2015, Vol. 24
2. 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心 中美淡水贝类种质资源保护及利用国际联合实验室, 江苏 无锡 214081;
3. 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心 农业部淡水鱼类遗传育种与养殖生物学重点开放实验室, 江苏 无锡 214081
紫黑翼蚌(Potamilus alatus)，也称紫踵劈蚌、翼溪蚌，隶属于珠蚌科，主要分布于美国密西西比河、五大湖、墨西哥湾等流域，属大型淡水贝类，其珍珠层呈紫黑色，且光滑细腻，极富光泽[1]，是培育紫黑淡水珍珠的优良种[2]。目前，我国淡水珍珠培育主要以三角帆蚌(Hyriopsis cummingii)和池蝶蚌(Hyriopsis schlegelii)为主，而以这两种育珠蚌培育的珍珠多为白色、粉色系列，少有紫色系列。颜色是评价珍珠品质和价值的重要指标之一，国际市场上以黑珍珠、金色珍珠最为昂贵。我国淡水珍珠养殖品种及珍珠颜色单一，已不能满足日益发展的国际市场对高值珍珠的需求[3]。引进淡水育珠蚌新品种，培育高值紫黑珍珠，对我国淡水珍珠养殖健康可持续发展具有重要意义。为了在我国实现紫黑珍珠养殖业发展，中国水产科学研究院淡水渔业研究中心于2012年引进紫黑翼蚌苗种，在国内开展人工驯养。通过近2年的人工驯养及研究，已初步建立了紫黑翼蚌的人工繁育基础种群，为在我国实现紫黑翼蚌规模化繁育及紫黑珍珠培育奠定了重要基础。
PERKINS和BACKLUND[4]调查表明：紫黑翼蚌在美国南达科他州的自然种群虽然有所下降，但仍属于稳定物种。因此，在美国，紫黑翼蚌的人工繁殖、基础生物学相关研究尚未开展，我国对此种蚌类的研究甚少，这给开展人工驯养带来较大的难度。系统开展紫黑翼蚌生物学、生理代谢基础等研究，对进一步开展规模化养殖具有重要意义。蚌的耗氧率和排氨率是反映蚌体内新陈代谢活动的主要标志[5]，相关研究能为探讨蚌大规模养殖的适宜供氧条件、养殖水体中允许的氨氮量、合理的养殖密度、长距离运输及病因分析等方面提供理论依据[6]。国内外，对贝类耗氧率和排氨率的研究已有诸多报道[5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]。在淡水贝类上，已对三角帆蚌、褶纹冠蚌(Cristaria plicata)、背角无齿蚌(Anodonta woodiana)、河蚬(Corbicula fluminea)等进行了呼吸代谢研究[12, 13, 14]，而关于紫黑翼蚌呼吸代谢的研究未见相关报道。
本文初步研究了温度对紫黑翼蚌的耗氧率及排氨率的影响，比较了雌蚌、雄蚌的代谢差异，并测定了其呼吸代谢的昼夜变化情况，以期掌握紫黑翼蚌的基础代谢特点及规律，为提高其人工驯养成活率及池塘合理吊养提供理论参考。
1 材料与方法 1.1 实验材料试验用紫黑翼蚌为中国水产科学研究院淡水渔业研究中心于2012年引进的种群。选择规格相似、体无损伤且喷水有力的雌雄蚌各9只，蚌体重范围在28.6～31.5 g，年龄为2冬龄；实验前，洗刷去除表面附着物,在循环控温养殖系统中暂养24 h，并停止藻类投喂，养殖系统内水温根据测定呼吸代谢的温度逐步调节至相应值；循环控温养殖系统用水为充分曝气的自来水，溶氧大于8.68 mg/L，氨氮小于0.030 mg/L，亚硝酸盐氮小于 0.008 mg/L。
1.2 温度对耗氧率和排氨率的影响耗氧率和排氨率的测定采用静水呼吸室法[15, 16]，呼吸室为7L的密闭玻璃缸，实验用水为充分曝气的自来水，实验时外界温度与实验温度保持一致。将雌、雄蚌各随机分为3组，每个呼吸室放3只蚌，以不放蚌的呼吸室为空白对照；实验水温共设置3个梯度：17 ℃、22 ℃和27 ℃；实验从AM 9:00开始，2h后测定试验前后水体溶解氧、氨氮的含量。其中溶解氧测定采用碘量法，氨氮测定采用奈氏比色法[17]。试验结束后测量每组紫黑翼蚌的体重。耗氧率、排氨率及氧氮比(O∶N)的计算公式参考唐贤明等[18]方法。
