水温和藻类对马粪海胆摄食、呼吸及排氨率的影响

时嘉赓，冯艳微，姜 绪，刘相全

( 1.山东省海洋资源与环境研究院，山东省海洋生态修复重点实验室，山东 烟台 264006； 2.上海海洋大学，水产科学国家级实验教学示范中心，上海 201306； 3.上海海洋大学，上海水产养殖工程技术研究中心，上海 201306 )

马粪海胆(Hemicentrotuspulcherrimus)属海胆纲、球海胆科，为中国及日本沿海的特有种，其生殖腺味道鲜美，是我国北方主要的经济养殖种类[1]。马粪海胆属广温性动物，在0～30 ℃均能存活，一般以天然的大型褐藻、红藻和绿藻等为食，常栖息于浅海海底、岩礁上[2-3]。孔石莼(Ulvapertusa)、粘膜藻(Leathesiadifformis)、肠浒苔(Enteromorphaintestinalis)、裙带菜(Undariapinnatifida)、珠状硬毛藻(Chaetomorphamoniligera)是北方刺参池塘中常见的大型藻类，适温季节大量增殖对刺参生长存活具有极大危害[4-5]。马粪海胆以大型藻类作为主要食物来源供应机体生长，可用于抑制刺参池塘中藻类的暴发性增殖[6]。有关马粪海胆对不同藻类的摄食研究开展较多，但多集中于海带(Saccharinajaponica)、裙带菜等经济藻类方面。尤凯等[7]发现，青岛近海马粪海胆对海带、裙带菜有明显选择性；曾晓起等[8]发现，马粪海胆对海带、裙带菜的摄食率大于石莼(U.lactuca)。关于马粪海胆对刺参池塘中常见的浒苔、粘膜藻、硬毛藻的摄食选择还未有研究。

笔者以马粪海胆幼胆为研究对象，采用5种池塘大型藻类作为饵料，研究马粪海胆对不同藻类的选择性摄食及不同水温下5种藻类对马粪海胆摄食及呼吸代谢的影响，以期为开展马粪海胆生态增养殖、构建刺参池塘绿色综合养殖模式奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用马粪海胆购于威海长青海洋科技股份有限公司，所用孔石莼、粘膜藻、肠浒苔、裙带菜、珠状硬毛藻均采自烟台海益有限公司刺参养殖池塘，试验容器为0.3 m×0.4 m×0.5 m 的白色塑料桶，试验海水为渤海海域经过砂滤池过滤的自然海水(盐度31.58，pH 7.8)。

1.2 试验方法

1.2.1 摄食种类选择试验

试验所用马粪海胆平均体质量为(0.55±0.16) g，随机分为3组，每组放置100个马粪海胆，试验水温为10.1 ℃，每组过量投喂5种新鲜海藻，试验48 h后纪录各组藻类剩余质量。取一定量各藻类烘至恒定质量，计算藻类干出率，摄食量均以干质量计。马粪海胆对5种藻类的日相对摄食率(Fr)和摄食选择率(Ci)的公式为：

(1)

(2)

式中，mi表示马粪海胆对第i(i= 1、2、3、4、5)种藻类的摄食量(g)，m表示马粪海胆的体质量(g)，t为试验持续时间(d)，ms为马粪海胆对混合海藻投喂组中所有海藻摄食量(g)

1.2.2 不同水温下马粪海胆对海藻的摄食试验

本试验依据自然海区水温变化，分别于2018年4月(10.1 ℃)、5月(15.6 ℃)、6月(20.3 ℃)开展。选取规格为(0.67±0.32) g的马粪海胆进行暂养，期间分为5组，分别投喂5种藻类(粘膜藻、孔石莼、肠浒苔、裙带菜、刚毛藻)，投喂适应7 d后挑选活力强的马粪海胆进行试验，每组设置3个平行，每个平行100个马粪海胆，试验周期为2 d。记录藻类投喂量和残饵量，结合藻类干出率，计算日相对摄食率(Fa)。日相对摄食率同公式(1)。

