左鎵琪，趙 文，魏 杰，董成浩，崔競(jìng)丹，楊 板

( 大連海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023 )

枝角類種類繁多，同一種類的個(gè)體在一年中的不同季節(jié)會(huì)展現(xiàn)出不同的外形，這種現(xiàn)象稱為季節(jié)變異[1]，外形季節(jié)變異容易讓人誤將同一種枝角類的季節(jié)型當(dāng)作不同種類。枝角類的季節(jié)變異主要表現(xiàn)在頭頂形狀、殼刺的長(zhǎng)短和頭盔的有無等方面，這種季節(jié)變異又可以稱為生物表型可塑性[2]。表型可塑性是指生物體在生物或者非生物環(huán)境發(fā)生變化時(shí)呈現(xiàn)出不同表型的能力，是生物在不穩(wěn)定的生活環(huán)境中維持生存的一種主要策略[3-4]。季節(jié)變異主要由溫度差異引起。透明溞(Daphniahyalina)屬節(jié)肢動(dòng)物門、甲殼動(dòng)物亞門、鰓足綱、枝角類、異足目、溞科、溞屬[5-7]，是廣溫性濾食性溞類。主要棲息于較大的貧營(yíng)養(yǎng)型湖泊和水庫(kù)中，在我國(guó)的長(zhǎng)江流域中小型湖泊中也常見[6-7]。透明溞體內(nèi)含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和礦物質(zhì)，是許多魚類和其他水生動(dòng)物的餌料來源[1,8]。目前關(guān)于透明溞的相關(guān)研究較多，在溫度對(duì)枝角類生長(zhǎng)影響的相關(guān)研究中，黃祥飛[9]將透明溞和隆線溞亞種(D.carinatassp.)發(fā)育及生長(zhǎng)受溫度的影響進(jìn)行了對(duì)比研究，黃小娜等[10]將透明溞與其他3種枝角類的夏卵和生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行了對(duì)比研究；在食物對(duì)枝角類生長(zhǎng)影響的相關(guān)研究中，徐怡等[11]用不同氮、磷含量和溫度培養(yǎng)的小球藻(Chlorella)投喂透明溞，觀察對(duì)其生長(zhǎng)和繁殖影響，黃翠等[12]研究了不同食物對(duì)透明溞種群生長(zhǎng)影響；在形態(tài)可塑性研究方面，柯志新等[2]研究了反捕食對(duì)溞類的表型可塑性的影響。筆者主要研究溫度的變化對(duì)透明溞的表型可塑性和其他的生理變化的影響，旨在獲得在野外15～27 ℃條件下溫度對(duì)透明溞生存、生長(zhǎng)、繁殖等研究數(shù)據(jù)，為枝角類適應(yīng)進(jìn)化和生理生態(tài)學(xué)深入研究提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)溞種的來源和馴化

試驗(yàn)用透明溞采自遼寧省大伙房水庫(kù)，用25#浮游生物網(wǎng)捕撈帶回遼寧省水生生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，采用麥克奧迪公司的生物顯微鏡(BA210)，在4×10倍鏡下進(jìn)行鑒定(目微尺1格代表的實(shí)際長(zhǎng)度為2.5 μm)，將分離出的透明溞馴養(yǎng)于500 mL燒杯中，每日投喂5 mL斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)，讓透明溞通過孤雌生殖繁育成一定規(guī)模的同步生長(zhǎng)種群。試驗(yàn)中選取帶卵母溞放置不同溫度的恒溫箱中提前適應(yīng)相應(yīng)溫度用于培養(yǎng)繁殖同步溞，待卵孵化后選取規(guī)格相近的幼溞作為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 測(cè)量位點(diǎn)和變量標(biāo)識(shí)

枝角類測(cè)量位點(diǎn)和變量標(biāo)識(shí)見圖1。枝角類頭盔最高處至殼刺尖端的垂直長(zhǎng)度為全長(zhǎng)；頭盔最高處至殼刺根部的垂直長(zhǎng)度為體長(zhǎng)；殼刺根部至殼刺尖端的垂直長(zhǎng)度為殼刺長(zhǎng)(mm)。頭盔是枝角類頭頂上的三角形突起，枝角類頭頂一般為圓弧形，有時(shí)有頭盔出現(xiàn)。

圖1 枝角類測(cè)量位點(diǎn)和變量標(biāo)識(shí)Fig.1 Measurement sites and variable identification of water fleas D. hyalina

