西施舌代谢物对单细胞藻类的促生长作用研究

罗 杰，王中铎，姚泽彬 (广东海洋大学水产学院，南海水产经济动物增养殖广东普通高校重点实验室，广东湛江 524025)

贝类养殖是我国海水养殖业的支柱产业。据《中国渔业年鉴》统计，2019年我国海水养殖贝类产量达1 439万t，其中滤食性双壳贝类为主要养殖品种，占贝类总产量的90%以上。目前我国贝类养殖大多呈粗放型，局部地区养殖密度过高，增加了当地水域环境压力，导致一些海区养殖总量超过水域容纳量；同时，由于陆地养殖对虾废水没有经过处理而直接向海区排放及养殖鱼类、贝类排泄物的影响，致使某些海区污染加重、富营养化，从而引起海区赤潮、病害频繁发生，每年造成巨大的经济损失。

双壳贝类通过鳃丝及其上着生的纤毛摆动，一方面滤食水体中单细胞藻的细小颗粒态食物，对水体起到净化作用；另外，双壳贝类滤食的颗粒中只选择其中一部分消化吸收，其余的则以粪粒或者假粪的形式排出，这些物质沉积到水体底部形成生物沉积物。长牡蛎()和菲律宾蛤仔()的生物沉积速率较高，每平方米内每天分别将 15.0和29.9 g的悬浮颗粒物通过滤食和排粪沉积到底层，增强了水层-底栖系统的耦合作用。大量的生物沉积物会增加底质中的有机物，为海参等底栖动物提供食物来源。同时，这些沉积物通过微生物降解释放大量含碳、氮、硫、磷等元素的营养盐，可以满足底栖海草和海藻的营养需要，促进藻类的生长繁殖，对海洋生态环境起到调节作用。紫贻贝()、栉孔扇贝()等具有足丝的贝类，其摄食活动可以影响水体中二甲基硫(DMS)的浓度。单细胞藻类存在于海洋中的微小浮游植物，虽然处于海洋食物链的最底层，但却是海洋初级生产者和能量的主要转换者。它在海洋中的数量直接或间接影响鱼类、虾类、贝类及其幼体的存活和生长，因此通过研究浮游植物的数量变化可以对渔业产量进行估算。海洋中浮游植物的数量与滤食性贝类关系密切。已有研究表明，栉孔扇贝、菲律宾蛤仔和太平洋牡蛎()的密度与浮游植物的增长呈正相关，其对浮游植物有明显的促生长作用；广东湛江流沙湾大规模的扇贝养殖导致扇贝养殖区浮游植物、浮游动物的丰度和生物量明显降低。关于西施舌养殖对浅海生态系统的影响及其对水质的改善、对浮游藻类的促生长作用有待进一步研究。

西施舌()属于软体动物门双壳纲蛤蜊属，广东地区俗称贵妃螺，为浅海埋栖性双壳贝类，常栖息在潮间带至潮下带20 m左右沙滩中，是我国沿海滩涂重要的增养殖对象之一。它主要摄食水体中的浮游植物及微小颗粒，同时排出的沉积物经分解后释放出氨氮。氮是海洋植物所需的基本营养元素，其含量对海洋藻类丰度的影响较大。亚心形扁藻()、湛江等鞭金藻()和牟氏角毛藻()是自然海域中常见的单细胞藻类。这些单胞藻是双壳贝类的主要饵料来源，在水产动物的人工育苗阶段作为饵料被广泛应用。波吉卵囊藻()常生活在养殖水体中，种群稳定、适应能力强，能有效降低水体中的氨氮、亚硝酸氮等含量，吸收养殖水体中生物产生的排泄物，能有效改善水质、降低水体污染及增强对虾的抗病力。笔者通过实验生态学方法研究了西施舌代谢物对亚心形扁藻、牟氏角毛藻、湛江等鞭金藻和波吉卵囊藻4种单细胞藻类生长的影响，旨在为综合研究滤食性贝类对海区浮游藻类数量变化的影响、正确估算海区养殖容量及海水养殖业的可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

试验所用的西施舌捕自广东省徐闻县雷打沙岛东部海域，选择壳长2.45～6.84 cm、水管喷水有力、外壳完整的个体，把外壳表面清洗干净后放到水泥池中暂养7 d，每天投喂足量的湛江等鞭金藻 、牟氏角毛藻 和亚心形扁藻，换水量80%。24 h连续充气，海水经沉淀、砂滤，试验期间海水温度为28.5～30.0 ℃、 盐度29～31、pH 8.2,光照强度为 2 850～3 300 lx。

试验所用亚心形扁藻、牟氏角毛藻、湛江等鞭金藻及波吉卵囊藻由广东海洋大学水产学院藻类研究室一级培养，均处于指数生长期。

不同规格西施舌对单胞藻生长的影响。 按规格将西施舌分为A[(2.67±0.12)cm]、B[(4.43±0.24)cm]、C[(6.42±0.27)cm]、D[(8.38±0.18)cm]和E[(10.16±0.27)cm]5组。将经砂滤的自然海水煮沸，冷却后往消毒过的玻璃缸中加入3 L海水，然后分别放入5种规格的西施舌，养殖24 h后取出(在此期间不投喂饵料)；用400目筛绢(孔径38 μm)分别抽滤200 mL养殖西施舌的海水装入容量500 mL的三角烧瓶中，每组分别接种处于指数生长期的湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亚心形扁藻和波吉卵囊藻，每种藻类的初始密度相同。分别测定接种24、48、72、96、120及144 h后的藻细胞数量。每组设3个平行。