1.3 耗氧率和排氨率的昼夜变化测定紫黑翼蚌耗氧率和排氨率的昼夜变化，实验时水温度为(22±1)℃，实验从AM5:00开始，每隔2 h按上述方法取水样测定；当呼吸室内溶氧小于3 mg/L时，全部更换呼吸室内的水体，重新开始下一时间段耗氧及排氨率的测定。实验以AM7:00～19:00为白天，19:00～AM7:00(次日)为夜间。夜间测定时用黑纱避光以排除光照对紫黑翼蚌生理活动的影响。
1.4 统计方法采用SPSS 20统计软件分析实验数据。其中同一温度条件下雌雄蚌耗氧率和排氨率的比较分析采用独立性t检验；同一组不同温度下的耗氧率与排氨率比较采用One-way ANOVA单因素方差分析。在Excel 2007绘制相关图表。
2 结果与分析 2.1 温度对耗氧率的影响三组雌蚌平均体重为(29.68±0.60)g，与雄蚌体重(31.03±0.45)g，无显著差异(P>0.05)，见表1。
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表1 温度对紫黑翼蚌氧氮比的影响 Tab.1 The effect of temperature on the ratio of O∶N of P. alatus |
紫黑翼蚌在3个不同水温条件下的耗氧率如图1所示。水温在17～27 ℃之间，雌蚌、雄蚌的耗氧率均随着温度升高而升高，且雄蚌高于雌蚌；单因素方差分析表明：雌蚌、雄蚌在27 ℃条件下的耗氧率均极显著高于17 ℃[P=0.007(雌)，P=0.005(雄)]，而与22℃时无显著差异[P=0.112(雌)，P=0.117(雄)]；雌、雄蚌耗氧率在22 ℃与17 ℃之间均无显著差异(P>0.05)。在同一温度条件下，雌蚌与雄蚌的耗氧率均无显著差异(P>0.05)。
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图1
温度对紫黑翼蚌耗氧率的影响
Fig.1
Effect of temperature on oxygen consumption rate of P. alatus
同条线标用不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)，同温度不同大写字母表示差异显著(P＜0.05)，下同。 The same line with the different small letters indicates there was a significant difference(P＜0.05)，The same temperature with the different capital letters indicates there was a significant difference(P＜0.05),the same as follows. |
紫黑翼蚌在3个不同水温条件下的排氨率如图2所示。水温在17 ℃～27 ℃之间，雌蚌、雄蚌排氨率均随着温度升高而升高，且雌蚌高于雄蚌；在水温17 ℃条件下雌蚌、雄蚌排氨率无显著差异(P=0.07)，而在22 ℃条件下存在显著差异(P=0.014)，在27 ℃条件下存在极显著差异(P=0.007)。单因素方差分析表明：雌蚌、雄蚌在水温22 ℃条件下排氨率显著均高于17 ℃[P=0.002(雌)，P=0.01(雄)]，而在水温27 ℃下又显著高于22 ℃[P＝0.008 (雌)，P= 0.006(雄)]。综合分析认为：在17～27 ℃之间，雌蚌的排氨率高于雄蚌，且随着温度的升高，差异更加显著。
