温度和光照对乌龟非肺呼吸耗氧量的影响

黄文，印大中，朱泽瑞

（1.湖南第一师范学院数理系，湖南 长沙410205；2.湖南师范大学生命科学学院，湖南 长沙410081）

温度和光照对乌龟非肺呼吸耗氧量的影响

黄文1，印大中2，朱泽瑞2

（1.湖南第一师范学院数理系，湖南 长沙410205；2.湖南师范大学生命科学学院，湖南 长沙410081）

采用自行设计的实验装置检测乌龟在限氧环境下的非肺呼吸能力、耗氧量和低氧耐受极限等.研究发现，乌龟抗缺氧环境的能力极强，直至水中溶氧量低于1.5～2.0mg／L；乌龟单位时间耗氧量最高值是0.062 3mg／min，最低是0.000 8mg／min，平均为0.024 5mg／min；光照与黑暗环境对水中的溶氧量和乌龟的呼吸影响无显著差异（T1＝0.887 9，T2＝－1.359 9，P＞0.05）；温度对水中的溶氧量有高度显著的影响（T1＝－13.697 2＊＊＊，P＜0.001）、对乌龟的呼吸有极显著的影响（T2＝3.201 9＊＊，P＜0.01）.

乌龟；非肺呼吸；耗氧量

水生龟鳖类在水下除了利用肺中储存的氧气外，还可以通过口咽腔、泄殖腔内的副膀胱及皮肤吸收利用水中溶解氧进行呼吸，这些消耗水中溶解氧进行的呼吸统称为非肺呼吸［1］.乌龟（Geoclemys reevesii）隶属曲颈龟亚目（Cryptodira）龟科（Testudinidae），具极强的潜水能力，特别是低温潜水时其总代谢率大大降低，非肺呼吸成为其潜在的重要生存机制［2］.本文中采用自行设计的实验装置测定乌龟在潜水时非肺呼吸的耗氧量，比较温度和光照对乌龟非肺呼吸耗氧量的影响.

1 材料与方法

1.1 材料乌龟由湖南四进生物股份有限公司提供，于实验室内自然条件下培养，实验前一周开始禁食.

1.2 方法

1.2.1 实验装置 乌龟非肺呼吸耗氧量测定采用自行设计的实验装置（图1），将乌龟置于双层玻璃容器的底层，将水注满容器的上下两层，用带孔的隔层防止乌龟浮出水面，容器盖用凡士林密封.测定前用氩气将容器内的空气排干净，用Mn（OH）2作为容器内真空的含氧指示剂，并通过氩气调节容器内外压力平衡.虹吸法取水定时检测水样中的溶氧量.

1.2.2 水中溶氧量的测定 采用经典的化学碘量法，在水样中加入 MnSO4和碱性KI，生成的Mn（OH）2迅速与水中溶解氧生成 MnMnO3，高价锰在酸性条件下又能氧化碘离子成为I2，以淀粉为指示剂，用1mol／L的Na2S2O3标准溶液滴定，根据Na2S2O3标准溶液的浓度和用量计算水中溶氧量（CDO）.

式中CDO为水样溶氧量（mg／L），C标准溶液为Na2S2O3标准溶液的浓度 （mol／L），V标准溶液为滴定消耗的Na2S2O3标准溶液的体积（mL），V水样为水样体积（mL）.每次测试取300mL水样，分3次滴定，结果取平均值.

图1 乌龟非肺呼吸耗氧量测定装置

1.2.3 温度和光照的影响 实验数据运用Spss17.0统计软件进行统计学处理.

2 结果与分析

2.1 在0.302 0～0.330 0kg体重范围内的乌龟，体重对潜水时非肺呼吸耗氧量没有显著影响在27℃、自然光照条件下，用体重在0.302 0～0.330 0kg（0.315 0±0.030 0）范围内的乌龟检测潜水时非肺呼吸耗氧量，结果表明，在这一体重范围内，体重对潜水时非肺呼吸耗氧量的影响不显著，可以忽略（图2，t＝0.253 0，t11，0.05（双侧）＝2.201 0，P＞0.05）.

