劉鵬遠(yuǎn)，張春霞，趙本良，2，章家恩，2**

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 廣州 510642；2.廣東省生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南熱帶農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心 廣州 510642)

生物入侵是全球變化問題之一，也是導(dǎo)致生物多樣性降低的重要因素，其中福壽螺[Pomacea canaliculata(Lamark 1822)]是水生入侵物種的典型代表[1]。福壽螺又名大瓶螺、蘋果螺，屬軟體動物門、腹足綱、前鰓亞綱、腹足目、瓶螺科、瓶螺屬，原產(chǎn)于南美洲亞馬遜河流域。福壽螺在1981年前后被引入中國大陸，在我國南方地區(qū)快速擴(kuò)散，嚴(yán)重危害農(nóng)作物和水生植物，其中水稻(Oryza sativaL.)受害最重，受害株率一般為 7%～15%，最高可達(dá)64%[2]。福壽螺還與生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)其他生物爭奪食物、空間，威脅本地生物生存。目前已經(jīng)在廣東、廣西、福建、海南、云南、貴州、四川、重慶、江西、湖南、湖北、浙江等地發(fā)生危害，并且其入侵區(qū)域還可能繼續(xù)擴(kuò)大[3-5]。

鹽度是影響海洋和河口物種分布及生物生存的一個(gè)重要環(huán)境因素[6]。鹽度的急劇變化會對生物的代謝、血淋巴滲透壓和組織含水量等生理生化過程造成影響，特別是對生活在沿海和河口水域的軟體動物[7-10]。福壽螺為淡水軟體動物，但近期研究報(bào)道[11]，在一些鹽水區(qū)也發(fā)現(xiàn)了福壽螺的分布，但目前對于其能否在鹽水區(qū)建立穩(wěn)定種群并形成入侵仍不明確。福壽螺具有適應(yīng)性廣、抗性強(qiáng)、繁殖率高等特點(diǎn)[12]，這些特性可能有助于其向鹽水區(qū)域擴(kuò)散。因此，開展福壽螺對鹽度脅迫的生理生態(tài)響應(yīng)研究，將有助于掌握福壽螺向鹽水環(huán)境的擴(kuò)散能力。耗氧率、排氨率及氧氮比是反映螺類呼吸代謝水平的重要指標(biāo)，其變化情況反映了鹽水環(huán)境對螺類正常生命活動的影響程度[13-15]。本研究探索了鹽脅迫對不同大小福壽螺的耗氧率和排氨率的影響，旨在為評價(jià)福壽螺向鹽水區(qū)入侵?jǐn)U散風(fēng)險(xiǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用福壽螺于2019年6月初采集于廣州市增城區(qū)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)基地(23°9′N，113°1′E)，取回后去除其表面附著物，挑選無損傷的螺，按殼高分為小螺(10 mm≤殼高＜20 mm)、中螺(20 mm≤殼高＜30 mm)、大螺(30 mm≤殼高＜40 mm)3 組(表1)，分別置于玻璃水缸中暫養(yǎng)，暫養(yǎng)期間每天投食新鮮生菜(Lactuca sativaL.var.ramosa Hort.)，持續(xù)充氣，7 d 后開始試驗(yàn)。試驗(yàn)鹽水用市售海水晶(NaCl 和礦物質(zhì))與曝氣去氯自來水按比例配制而成。

表1 不同大小福壽螺的形態(tài)特征Table1 Biological characteristics of different-size groups of Pomacea canaliculata

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置鹽度處理為0 g·L–1(CK)、2.5 g·L–1、5.0 g·L–1、7.5 g·L–1和 10.0 g·L–15 個(gè)梯度，其中0 g·L–1為對照組。選取數(shù)量為試驗(yàn)用量5～8 倍的福壽螺放入玻璃水缸，以每小時(shí)2.5 g·L–1的幅度升高鹽度，達(dá)到預(yù)定鹽度后再馴化2 d，開始試驗(yàn)，試驗(yàn)前24 h 停止投喂。試驗(yàn)在250 mL 錐形瓶中進(jìn)行，放置福壽螺的個(gè)數(shù)分別為小螺組每瓶4 個(gè)，中螺組每瓶3 個(gè)，大螺組每瓶2 個(gè)。每組每個(gè)鹽度處理均有4個(gè)重復(fù)，每個(gè)鹽度處理下設(shè)4 個(gè)無螺空白對照以校正“水呼吸”所造成的誤差。試驗(yàn)采用靜水式呼吸室，水浴加熱，水溫為(28±0.5)℃。3 種個(gè)體大小分3 組進(jìn)行測定，每個(gè)組均從8：00 開始試驗(yàn)。將福壽螺放入裝滿水的錐形瓶后立即用塑料薄膜密封錐形瓶，2 h 后(10：00)用虹吸法抽取水樣進(jìn)行溶解氧(DO)和氨氮(NH3-N)的測定[16]。每組試驗(yàn)結(jié)束后，吸干福壽螺體表水分，用游標(biāo)卡尺測量其殼高(mm)、殼寬(mm)，用電子天平秤濕重(g)，然后取軟體部分置于65℃烘箱內(nèi)烘干48 h 至恒重，用FA1604A 型(上海)電子天平稱重。

