温度与盐度对云龙石斑鱼幼鱼耗氧率和排氨率的影响

2017-07-18邢道超宋协法程亚伟翟建明

渔业现代化 2017年3期

关键词：耗氧率石斑鱼云龙

邢道超,宋协法,彭磊,程亚伟,翟建明

(1中国海洋大学水产学院,山东青岛266003; 2山东莱州明波水产公司,山东烟台264000)

温度与盐度对云龙石斑鱼幼鱼耗氧率和排氨率的影响

邢道超1,宋协法1,彭磊1,程亚伟1,翟建明2

(1中国海洋大学水产学院,山东青岛266003; 2山东莱州明波水产公司,山东烟台264000)

为了研究饱食和饥饿状态下温度(24、27、30和33℃)、盐度(15、20、25、30和33)对云龙石斑鱼幼鱼(Epinephelus groupers)耗氧率(OCR)和排氨率(AER)的影响,采用密闭流水式呼吸实验方法对OCR和AER进行了测定。结果显示:饱食和饥饿状态下,温度、盐度对云龙石斑鱼幼鱼 OCR和 AER影响均显著(P<0.05);当温度为24℃～33℃时,饱食状态下的OCR和AER分别比饥饿状态的提高30.29%～131.84%和131.82%～316.19%。饱食状态下,氧氮比(O∶N)、蛋白质供能比(PSR)、Q10(呼吸)、Q10(代泄)分别为12.54～20.18、27.74%～48.48%、1.21、1.60;而在饥饿状态下分别为25.77～35.90、19.49%～27.19%、1.87、3.41;当盐度为15～33时,饱食状态下OCR和AER分别比饥饿状态的提高100.41%～128.21%、182.19%～ 382.83%。饱食状态下,O∶N、PSR分别为13.32～20.72、39.47%～49.42%,而在饥饿状态下分别为29.18～ 30.98、22.59%～23.98%。研究表明,云龙石斑鱼幼鱼的最适生长温度为24℃～27℃,最适生长盐度为30～33。

云龙石斑鱼;温度;盐度;耗氧率;排氨率

云龙石斑鱼(Epinephelus groupers)属鲈形目、鮨科、石斑鱼亚科、石斑鱼属,是一种杂交石斑鱼,于2016年人工培育成功。其父本为鞍带(或龙胆)石斑鱼(Epinephelus lanceolatus),是体型较大的石斑鱼种,野生个体可达几百千克;母本为云纹石斑鱼(Epinephelusmoara),是目前北方养殖的主要石斑鱼种,畸形率低、肉质鲜美,但生长慢,一般养殖3～5年才能达到上市要求。云龙石斑鱼生长速度快,养殖8～10个月可达500 g,2年可达3 kg以上。耗氧率(OCR)和排氨率(AER)是动物新陈代谢非常重要的指标。近几年随着水产养殖业的发展,对水产经济动物OCR以及AER等生理指标的研究越来越受到关注[1-3]。现阶段,云龙石斑鱼的养殖还处于推广阶段,研究方向主要集中在人工育苗。本研究以云龙石斑鱼为研究对象,分析不同的温度和盐度对OCR和AER的影响,旨在为云龙石斑鱼幼鱼的生理生态研究、人工育苗以及工厂化循环水养殖水处理设施的配置提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用鱼为240尾健康的两月龄云龙石斑鱼幼鱼,取自烟台市莱州明波水产有限公司。实验时间为2017年3月8日至4月15日。实验前暂养于120L养殖池,其间连续曝气,每天7:00投饲1次,7:30用虹吸法去除残饵粪便。

1.2 试验设计

采用封闭流水养殖,分为2个系统,系统1和系统2(图1)。每个系统有2个300 L高位水池和4个120L养殖池(3个实验组,1个对照组)。每个系统可以单独控制养殖用水的温度和盐度,每个实验组有40尾二月龄幼鱼(6.150±0.037)g。

