温度对透明溞生长、生殖和形态可塑性的影响研究

左镓琪，赵 文，魏 杰，董成浩，崔竞丹，杨 板

( 大连海洋大学 水产与生命学院，辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁 大连 116023 )

枝角类种类繁多，同一种类的个体在一年中的不同季节会展现出不同的外形，这种现象称为季节变异[1]，外形季节变异容易让人误将同一种枝角类的季节型当作不同种类。枝角类的季节变异主要表现在头顶形状、壳刺的长短和头盔的有无等方面，这种季节变异又可以称为生物表型可塑性[2]。表型可塑性是指生物体在生物或者非生物环境发生变化时呈现出不同表型的能力，是生物在不稳定的生活环境中维持生存的一种主要策略[3-4]。季节变异主要由温度差异引起。透明溞(Daphniahyalina)属节肢动物门、甲壳动物亚门、鳃足纲、枝角类、异足目、溞科、溞属[5-7]，是广温性滤食性溞类。主要栖息于较大的贫营养型湖泊和水库中，在我国的长江流域中小型湖泊中也常见[6-7]。透明溞体内含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素和矿物质，是许多鱼类和其他水生动物的饵料来源[1,8]。目前关于透明溞的相关研究较多，在温度对枝角类生长影响的相关研究中，黄祥飞[9]将透明溞和隆线溞亚种(D.carinatassp.)发育及生长受温度的影响进行了对比研究，黄小娜等[10]将透明溞与其他3种枝角类的夏卵和生长发育进行了对比研究；在食物对枝角类生长影响的相关研究中，徐怡等[11]用不同氮、磷含量和温度培养的小球藻(Chlorella)投喂透明溞，观察对其生长和繁殖影响，黄翠等[12]研究了不同食物对透明溞种群生长影响；在形态可塑性研究方面，柯志新等[2]研究了反捕食对溞类的表型可塑性的影响。笔者主要研究温度的变化对透明溞的表型可塑性和其他的生理变化的影响，旨在获得在野外15～27 ℃条件下温度对透明溞生存、生长、繁殖等研究数据，为枝角类适应进化和生理生态学深入研究提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 试验溞种的来源和驯化

试验用透明溞采自辽宁省大伙房水库，用25#浮游生物网捕捞带回辽宁省水生生物学重点实验室，采用麦克奥迪公司的生物显微镜(BA210)，在4×10倍镜下进行鉴定(目微尺1格代表的实际长度为2.5 μm)，将分离出的透明溞驯养于500 mL烧杯中，每日投喂5 mL斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)，让透明溞通过孤雌生殖繁育成一定规模的同步生长种群。试验中选取带卵母溞放置不同温度的恒温箱中提前适应相应温度用于培养繁殖同步溞，待卵孵化后选取规格相近的幼溞作为试验材料。

1.2 试验方法

1.2.1 测量位点和变量标识

枝角类测量位点和变量标识见图1。枝角类头盔最高处至壳刺尖端的垂直长度为全长；头盔最高处至壳刺根部的垂直长度为体长；壳刺根部至壳刺尖端的垂直长度为壳刺长(mm)。头盔是枝角类头顶上的三角形突起，枝角类头顶一般为圆弧形，有时有头盔出现。

图1 枝角类测量位点和变量标识Fig.1 Measurement sites and variable identification of water fleas D. hyalina

1.2.2 温度对透明溞生长影响试验

本试验将文献[9]中试验所设温度梯度15、18、25、28、32 ℃改为温差跨度相同的15、18、21、24、27 ℃，试验采用恒温培养箱进行控温，投喂人工培养的藻类作为透明溞饵料。试验初始阶段准备5个50 mL烧杯，每个烧杯中均放入15 个性成熟的成体溞，将装有成体溞的烧杯分别放入5个相应温度的恒温培养箱中，待幼体出生后进行观察。每组温度随机选取10个同步溞(出生时间约18 h的幼溞)，分别测量透明溞初始体长和全长，有无头盔情况，然后分别放入10支10 mL试管中贴好标签。试验期间投喂斜生栅藻1次/2 d，每次1 mL。每72 h测量1次其体长、全长和壳刺长，记录头盔的变化。

