光照度和水温对克氏原螯虾幼虾标准代谢率的影响

李青松，范文浩，王 乾，阮国良,，郑维友，方 刘,

(1.长江大学动物科学学院，湖北荆州434025；2.湖北省水产产业技术研究院，湖北荆州434026)

动物的摄食、躲避敌害、繁殖等都与视觉感知相关，光照度是影响视觉感知的主要因子。养殖业可以改变光环境引导动物的行为以及生理活动，达到提高经济效益的目的。光照度会影响动物的采食、活动以及物质代谢,主要表现在对其行为、生长和生理等方面。赵年桦等研究发现，塔里木裂腹鱼()幼鱼在光照度为500 lx时摄食率和生长率均最大；狄正凯等研究发现，墨瑞鳕()在光照度为1 500 lx下生长状况及养殖收益表现最佳。不同种类的水生生物对光照度的敏感性存在差异，例如瓦氏黄颡鱼()偏好停留在光照度为0～10 lx的区域，而鲢()没有表现出对某一光照度的喜好。光照度作为环境因子对甲壳动物的生长发育也具有重要影响，在红岩龙虾()叶状幼体Ⅰ期，拟穴青蟹()等研究中发现，在养殖过程中使用低光照度可以显著提高其生长速度。

水生动物作为变温动物，特别容易受到环境温度变化的影响。环境温度变化会对其生长、代谢、发育等产生影响。水生生物在进化过程中采用不同的生理策略来应对环境温度的变化，通常表现为新陈代谢速率的改变。代谢率体现了能量吸收、转化和分配的快慢，是生物学研究的基础。标准代谢率(standard metabolic rate,SMR)是指维持机体正常生理功能的最小代谢强度，是研究生物能量代谢的重要指标。

克氏原螯虾()，俗称小龙虾，隶属于甲壳纲十足目螯虾科，因其环境适应能力强、肉质鲜美、营养丰富等优点，已成为我国最受欢迎的水产品之一。近年来，随着克氏原螯虾养殖产业的发展，缺乏优质、规模化的苗种供应问题愈发凸显。研究发现，作为底栖类的克氏原螯虾对光照环境较为敏感；温度也显著影响克氏原鳌虾胚胎发育和幼体发育时间。目前，有关小龙虾光照度及光照度与温度交互作用相关研究尚未见报道。因此，本研究比较了不同光照度和温度条件下克氏原螯虾幼虾的耗氧率、氨氮排泄、温度系数等指标的变化，以期为克氏原螯虾苗种培育期间水位控制和室内养殖环境因子设置提供基础数据，同时为小龙虾养殖生态学研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验虾来源及驯化

克氏原螯虾购买于荆州市荆州区万金小龙虾养殖专业合作社，将其放入实验室有遮蔽物的水族箱(0.8 m×0.5 m×0.4 m,160 L)内暂养2周。暂养期间，每日换水量为暂养水体积的1/3，养殖用水为曝气7 d的自来水，充气泵增氧使水体溶氧>5 mg/L。每天早晚(9:00，21:00)饱食投喂商业沉性膨化饲料(蛋白质≥30%、脂肪≥3%、粗灰分≤22%、粗纤维≤10%，荆州海大饲料有限公司)，投喂2 h后用虹吸法清除缸底残饵和粪便。

1.2 实验设计

实验温度设置：18、22、26和30 ℃四个温度梯度，每个温度条件下设置的光照度分别为1 000、500、0 lx。每个温度下的光照度处理组分别设置3个重复和一个不放虾的空白对照(用于校正水呼吸)。实验用恒温水浴的方式控制水温，用不透明黑色塑料薄膜遮挡和控制照明灯管远近调节光照度，分别用温度计和照度计(深达威SW-582型)校准。

1.3 实验方法与指标测定

实验期间小龙虾暂养水温为(20.0±0.2) ℃。暂养结束后，控制加热棒开关与温度，从初始水温20 ℃，以每天上升或下降2 ℃直到实验设定温度，达到设定温度后，为保证克氏原螯虾胃肠道完全排空，停食48 h。