图2 乌龟个体非肺呼吸的耗氧量

图3 乌龟非肺呼吸时水中溶氧量变化

2.2 水中溶氧量与乌龟非肺呼吸持续时间呈负相关将体重在0.302 0～0.330 0kg范围内的乌龟若干只，在各实验持续时间内水中的溶氧量的实验结果做成散点图（图3）.测出水中溶氧量随时间的延长而下降，取平均值进行回归估计，得到水中溶氧量与乌龟非肺呼吸的实验持续时间之间的关系呈负相关，即y＝－0.259 5x＋9.062 0.计算乌龟非肺呼吸时单位时间耗氧量，结果表明，在入水1h达最高峰，为0.062 3mg／min，最低耗氧量为0.000 8mg／min，平均耗氧量0.024 5mg／min.

2.3 乌龟耐低氧的能力在本实验条件下，根据回归方程推断，在4～30℃范围内，乌龟在完全缺氧的水环境中依靠水中的溶氧能够存活23～55h，乌龟耐缺氧极限的水环境溶氧量是1.5～2.0mg／L，但在这种环境下最多只能忍耐4h.以脑电图判定乌龟是否死亡（图4）.正常乌龟的脑电图可见α波（频率8～13Hz）、β波（频率14～25 Hz）、θ波（频率8～13Hz）、δ波（频率0.5～3.5Hz）.4种脑电波，以β波为主频脑电信号，死亡乌龟呈现典型的空白波，是电路电磁波的记录.

2.4 光照与黑暗对乌龟非肺呼吸的影响选取体重在0.302 0～0.330 0kg的乌龟若干只，分别在24h连续光照（27℃）和黑暗条件下培养10d.然后将乌龟分别在27℃光照和黑暗条件下进行非肺呼吸耗氧量测定，取平均值作图（图5）.发现黑暗条件下水中的溶氧量下降速率（y＝－0.410 5x＋7.869 7）比光照条件下（y＝－0.357 2x＋8.437 8）略快，乌龟潜非肺呼吸时的耗氧量黑暗条件下（平均数为0.041 1mg／min）比光照条件下（平均数为0.030 3mg／min）略高.

图4 A正常乌龟的脑电图B死亡乌龟的脑电图

图5 光照与黑暗条件下乌龟非肺呼吸时水中溶氧量（A）和耗氧量（B）变化

统计处理表明（表1），光照与黑暗培养比较，水中的溶氧量以及乌龟耗氧量的差异均未达到显著水平（T1＝0.887 9，P＞0.05；T2＝－1.359 9，P＞0.05）.

表1 光照与黑暗条件下乌龟非肺呼吸时水中溶氧量和乌龟耗氧量的平均数T值比较

2.5 温度对乌龟非肺呼吸的影响选取体重0.302 0～0.330 0kg的乌龟若干只，将经过低温驯化的乌龟置于4℃条件培养10d和经过升温驯化的乌龟置于30℃条件培养10d，分别在4℃和30℃条件下测定水中溶氧量和乌龟耗氧量，取平均值作图（图6），发现30℃下水中溶氧量的下降速率（y＝－0.372 9x＋8.355 4）比4℃下（y＝－0.186 3x＋11.350 0）快，乌龟耗氧量30℃下（平均0.033 9 mg／min）比4℃下（平均0.013 7mg／min）高.统计处理表明（表2），两种温度条件下，水中溶氧量的差异达到高度显著水平（T1＝－13.697 2＊＊＊，P＜0.001）；乌龟每分钟的耗氧量差异达到极显著水平（T2＝3.201 9＊＊；P＜0.01）.

图6 4℃和30℃条件下乌龟非肺呼吸时水中溶氧量（A）和耗氧量（B）变化

表2 30℃与4℃下乌龟非肺呼吸时水中溶氧量和乌龟耗氧量的平均数T值比较

3 讨论

3.1 乌龟抗缺氧应急机制Jackson曾报道淡水龟（Geoclemysbellii）在3℃完全缺氧水环境中能存活3～4个月，其生理适应是新陈代谢速率降低，同时龟壳通过释放碳酸盐到血液和吸收血液中的乳酸以减少体内乳酸积累［3］.本实验研究结果显示，在4℃和30℃完全缺氧水环境中乌龟存活的时间分别为55h和23h，这表明乌龟具有很强的抗缺氧能力，但不同龟种抗缺氧能力有所不同，低温能显著延长乌龟寿命.水中溶氧量的高低是水生生物生存发育的最重要的影响因素之一，不同物种的水生生物对水环境的要求不同，大多数鱼类要求水环境的溶氧量不低于4～8mg／L，虾蟹要求水环境的溶氧量不低于3～5mg／L［4］，而乌龟却能在水中溶氧量低于1.5～2.0mg／L的环境下生存4h，表明乌龟具有特殊的抗缺氧应急机制，即非肺呼吸和厌氧代谢［5］.