1.2.3 不同温度、藻类饵料下的马粪海胆的耗氧率和排氨率

马粪海胆暂养方式及规格同1.2.2。暂养结束后，挑选10个规格相似个体放入1 L锥形瓶中，适应0.5 h后密封开始试验，试验进行2 h。期间，全程水浴，保持各组温度一致；记录初始和终止时溶解氧值，终止溶解氧值均大于5.0 mg/L；保留水样测量氨氮值。溶解氧采用HACH-HQ30d测定，氨氮含量采用Chemclever380-全自动化学分析仪测定。马粪海胆的耗氧率(OC)、排氨率(AE)和O∶N值(ON)计算公式分别为:

(3)

(4)

(5)

式中，OC为单位体质量耗氧率[mg/(g·h)]，D0和Dt分别为试验结束时空白对照组和试验组试验水体中溶解氧水平(mg/L)；AE为单位体质量排氨率[μg/(g·h)]，Nt和N0分别为试验结束时试验组和空白对照组试验水体中氨氮质量浓度(μg/L)，V为试验水体体积(L)，m为试验用马粪海胆的体质量(g)，t为试验持续时间(h)；ON为呼吸氧原子数与排出氮原子数之比。

1.3 数据处理与分析

试验数据以平均值±标准差，采用SPSS 22.0软件对温度和藻类进行双因素方差分析，组间差异采用Duncan氏多重比较分析，以0.05作为差异显著水平。

2 结 果

2.1 马粪海胆摄食种类选择

由表1可见，在5种池塘大型藻类并存的情况下，马粪海胆对不同藻类的日相对摄食率差异显著(P<0.05)，在这5种藻类中，马粪海胆对裙带菜的摄食选择率显著高于其他4种藻类(P<0.05)，其次为粘膜藻、孔石莼、肠浒苔，对珠状硬毛藻的摄食选择率最低，显著低于其他4种藻类(P<0.05)。

表1 马粪海胆对5种池塘大型藻类的摄食选择率 %Tab.1 Feeding selectivity of sea urchin H.pulcherrimus on five species of algae

注：同行中上标不同字母的平均值间差异显著(P<0.05);相同字母的平均值间差异不显著(P>0.05).

Note: means with different letters in the same line are significant difference (P<0.05); means with same letters in the same line are not significant difference (P<0.05).

2.2 不同水温、藻类对马粪海胆日摄食率的影响

在10.1～20.3 ℃内，温度、藻类种类均对马粪海胆摄食率有显著影响(P<0.05)(表2)。在3个水温下，马粪海胆对裙带菜的摄食率均最大，显著高于其他4个组别(P<0.05)；对粘膜藻的摄食率显著高于孔石莼、肠浒苔和珠状硬毛藻(P<0.05)，对孔石莼的摄食率和对肠浒苔的摄食率差异不显著(P>0.05)，对珠状硬毛藻的摄食率最低，显著低于其他各个组别(P<0.05)。马粪海胆对各种藻类的日相对摄食率依次为裙带菜>粘膜藻>孔石莼>肠浒苔>珠状硬毛藻(图1)。

水温在10.1～20.3 ℃内，马粪海胆摄食不同藻类的日摄食率均随水温升高先升后降，各组别均在15.6 ℃达到最大值，显著高于其他两个水温下马粪海胆的日摄食率(P<0.05)，10.1 ℃与20.3 ℃之间日摄食率差异不显著(P<0.05)(图1)。

表2 温度、藻类对马粪海胆摄食率、耗氧率和排氨率影响的方差分析Tab.2 ANOVA Analysis of the effects of temperature and alga species on the food intake rate, oxygen consumption rate andammonia excretion rate of sea urchin H.pulcherrimus

注：*表示差异显著(P<0.05). Note:*means significant difference (P<0.05).

