12月龄刺参养殖群体生长特性的研究

韩 莎，胡 炜，李成林，吴 鹏，赵洪友，赵 斌，姚琳琳

(1 山东省海洋生物研究院，山东 青岛 266104；2 威海市文登区渔业技术推广站，山东 威海 264400；3 莱阳市海洋渔业有限公司 山东 莱阳 265200)

刺参作为我国北方重要的海洋水产物种，具有独特的养生保健和生态环保作用，是高值海水养殖品种[1]。国内刺参人工繁育技术于20世纪70年代取得突破，随后相关增养殖技术开发研究也陆续开展。至21世纪初，随着人们经济收入的增长和保健意识的提高，产品消费需求不断增加，我国刺参养殖产业得到了前所未有的大发展，刺参已经成为海水养殖业的支柱性经济品种之一[2]，取得了极为显著的经济和社会效益，引领了我国“第五次”海水养殖产业浪潮。

目前，刺参人工养殖主要在工厂化车间、池塘及网箱内进行，关于刺参生长性能的研究多集中在个体生物学方面，如刺参的发育[3-4]、生长[5-6]、摄食[7-8]和行为[9]等生物学特性，以及各种环境因子对刺参的影响[10-11]。而有关对刺参养殖群体生长特性的研究报道相对较少，尤其是对选育优良家系早期发育过程中的生长规律尚无系统的研究，其早期异速生长方式以及形态性状与体质量的相关关系有待进一步研究探明。本研究在年际间自然水温变化条件下，通过有关生物学测量与统计，拟合刺参养殖群体早期发育的生长规律，以期探明养殖条件下不同生长发育阶段刺参的生长特性，探寻形态性状与体质量之间的相关关系和生长参数，完善其发育过程的基础生物学资料，以期为刺参育种及健康养殖提供可靠的基础数据与参考资料。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

1.1.1 参苗培育 试验用养殖刺参为山东省海洋生物研究院种质资源研究中心刺参产业创新团队选育群体。亲参是种质资源研究中心选育保存，选择3龄体质量220 g以上的健康个体，采用阴干加流水刺激的方法进行人工催产，经产卵孵化与选优培育，分设在3个玻璃钢槽中，浮游幼体培育密度为0.2个/mL，试验进行12个月,从2019-05-08开始，2020-05-07结束。

1.1.2 试验处理 养殖试验在青岛国家海洋科研中心鳌山基地进行，室内养殖池为圆形玻璃钢槽，直径3.2 m，池深1.2 m，有效水体8.0 m3，配设0.18 mm气石1个/m2，24 h充气。试验用水为自然海区海水，经砂滤后使用。海水盐度32.0±0.6，pH 8.1～8.3，溶解氧(DO)5.8～6.5 mg/L。苗期水质调控主要采用光合细菌、EM菌等生物制剂和定时补充新鲜海水等措施进行，饲料主要是海洋红酵母、单胞藻及配合饲料，投喂量根据幼体胃含物多少及幼体生长发育情况等酌情调整。稚参和幼参投喂量根据刺参摄食情况进行合理增减，投喂量控制在体质量的1%～3%，商品饲料搭配其质量1～3倍的干海泥，通过稀释匀浆发酵后，于每日15:00进行投喂。日换水1次，换水量为2/3。每天定时测量水温，统计月平均水温，计算水温频数。

1.2 生长指标测定及方法

试验结束后对每池12月龄刺参进行生长指标测定。测量体质量时，将刺参吸取体表水分后沥水10 min，用电子天平测定湿质量W(weight) (g)；测量体长、体宽时，先将刺参放入0.2 mol/L的薄荷醇溶液中麻醉5～10 min，待刺参身体放松呈舒展状态时，对刺参样本进行拍照，通过图像计算获取实测体长L (length)、体宽W(width)数据；体长是从背部触手前端到肛门的曲线长度(cm)，体宽是背部正中的宽度(cm)。