1.2.2 測量方法

根據(jù)國標(biāo)《GB 17378.4—2007》海洋監(jiān)測規(guī)范方法，分別采用Winkler 碘量法和次溴酸鈉氧化法測定水中的溶解氧(DO)和氨氮(NH3-N)含量，按照下列公式計(jì)算福壽螺的單位干質(zhì)量耗氧率(OCR)、排氨率(AER)及氧氮比(O/N)[17]：

式中：DO0和DOT分別為空白對照組和試驗(yàn)組水中溶氧濃度(mg?L-1)，N0和NT為空白組和試驗(yàn)組水中氨氮濃度(μg?L-1)，V為試驗(yàn)瓶內(nèi)水的體積(L)，w為試驗(yàn)螺軟組織干質(zhì)量(g)，t為呼吸室持續(xù)時(shí)間(h)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0 軟件，用單因素分析(One-Way ANOVA)和Duncan 多重比較分析不同鹽度間福壽螺耗氧率、排氨率和氧氮比的差異，對鹽度、個(gè)體大小交互作用的福壽螺耗氧率和排氨率進(jìn)行雙因素分析(Two-Way ANOVA)，顯著水平為P＜0.05。采用逐步回歸方法分析福壽螺軟體干質(zhì)量與耗氧率和排氨率的關(guān)系。采用Origin 9.0 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下不同個(gè)體大小福壽螺的耗氧率和排氨率

鹽度、福壽螺個(gè)體大小及兩者的交互作用對福壽螺的耗氧率均有顯著影響(P＜0.001，圖1)。方差分析結(jié)果顯示，鹽度對福壽螺的耗氧率有顯著影響(P＜0.001)。3 種不同個(gè)體大小的福壽螺耗氧率均在鹽度2.5 g·L–1時(shí)達(dá)到峰值，之后隨鹽度(2.5～10.0 g·L–1)的升高而逐漸降低，在鹽度10.0 g·L–1時(shí)達(dá)最小值。在鹽度7.5 g·L–1和10.0 g·L–1時(shí)，小、中、大螺的耗氧率均顯著低于對照組(P＜0.05)。但在鹽度5.0 g·L–1時(shí)，小、中、大螺的耗氧率與對照組均無顯著差異。不同個(gè)體大小福壽螺的耗氧率也存在極顯著差異(P＜0.001)，在同一鹽度下，福壽螺越小，耗氧率越高。鹽度和福壽螺個(gè)體大小的交互作用也對福壽螺的耗氧率有顯著影響(P＜0.001)。

鹽度對福壽螺的排氨率也有顯著影響(P＜0.001)，3 種個(gè)體大小的福壽螺排氨率均在鹽度2.5 g·L–1時(shí)達(dá)到峰值，之后隨鹽度(2.5～10.0 g·L–1)的升高而逐漸下降。在鹽度7.5 g·L–1和10.0 g·L–1時(shí)，3 種個(gè)體大小的福壽螺排氨率均顯著低于對照組(P＜0.05)。在鹽度2.5 g·L–1時(shí)，中螺和大螺的排氨率明顯高于對照組(P＜0.05)，而小螺與對照組無顯著差異；小螺和大螺在鹽度5.0 g·L–1時(shí)的排氨率與對照組均無顯著性差異，而中螺在鹽度5.0 g·L–1時(shí)的排氨率顯著低于對照組(P＜0.05)。在同一鹽度處理下，不同個(gè)體大小福壽螺的排氨率存在顯著差異(P＜0.001)，福壽螺越小，排氨率越高。鹽度和福壽螺個(gè)體大小的交互作用也對福壽螺的排氨率有顯著影響(P＜0.001，圖1)。