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图2 温度对紫黑翼蚌排氨率的影响 Fig.2 Effect of temperature on ammonia excretion rate of P. alatus |
紫黑翼蚌在3个不同温度条件下的氧氮比如表1所示。雌蚌和雄蚌呼吸氧氮比均随温度的升高而减小。单因素方差分析表明：雌蚌在3个不同温度条件下的氧氮比无显著差异；雄蚌亦无显著性差异；在同一温度条件下，雌蚌与雄蚌在17 ℃、22 ℃的氧氮比均无显著性差异(P=0.062，P=0.083)，而在27 ℃条件下，雄蚌氧氮比显著高于雌蚌(P=0.019)。
2.4 耗氧率的昼夜变化紫黑翼蚌耗氧率的昼夜变化如图3所示。雌蚌与雄蚌耗氧率昼夜变化表现相似：白天(7:00～19:00)耗氧率均呈下降趋势，低谷出现在15:00～17:00之间，而夜晚(19:00～7:00)表现为先上升再下降，高峰出现在凌晨1:00～3:00之间。雌蚌夜间平均耗氧率为(0.0239±0.0063)mg/(g·h)，显著高于白天耗氧率[(0.0165±0.0035)mg/(g·h)，P=0.032]；雄蚌夜间平均耗氧率为(0.0247±0.0052)mg/(g·h)，显著高于白天平均耗氧率[(0.0173±0.0048)mg/(g·h)，P=0.043]。雄蚌一昼夜的平均耗氧率[(0.0210±0.0057)mg/(g·h)]高于雌蚌[(0.0202±0.0062)mg/(g·h)]，但无显著差异(P=0.27)。
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图3 紫黑翼蚌耗氧率的昼夜变化 Fig.3 Diurnal variation in oxygen consumption rate of P. alatus |
紫黑翼蚌排氨率的昼夜变化如图4所示。雌蚌与雄蚌排氨率昼夜变化表现相似：白天(7:00～19:00)耗氧率均呈下降趋势，雌蚌最低点出现在15:00～17:00之间，雄蚌最低点出现在9:00～11:00之间，而夜晚(19:00～7:00)表现为先上升再下降,最高点出现在凌晨1:00～3:00之间。雌蚌夜间平均排氨率为(1.4427±0.0723) mg/(g·h)，显著高于白天排氨率[(0.8672±0.0254) mg/(g·h)；P= 0.047]，雄蚌夜间平均排氨率为(1.4057±0.0157)mg/(g·h)，显著高于白天平均排氨率[(0.7091±0.0694)mg/(g·h)，P= 0.035]。雄蚌一昼夜的平均排氨率 [(1.0574±0.0257)mg/(g·h)]低于雌蚌[(1.1550±0.0867)mg/(g·h)]，但无显著差异(P=0.13)。
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图4 紫黑翼蚌排氨率的昼夜变化 Fig.4 Diurnal variation in ammonia excretion rate of P. alatus |
在影响动物呼吸和排泄的众多因素中,温度作为一个重要的环境因子,对贝类的新陈代谢有着重要的影响。刘飞等[19]认为,耗氧率在某一温度范围内,如果耗氧率变化小,即其新陈代谢过程中的异化作用随温度升高而变化小,对生物体生长有利。王俊等[5]报道栉孔扇贝(Chlamys nobilis)耗氧率在8～23 ℃持续上升，23℃时达到最高值,然后开始下降；姜祖辉等[10]对毛蚶(Scapharca subcrenata)的研究表明：11～17 ℃范围内耗氧率逐渐增加；而三角帆蚌在9～27 ℃之间耗氧率随温度升高而升高，30 ℃ 时，耗氧率、排氨率显著降低[13]。对于贝类的研究中，在10～17 ℃范围内耗氧率和排氨率都随温度上升而增加[7, 10, 15]，在23～27 ℃范围内出现最高点继而下降。