1.2.3 温度对透明溞生殖影响试验

本试验设置15、18、21、24、27 ℃ 5组温度梯度，将随机选取的5 个同步幼体溞与5 个同步成体溞分别放入相应温度的10 mL试管中进行培养。试验期间每2 d投喂1次斜生栅藻，每次1 mL，每24 h观察幼溞是否怀卵、成溞是否产幼，并记录不同温度下透明溞产前发育时间和产卵间隔时间。

1.3 数据分析

1.3.1 相对增长率(RL)

RL/%=(Lt-L0)/L0×100%

式中，L0为初始体长，Lt为增长后的体长。

1.3.2 种群增长参数

式中，x为年龄期(d)，lx为x期时的存活率(%)，mx为x期时的出生率(%)，rm为内禀增长率(d-1)，R0为净生产量(个)，T为世代周期(d)，λ为周限增长率(d-1)[5]。

1.3.3 胚胎发育时间和温度之间的线性方程为：

lnt=3.5748+0.0769lnθ-0.3122(lnθ)2

式中，t为发育时间(d)，θ为培养温度(℃)[9]。

1.3.4 数据分析

试验数据用Excel 2009软件处理，SPSS 23.0软件进行数据差异性分析和Duncan多重比较。P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2 结 果

2.1 温度对透明溞生长影响

在15～21 ℃温度内，透明溞存活率随温度升高而升高；在21～27 ℃内随温度升高存活率降低。其中27 ℃组透明溞在第2天全部死亡，24 ℃组透明溞在第4天死亡数渐多，15、18 ℃组透明溞在第7天出现较多死亡(图2)。由此可见在第7天时，21 ℃透明溞存活率最高达80%，15 ℃存活率较低，为60%，27 ℃存活率最低，为0%，21 ℃最适于透明溞生存。

图2 温度对透明溞存活率的影响Fig.2 The effect of temperature on the survival rate of water fleas D. hyalina

第1天时15 ℃组透明溞体长与18 ℃组差异显著，与其他组差异不显著；第4天时15 ℃组与18 ℃组差异显著，与其他组差异不显著；第7天时15 ℃组与其他组均差异不显著，但15 ℃组透明溞的体长高于其他组0.045～0.09 mm(图3)。在生长周期内，透明溞15 ℃组个体的全长普遍大于其他组全长0.03～0.13 mm。随生长天数的增加，透明溞的体长也随之增加。

温度对透明溞的壳刺长的影响见图4。15、21 ℃组第1天与第7天壳刺长差异显著(P<0.05)，两组温度下透明溞壳刺长度随透明溞生长变短。15 ℃组平均壳刺长与18、21、24 ℃组差异显著(P<0.05)，低温透明溞壳刺短。21 ℃组与另外3组差异显著(P<0.05)，一定范围内的温度刺激会使透明溞壳刺产生长短变化。

图3 温度对透明溞体长的影响Fig.3 The influence of temperature on the body length of water fleas D. hyalina 同一图柱上不同字母表示不同时期有显著差异(P<0.05)，下同. Different letters on the same column indicate significant differences in different periods(P<0.05), et sequentia.

图4 温度对透明溞壳刺长的影响Fig.4 The effect of temperature on the thorn length of water fleas D. hyalina 同一图柱上不同小写字母表示不同时期有显著差异(P<0.05)，不同图柱上不同的大写字母表示不同温度有显著差异(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).