1.2.2 溫度對(duì)透明溞生長(zhǎng)影響試驗(yàn)

本試驗(yàn)將文獻(xiàn)[9]中試驗(yàn)所設(shè)溫度梯度15、18、25、28、32 ℃改為溫差跨度相同的15、18、21、24、27 ℃，試驗(yàn)采用恒溫培養(yǎng)箱進(jìn)行控溫，投喂人工培養(yǎng)的藻類作為透明溞餌料。試驗(yàn)初始階段準(zhǔn)備5個(gè)50 mL燒杯，每個(gè)燒杯中均放入15 個(gè)性成熟的成體溞，將裝有成體溞的燒杯分別放入5個(gè)相應(yīng)溫度的恒溫培養(yǎng)箱中，待幼體出生后進(jìn)行觀察。每組溫度隨機(jī)選取10個(gè)同步溞(出生時(shí)間約18 h的幼溞)，分別測(cè)量透明溞初始體長(zhǎng)和全長(zhǎng)，有無頭盔情況，然后分別放入10支10 mL試管中貼好標(biāo)簽。試驗(yàn)期間投喂斜生柵藻1次/2 d，每次1 mL。每72 h測(cè)量1次其體長(zhǎng)、全長(zhǎng)和殼刺長(zhǎng)，記錄頭盔的變化。

1.2.3 溫度對(duì)透明溞生殖影響試驗(yàn)

本試驗(yàn)設(shè)置15、18、21、24、27 ℃ 5組溫度梯度，將隨機(jī)選取的5 個(gè)同步幼體溞與5 個(gè)同步成體溞分別放入相應(yīng)溫度的10 mL試管中進(jìn)行培養(yǎng)。試驗(yàn)期間每2 d投喂1次斜生柵藻，每次1 mL，每24 h觀察幼溞是否懷卵、成溞是否產(chǎn)幼，并記錄不同溫度下透明溞產(chǎn)前發(fā)育時(shí)間和產(chǎn)卵間隔時(shí)間。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 相對(duì)增長(zhǎng)率(RL)

RL/%=(Lt-L0)/L0×100%

式中，L0為初始體長(zhǎng)，Lt為增長(zhǎng)后的體長(zhǎng)。

1.3.2 種群增長(zhǎng)參數(shù)

式中，x為年齡期(d)，lx為x期時(shí)的存活率(%)，mx為x期時(shí)的出生率(%)，rm為內(nèi)稟增長(zhǎng)率(d-1)，R0為凈生產(chǎn)量(個(gè))，T為世代周期(d)，λ為周限增長(zhǎng)率(d-1)[5]。

1.3.3 胚胎發(fā)育時(shí)間和溫度之間的線性方程為：

lnt=3.5748+0.0769lnθ-0.3122(lnθ)2

式中，t為發(fā)育時(shí)間(d)，θ為培養(yǎng)溫度(℃)[9]。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2009軟件處理，SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)差異性分析和Duncan多重比較。P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。

2 結(jié) 果

2.1 溫度對(duì)透明溞生長(zhǎng)影響

在15～21 ℃溫度內(nèi)，透明溞存活率隨溫度升高而升高；在21～27 ℃內(nèi)隨溫度升高存活率降低。其中27 ℃組透明溞在第2天全部死亡，24 ℃組透明溞在第4天死亡數(shù)漸多，15、18 ℃組透明溞在第7天出現(xiàn)較多死亡(圖2)。由此可見在第7天時(shí)，21 ℃透明溞存活率最高達(dá)80%，15 ℃存活率較低，為60%，27 ℃存活率最低，為0%，21 ℃最適于透明溞生存。

圖2 溫度對(duì)透明溞存活率的影響Fig.2 The effect of temperature on the survival rate of water fleas D. hyalina

第1天時(shí)15 ℃組透明溞體長(zhǎng)與18 ℃組差異顯著，與其他組差異不顯著；第4天時(shí)15 ℃組與18 ℃組差異顯著，與其他組差異不顯著；第7天時(shí)15 ℃組與其他組均差異不顯著，但15 ℃組透明溞的體長(zhǎng)高于其他組0.045～0.09 mm(圖3)。在生長(zhǎng)周期內(nèi)，透明溞15 ℃組個(gè)體的全長(zhǎng)普遍大于其他組全長(zhǎng)0.03～0.13 mm。隨生長(zhǎng)天數(shù)的增加，透明溞的體長(zhǎng)也隨之增加。