圖1 不同鹽度和個(gè)體大小對福壽螺耗氧率和排氨率的影響Fig.1 Effects of salinities and sizes on oxygen consumption rate and ammonia excretion rate of Pomacea canaliculata

2.2 鹽脅迫下福壽螺軟體干質(zhì)量與耗氧率和排氨率的關(guān)系

在不同鹽度處理下，福壽螺的耗氧率(OCR)均隨著其軟體部干重(W)的增加而降低，即不同大小福壽螺耗氧率高低關(guān)系表現(xiàn)為：小螺＞中螺＞大螺。福壽螺耗氧率與軟體部干重之間呈負(fù)相關(guān)，且符合冪函數(shù)關(guān)系OCR=aWb，其中a介于0.073～0.641，均值0.369±0.105；b介于-0.616～-0.390，均值為-0.488± 0.042(圖2)。在鹽度0 g·L–1和5.0 g·L–1處理下，冪函數(shù)曲線大致從福壽螺軟體干重0.24 g 到1.50 g 呈驟降變化，之后隨著其軟體干重的增加而趨于平緩；在鹽度7.5 g·L–1處理下，大致從福壽螺軟體干重1.00 g 之后，隨軟體干重的增加，曲線趨于平緩；而在鹽度10.0 g·L–1時(shí)，冪函數(shù)曲線一直呈平緩趨勢。

圖2 不同鹽度下福壽螺的耗氧率(OCR)和排氨率(AER)與軟體部干重(W)的回歸方程Fig.2 Regression equations of oxygen consumption rate (OCR) and ammonia excretion rate (AER) with dry meat weight (W) of Pomacea canaliculataunder different salinities

福壽螺的排氨率(AER)與軟體部干重(W)也呈負(fù)相關(guān)，其回歸方程可表示為AER=aWb，其中a值為6.727～20.912，平均值為14.866±2.812；b值為-0.893～-0.546，平均值為-0.769±0.067(圖2)。在不同鹽度處理下，福壽螺的排氨率均隨著軟體部干重的增加而降低，即不同大小福壽螺的排氨率大小關(guān)系表現(xiàn)為：小螺＞中螺＞大螺。在鹽度0 g·L–1～5.0 g·L–1時(shí)，冪函數(shù)曲線從福壽螺軟體干重0.24 g 到1.75 g呈驟降變化，之后隨著軟體干重的增加，曲線趨于平緩；而在鹽度7.5 g·L–1和10.0 g·L–1時(shí)，從福壽螺軟體干重1.00 g 之后，隨軟體干重的增加，曲線趨于平緩。

2.3 鹽脅迫下不同個(gè)體大小福壽螺的氧氮比

由表2可知，在鹽度為0～10.0 g·L–1時(shí)，福壽螺的氧氮比(O/N)范圍為5.80～30.46 (表2)。中螺的4 個(gè)鹽度處理組與對照組均無顯著差異(P＞0.05)；小螺和大螺在2.5 g·L–1、5 g·L–1、7.5 g·L–1的O/N 與對照組相比均無顯著性差異，但在鹽度10.0 g·L–1處理下其O/N 顯著低于對照組(P＜0.05)。鹽度為2.5～10.0 g·L–1時(shí)，3 種個(gè)體大小福壽螺的O/N 呈下降趨勢，鹽度10.0 g·L–1時(shí)達(dá)最小值(5.80、10.23、13.26)。

3 討論

3.1 鹽度對福壽螺耗氧率和排氨率的影響

鹽度的變化會導(dǎo)致水生動物體內(nèi)外滲透壓的改變，進(jìn)而影響其生理代謝活動[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，在鹽度2.5 g·L–1時(shí)，福壽螺的耗氧率和排氨率均高于對照組，但在鹽度7.5 g·L–1和10.0 g·L–1時(shí)，3 種個(gè)體大小福壽螺的排氨率均顯著低于對照組(P＜0.05)。一個(gè)可能的原因是，一定限度內(nèi)鹽度的升高導(dǎo)致淡水動物機(jī)體內(nèi)外滲透壓失衡，維持滲透壓平衡需要消耗更多的能量，因而導(dǎo)致耗氧率和排氨率增加[19-20]。但當(dāng)水環(huán)境的鹽度超過水生動物的耐受范圍時(shí)，會抑制水生動物的有氧代謝，從而降低鰓的通透性以減少外界Na+和Cl-的流入，以維持自身滲透壓平衡。同時(shí)，在高滲透壓下，水生動物主要由體內(nèi)可溶性蛋白分解形成游離氨基酸為滲透調(diào)節(jié)供能；但在高鹽脅迫下，可溶性蛋白質(zhì)合成率降低[21-23]。本研究表明，在超出7.5 g·L–1鹽度時(shí)，福壽螺開始出現(xiàn)應(yīng)急響應(yīng)，并逐步通過降低其代謝率，以減少消耗，來緩解其受到的逆境脅迫。