不同规格西施舌与单胞藻生长的关系。测定上述规格的西施舌代谢物培养单胞藻至120 h时藻细胞的数量，同时计算出4种单胞藻的增长量，分析西施舌规格与4种单胞藻生长的关系。每组设3 个平行。

单胞藻的管理和藻细胞密度的测定。试验时将三角烧瓶置于摇床上，以防藻体沉积于瓶底；试验开始后24、48、72、96、120、144和168 h，每天11：00时用吸液枪吸取藻液，采用血球计数板法测定藻细胞的密度，每个样品重复计数3次，取平均值。

试验数据均以平均值±标准误表示，使用Excel 2016软件进行数据处理和图形绘制，使用SPSS 20.0统计软件进行差异显著性分析。<0.05表示差异显著，<0.01表示差异极显著。

按照以下公式计算相对最大生长率：相对最大生长率=(最大藻细胞密度-初始藻细胞密度)/初始藻细胞密度×100%。

2 结果与分析

从图1可以看出，西施舌代谢物对湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亚心形扁藻和波吉卵囊藻4种单胞藻具有促生长作用。不同规格西施舌对同一种单胞藻的促生长作用存在明显差异。随着培养时间的增长，各试验组的藻细胞密度逐渐增加。用不同规格西施舌代谢物培养的4种单胞藻的生长量变化基本一致：藻细胞的生长量随着西施舌规格的增大而增大，且D、E组单胞藻的生长维持时间较长，168 h还处于生长期。A组西施舌代谢物对4种单胞藻的生长维持时间不同，湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亚心形扁藻和波吉卵囊藻的藻细胞生长量下降的时间分别为120、144、168和144 h，然后进入死亡期。E组湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亚心形扁藻和波吉卵囊藻细胞的相对最大生长率分别为A组的2.02、1.58、1.95和1.61倍。方差分析显示，不同规格西施舌的代谢物对湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亚心形扁藻和波吉卵囊藻的生长均有极显著影响(<0.01)(表1)。

西施舌代谢物对4种单胞藻的促生长作用随单胞藻种类的不同而有所差异。24 h内4种单胞藻的生长速率没有明显差异，但随着培养时间的增长，藻细胞的生长存在明显差异。关于对湛江等鞭金藻的促生长作用，A组在培养96 h藻细胞达到最大密度，120 h时藻细胞开始死亡；B、C组168 h时藻细胞开始死亡，D和E组培养168 h时藻细胞仍处于生长期，相对最大生长率为531.3%。A、B组牟氏角毛藻培养120 h时藻细胞达到最大密度，144 h时藻细胞开始死亡；C组144 h时牟氏角毛藻藻细胞密度达到最大值，168 h时开始死亡；D、E组与湛江等鞭金藻变化趋势相同，168 h时藻细胞仍处于生长期，相对最大生长率为513.3%。亚心形扁藻只有E组藻细胞一直处于生长期，其余组在培养144 h时藻细胞达到最大值后逐渐出现死亡，相对最大生长率为420.0%。波吉卵囊藻在A、B组藻细胞密度达到最大值的时间分别为120和144 h，然后进入死亡期；C、D和E组藻细胞在试验时间内均处于增长期，相对最大生长率为406.6%。

用不同规格西施舌的代谢物分别培养湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亚心形扁藻和波吉卵囊藻4种单胞藻120 h后，计算藻细胞的增长量。从图2可以看出，4种单胞藻的增长量随着西施舌规格的增大而增大，西施舌规格与藻细胞的增长量呈正相关，其关系曲线可用=aln+b表示，式中为藻细胞的增长量、为西施舌规格。在一定时间范围内，藻细胞生长速度加快，但达到一定密度后藻细胞的增长趋于平缓。

3 讨论

由于水生生物在水体中生活，其一切代谢活动均在水中进行，而呼吸和排泄是动物新陈代谢的基础生命活动。生物不断从周围环境中摄取营养物质，以维持自身生存和生长的需要，同时把体内的代谢物排泄到生活环境中。由于水生生物种类和生活方式各异，从周围环境中获取食物的种类也有很大差别。比如滤食性贝类主要滤食水体中的微小颗粒，包括一些单细胞藻类、细菌及有机碎屑等，同时对鱼粪、残饵及网箱周围沉降物都可摄食；有些肉食性贝类(如东风螺、管角螺等)主要摄食一些动物的腐败尸体或小型贝类。由于摄食对象不同，产出的粪便所含的营养成分也存在差异。例如，腹足类的代谢产物主要有氨、尿酸、尿素、氨基酸等，其中氨排放量占总排泄量的70%以上，管角螺粪便中磷含量为0.38%、粗蛋白含量为9.8%、氮磷比接近28。吴小平等对鱼类粪便中营养成分进行了研究，其营养成分组成(干物质)如下：粗脂肪0.9%～1.6%、粗蛋白10%～13%、粗纤维24%～26%，磷0.5%～1.1%，还有铜、铁、钾、锌、铬等元素及20余种氨基酸。水生植物的生长需要各种营养盐，而天然水体中可溶性无机化合物氮、磷、硅元素被水生植物吸收利用，成为生物体的重要组成元素，能促进其生长繁殖。这些可溶性无机化合物主要来源于动植物腐殖质、水生动物的排泄物等，其含量影响水生植物的生长与繁殖。由于不同种类的单胞藻类对环境因子的适应性及生理特性不同，导致其生长所需的营养物质有所差别。在藻类处于指数生长期阶段，藻细胞繁殖速度加快，所需的营养盐含量必须满足藻细胞的生长需要，否则生长繁殖会受到影响，从而影响水体初级生产的速率和产量。