溫度對(duì)透明溞的殼刺長(zhǎng)的影響見圖4。15、21 ℃組第1天與第7天殼刺長(zhǎng)差異顯著(P<0.05)，兩組溫度下透明溞殼刺長(zhǎng)度隨透明溞生長(zhǎng)變短。15 ℃組平均殼刺長(zhǎng)與18、21、24 ℃組差異顯著(P<0.05)，低溫透明溞殼刺短。21 ℃組與另外3組差異顯著(P<0.05)，一定范圍內(nèi)的溫度刺激會(huì)使透明溞殼刺產(chǎn)生長(zhǎng)短變化。

圖3 溫度對(duì)透明溞體長(zhǎng)的影響Fig.3 The influence of temperature on the body length of water fleas D. hyalina 同一圖柱上不同字母表示不同時(shí)期有顯著差異(P<0.05)，下同. Different letters on the same column indicate significant differences in different periods(P<0.05), et sequentia.

圖4 溫度對(duì)透明溞殼刺長(zhǎng)的影響Fig.4 The effect of temperature on the thorn length of water fleas D. hyalina 同一圖柱上不同小寫字母表示不同時(shí)期有顯著差異(P<0.05)，不同圖柱上不同的大寫字母表示不同溫度有顯著差異(P<0.05). Different letters on the same chart column indicate significant differences in different periods(P<0.05), and different capital letters on different chart columns indicate significant differences at different temperatures(P<0.05).

溫度對(duì)透明溞殼刺長(zhǎng)與全長(zhǎng)比值的影響見圖5。同一溫度下15～24 ℃組不同生長(zhǎng)時(shí)期的比值下降0.07～0.11，隨著體長(zhǎng)逐漸增加，殼刺長(zhǎng)對(duì)全長(zhǎng)的影響降低。不同溫度下在相同的生長(zhǎng)時(shí)期15 ℃組比值最小，說明15 ℃時(shí)透明溞體長(zhǎng)最長(zhǎng)，體型最大。

圖5 溫度對(duì)透明溞平均殼刺長(zhǎng)與平均全長(zhǎng)比值的影響Fig.5 The effect of temperature on the ratio of the average shell thorn to the average total length in water fleas D. hyalina

溫度對(duì)透明溞頭盔的影響見表1。出生幼溞均有尖角狀頭盔，第4天時(shí)15 ℃組尖頭盔占全部60%，其余3組占全部80%。第7天所有溫度組透明溞均從尖角狀頭盔變化成鈍圓形頭盔。所以透明溞頭盔有無主要隨時(shí)間變化，受溫度變化影響不大。

表1 溫度對(duì)透明溞頭盔出現(xiàn)率的影響 %Tab.1 The influence of temperature on helmet appearance rateof water fleas D. hyalina

2.2 溫度對(duì)透明溞生殖影響

透明溞的產(chǎn)前發(fā)育期和產(chǎn)幼間隔平均時(shí)間見圖6，溫度每升高3 ℃產(chǎn)前發(fā)育時(shí)間縮短2～6 d。21～24 ℃組與15～18 ℃組差異顯著，透明溞產(chǎn)前發(fā)育時(shí)間隨溫度升高變短。由公式計(jì)算，15～27 ℃胚胎發(fā)育時(shí)間為6.3、3.2、2.5、1.9、1.5 d，說明胚胎發(fā)育所需時(shí)間隨溫度升高而變短。15～27 ℃，產(chǎn)幼間隔時(shí)間差異不顯著，但也可看出24 ℃組比15 ℃組縮短2 d。由此可見，透明溞隨溫度升高胚胎發(fā)育時(shí)間、產(chǎn)前發(fā)育時(shí)間、產(chǎn)幼的間隔時(shí)間均縮短，24 ℃對(duì)透明溞繁殖最有利。

2.3 溫度對(duì)透明溞壽命的影響

溫度對(duì)透明溞壽命的影響見圖7。15 ℃組透明溞的壽命最長(zhǎng)，平均壽命達(dá)37 d，與其他組溫度差異顯著，更適宜透明溞長(zhǎng)期存活。21 ℃時(shí)透明溞平均壽命僅比18 ℃少2.4 d，差異不顯著。27 ℃組透明溞存活率低存活時(shí)間最短，平均壽命僅4 d。