图1 不同水温下各组别马粪海胆的日相对摄食率(干质量)Fig.1 Daily food intake rates of sea urchin H.pulcherrimus in different groups at different water temperature (dry weight)

2.3 不同水温、藻类对马粪海胆耗氧率、排氨率的影响

在10.1～20.3 ℃内，温度、藻类种类均对马粪海胆耗氧率有显著影响(P<0.05)(表2)。各组马粪海胆耗氧率均随着水温升高而增大，耗氧率最大值出现在20.3 ℃时的孔石莼组中，最小值出现在10.1 ℃时的珠状硬毛藻组(图2)。方差分析得出，在10.1 ℃时，珠状硬毛藻组马粪海胆的耗氧率最低，显著低于裙带菜和孔石莼组(P<0.05)，但与粘膜藻、肠浒苔组差异不显著(P>0.05)，剩余4个组别间马粪海胆耗氧率差异不显著(P>0.05)；在15.6 ℃下，珠状硬毛藻的耗氧率最低，显著低于除粘膜藻外的各组别(P<0.05)，孔石莼组耗氧率最高，与裙带菜组差异不显著，但显著高于剩余组别；在20.3 ℃条件下，珠状硬毛藻的耗氧率最低，孔石莼组最高，均与其他组别差异显著。

图2 不同水温下各组别马粪海胆的耗氧率Fig.2 Oxygen consumption rate of sea urchin H.pulcherrimus in different groups at different water temperature

温度对马粪海胆排氨率有显著影响(P<0.05)，藻类则影响不显著(P>0.05)(表2)。同种藻类条件下马粪海胆的排氨率均表现为随着温度升高先增后减，在15.6 ℃时达到最大；排氨率最大的组为珠状硬毛藻组，显著高于其他组别(P<0.05)，最小值出现在10.1 ℃下的粘膜藻组中。在10.1 ℃时，摄食不同藻类的马粪海胆排氨率差异不显著(P>0.05)；在15.6 ℃时，珠状硬毛藻组显著高于裙带菜组(P<0.05)，与其他各组别之间差异不显著(P>0.05)；20.3 ℃时，各组别马粪海胆排氨率差异不显著，肠浒苔组最低，为(12.58±2.72)μg/(g·h)(图3)。

2.4 不同温度下各组别的氧氮比

水温在10.1～20.3 ℃内，马粪海胆摄食5种藻类的O∶N值为22.46～69.18。摄食粘膜藻、孔石莼、肠浒苔、裙带菜的组别O∶N值均大于24，最大值为69.18；而摄食珠状硬毛藻的组别在10.1、15.6 ℃时，其O∶N值仅为23.74、22.46(表3)。

图3 不同水温下各组别马粪海胆的排氨率Fig.3 Ammonia excretion rate of sea urchin H.pulcherrimus in different groups at different water temperature

表3 不同水温下各组别的氧氮比Tab.3 Oxygen nitrogen ratio in the five groupsat different water temperature

3 讨 论

3.1 马粪海胆对大型藻类的摄食选择

海胆喜食大型藻类，不同海胆对不同大型藻类的选择与喜好不同。虾夷马粪海胆喜食大型褐藻[17]，对马尾藻摄食选择性高于石莼[18]；南方紫海胆对琼枝麒麟菜(Betaphycusgelatinum)的嗜食性最高，其次为半叶马尾藻(Sargassumhemiphyllum)、石花菜(Gelidiumamansii)、石莼，对刺松藻(Codiumfragile)的喜好性较差[19]；在对马粪海胆的研究中，尤凯等[7]发现，马粪海胆对马尾藻、海带等褐藻的喜好性强于孔石莼、石花菜。本研究结果表明，刺参池塘中同时存在孔石莼、粘膜藻、肠浒苔、裙带菜、珠状硬毛藻5种海藻时，马粪海胆对裙带菜的嗜食性最高，其次为粘膜藻、孔石莼、肠浒苔，对珠状刚毛藻的嗜食性最低，整体表现出的对褐藻的选择性大于绿藻，与尤凯等[7]的研究结果基本一致，这一结论对开展马粪海胆生态防治池塘大型藻类具有一定的参考意义。

