，隨后呈下降的趨勢，因此，作者認為，高pH值和低pH值的海水環(huán)境都能使生物體內(nèi)生理代謝強度相應(yīng)減弱，可以說這是動物為適應(yīng)自然環(huán)境而產(chǎn)生的進化機制。相關(guān)的資料中，關(guān)于pH對水生生物排泄的作用，主要是關(guān)于生理機能上的影響，具體的作用機理尚不明確。水中二氧化碳的濃度能引起pH的變化，而pH的變化可能會改變水中氨氮的化合態(tài)，所以本試驗所得結(jié)果的機理還需做進一步的深入研究。當(dāng)pH為8時，中華原鉤蝦的耗氧率和排氨率最高，這同時也表明，此時中華原鉤蝦的活動能力較強，消耗能量較大，代謝旺盛。

對于生物研究的另一個指標(biāo)O/N值，Widdows［23］認為，盡管尚未證明O/N差異值對機體的生長速率和個體生長狀況有直接影響，但很多的跡象表明，O/N值的變化與機體所受的壓力有密切的聯(lián)系，O/N可以作為生物對環(huán)境適應(yīng)程度的一項指標(biāo)。本試驗中，pH為5～8時，O/N值逐步升高，pH為8時，達到最大值，pH為8～9時又呈下降趨勢。這說明當(dāng)pH為5～8時，中華原鉤蝦體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝水平降低，pH為8～9時蛋白質(zhì)代謝水平上升，由于本試驗中的O/N值都小于7，由此可認為，其對能量的需求主要是由蛋白質(zhì)提供。

綜上所述，本試驗條件下，中華原鉤蝦的適宜生長溫度為20～28℃，等滲點鹽度為30，最適生長pH為8。

［1］戴友芝，唐受印，張建波．洞庭湖底棲動物種類分布及水質(zhì)生物學(xué)評價［J］．生態(tài)學(xué)報，2000，20(2):227-282．

［2］McDonald B，Borden W，Lathrop J．Citizen stream monitoring:a manual for Illinois．Illinois Department of Energy and Natural Resource［M］．ILENR/RE-WR-90/18，Springfield，Illinois，USA，1990．

［3］Driscoll K S，Harkey G A，Landrum P F．Accumulation and toxico-kinetics of fluoranthene in sediment bioassays with freshwater amphipods［J］．Environmental Toxicology and Chemistry，1997，16(4):742-753．

［4］Driscoll K S，Landrum P F，Tigue E．Accumulation and toxicokinetics of fluoranthene in water-only exposures with freshwater amphipods［J］．Environmental Toxicology and Chemistry，1997，16(4):754-761．

［5］王睿睿，閆啟侖，韓明輔，等．實驗室培養(yǎng)端足類日本大螯蜚(Grandidierella japonica)對鎘的毒理敏感性研究［J］．海洋學(xué)報，2008，30(3):160-164．

［6］閆啟侖，王睿睿，韓明輔，等．實驗室培養(yǎng)底棲端足類日本大螯蜚(Grandidierella japonica)F1代對Cd的急性毒性響應(yīng)［J］．海洋環(huán)境科學(xué)，2007，26(3):226-228．

［7］薛素燕，趙法箴，方建光，等．溫度和鹽度對中華原鉤蝦幼體孵化、存活及生長的影響［J］．水產(chǎn)學(xué)報，2012，36(7):1095-1101．

［8］薛素燕．中華原鉤蝦繁殖發(fā)育生物學(xué)與生態(tài)學(xué)初步研究［D］．青島:中國海洋大學(xué)，2013．

［9］Mayzalld P．Respiration and nitrogen excretion of zooplankton IV:the influence of starvation on the metabolism and biochemical composition of some species［J］．Mar Biol，1976，37:47-58．

［10］Ikeda T．Nutrition ecology of marine zooplankton［J］．Mem Fac Fish Hokkaido Univ，1974，22:1-77．

［11］Conover R J．Respiration and nitrogen excretion by some marine zooplankton in relation to their life cycles［J］．Mar Biol Assoc UK，1968，48:49-75．

［12］Via D．Salinity response in brackish water populations of the freshwater shrimp Palaemonetes antennarius I:oxygen consumption［J］．Comp Biochem Physio，1987，87A(2):471-478．

［13］張碩，董雙林，王芳．中國對蝦生物能量學(xué)研究 I:溫度、體重、鹽度和攝食狀態(tài)對耗氧率和排氨率的影響［J］．青島海洋大學(xué)學(xué)報，1998，28(2):223-227．

［14］施正峰，宋衛(wèi)紅，羅其智，等．日本沼蝦能量收支和利用效率的初步研究［J］．水產(chǎn)學(xué)報，1994，18(3):191-197．

［15］Chen J C，Ting Y Y．Lethal effect of ammonia and nitrite on Penaeus chinensis juveniles［J］．Mar Biol，1995，107(3):427-431．

［16］Lei C H，Hsieh L Y，Chen C K．Effect of salinity on the oxygen consumption and ammonia-N excretion of young juveniles of the grass shrimp，Penaeus monodon Fabricius［J］．Bull Inst Zool Academia Sinica，1989，28:245-256．

［17］Spaargaren D H．Excretion of nitrogenous products by Penaeus japonicus Bate in relation to environmental osmotic condition［J］．Compn Biochem Physiol，1982，72:673-678．

［18］董雙林，堵南山，賴偉．日本沼蝦生理生態(tài)學(xué)研究II:pH、Ca2+和NaCl對耗氧率和氨排泄的影響［C］//中國動物學(xué)會成立60周年紀(jì)念論文集．北京:中國林業(yè)出版社，1994:176-182．

［19］Deshimaru O，Keith R．Studies on a purified diet for prawn Ⅰ:basal composition of diet［J］．Bull Jap Soc Fish，1974(40):413-419．

［20］吳常文，朱愛意，趙向炯．海水養(yǎng)殖雜交鱘對環(huán)境變化耐受性的實驗研究［J］．水產(chǎn)科學(xué)，2005，24(9):1-4．

［21］張繼紅，方建光．幾種常見海鞘的呼吸代謝研究［J］．中國水產(chǎn)科學(xué)，2000，7(1):16-19．

［22］唐賢明，隋璺，田景波，等．鹽度對大菱鲆幼魚耗氧率和排氨率的影響［J］．南方水產(chǎn)，2006，2(4):56-66．

［23］Widdows J．Physiological indices of stress in Mytilus edulis［J］．Mar Boil Ass UK，1978，58:125-142．