表2 不同個(gè)體大小的福壽螺在不同鹽度下的氧氮比(O/N)Table2 Oxygen-nitrogen ratio of Pomacea canaliculataof different sizes under different salinity conditions

3.2 鹽脅迫下福壽螺體重對其耗氧率和排氨率的影響

體重是影響螺類耗氧率和排氨率的因素之一[24]。本研究表明，不同大小福壽螺耗氧率和排氨率高低表現(xiàn)為：小螺＞中螺＞大螺，這與吳文廣等[16]對泥螺(Bullacta exarata)的研究一致。李加兒等[25]認(rèn)為，水生動物在生長過程中直接維持生命的組織(如腎臟、肝臟等)與非直接維持生命的組織(如肌肉、脂肪等)比率逐漸降低，并且直接維持生命的組織代謝率高于非直接維持生命的組織代謝率，從而導(dǎo)致水生動物的代謝率隨著其體重的升高而降低。本研究發(fā)現(xiàn)，在鹽度10.0 g·L–1處理下，福壽螺耗氧率隨體重的變化曲線一直趨于平緩，即此時(shí)螺體的大小對其耗氧率影響不大，這種現(xiàn)象表明該處理可能已經(jīng)達(dá)到了脅迫福壽螺生長的鹽度范圍，進(jìn)而導(dǎo)致了福壽螺原有正常代謝的紊亂。同時(shí)，本研究也發(fā)現(xiàn)，在福壽螺馴化期間，鹽度10.0 g·L–1處理下的福壽螺存在死亡現(xiàn)象，因此，從另一方面也印證了此鹽度處理已對福壽螺的生長和生存造成了嚴(yán)重危害。

3.3 鹽度對福壽螺氧氮比的影響

氧氮比(O/N)是表示生物呼吸底物的重要標(biāo)志，用于評估外界環(huán)境對生物體的壓力，O/N 值大表示生物體代謝所消耗的能量多數(shù)由脂肪和碳水化合物提供，較少部分由蛋白質(zhì)提供[26]。有研究表明，隨著周圍環(huán)境的變化，水生軟體動物的代謝底物也會發(fā)生變化；當(dāng)O/N＜7 時(shí)，生物機(jī)體以蛋白質(zhì)代謝為主；當(dāng)7＜O/N＜24 時(shí)，以脂肪和碳水化合物及蛋白質(zhì)共同代謝為主；當(dāng)O/N＞24 時(shí)，生物機(jī)體以脂肪和碳水化合物代謝為主導(dǎo)[27]。在本試驗(yàn)對照組中，福壽螺的O/N 為15～27，這與田悅等[28]發(fā)現(xiàn)正常福壽螺的O/N 在7～24 的研究結(jié)果基本一致。在鹽度2.5 g·L–1時(shí)，福壽螺的O/N 最高，表明此時(shí)脂肪和碳水化合物代謝占比最高；在鹽度7.5 g·L–1處理下，3 種不同大小福壽螺的O/N 在7～24，表明此時(shí)以蛋白質(zhì)及脂肪和糖類共同代謝為主；在鹽度10.0 g·L–1處理下，福壽螺的O/N 最小，其中中螺和大螺的O/N 在7～24，以蛋白質(zhì)及脂肪和糖類共同代謝為主；小螺的O/N＜7，以蛋白質(zhì)代謝為主，可見，小螺受鹽度10.0 g·L–1脅迫的影響比中螺和大螺更強(qiáng)烈。有研究表明，蛋白質(zhì)代謝水平過高，使生物體內(nèi)蛋白質(zhì)過量消耗，難以積累，從而影響其正常生長，最終會導(dǎo)致生物個(gè)體死亡[29]。由此可初步推斷，小螺的耐鹽閾值大致為7.5 g·L–1，中、大螺可在鹽度10.0 g·L–1以內(nèi)的水環(huán)境中生存一定時(shí)間。