3.2 乌龟抗缺氧能力是乌龟进化过程中对环境的适应爬行类的呼吸模式是由通气期和非通气期交替构成的间断式呼吸，在较长时间的非通气期内，其心率减慢，肺血流量减少，这有利于延长体内有限氧的利用，也是其进化过程中适应水生生活的重要生理机制之一［6］.

在水生动物生存的环境中，光是一个复杂的生态因子.本实验研究了光照与黑暗条件对乌龟非肺呼吸的影响，结果表明在这两种条件下，水中的溶氧量以及乌龟耗氧量的差异均未达到显著水平.这说明乌龟生活的昼夜节律不明显，这与自然环境条件下乌龟适应洞穴生活是相吻合的.至于光照强度、光周期以及光谱成分对乌龟非肺呼吸的影响，有待于进一步研究.

本实验测定了4～30℃水温下乌龟非肺呼吸耗氧量，发现温度对乌龟非肺呼吸有极显著的影响，随着温度升高，非肺呼吸耗氧量增加.这可能与水温高时水中饱和溶氧量降低，而乌龟基础代谢率增加有关.乌龟的冬眠和夏眠是乌龟应对自然条件下温度变化的最佳应激措施.在恶劣条件下出现代谢抑制，并且随环境温度的下降其代谢率降低，这样有利于适应恶劣环境，节约能量，从而延长寿命.

［1］李烨，陈雄，王贵，等.乌龟的主要非肺呼吸器官及限制龟壳呼吸的生存极限［J］.湖南师范大学自然科学学报，2007，30：124－128.

［2］Jackson D C，Taylor S E，Asare V S，et al.Comparative shell buffering properties correlate with anoxia to lerance in fresh water turtles［J］.Comp Biochem Physiol，2007，292：1008－1015.

［3］Warren D C，Reese S A，Jackson D C.Tissue glycogen and extra cellular buffering limit the survival of red－eard slider turtles during anoxic submergence at 3 ℃［J］.Physiol Biochem Zool，2006，79（4）：736－744.

［4］安克敬.水中溶解氧的含量变化及相关问题［J］.生物学教学，2005，30（6）：70－71.

［5］Squire T L，Lowe M E，Andrews M T，et al.Pancreatic triacylglycerol lipase in a hibernating mammal（II）：coldadapted function and differential expression［J］.Physiological Genomics，2003，16：131－140.

［6］Jackson D C.Hibernating without oxygen：physiological adaptation of the painted turtle［J］.Journal of Physiology，2002，543（3）：731－737.

The influence of temperature and illumination to the turtle′s respiration besides lungs

HUANG Wen1，YIN Dazhong2，ZHU Zerui2
（1.Department of Science，Hunan First Normal University，Changsha 410205，China；2.College of Biotechnology，Hunan Normal University，Changsha 410081，China）

Applying a self－made oxygen－controlled equipment，the respiratory ability，oxygen consumption and survival limit of turtles （Geoclemysreevesii）were studied when turtles were submerged under water.It was showed that capability of turtles to tolerate low oxygen tensions was remarkably strong，without oxygen supply，turtles submerged in the water were survived until oxygen content below 1.5－2.0mg／L；the maximum oxygen uptake was 0.062 3mg／min，whereas the minimum was 0.000 8mg／min and the average was 0.024 5mg／min；light had no significant effect on turtles′respiration and aquatic oxygen content（T1＝0.887 9，T2＝－1.359 9，P＞0.05）；temperature induced highly significant effect（T1＝－13.697 2＊＊＊，P＜0.001andT2＝3.201 9＊＊，P＜0.01）.The design of the experimental equipment could be further used in the research related with the respiratory metabolism and energy transfer of different aquatic animals.

turtle（Geoclemysreevesii）；respiration besides lungs；oxygen consumption

Q95－3

A

1000－2375（2011）04－0404－04

2011－04－13

湖南省教育厅项目（05C045）资助

黄文（1967－），女，硕士，副教授，E－mail：hwx24703＠yahoo.com.cn

（责任编辑 游俊）