1.3 数据分析

各性状测量数据经SPSS 25.0软件进行描述性统计，计算平均数、标准差和变异系数，运用K-S单样本检验分析各性状是否符合正态分布。

为获取更为精确的生物统计关系，引入复合形态指标SLW(square root of the length-width)[12]，其计算式如下：

对实测体长L和SLW进行回归，得到理论体长Le (estimated length)的回归方程如下：

Le=a+bSLW，(a为常数，b为回归系数)。

对实测体长L和理论体长Le分别与体质量进行回归分析，根据生长模型参数估算方法,计算生长模型的参数估计值，r2可作为判断生长模型拟合度的评价标准。体质量的回归方程采用如下曲线模型：

y=αxβ。

式中：体长x为自变量，体质量y为因变量；α是常量，为条件因子；β是幂指数，为异速生长因子，β反映了刺参生长发育的不均性，β=3为等速生长，β>3为正异速生长，β<3为负异速生长，用t检验比较β与3之间是否有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 刺参养殖环境中的周年水温变化

刺参养殖环境中的周年水温变化如图1所示。由图1可以看出，周年水温为2.0～30.8 ℃，年平均水温为(16.5±8.8) ℃。其中，全年有25%的时间低于8.1 ℃，有25%的时间高于24.5 ℃，有50%的时间在8.1～24.5 ℃；年中水温波动范围最大的月份为10月，其次为12月份和3月份，水温波动范围最小的月份为1月。周年水温频数分布曲线呈现平峰状，左偏，水温4.2 和4.8 ℃的频数最大，出现时间均为11 d；周年最高水温30.8 ℃和最低水温2.0 ℃仅各出现1 d，但频数较大的温度值偏向水温变化分布范围的边界值，其中低温在4.0～5.0 ℃的时间高达42 d，在3.0～4.0 ℃的时间为20 d，而高温在23.0～24.0 ℃和29.0～30.0 ℃的时间均达19 d。

图1 刺参养殖环境中的月平均水温(a)及水温频数(b)分布Fig.1 Monthly mean water temperature (a) and frequency distributions (b) of water temperature in cultivation environment of sea cucumber

2.2 12月龄刺参养殖群体的生长特征

12月龄刺参体质量频数分布如图2所示，刺参体质量为0.03～85.35 g/头，平均体质量为(9.8±9.4) g/头，变异系数高达96.1%。K-S正态性检验结果显示，体质量分布曲线呈现单峰状，右偏，为不对称分布。其中，有25%的刺参体质量低于3.3 g/头，有25%的刺参体质量高于12.8 g/头，有50%的刺参体质量在3.3～12.8 g/头，且以体质量4.0 g/头的个体最多，出现频数为12，占总数的0.4%。

刺参体质量占比分布如图2所示，体质量小于5 g/头的个体最多，占比38.0%；其次为体质量5～10 g/头个体，占比25.7%；体质量在15 g/头以下的个体总占比为80.5%。从表1不同规格刺参来看，体质量在50～100 g/头的个体占比最小，为0.6%；其次为体质量1 g/头以下的小规格个体，占比5.3%；中规格个体数量占比最大，其中，体质量在1～17 g/头的个体占比为78.8%，体质量在17～50 g/头的大规格个体占比为15.4%。

表1 不同规格12月龄刺参体质量比较Table 1 Comparison of weight between different sizes of twelve-month-old sea cucumber Apostichopus japonicus

图2 12月龄刺参体质量频数分布(a)和占比(b)Fig.2 Frequency distributions (a) and percentage (b) of weight for twelve-month-old sea cucumber Apostichopus japonicus

2.3 12月龄刺参养殖群体体长和体质量的相关分析

12月龄刺参养殖试验期间，共测量刺参个体1 118头。体长L、体宽W、复合指数SLW频数分布如图3所示,体长为1.5～16.3 cm，平均值为6.4±2.1 cm，变异系数最小，为32.6%；体宽0.2～4.0 cm，平均值为1.5±0.6 cm；SLW为0.7～7.6 cm，平均值为3.0±1.0 cm，变异系数为34.4%。