隨溫度的升高透明溞壽命漸縮短。

2.4 溫度對(duì)透明溞種群增長(zhǎng)參數(shù)的影響

溫度對(duì)透明溞種群增長(zhǎng)參數(shù)的影響見表2。低于24 ℃的3個(gè)溫度組的內(nèi)稟增長(zhǎng)率、周限增長(zhǎng)率、凈生殖率、世代周期隨溫度升高顯著升高(P<0.05)。24～27 ℃內(nèi)稟增長(zhǎng)率和周限增長(zhǎng)率差異顯著，凈生殖率和世代周期的差異不顯著(P>0.05)。透明溞種群的內(nèi)稟增長(zhǎng)率在15～27 ℃溫度內(nèi)隨溫度的升高而增加，24 ℃時(shí)最高，為0.47 d-1，在15 ℃時(shí)最低，為0.23 d-1。

圖6 溫度對(duì)透明溞繁殖的影響Fig.6 The effect of temperature on the reproduction of water fleas D. hyalina

圖7 溫度對(duì)透明溞壽命的影響Fig.7 The effect of temperature on the life span of water fleas D. hyalina

表2 溫度對(duì)透明溞種群增長(zhǎng)參數(shù)的影響Tab.2 The influence of temperature on the growth parameters of water fleas D. hyalina population

3 討 論

3.1 溫度對(duì)透明溞生長(zhǎng)影響

根據(jù)Green[13]的觀察，溞在蛻皮后隨即生長(zhǎng)，不到10 s就可以由1.30 mm增至1.60 mm。本試驗(yàn)結(jié)果表明，透明溞體長(zhǎng)、全長(zhǎng)隨溫度升高而變短，15 ℃組透明溞平均全長(zhǎng)最長(zhǎng)。透明溞殼刺長(zhǎng)穩(wěn)定在1.0 mm內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)過長(zhǎng)或者過于彎曲的殼刺，殼刺長(zhǎng)在15、21 ℃組第1天與第7天隨溫度升高逐漸縮短，其余兩組受溫度影響不大，原因可能是存在人為測(cè)量誤差或在測(cè)量吸取過程中操作失誤，導(dǎo)致兩組溫度的殼刺長(zhǎng)度沒有明顯變化。溫度升高會(huì)對(duì)透明溞產(chǎn)生刺激所以殼刺會(huì)變長(zhǎng)，或是上行效應(yīng)[1]使得透明溞在高溫水中需要在液面與空氣交界處獲取更多氧氣，所以殼刺長(zhǎng)短變化的真正原因尚需深入研究。透明溞頭盔的形狀在不同溫度的同一時(shí)期無明顯差異；在同一溫度的不同時(shí)期，透明溞在幼體時(shí)期頭盔更尖更明顯，在成長(zhǎng)的過程中，第4天時(shí)部分透明溞會(huì)出現(xiàn)頭盔的變化，變得鈍圓，在第7天可以發(fā)現(xiàn)所有的試驗(yàn)溞的頭盔都變得鈍圓，但因?yàn)橥该鳒械男螒B(tài)特性，頭盔并沒有完全消失仍可以明顯看出。透明溞殼弧在透明溞的生長(zhǎng)發(fā)育過程中并沒有明顯的變化。

隨著溫度的升高，透明溞的壽命隨之減少[9]。所以透明溞在較低的溫度下可以存活更久，壽命更長(zhǎng)，并且存活率更高。在溫度大于等于27 ℃時(shí)透明溞無法正常的生存、生長(zhǎng)、繁殖。21 ℃下透明溞的平均壽命僅比18 ℃少2.4 d，卻比24 ℃多6.4 d。這說明21 ℃是透明溞最適宜生存的溫度，此時(shí)存活率最高，壽命較長(zhǎng)。