温度对透明溞壳刺长与全长比值的影响见图5。同一温度下15～24 ℃组不同生长时期的比值下降0.07～0.11，随着体长逐渐增加，壳刺长对全长的影响降低。不同温度下在相同的生长时期15 ℃组比值最小，说明15 ℃时透明溞体长最长，体型最大。

图5 温度对透明溞平均壳刺长与平均全长比值的影响Fig.5 The effect of temperature on the ratio of the average shell thorn to the average total length in water fleas D. hyalina

温度对透明溞头盔的影响见表1。出生幼溞均有尖角状头盔，第4天时15 ℃组尖头盔占全部60%，其余3组占全部80%。第7天所有温度组透明溞均从尖角状头盔变化成钝圆形头盔。所以透明溞头盔有无主要随时间变化，受温度变化影响不大。

表1 温度对透明溞头盔出现率的影响 %Tab.1 The influence of temperature on helmet appearance rateof water fleas D. hyalina

2.2 温度对透明溞生殖影响

透明溞的产前发育期和产幼间隔平均时间见图6，温度每升高3 ℃产前发育时间缩短2～6 d。21～24 ℃组与15～18 ℃组差异显著，透明溞产前发育时间随温度升高变短。由公式计算，15～27 ℃胚胎发育时间为6.3、3.2、2.5、1.9、1.5 d，说明胚胎发育所需时间随温度升高而变短。15～27 ℃，产幼间隔时间差异不显著，但也可看出24 ℃组比15 ℃组缩短2 d。由此可见，透明溞随温度升高胚胎发育时间、产前发育时间、产幼的间隔时间均缩短，24 ℃对透明溞繁殖最有利。

2.3 温度对透明溞寿命的影响

温度对透明溞寿命的影响见图7。15 ℃组透明溞的寿命最长，平均寿命达37 d，与其他组温度差异显著，更适宜透明溞长期存活。21 ℃时透明溞平均寿命仅比18 ℃少2.4 d，差异不显著。27 ℃组透明溞存活率低存活时间最短，平均寿命仅4 d。

随温度的升高透明溞寿命渐缩短。

2.4 温度对透明溞种群增长参数的影响

温度对透明溞种群增长参数的影响见表2。低于24 ℃的3个温度组的内禀增长率、周限增长率、净生殖率、世代周期随温度升高显著升高(P<0.05)。24～27 ℃内禀增长率和周限增长率差异显著，净生殖率和世代周期的差异不显著(P>0.05)。透明溞种群的内禀增长率在15～27 ℃温度内随温度的升高而增加，24 ℃时最高，为0.47 d-1，在15 ℃时最低，为0.23 d-1。

图6 温度对透明溞繁殖的影响Fig.6 The effect of temperature on the reproduction of water fleas D. hyalina

图7 温度对透明溞寿命的影响Fig.7 The effect of temperature on the life span of water fleas D. hyalina

表2 温度对透明溞种群增长参数的影响Tab.2 The influence of temperature on the growth parameters of water fleas D. hyalina population

3 讨 论

3.1 温度对透明溞生长影响

根据Green[13]的观察，溞在蜕皮后随即生长，不到10 s就可以由1.30 mm增至1.60 mm。本试验结果表明，透明溞体长、全长随温度升高而变短，15 ℃组透明溞平均全长最长。透明溞壳刺长稳定在1.0 mm内，未发现过长或者过于弯曲的壳刺，壳刺长在15、21 ℃组第1天与第7天随温度升高逐渐缩短，其余两组受温度影响不大，原因可能是存在人为测量误差或在测量吸取过程中操作失误，导致两组温度的壳刺长度没有明显变化。温度升高会对透明溞产生刺激所以壳刺会变长，或是上行效应[1]使得透明溞在高温水中需要在液面与空气交界处获取更多氧气，所以壳刺长短变化的真正原因尚需深入研究。透明溞头盔的形状在不同温度的同一时期无明显差异；在同一温度的不同时期，透明溞在幼体时期头盔更尖更明显，在成长的过程中，第4天时部分透明溞会出现头盔的变化，变得钝圆，在第7天可以发现所有的试验溞的头盔都变得钝圆，但因为透明溞的形态特性，头盔并没有完全消失仍可以明显看出。透明溞壳弧在透明溞的生长发育过程中并没有明显的变化。