图3 12月龄刺参体长、体宽和SLW频数分布Fig.3 Frequency distribution of body length,body width and square root of length-width product (SLW) for twelve-month-old sea cucumber Apostichopus japonicus

对实测体长L和SLW进行回归，得到理论体长Le的回归方程为：Le=1.00+1.79SLW(r2=0.80，P<0.001)。L-W和Le-W拟合得到的散点图如图4所示，实测体长L、理论体长Le和体质量W的相关系数均达到了极显著水平(P<0.000 1)，根据r2的大小可以判断，Le-W拟合的方程效果最好，拟合的幂函数关系式为：W=0.47 Le2.54(r2=0.84,n=1 118)。用t检验比较理论体长Le和体质量回归方程的幂指数β与3之间的差异性，结果为差异极显著(P<0.001)，表明刺参群体呈负异速生长模式(β<3)，即形态性状的生长明显快于体质量的增长。

图4 12月龄刺参实测体长L、理论体长Le与体质量的关系Fig.4 Relationship between body length,estimated length and weight of twelve-month-old sea cucumber Apostichopus japonicus

3 讨 论

3.1 12月龄刺参养殖群体的生长特性

生长特性分析是渔业养殖管理必不可少的环节，水产动物的体质量和体长是判断养殖效果和种质品质的两个重要生物学特征参数[13-14]，准确测量刺参规格是监测养殖群体生长的重要环节。数量性状变异系数是选择育种的重要参考依据[15],变异系数越大, 选择潜力越大, 开展选择育种的价值也越高。柴展等[16]研究发现，凡纳滨对虾体质量变异系数为29.28%，而水产脊椎动物尤其是鱼类变异系数(20%～30%)远远大于其他脊椎动物(7%～10%)，刺参群体内的个体生长差异极大，生长变异系数超过50%[17]。本试验通过对12月龄刺参体质量频数分布分析发现，刺参个体生长差异极大，变异系数高达96.1%。刺参体质量频数分布在一定程度上可反映出养殖群体生长、健康状况及育种效果，本试验中，有58.4%的苗种体质量在1～10 g/头，有35.7%的苗种体质量可达到10～50 g/头，表现出明显的生长优势。目前，在我国对刺参产品普遍认可的商品规格为个体鲜质量达到70 g/头以上，本试验研究统计分析发现，刺参苗种经过12个月养殖，约有0.6%的个体可生长达到商品参规格，这充分表明通过对刺参进行良种选育，在模拟自然环境条件下进行全人工养殖具有良好的生长潜力，速生等优势经济性状刺参良种选育具有明显的育种效果和养殖发展前景。

在刺参养殖过程中，其生长主要受到水环境因子(如水温、盐度、pH、氨氮和溶解氧等)和养殖密度两个因素影响。温度是影响刺参生长发育最重要的环境因子之一，因刺参具有休眠的特性，水温过高或过低，刺参均将进入休眠期[17]。本试验是在遵循自然水温变化条件下从刺参受精卵开始进行了12个月的培育养殖，全年中水温变化平缓，年际间刺参快速生长期主要集中在春季和秋季，随着时间推移，刺参苗种在新陈代谢过程中经物质和能量不断积累，其体长和体质量呈现同步增加，快速生长效果显著。

影响水产动物个体生长差异的因素有很多，如遗传、社会等级行为或养殖密度因素等。棘皮动物普遍运动较为缓慢，群体内的个体之间没有明显的攻击等侵害行为。研究表明，在刺参生长发育早期，遗传因素对刺参个体生长发育影响大于密度等环境因素[18]。在本试验设计中，由于已尽可能避免或减少环境因素的影响，因此可认为在刺参养殖期间生长速率的个体差异主要源自遗传因素，即生长差异是由刺参体内大量基因共同作用形成的结果。目前，对于刺参个体生长差异的机理研究甚少，其遗传机制需要进一步的试验探索与分析验证。