本实验结果显示：在17～27 ℃之间，紫黑翼蚌的耗氧率及排氨率均随温度升高而升高，17 ℃与22 ℃的耗氧率无显著性差异，而水温升高至27 ℃后，耗氧率显著升高，这与高建华等对三角帆蚌的测定结果相似。综合分析表明：紫黑翼蚌对高温的耐受性较强，与我国主要育珠蚌——三角帆蚌相似；在水温为17～22 ℃时，耗氧率变化不大，因此，此温度更有利于紫黑翼蚌的生长。笔者通过对紫黑翼蚌的人工驯养发现其生存温度范围较广，能耐受0 ℃冰雪和39 ℃酷暑高温天气。因此，进一步测定紫黑翼蚌在低温及高温条件下耗氧率及排氨率将有利于更加全面掌握其呼吸代谢的特点和规律。
3.2 温度对紫黑翼蚌O∶N比的影响氧氮比(O∶N)是表示动物呼吸底物的重要参数。它能够反映生物体生命过程中的能量来源情况[18]。通过O∶N能够评估动物生理呼吸代谢中能源物质的消耗情况。MAYZANG等[20]提出如果完全由蛋白质氧氮提供能量,O∶N约为7；IKEDA[21]认为,如果是蛋白质和脂肪氧化供能,O∶N约为24。CONOVER[22]指出,如果主要由脂肪或碳水化合物供能,O∶N将无穷大。本文首次研究了紫黑翼蚌雌雄个体耗氧率和排氨率差异，结果显示：雌蚌的O∶N为11.82～6.44，而雄蚌的O∶N为28.67～12.46；在17～27 ℃之间，雄蚌O∶N均高于雌蚌，且27 ℃下差异显著，推测雌蚌对含氮物质如蛋白质的消耗高于雄蚌，且在一定温度范围内随着温度升高消耗量显著增加，而雄蚌对蛋白质的消耗低于雌蚌，有利于生长，这与我们在紫黑翼蚌生长测定中发现雄蚌生长显著快于雌蚌的结果是相符的。
3.3 呼吸代谢的昼夜变化规律贝类呼吸代谢的昼夜变化规律研究将为进一步开展池塘混养提供理论参考。呼吸代谢测定方法主要分为流水法、流水－静水法及静水法3种，而STEFFENSEN[23]和ERIKSEN[24]比较分析认为流水法较为准确可靠。郑侠飞等[13]利用流水法测定的三角帆蚌昼夜变化规律显示耗氧率和排氨率夜间高于白天，本文对紫黑翼蚌呼吸代谢昼夜变化的测定结果与郑侠飞等对三角帆蚌研究结果相似，而与刘其根等[6]测定的河蚬白天耗氧率明显高于晚间耗氧率而排氨率的昼夜变化节律不明显的结果不同。这可能是由于紫黑翼蚌与三角帆蚌同属于珠蚌科，栖息生态生理习性较为相似，因此呼吸代谢的昼夜节律也表现相似，这对我国进一步开展紫黑翼蚌人工养殖技术的大面积推广极为有利。从昼夜变化规律来看，紫黑翼蚌夜间呼吸代谢显著大于白天，这可能与紫黑翼蚌的昼夜运动习性密切相关。在22 ℃条件下，雄蚌一昼夜的平均耗氧率高于雌蚌，排氨率低于雌蚌，但无显著差异。因此，单从某一时段和某一温度来评价雌雄蚌的代谢差异是不全面的。MCCORKLE等[25]认为贝类耗氧率随光照强度增加而下降，随光照强度降低而增加，栖息在淤泥或沙砾底质中的贝类夜间代谢强度较高的原因可能是其白天埋藏在底泥中躲避捕食者，夜间到泥表面摄食。笔者在驯养过程中发现：紫黑翼蚌白天主要埋栖于底质中，而夜间，尤其在凌晨依靠斧足作较大范围的迁移运动。这可能是紫黑翼蚌代谢夜间高、白天低的直接原因之一。
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2. Key Laboratory of Genetic Breeding and Aquaculture Biology of Freshwater Fishes, Ministry of Agriculture, Freshwater Fisheries Research Center, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuxi 214081, Jiangsu, China;
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