注：(a).湛江等鞭金藻；(b).弁氏角毛藻；(c).亚心形扁藻；(d).波吉卵囊藻 Note：(a).Isochrysis zhanjiangensis；(b).Chaetoceros muelleri；(c).Platymonas subcordiformis；(d).Oocystis borgei图1 西施舌代谢物对4种单细胞藻类生长的影响Fig.1 Effects of the metabolites of C.antiquata on the growth of four species of unicellular algae

表1 不同规格西施舌对4种单细胞藻类生长的影响方差分析结果

注：a.湛江等鞭金藻；b.弁氏角毛藻；c.亚心形扁藻；d.波吉卵囊藻 Note：a.Isochrysis galbana；b.Chaetoceros muelleri；c.Platymonas subcordiformis；d.Oocystis borgei图2 不同规格西施舌与单细胞藻类生长的关系曲线Fig.2 The relationship curve between the growth of unicellular algae and different specifications of C.antiquata

藻类在自然水域分布较广，对环境条件的适应性较强，其增长速度受水体中营养盐含量的影响较大，含量较低时会限制单胞藻吸收营养元素的速率，从而抑制浮游植物的生长。在培养过程中单胞藻藻细胞的生长繁殖表现出特定的模式曲线，曲线可分为延缓期、 指数生长期、生长相对下降期、静止期和死亡期 5个阶段，在此期间某个阶段持续时间可能会很短。用不同规格的西施舌代谢物分别培养湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亚心形扁藻和波吉卵囊藻4种单胞藻，藻细胞生长的5个阶段较为明显，24 h内藻细胞生长曲线基本相似，生长曲线变化平稳，说明藻细胞生长缓慢、数量无明显变化，处于5个生长阶段中的延缓期。A组西施舌代谢物培养的上述4种单胞藻藻细胞很快进入静止期，出现死亡时间分别为120、144、168和144 h，藻细胞最大密度分别为刚接种时的3.5、4.3、3.2和3.3倍；E组用西施舌代谢物分别培养湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亚心形扁藻和波吉卵囊藻，藻细胞的生长期延长，168 h时其藻细胞还在缓慢增长，试验结束时死亡期还没出现，藻细胞最大密度分别为刚接种时的6.3、6.1、5.2和5.1倍。西施舌规格越大，其代谢产物对单胞藻的促生长作用越明显，生长期越长。不同规格的西施舌排泄量不同，个体越大，其排出的粪便等代谢物越多，单位水体中浮游植物所需营养盐、氮、磷的浓度相对增加，有利于藻类的生长繁殖。该试验结果表明，西施舌代谢物对4种单胞藻的促生长效果存在较大的差异，主要是各种单胞藻生理结构及其对环境因子的适应性不同，其对营养盐的需求量也不同。大量研究表明，单胞藻的生长和繁殖除了受水体中营养盐、氮、磷的影响外，还与氮磷比相关，氮磷比过高或过低对单胞藻生长均不利。林忠洲等在研究青岛大扁藻和牟氏角毛藻的种间竞争关系时发现，青岛大扁藻对磷的需求量较高，而较低的磷浓度对牟氏角毛藻生长更为有利。研究表明，亚心形扁藻最佳氮磷比为17，牟氏角毛藻最佳氮磷比为 28或23，而波吉卵囊藻的最适NO-N 和 PO-P 浓度分别为 11.32和1.29 mg/L。该试验中用西施舌代谢物培养4种单胞藻，其对湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻的促生长作用明显优于亚心形扁藻和波吉卵囊藻，这说明亚心形扁藻和波吉卵囊藻对营养物质的需求量大于湛江等鞭金藻和牟氏角毛藻，与上述学者的研究结果相一致。

滤食性贝类通过摄食水体中的浮游植物、有机碎屑等作为主要食物来维持自身的生长和繁殖，对水体起到净化作用；其排泄物能对浮游植物的繁殖和生长起促进作用，也有可能对水体造成污染。由于养殖种类、密度、方式及养殖海域的特性不同，关于贝类对生态环境的影响有不同的结果。 因此，在贝类养殖时养殖密度要合理，防止因密度过大引起的海域富营养化，从而导致浮游植物大量繁殖。