3.2 12月龄刺参养殖群体体长与体质量的关系

体长与体质量的关系是研究水生生物生长特性的主要内容之一，对认识其遗传规律和特点，比较不同研究对象的生长差异，具有重要的参考意义[19-22]。由于刺参体长、体质量等关键性状难以精准定量与定性测定, 从而影响了对其生长遗传特性解析的准确性。目前，将刺参麻醉后的体长和去脏后的肉皮质量被公认为是准确的测量指标，但在实际生产中操作麻烦，因此通过间接建立生长方程的方法对养殖刺参群体进行生长评估。在国外渔业调查有Von Bertalnffy方程应用于海参类生长规律的研究报道[12,23]，但国内尚未有应用生长方程模拟养殖刺参生长变化规律的研究。近年来有学者在现有方法[24]基础上尝试引入复合指标SLW来描述刺参的体长[12]，SLW指标综合考虑了刺参的体长和体宽，能更准确表示刺参的体长。本试验引入SLW复合指标表征养殖刺参的理论体长Le，采用幂函数对刺参理论体长Le和实测体长L分别与体质量进行拟合，结果表明刺参理论体长Le与体质量的拟合度更好，理论体长Le是由体长和体宽形成的复合指标SLW转换得来，相较于实测体长L，能够有效控制因刺参身体收缩而引起的体长数据变化，因此采用此指标表示刺参活体体长更能准确分析刺参的生长状况。

异速生长现象广泛存在于动植物的生长中,在水产领域已经有许多研究报道[25]，异速生长参数 β 值的变化受诸多因素影响，如环境、生殖行为和性别[26]等，能够反映物种在不同发育生长阶段的不均衡性[27-28]。本研究表明，12月龄刺参生长性能呈现负异速生长模式，即形态性状的生长明显快于体质量的增长。因此，分析认为在刺参养殖初期1龄段，即刺参逐渐由稚参过渡到幼参时，是体长和体宽等外部形态性状的快速生长期，体质量的增加在其早期发育过程中占次要地位，体长和体质量的增加优势表现出明显的生长发育阶段性，显示其形态学发育与生理学发生是密切相关的。在鱼类的生活史中也发现，为了维持自身种群的持续繁衍，在长期的进化中鱼类形成了一种生存策略及发育机制，即对存活起着首要作用的器官会优先得到发育，并且随着个体的生长发育，这种优先发育的特点会发生改变[29]。而在刺参的生长发育过程中，参苗早期身体规格的优先发育，为体内各个器官的快速生长提供了空间基础，而且大规格参苗在生态环境中能够确保最优摄食生态适应性，并可能获得最大的净能效益，这是刺参在长期发育进程中自然形成的生长策略，但目前对有关异速生长遗传机制的认识还很肤浅。本研究认为，利用生长模型拟合刺参生长速率与生长曲线变化趋势，能更好地预测其生长情况，通过对刺参个体在不同时间节点的基因表达机制进行挖掘和分析，可以探索稚、幼参等不同发育阶段对外界环境的适应性生长策略。因此，在刺参苗种培育和养殖过程中，应根据参苗自身早期阶段发育特点和生长规律，为其生长发育创造更适宜的生活环境及营养条件，通过对生长拐点的把握，精准饲料投喂，科学日常管理，以期达到最佳的养殖效果。

本试验对刺参稚幼参阶段的异速生长发育规律进行了初步研究，探讨了其外部形态特征与体质量的相关关系，为刺参养殖群体生长性能评估和跟踪研究提供了评价指标和方法。在刺参生长发育的不同阶段和时期，异速生长模式会发生变化，应建立其相应的关系式才能对刺参的生长进行较为准确和可靠的描述，并确定刺参的生长拐点。因此，进一步建立刺参生活史发育过程的生长模型，可为实现体质量与形态的同步选育，并最终完成刺参的种质改良和新品种培育奠定理论基础。