实验开始后，挑选附肢健全、体重相近(2.0±0.3) g的克氏原螯虾作为实验对象。每10尾虾为一组放入2 000 mL(长20 cm×宽20 cm×高5 cm，2 L)的液体石蜡密封的塑料密封盒中。整个实验过程小心操作，实验中保持实验室环境安静。实验持续时间为1 h，根据实验前后水中溶解氧、氨氮浓度(NH-N)和二氧化碳(CO)的变化，计算虾的耗氧率、NH-N排泄率和CO排出率。溶解氧采用溶氧仪测定(HQ30d，美国哈希公司)，CO测定采用NaOH滴定法测定，NH-N用奈氏比色法进行测定。

耗氧率、CO排出率、NH-N排泄率均按照以下公式计算：

R=(B-B)V/WT

式中：R：耗氧率、CO排出率、NH-N排泄率；B：试验结束后空白对照组的溶氧、CO和NH-N的浓度；B：试验结束后试验组的溶氧、CO和NH-N的浓度；W：一组虾的湿体重(g)；T：代谢时间(h)；V：密封盒中水的体积(L)。

温度系数(Q)按照以下公式进行计算：

Q=(Rate/Rate)10/(T-T)

式中：Rate、Rate分别为温度T、T时的耗氧率；T、T是用于测定耗氧率的温度且T大于T。

能源物质(代谢底物)供能比根据蛋白质、糖类和脂肪的能量值、氧热价和实测的呼吸商、耗氧率、NH-N排泄率进行计算。

1.4 数据分析

用Excel 2003对所有实验数据作常规处理，然后采用SPSS 20.0软件进行统计分析。采用单因素方差分析(ANOVA)进行分析，结果以平均值±标准差表示，并采用邓肯法进行组间多重比较，<0.05认为有显著差异。

2 结果分析

2.1 光照度和温度对克氏原螯虾耗氧率、CO2排出率、NH3-N排泄率的影响

不同光照度和温度对克氏原螯虾耗氧率、NH-N排泄率的影响见表1。实验结果分析发现，在设定的温度下，克氏原螯虾耗氧率(R)随光照度的增大而减小；而在设定的光照度下，R随温度升高而显著增大；在实验设定条件下R与温度的关系可表示为：R=0.134 5e(=0.866 2,=48,<0.01)。在设定的温度下，NH-N排泄率(R)与光照度无显著相关性；而在设定的光照度下，R随温度升高而显著增大，在实验设定条件下R与温度的关系可表示为：R=2.380 7e(=0.933 6,=48,<0.01)。

2.2 光照度和温度对克氏原螯虾氧氮比、呼吸商、耗能率及能源物质供能比的影响

不同光照度和温度对克氏原螯虾氧氮比、呼吸商的影响如表1所示。实验结果发现，光照度和温度对克氏原螯虾氧氮比、呼吸商的无显著性影响。不同光照度和温度对克氏原螯虾耗能率及蛋白质、脂肪、糖供能比见表2。在设定的三个光照度下，随着温度升高，克氏原螯虾的耗能率显著增大；光照度和温度对供能比的影响没有显著相关性，但克氏原鳌虾幼虾在不同光照度和温度下，碳水化合物的供能比较大。

表1 幼虾在不同温度及光照度条件下的耗氧率、CO2排出率、NH3-N排泄率以及氧氮比、呼吸商Tab.1 Oxygen consumption,CO2 Production,NH3-N excretion,the ratio of oxygen to nitrogen,respiratory quotient in the juvenile shrimp under different temperature and illuminance conditions

表2 幼虾在不同温度及光照度条件下的耗能率、蛋白质脂肪碳水化合物供能百分比Tab.2 Energy consumption rate and energy supply percentage of protein,fat and carbohydrate of juvenile shrimp under different temperature and illuminance

2.3 光照度和温度对克氏原鳌虾幼虾Q10的影响

Q计算结果见表3。光照度和温度均会影响Q值，Q值随着光照度的增强而逐渐减小，且不受温度条件的影响；在实验设置条件下，最小Q值出现在18～22 ℃、光照度为1 000 lx。

表3 幼虾在不同温度及光照度条件下的Q10Tab.3 Q10 values of juvenile shrimp under different temperature and illuminance conditions