设置24、27、30和33℃共4个温度梯度。水温由外海水和电厂热水勾兑调节,水体盐度33。试验开始时,两个系统的温度分别为24℃、27℃。试验当天7:00投饲,7:30清理残饵粪便;从8:00至次日8:00每2 h取水样1次;然后饥饿1d;7:30虹吸清理粪便,从8:00至次日8:00,每隔4 h取水样1次;经过7 d将系统1和系统2的温度逐步调至30℃和33℃,待幼鱼状态稳定后重复上述操作。设置15、20、25、30和33共5个盐度梯度,盐度由淡水和海水勾兑调节,水体温度24℃。试验操作与温度梯度试验相同。

图1 试验装置图Fig.1 The chart of experimental device

水质测定方法依据《GB17378.4—2007海洋监测规范第四部分海水分析》,溶氧用溶氧仪(AZ8403)测定,氨氮采用次溴酸盐氧化法测定[4]。

1.3 计算方法

2 结果

2.1 温度对云龙石斑鱼幼鱼耗氧率和排氨率的影响

由图2A可知,饱食状态下,OCR先增大后减小,投喂2h左右出现峰值,温度33℃时出现最高值,为10.12μg/(g·min),温度24℃时出现最低值,为5.14μg/(g·min)。24、27、30、33℃一昼夜,OCR平均值分别为5.05、5.41、7.56和8.26 μg/(g·min)。由图2B可知,饥饿状态下,OCR基本稳定,一昼夜OCR的平均值分别为3.37、3.46、3.49和4.10μg/(g·min)。经方差分析,无论饱食还是饥饿状态,温度对云龙石斑鱼幼鱼OCR的影响均差异显著(P<0.05)。温度与OCR之间的关系为多项回归方程:(饱食)Y1=0.009 3 X2-0.138 8X+2.874 2(R2=0.9298);(饥饿)Y2=0.032 2X2-1.823 3X+29.154(R2=0.8415)。式中,Y为OCR,X为温度。

图2 温度对云龙石斑鱼幼鱼饱食(A)、饥饿(B)状态下OCR昼夜变化的影响Fig.2 The effect of temperature on the diurnal rhythm of OCR when the juvenile Epinephelus groupers are in repletion(A)and hunger(B)

由图3C可知,饱食状态下,AER是先迅速增大然后缓慢减小,变化趋势与图2A相似。投喂2～4h后出现峰值,温度33℃时最高,为0.89 μg/(g·min),温度24℃时最低,为0.50μg/(g ·min)。24、27、30和33℃一昼夜AER平均值分别为0.25、0.27、0.45和0.66μg/(g·min)。由图3D可知,饥饿状态下,白天的AER基本不变,但夜间的比白天高。一昼夜AER平均值分别为0.11、0.12、0.13和0.15μg/(g·min)。经方差分析,无论饱食还是饥饿状态,温度对云龙石斑鱼幼鱼AER的影响均差异显著(P<0.05)。温度与AER之间的关系为多项回归方程:(饱食)Y3= 0.005 2 X2-0.252 1 X+3.271 3(R2=0.993 4); (饥饿)Y4=0.000 7 X2-0.034 4 X+0.533 3(R2= 0.967 7)。式中,Y为AER,X为温度。

2.2 盐度对云龙石斑鱼幼鱼耗氧率和排氨率的影响

图3 温度对云龙石斑鱼幼鱼饱食(C)、饥饿(D)状态下AER昼夜变化的影响Fig.3 The effect of temperature on the diurnal rhythm of AER when the juvenile Epinephelus groupers are in repletion(C)and hunger(D)

由图4E可知,饱食状态下,OCR都是先增大后减小,20:00至次日6:00,OCR基本不变。投喂4 h左右出现峰值,盐度15时最高,为10.88 μg/(g·min),盐度33时最低,为5.59μg/(g· min)。盐度为15、20、25、30和33时,OCR一昼夜的平均值分别为7.52、6.88、6.38、6.05和5.14 μg/(g·min)。由图4F可知,饥饿状态下,OCR基本不变,但20:00—24:00,OCR有明显增加,然后迅速下降,说明夜间的OCR明显比白天高。盐度为15、20、25、30、33时,OCR一昼夜的平均值分别为3.76、3.19、2.80、2.72和2.56μg/(g· min)。经方差分析,无论饱食还是饥饿状态,盐度对云龙石斑鱼幼鱼OCR的影响均差异显著(P<0.05)。盐度与OCR之间的关系式为多项回归方程:(饱食)Y5=-0.002 X2-0.0269X+8.3341 (R2=0.957 9),(饥饿)Y=0.003 2 X2-0.210 8