本研究發(fā)現(xiàn)，在鹽度7.5 g·L–1處理下，3 種不同大小的福壽螺的耗氧率和排氨率均明顯低于對照組，而3 種個(gè)體大小的福壽螺的O/N 均與對照無顯著差異，即在同一鹽度下3 個(gè)指標(biāo)存在不一致的響應(yīng)結(jié)果表現(xiàn)。一個(gè)可能的原因是，雖然在鹽度7.5 g·L–1處理下福壽螺的耗氧率和排氨率均同時(shí)降低，但由于O/N 值是耗氧率和排氨率的比值，故二者的相對變化值并不一定同步下降(即其O/N 值與對照不一定產(chǎn)生差異)，鑒于此種情況，并結(jié)合其他相關(guān)研究的做法[30-32]，使用O/N 作為評估生物體對環(huán)境壓力耐受與響應(yīng)的指標(biāo)，可能更為綜合和全面。

3.4 福壽螺向鹽水環(huán)境入侵的風(fēng)險(xiǎn)分析

河口區(qū)受潮汐、上游徑流等的影響，鹽度變化幅度大[33]。以珠江河口為例，豐水期多年平均鹽度為9.95 g·L–1，平水期多年平均鹽度為18.55 g·L–1，枯水期多年平均鹽度為24.43 g·L–1[34]。楊淞等[35]研究表明，鹽脅迫對福壽螺(殼高20～25 cm)48 h 的半致死濃度約為15 g·L–1(黑殼福壽螺為15.96 g·L–1，黃殼福壽螺為15.63 g·L–1)，超過豐水期的多年平均鹽度。本研究結(jié)果顯示，中螺和大螺可在鹽度10.0 g·L–1脅迫下生存一定時(shí)間，因此，可以初步推測隨著潮汐或豐枯水期的變化，中螺和大螺可短期或間歇性地生存在一定的鹽水環(huán)境中，特別是在河口的豐水期。同時(shí)，福壽螺具有兩棲呼吸能力，可攀爬逃逸鹽水環(huán)境，可依附生活在沿海灘涂出露水面以上的生境或濕地植物[如紅樹(Rhizophora apiculata)林植物]的莖干上。另一方面，福壽螺在鹽水環(huán)境中經(jīng)過馴化可適應(yīng)更高的鹽度環(huán)境。么宗利等[36]研究表明，經(jīng)過鹽馴化 6 d 的尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)和以色列紅羅非魚(O.mossambicus×O.niloticus)耐鹽能力明顯提高；同時(shí)，也有成功入侵河口鹽水區(qū)的淡水螺的報(bào)道，如新西蘭泥螺(Potamopyrgus antipodarum)已成功擴(kuò)散到圣米歇爾山、波羅的海、諾?？说鹊氐陌臌}水和鹽水區(qū)，最高耐受鹽度可達(dá)28 g·L–1[37]。綜合上述分析可見，福壽螺可間歇性、短期生活在一定的鹽水環(huán)境中，而且通過長期的馴化和適應(yīng)，有可能產(chǎn)生向更高鹽度環(huán)境入侵的風(fēng)險(xiǎn)，今后對此需進(jìn)一步加大關(guān)注。然而，需要說明的是，本研究畢竟是室內(nèi)短期模擬試驗(yàn)的結(jié)果，因此，福壽螺在沿海咸淡水、鹽水生境地區(qū)的實(shí)際入侵表現(xiàn)和風(fēng)險(xiǎn)，還有待開展長期的野外調(diào)查和動態(tài)監(jiān)測，并進(jìn)行深入系統(tǒng)的野外定位研究。

4 結(jié)論

福壽螺的耗氧率、排氨率存在顯著的鹽脅迫差異和個(gè)體大小差異，且鹽度和個(gè)體大小的交互作用顯著；高鹽度脅迫下福壽螺的氧氮比出現(xiàn)明顯下降。福壽螺有向鹽度2.5 g·L–1、5.0 g·L–1、7.5 g·L–1水體入侵的風(fēng)險(xiǎn)。中螺和大螺的耐受鹽脅迫能力強(qiáng)于小螺，有向鹽度10.0 g·L–1區(qū)域入侵的潛力。不同個(gè)體大小福壽螺對鹽脅迫的響應(yīng)差異，可為進(jìn)一步研究其向半鹽水區(qū)擴(kuò)散機(jī)制、種群擴(kuò)增策略、風(fēng)險(xiǎn)評估和早期防控提供參考。