随着温度的升高，透明溞的寿命随之减少[9]。所以透明溞在较低的温度下可以存活更久，寿命更长，并且存活率更高。在温度大于等于27 ℃时透明溞无法正常的生存、生长、繁殖。21 ℃下透明溞的平均寿命仅比18 ℃少2.4 d，却比24 ℃多6.4 d。这说明21 ℃是透明溞最适宜生存的温度，此时存活率最高，寿命较长。

3.2 温度对透明溞生殖影响

透明溞在胚胎时期依靠母体供给的营养发育，透明溞在幼体阶段和成体阶段均需由外界获取食物，因此其生长发育与食物密切相关。食物会影响溞类各龄期的生长、体长和产卵量，而温度会影响溞类的摄食量，所以温度对溞类各方面的影响更加显著[11-12]。溞类在15～25 ℃内生殖最有利[14]；大型溞培养于20 ℃时，总生殖量最高，溞个体规格也最大[15]。透明溞在20 ℃时产卵率最高(达1.49)，高于或低于20 ℃的产卵率均低于1.49[11]。透明溞产前发育期和产幼间隔时间都受温度影响，不同温度下产前发育期和产卵间隔时间均有明显差异，随温度的升高胚胎发育时间变短，产前发育期与产卵间隔也变短，当温度达到24 ℃时透明溞发育时间最短。综上所述，透明溞产卵率虽然随温度变化相差不大，但是透明溞的生殖对温度有很大要求，透明溞最适繁殖温度为24 ℃。

内禀增长率是反映特定条件下动物种群的最高增殖速率，是反映一个物种繁殖能力的重要指标[16]，内禀增长率的高低是检测环境优劣的标志[17]。当淡水生物的自我调节能力被生存条件破坏，淡水生物的外部结构或者内部结构就会遭受到破坏从而导致死亡率上升[18]。徐怡等[11]研究表明，11 ℃的低温环境能提高透明溞存活率，最高寿命可以达到63 d以上，但是会影响透明溞的繁殖，第一次产幼时间在15 d左右，生殖率大大降低。23 ℃以上的高温环境不适合透明溞生存，30 d左右的时间就有1个试验组全部死亡，但是产幼时间提前了8 d，生殖率也大大提高。其试验结论表明，温度升高会使透明溞的寿命变短，内禀增长率提高，高温有助于提高其世代更新速度和种群增长的潜能。本试验结果表明，透明溞最适发育繁殖温度为24 ℃，这与徐怡等[11]透明溞最适发育繁殖温度为17 ℃的结论存在差异。原因可能有如下3点：(1)透明溞的来源不同，本试验采用的是抚顺大伙房水库的透明溞，所以在不同的地区，透明溞的生长和繁殖能力会有很大的差异；(2)稀释的藻液来源不同，所以透明溞食物来源的不同也会影响其生长发育；(3)不同的食物类型，如投喂小球藻、栅藻等不同种类也会影响透明溞的寿命。

4 结 论

透明溞对温度的变化反应敏感。在15～27 ℃温度内，透明溞的存活率随温度升高先升后降，21 ℃时存活率最高。随温度的升高透明溞的内禀增长率升高，透明溞发育时间、怀卵时间和产卵时间缩短。在24 ℃时透明溞的净生殖率和内禀增长率最高，分别为3.8和0.47 d-1；15 ℃条件下最小，分别为1.4和0.23 d-1。透明溞的胚胎发育时间与产幼间隔时间均随温度的升高而缩短2～6 d，产前发育期和寿命也随温度升高而缩短5～20 d。高温提高透明溞的繁殖速率、内禀增长率、世代更新速度，但会缩短透明溞的寿命，降低产卵率，过高的温度仍然是对透明溞正常繁殖和发育的不利条件。据此得出，21 ℃为最适宜透明溞生存的温度，24 ℃为最适宜透明溞生殖发育和繁殖的温度。透明溞作为水产经济动物饵料生物利用其对温度的敏感性，在水产养殖过程中可根据饵料的需求量对透明溞适当控温繁殖。