6X+6.176(R2=0.896 3)。式中,Y为OCR,X为盐度。

由图5G可知,饱食状态下,AER都是先增大后减小,2:00—6:00,AER基本不变,投喂完4 h左右出现峰值,盐度20时最高,为0.85μg/(g· min),盐度33时最低,为0.48μg/(g·min)。盐度为15、20、25、30、33时,AER一昼夜的平均值分别为0.53、0.51、0.43、0.34和0.25μg/(g·min)。

图4 盐度对云龙石斑鱼幼鱼饱食(E)、饥饿(F)状态下OCR昼夜变化的影响Fig.4 The effect of salinity on the diurnal rhythm of OCR when the juvenile Epinephelus groupers are in repletion(E)and hunger(F)

图5 盐度对云龙石斑鱼幼鱼饱食(G)、饥饿(H)状态下AER昼夜变化的影响Fig.5 The effect of salinity on the diurnal rhythm of AER when the juvenile Epinephelus groupers are in repletion(G)and hunger(H)

由图5(H)可知,饥饿状态下,AER基本不变。盐度为15、20、25、30和33时,AER一昼夜的平均值分别为0.122、0.107、0.096、0.093和0. 088μg/(g·min)。经方差分析,无论饱食还是在饥饿状态,盐度对云龙石斑鱼幼鱼AER的影响均差异显著(P<0.05)。盐度与AER之间的关系式为多项回归方程:(饱食)Y7=-0.000 8 X2+0.020 5X+0.399 1(R2=0.994 2),(饥饿)Y8=0.000 1 X2-0.006 6 X+0.198 1(R2=0.979 3)。式中,Y为AER,X为盐度。

2.3 不同温度、盐度下云龙石斑鱼幼鱼的代谢特征

由表1可知,饱食和饥饿状态下,AER和 PSR都是随温度增大而变大,而O∶N则随温度增大而变小。饱食状态下,OCR随温度增大而变大;饥饿状态下,OCR是先随温度升高而变小,在30℃时达到最小值,为3.26μg/(g·min),之后随温度上升而变大。

表1 不同温度下云龙石斑鱼幼鱼的代谢特征值Tab.1 Metabolic characteristic values of juvenile Epinephelus groupers at different temperatures

由表2可知,24℃～33℃时,饱食状态下,Q10(呼吸)和Q10(代泄)均随温度增大先变小然后变大,平均值分别为1.21和1.60;饥饿状态下,Q10(呼吸)和Q10(代泄)均随温度增大先变大然后变小,平均值分别为1.87和3.41。

由表3可知,饱食状态下,OCR和AER随温度增大而变大,而O∶N随温度增大而变小,PSR随温度增大先增大后变小,在盐度25时达到最大值(51.57%)。饥饿状态下,OCR和AER随温度增大而变大,不同盐度条件下,O∶N比值为29.18～30.98,PSR为22.59%～23.98%。

表2 不同温度下云龙石斑鱼幼鱼的呼吸和排泄Tab.2 Respiration and excretion of juvenile Epinephelus groupers at different temperatures

表3 不同盐度下云龙石斑鱼幼鱼的代谢特征值Tab.3 Metabolic characteristic values of juvenile Epinephelus groupers at different salinities