3.2 溫度對(duì)透明溞生殖影響

透明溞在胚胎時(shí)期依靠母體供給的營(yíng)養(yǎng)發(fā)育，透明溞在幼體階段和成體階段均需由外界獲取食物，因此其生長(zhǎng)發(fā)育與食物密切相關(guān)。食物會(huì)影響溞類各齡期的生長(zhǎng)、體長(zhǎng)和產(chǎn)卵量，而溫度會(huì)影響溞類的攝食量，所以溫度對(duì)溞類各方面的影響更加顯著[11-12]。溞類在15～25 ℃內(nèi)生殖最有利[14]；大型溞培養(yǎng)于20 ℃時(shí)，總生殖量最高，溞個(gè)體規(guī)格也最大[15]。透明溞在20 ℃時(shí)產(chǎn)卵率最高(達(dá)1.49)，高于或低于20 ℃的產(chǎn)卵率均低于1.49[11]。透明溞產(chǎn)前發(fā)育期和產(chǎn)幼間隔時(shí)間都受溫度影響，不同溫度下產(chǎn)前發(fā)育期和產(chǎn)卵間隔時(shí)間均有明顯差異，隨溫度的升高胚胎發(fā)育時(shí)間變短，產(chǎn)前發(fā)育期與產(chǎn)卵間隔也變短，當(dāng)溫度達(dá)到24 ℃時(shí)透明溞發(fā)育時(shí)間最短。綜上所述，透明溞產(chǎn)卵率雖然隨溫度變化相差不大，但是透明溞的生殖對(duì)溫度有很大要求，透明溞最適繁殖溫度為24 ℃。

內(nèi)稟增長(zhǎng)率是反映特定條件下動(dòng)物種群的最高增殖速率，是反映一個(gè)物種繁殖能力的重要指標(biāo)[16]，內(nèi)稟增長(zhǎng)率的高低是檢測(cè)環(huán)境優(yōu)劣的標(biāo)志[17]。當(dāng)?shù)锏淖晕艺{(diào)節(jié)能力被生存條件破壞，淡水生物的外部結(jié)構(gòu)或者內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會(huì)遭受到破壞從而導(dǎo)致死亡率上升[18]。徐怡等[11]研究表明，11 ℃的低溫環(huán)境能提高透明溞存活率，最高壽命可以達(dá)到63 d以上，但是會(huì)影響透明溞的繁殖，第一次產(chǎn)幼時(shí)間在15 d左右，生殖率大大降低。23 ℃以上的高溫環(huán)境不適合透明溞生存，30 d左右的時(shí)間就有1個(gè)試驗(yàn)組全部死亡，但是產(chǎn)幼時(shí)間提前了8 d，生殖率也大大提高。其試驗(yàn)結(jié)論表明，溫度升高會(huì)使透明溞的壽命變短，內(nèi)稟增長(zhǎng)率提高，高溫有助于提高其世代更新速度和種群增長(zhǎng)的潛能。本試驗(yàn)結(jié)果表明，透明溞最適發(fā)育繁殖溫度為24 ℃，這與徐怡等[11]透明溞最適發(fā)育繁殖溫度為17 ℃的結(jié)論存在差異。原因可能有如下3點(diǎn)：(1)透明溞的來源不同，本試驗(yàn)采用的是撫順大伙房水庫(kù)的透明溞，所以在不同的地區(qū)，透明溞的生長(zhǎng)和繁殖能力會(huì)有很大的差異；(2)稀釋的藻液來源不同，所以透明溞食物來源的不同也會(huì)影響其生長(zhǎng)發(fā)育；(3)不同的食物類型，如投喂小球藻、柵藻等不同種類也會(huì)影響透明溞的壽命。

4 結(jié) 論

透明溞對(duì)溫度的變化反應(yīng)敏感。在15～27 ℃溫度內(nèi)，透明溞的存活率隨溫度升高先升后降，21 ℃時(shí)存活率最高。隨溫度的升高透明溞的內(nèi)稟增長(zhǎng)率升高，透明溞發(fā)育時(shí)間、懷卵時(shí)間和產(chǎn)卵時(shí)間縮短。在24 ℃時(shí)透明溞的凈生殖率和內(nèi)稟增長(zhǎng)率最高，分別為3.8和0.47 d-1；15 ℃條件下最小，分別為1.4和0.23 d-1。透明溞的胚胎發(fā)育時(shí)間與產(chǎn)幼間隔時(shí)間均隨溫度的升高而縮短2～6 d，產(chǎn)前發(fā)育期和壽命也隨溫度升高而縮短5～20 d。高溫提高透明溞的繁殖速率、內(nèi)稟增長(zhǎng)率、世代更新速度，但會(huì)縮短透明溞的壽命，降低產(chǎn)卵率，過高的溫度仍然是對(duì)透明溞正常繁殖和發(fā)育的不利條件。據(jù)此得出，21 ℃為最適宜透明溞生存的溫度，24 ℃為最適宜透明溞生殖發(fā)育和繁殖的溫度。透明溞作為水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物餌料生物利用其對(duì)溫度的敏感性，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中可根據(jù)餌料的需求量對(duì)透明溞適當(dāng)控溫繁殖。