3.2 不同藻类与水温对马粪海胆摄食率的影响

水生动物的摄食率受到其自身的生态习性、食物的营养价值、化学成分、形状以及对食物的补偿摄食等因素的影响[20-22]。本研究发现，不同藻类组马粪海胆的日相对摄食率存在显著差异，经过双因素方差分析可以看出，藻类种类对马粪海胆的摄食率有显著的影响，与Azad等[23]的结论一致，且幼体马粪海胆对同种藻类摄食率与选择率表现相一致。马粪海胆对裙带菜摄食量最大，笔者分析可能是由于裙带菜肥厚多肉，其中某些化学成分吸引海胆啃食。此外藻类形态差异也可能会导致海胆摄食效率的差异[21]，孔石莼叶片较薄且少肉，导致马粪海胆对其摄食效率较低。肠浒苔呈丝状，且叶片较薄，在水中浮动性大，在马粪海胆进行啃食时，对它的摄食量偏低；而珠状硬毛藻呈线形，海胆不易附着摄食，适口性差，海胆较难啃食，导致对其摄食率低。春季池塘中主要滋生的大型藻类为粘膜藻，由上述试验结果可以看出，马粪海胆幼胆对其的摄食选择效率高，可在春季投放入池中抑制粘膜藻的生长。

温度是影响水产动物生存、生长和发育的重要环境因子，对其摄食行为有重要的影响。在适宜温度范围内，海胆摄食率会随着温度升高而显著增加，偏离最适温度摄食率会显著降低。常亚青等[18]发现，壳径为1.0 cm的虾夷马粪海胆在19 ℃时日相对摄食率最高，3.6 cm和5.0 cm个体则在16 ℃时最高；聂永康等[19]试验表明，摄食不同藻类的紫海胆日摄食率的最适温度存在差异，分别在23 ℃(摄食半叶马尾藻、琼枝麒麟菜组)和27 ℃(摄食石莼组)下达到最大；尤凯等[5]在对马粪海胆的研究中发现，平均体质量为14.22 g的马粪海胆在14 ℃时日摄食率最高；而本研究表明，体质量为(0.42±0.16) g的马粪海胆各组别均在15.6 ℃下日相对摄食率和质量增加率达到最大。以上研究说明海胆摄食的最适温度具有种属特异性，且与个体大小形态有关。

3.3 不同藻类与水温对马粪海胆呼吸代谢的影响

水温对海胆的呼吸代谢具有显著影响。南方紫海胆在17～32 ℃内，耗氧率随着温度的升高而增加，排氨率则呈现先升后降的趋势，22～27 ℃之间可能存在紫海胆呼吸代谢的转折点[14]；虾夷马粪海胆在15～25 ℃内，耗氧率和排氨率均随着温度的升高而增加[15]；张鹏[16]在对马粪海胆成体能量代谢的研究中发现，马粪海胆耗氧率和排氨率在8～20 ℃时随温度升高呈增加趋势，20 ℃达到最大，超过20 ℃时，随着温度的升高会下降；而本研究结果表明，在10.1～20.3 ℃内，马粪海胆的耗氧率与温度呈正相关关系，排氨率随温度增加呈先升后降趋势，在15.6 ℃达到最大，可能在15.6～20.3 ℃内存在马粪海胆呼吸的转折点。关于以上研究结果不一致的原因可能是由试验所用的马粪海胆的规格大小不同所致。不同饵料种类可以满足水生动物不同的营养需求，同时影响其生长和能量代谢活动[24]。关于不同藻类对马粪海胆呼吸代谢的影响，目前未见相关报道。本研究经过多因素方差分析发现，藻类种类对马粪海胆耗氧率影响显著，但对其排氨率无显著影响。结合曾凡归[25]通过测定得出不同种类海藻所含生化营养成分各异的结果，笔者分析认为马粪海胆摄食藻类营养成分的不同导致供给机体活动能量的差异，从而引起了呼吸代谢的变化产生上述现象。

O∶N值是表示生物呼吸代谢底物的重要参数，被广泛用于估计机体能量物质的来源[26]。O∶N值为7～24时，机体能量主要由蛋白质和脂肪氧化供能[27]；大于24时，则主要由脂肪和碳水化合物供给[28]。本试验发现，投喂珠状硬毛藻时，温度影响了马粪海胆的代谢水平，如在10.1、15.6 ℃时，马粪海胆表现为以蛋白和脂肪供给为主，在20.3 ℃时，则以脂肪和碳水化合物为主；而投喂其他4种藻类时，其O∶N值为32.88～69.18，均以脂肪和碳水化合物供给为主，区别于珠状硬毛藻组。上述结果共同说明，马粪海胆的代谢活动受到温度及饵料种类的协同影响。