3 讨论

3.1 温度的影响

鱼类是变温动物,温度是影响鱼类最重要的环境因子,其直接影响到包括呼吸和代泄在内的生理和生化指标[6]。通过对鱼类在不同温度下呼吸和代泄的研究,可以评估其对温度的耐受能力以及相应温度下的能量利用情况[7]。本实验结果显示,在适宜温度下,云龙石斑鱼幼鱼的OCR和AER都是随温度的升高而升高。这与卵形鲳鲹幼鱼[8]、鲻幼鱼[9]、条石鲷幼鱼[4]研究结果相似。有学者通过对白斑狗鱼[10]和黑鳍棘鲷[11]的研究发现,当温度超过鱼类的耐受范围时,鱼类的OCR和AER会呈现出随温度升高而下降的现象。宋苏祥等[12]认为水温升高会使鱼类的心、肝以及脑等器官的活性增强,但当温度超过适宜温度时会表现出OCR与AER下降的现象。在本实验中,无论饱食还是饥饿状态,33℃的OCR和AER均与其它组差异显著(P<0.05),说明33℃并不适合云龙石斑鱼幼鱼的生长。在饱食状态下,24℃和27℃的OCR和AER差异不显著(P>0.05),而与30℃时的差异显著(P<0. 05);在饥饿状态下,24℃、27℃、30℃之间的OCR和AER差异不显著(P>0.05)。

Q10反映了生物体内的反应速率和温度的关系,Q10越大,表示温度对生物生理活动的影响越大。目前利用Q10来反映温度对鱼类代谢速率的影响已被学界接受[13-14]。在适宜温度范围内,水温每增加10℃,Q10增加2.3倍,即温度系数Q10=2.3[15]。本实验中,饱食状态下,24℃～27℃与27℃～30℃的Q10(呼吸)和Q10(代泄)相差不大,由此可知,当温度由24℃升至30℃时,温度对云龙石斑鱼幼鱼呼吸代泄的影响不大。但是,当温度升至30℃～33℃时,Q10(呼吸)和Q10(代泄)都明显增大,这可能与已经达到幼鱼耐受温度上限有关(当实验温度达到33℃时幼鱼开始出现死亡)。饥饿状态下,当温度由 24℃ ～27℃升至27℃～30℃时,Q10(呼吸)和Q10(代泄)分别达到3.03和5.29,说明温度由24℃升至30℃的过程中,幼鱼对温度的变化特别敏感,也说明在饥饿状态下,30℃已达到幼鱼耐受温度上限。当温度由27℃～30℃升至30℃～33℃时,Q10(呼吸)和Q10(代泄)都相应变小,说明幼鱼在超过耐受温度后,随着温度的升高,对温度变化的灵敏度降低。由以上分析可知,云龙石斑鱼幼鱼的最适生长温度范围为24℃～27℃。

3.2 盐度的影响

盐度是鱼类养殖过程重要的环境因子,盐度变化会对水生生物的新陈代谢产生影响。鱼类的标准代谢由两部分组成:组织的修复更新和维持内环境的稳态[16]。因此,按渗透调节原理,鱼类在等渗点的渗透压最小,此时调节渗透压消耗的能量最少。研究发现,当盐度位于等渗点时,OCR和AER最低,盐度无论是高于还是低于等渗点, OCR和AER都会增加[17-19];有些鱼的 OCR和AER会随盐度的升高而升高,达到了一定峰值后随盐度的升高而降低[20-21];对银大马哈鱼在不同盐度下代谢率的研究发现,OCR在淡水、海水(S=28)以及等渗水中的差异并不显著,说明幼龄鲑科鱼类的代谢率还与生活史有关[22];青石斑鱼夜间平均OCR大约是白天的2倍[23]。本实验研究发现,盐度为15～33时,云龙石斑鱼幼鱼的OCR和AER均随盐度的降低而变大。饱食状态下,盐度33和盐度为15、20、25时的OCR与AER差异显著(P<0.05),比较发现,盐度为15、20、25时并不适合云龙石斑鱼幼鱼生长;饥饿状态下,盐度33和盐度为15、20、25的OCR差异显著(P< 0.05),盐度33和盐度15的AER差异显著(P< 0.05),其余各组差异均不显著(P>0.05)。无论饱食还是饥饿状态,盐度33和盐度30两组之间的OCR与AER差异不显著(P>0.05)。综合考虑可知,云龙石斑鱼幼鱼的最适生长盐度为30 ～33。