3 讨论

研究发现，在适宜的温度下，虾蟹类的耗氧率和氨氮排泄率随着温度的升高而增加。本实验结果显示，在一定的光照度条件下，温度变化与克氏原螯虾幼虾的耗氧率和氨氮排泄率呈正相关，这与粉红虾()、鞭藻虾()、日本对虾()、中国对虾()及罗氏沼虾()等研究结果一致，这些结果均表明温度对虾类基础代谢活动具有显著性影响。NH-N排泄率与温度的关系与耗氧率和温度的关系相比，NH-N排泄率与温度的关系式(R=e)中指数b的数值较大，说明NH-N排泄率更容易受到温度的影响。

光照度是影响虾类活动的重要因素，例如：中国对虾和宽沟对虾()通常在夜间活动，低光照度也会刺激克氏原螯虾离开洞穴。本研究发现，克氏原螯虾的耗氧率随光照度的增加而减小，这与日本对虾的研究结果相似。虽然克氏原螯虾对光照度没有较强的选择性，但强光照条件显著影响其行为活动，这与本实验观察到强光照(1 000 lx)条件下幼虾活动显著减弱的结果一致。克氏原螯虾在有光照条件下耗氧率降低，可能与行为活动速率下降有关。除此之外，光照度还影响虾的繁殖、存活等。研究发现食物资源丰富条件下，SMR与生长率呈正相关。因此，本实验根据SMR(因其计算结果与耗氧率相同，实际数值参照耗氧率)预测克氏原螯虾幼虾在0 lx光照度下最适合生长，这与红岩龙虾的叶状幼体Ⅰ期、拟穴青蟹和中国对虾等甲壳类动物在低光照度下生长速度较快的研究结果相近。

耗氧量与排氮量的原子比称为氧氮比，氧氮比在确定水生动物氧化代谢底物中被广泛应用，根据氧氮比可以推算出甲壳动物能量代谢中供能物质的比例。本实验克氏原螯虾幼虾的氧氮比为16.87～32.66，说明该规格小龙虾的能源代谢物质以碳水化合物为主，脂肪和蛋白质次之。这与罗氏沼虾、日本沼虾()和脊尾白虾()幼虾等以碳水化合物为能量代谢主要供能物质的研究结果一致。本实验发现，氧氮比与水温和光照度变化无显著相关性，这与罗氏沼虾亲虾的氧氮比随温度的上升而减小的研究结果不同，这可能是由于生长阶段、规格大小不同所导致。温小波等研究发现，当温度在25～30 ℃时，克氏原螯虾的氧氮比随着体重的增加而增大；在最适温度条件下，规格大小不同的日本沼虾和罗氏沼虾氧氮比也不同。由此可见，虾类的规格大小对氧氮比影响较大。除此之外，甲壳动物氧氮比还受日粮中蛋白质源和碳水化合物水平等的影响。

温度系数(Q)是反映由环境温度改变引起的代谢率变化，是衡量水生动物代谢能力的有力指标。最低Q值出现在合适的温度范围内，Q值在最佳温度的两侧增大；超过一定温度范围后，Q值在温度的两端都减小。本实验发现，在18～22 ℃下，Q值均较小，表明在此条件下温度变化对幼虾耗氧率影响较小；在22～26 ℃、0 lx光照度下Q值最大，表明在此范围内温度变化对幼虾耗氧率影响较大。本实验认为在26～30 ℃的Q值比22～26 ℃的Q值小，是由于温度超出最佳温度范围所致。在之前的研究中已经得到证实，根据最低的Q值估算的温度接近研究水生动物最适生长温度。实验以最低Q值进行估算体重为(2.0±0.3) g的克氏原螯虾的最适生长温度范围为18～22 ℃，这与克氏原鳌虾生物信息学研究结果相近。此外，WYBAN等研究发现南美白对虾()的最适生长温度与虾的体重相关。因此，不同规格的克氏原螯虾最适生长温度也可能不同。

综上所述，本实验根据耗氧率和Q值推测出，体重为(2.0±0.3) g的克氏原螯虾在温度18～22 ℃、光照度为0 lx条件下最适合其生长。