3.3 摄食状态的影响

动物摄食后代谢率会比饥饿状态有明显提高,增加的部分被称为特殊动力作用。研究发现,罗氏沼虾稚虾摄食颤蚓后的代谢率比标准代谢率提高39.4%[24];中国对虾在饱食状态下OCR和AER分别比饥饿状态提高83.9%和113.8%[25]。本研究结果显示,盐度为15～33时,饱食状态下的 OCR和 AER比饥饿状态的分别提高100.41%～128.21%和182.19%～382.83%;温度为24℃～27℃时,饱食状态下的OCR和AER分别比饥饿状态的提高30.29%～131.84%和131. 82%～316.19%,由此可知,AER的变化大于OCR,说明云龙石斑鱼幼鱼的特殊动力作用主要是由于蛋白质的代谢作用引起的。

4 结论

本研究发现,在饱食和饥饿状态下,温度和盐度对云龙石斑鱼幼鱼的OCR和AER均影响显著(P<0.05);云龙石斑鱼幼鱼最适生长温度为24℃～27℃,最适生长盐度为30～33;云龙石斑鱼幼鱼的特殊动力作用主要是由蛋白质的代谢作用引起的。

[1] 栗志民,刘志刚,徐法军,等.体重、温度和盐度对皱肋文蛤耗氧率和排氨率的影响[J].海洋科学进展,2011,29(4): 512-520.

[2] MOHAN M,RAMACHANDRAN D,SANKAR T V,et al.Influence of pH on the solubility and conformational characteristics of muscle proteins from mullet(Mugil cephalus)[J].Process Biochemistry, 2007,42(7):1056-1062.

[3] 刘伟,王芳,钟大森,等.光色对中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)稚虾耗氧率昼夜变化节律的影响[J].海洋湖沼通报,2011(3):27-31.

[4] 闫茂仓,单乐州,谢起浪,等.温度、盐度及体重对条石鲷幼鱼耗氧率和排氨率的影响[J].海洋科学进展,2008, 26(4):486-496.

[5] 陈宣雄,徐善良,沈庞幼,等.温度对条石鲷幼鱼代谢率、排泄率及窒息点的影响[J].海洋学研究,2012,30(1):95-101.

[6] 丁福江,杨明,戴习林,等.温度对黄金鲈(Perca flavescens)耗氧率和排氨率的影响[J].淡水渔业,2010,40(5):68-71,79.

[7] 徐绍刚,杨贵强,王跃智,等.温度对溪红点鲑耗氧率、排氨率和窒息点的影响[J].大连水产学院学报,2010,25(1): 93-96.

[8] 王刚,李加儿,区又君,等.环境因子对卵形鲳鲹幼鱼耗氧率和排氨率的影响[J].动物学杂志,2011,46(6):80-87.

[9] 李加儿,曹守花,区又君,等.温度、盐度和pH对鲻幼鱼耗氧率、排氨率以及窒息点的影响[J].中国水产科学,2014 (5):954-962.

[10]杜劲松,高攀,刘立志,等.温度,体重,摄食和光照对白斑狗鱼幼鱼耗氧率的影响[J].淡水渔业,2011,41(4):45-49.

[11]王跃斌,孙忠,余方平,等.温度对黑鳍棘鲷耗氧率与排氨率的影响[J].海洋渔业,2007,29(4):375-379.

[12]宋苏祥,刘洪柏,孙大江.史氏鲟稚鱼的耗氧率和窒息点[J].中国水产科学,1997,4(5):100-103.

[13]SPANOPOULOS-HERNÁNDEZ M,MARTÍNEZ-PALACIOS C A,VANEGAS-PÉREZ R C,et al.The combined effects of salinity and temperature on the oxygen consumption of juvenile shrimps Litopenaeus stylirostris(Stimpson,1874)[J]. Aquaculture,2005,244(1):341-348.

[14]徐钢春,顾若波,闻海波.温度对花(鱼骨)耗氧率和排氨率的影响[J].湖泊科学,2006,18(4):431-436.

[15]童裳亮.鱼类生理学[M].北京:科学出版社,1988:242-243.

[16]JOBLING M.Fish bioenergetics[J].Oceanographic Literature Review,1995,9(42):785.

[17]HUANG Z,MA A,WANG X,et al.Interaction of temperature and salinity on the expression of immunity factors in different tissues of juvenile turbot Scophthalmus maximus based on response surface methodology[J].Chinese Journal of Oceanology and Limnology,2015,33(1):28-36.

[18]TIPSMARK C K,MADSEN S S,BORSKIR J.Effect of salinity on expression of branchial ion transporters in striped bass (Morone saxatilis)[J].Journal of Experimental Zoology Part A:Ecological Genetics and Physiology,2004,301(12):979-991.

[19]王波,李继强,曹志海,等.大西洋牙鲆幼鱼标准代谢的初步研究[J].海洋科学进展,2004,22(1):62-68.

[20]BRAUN M H,STEELE S L,PERRY S F.The responses of zebrafish (Danio rerio)to high external ammonia and urea transporter inhibition:nitrogen excretion and expression of rhesus glycoproteins and urea transporter proteins[J].Journal of Experimental Biology,2009,212(23):3846-3856.

[21]柴学军,胡则辉,徐君卓,等.盐度和pH 对日本黄姑鱼幼鱼耗氧率和排氨率的影响[J].浙江海洋学院学报(自然科学版),2009,28(2):146-150.

[22]MORGAN J D,IWAMA G K.Salinity effects on oxygen consumption,gill Na+,K+-ATPase and ion regulation in juvenile coho salmon[J].Journal of Fish Biology,1998, 53(5):1110-1119.

[23]戴庆年,赵莉莉.青石斑鱼耗氧率研究[J].水产科学, 1994(3):6-9.

[24]NELSON SG,KPNIGHT A W,LIH W.Themetabolic cost of food utilization and ammonia production by juvenile Macrobrachium rosenbergii(Crustacea:Palaemonidae)[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part A:Physiology, 1977,57(1):67-72.

[25]张硕,董双林,王芳.中国对虾生物能量学研究Ⅰ—温度、体重、盐度和摄食状态对耗氧率和排氨率的影响[J].青岛海洋大学学报,1998(2):56-60.

Effects of temperature and salinity on oxygen consumption rate and ammonia excretion rate of junevile Epinephelus groupers

XING Daochao1,SONG Xiefa1,PENG Lei1,CHENG Yawei1,ZHAI Jianm ing2
(1 College of Fisheries,Ocean University ofChina,Qingdao 266003,China; 2 Laizhou MingBo Aquatic CO.,LTD,Yantai 264000,China)

In order to study the effects of temperature (24,27,30 and 33℃)and salinity (15,20,25,30 and 33)on oxygen consumption rate(OCR)and ammonia excretion rate(AER)of juvenile Epinephelus groupers in repletion and hunger,the OCR and AER were examined with the method of closed flow respiration experiment.The results showed that both in repletion and hunger,the OCR and AER of juvenile Epinephelus groupers were affected by temperature and salinity significantly (P<0.05);when the temperature was 24℃-33℃,the OCR and AER in repletion were respectively 30.29%-131.84%and 131.82%-316.19%more than in hunger.In repletion,O∶N,Protein-supplying ratio (PSR),Q10(respiration)and Q10(excretion)were 12.54-20.18,27.74%-48.48%,1.21 and 1.60 respectively,and in hunger,25.77-35.90,19.49%-27.19%,1.87 and 3.41 respectively;when the salinity was 15-33,the OCR and AER in repletion were respectively 100.41%-128.21%and 182.19%-382.83%more than in hunger.In repletion,O∶N and PSR were 13.32-20.72 and 39.47%-49.42%respectively,and in hunger,29.18-30.98 and 22.59%-23.98% respectively.The study showed that the optimum growth temperature of juvenile Epinephelus groupers was 24℃-27℃,and the optimum growth salinity was 30-33.

Epinephelus groupers;temperature;salinity;oxygen consumption rate;ammonia excretion rate

S965.334

1007-9580(2017)03-007-08

10.3969/j.issn.1007-9580.2017.03.002

2017-06-01

国家科技支撑计划项目(2011BAD13B04))

邢道超(1990—),男,硕士研究生,研究方向:水产养殖工程。E-mail:1542577840@qq.com

宋协法(1964—),男,教授,硕士生导师,研究方向:水产养殖工程等。E-mail:yuchuan@ouc.edu.cn