主要环境因子对克氏原螯虾生长发育的影响研究进展

2023-02-20赵明光冯广朋陈建华王海华张燕萍徐维康

江西水产科技 2023年6期

赵明光，冯广朋*，陈建华，王海华，张燕萍，徐维康

(1.江西省水产科学研究所，江西南昌 330039； 2.江苏海洋大学海洋科学与水产学院，江苏连云港 222005； 3.中国水产科学研究院东海水产研究所，上海 201306)

克氏原螯虾(Procambarusclarkii)俗称小龙虾，属节肢动物门、甲壳纲、十足目、螯虾科[1]。上世纪30年代初，克氏原螯虾从日本引进至我国，因其生长快、适应性强、食性广等生物学特性以及市场对其日益增加的需求量，现已成为我国最具发展潜力的养殖对象之一[2]，野生克氏原螯虾主要集中在我国长江中下游地区的江河湖泊等天然水体中[3]。现阶段，我国克氏原螯虾的养殖模式呈现出以稻-虾综合养殖模式为主，池塘养殖、藕虾混养为辅的格局[4]。在实际生产中，极端天气、水稻种植过程中过度施肥及施药等非生物因素会直接或间接地影响克氏原螯虾生长环境的稳定性，使其抗风险能力减弱，影响克氏原螯虾正常的生长发育及存活率[5]。

水是支撑水生动物生命活动的基础，水环境中各种非生物因子的变化会影响其正常的生长、发育、行为等生命活动[6，7]。克氏原螯虾作为一种典型的变温动物，其对生长环境的变化非常敏感，各种环境因子变化都会影响其正常的生命活动[8]，所以维持水环境中各种环境因子稳定是保证其正常生命活动的前提。本文就三种理化因素(温度、盐度、pH)和两种环境污染物(氨氮、亚硝酸盐)对不同发育阶段克氏原螯虾的生长、生理代谢、免疫功能、摄食情况、行为特征等方面的影响进行综述，以期为克氏原螯虾健康养殖及资源合理利用提供参考。

1 温度对克氏原螯虾生长发育和代谢活动的影响

环境温度是影响水生生物生长发育的重要因素之一，水温变化会直接导致水生生物的多种生理应激反应[9]，并进一步影响其生长、摄食、蜕皮、消化代谢功能等[10，11]。大量研究表明，水温为23℃时，克氏原螯虾幼虾的存活率最高，可达100%。水温为25℃能够有效缓解克氏原螯虾早熟，并且其所摄取的能量能最大限度地用于生长[12]。26℃是其生长发育的最适温度，该温度下，幼虾的体长与体重增长速度最快，并且能够保持较高的存活率[13]。水温高于28℃时，幼虾正常的生命活动会受到抑制，并造成较高的死亡率[14]。同时，高温刺激是一种潜在的有害刺激[15]，水温高于31℃时，克氏原螯虾幼虾的存活期较短，仅为3～4周[16]。成年克氏原螯虾对温度的耐受能力较强，其适宜生长温度为24～30℃，耐受范围为0～38℃[17]。

Jin S等[18]通过研究水温对克氏原螯虾繁殖能力的影响得出，克氏原螯虾胚胎发育的最适温度为25℃；水温为21℃和25℃时，雌性克氏原螯虾繁殖产量及产卵率均显著高于其他温度处理组；水温为29℃和33℃时，雌性克氏原螯虾从交配到产卵的时间显著缩短。刘永鑫[19]等发现在温度范围为19～28℃内，克氏原螯虾胚胎发育速率及孵化时间均随温度上升而加快，而胚胎孵化率随温度上升呈现“先升高后下降”的趋势。而韩晓磊等[20]研究表明，在10～30℃范围内克氏原螯虾亲虾的抱卵率随温度上升呈现“先升高后下降”的趋势，并在25℃时达到峰值。其抱卵亲虾的孵化率及幼体孵化时间与温度成正相关关系。温度被认为是影响克氏原螯虾蜕壳的主要环境因子之一[21]，A.Sogorb[22]等发现随着温度升高，克氏原螯虾幼虾的平均蜕壳间隔时间缩短。Culley[23]等研究表明水温为30±1℃时，克氏原螯虾幼虾的蜕壳率显著高于20±1℃时的克氏原螯虾幼虾。

在非极端温度区间内，温度波动对克氏原螯虾摄食活动的影响较小。但水温过低时，虾体需要一部分能力维持自身基础代谢；水温过高时，长期的高温胁迫会导致虾体自身生理功能紊乱。Hunner[24]等发现水温高于30℃时，克氏原螯虾会停止摄食。倪静静[25]等发现不同温度下，克氏原螯虾对不同种类的饵料存在显著选择性。在15～30℃间，克氏原螯虾的摄食量随温度升高而增加。该结论与Croll等研究结果一致。其原因是在该温度区间内，随着温度升高，克氏原螯虾自身的代谢强度增大，对能量的需求与消耗也会增大[26]。周泽湘[13]等研究表明在23～29℃范围内，消化酶活性随温度上升而升高，并在29℃时达到峰值。邵蓬[27]等认为过低及过高的温度都会影响克氏原螯虾的消化酶活性，影响其正常的营养代谢及摄食欲望，抑制其生长发育。

水温会显著地影响克氏原螯虾的代谢及免疫能力[28]。李清松[29]等研究发现温度变化与克氏原螯虾幼虾的耗氧率、耗能率和氨氮排泄率呈正相关关系，而与克氏原螯虾幼虾的呼吸商、温度系数无显著相关性。该结论与温小波[30]等研究结果一致。Ramo[31]等发现低温可降低重金属镉、铬、汞对克氏原螯虾的急性毒性。Newsom[32]等研究表明温度能显著影响克氏原螯虾血淋巴的渗透性浓度和离子浓度。王天神[33]等通过研究不同温度对克氏原螯虾的免疫酶活性的影响发现，水温20℃时各相关免疫因子活性较高，克氏原螯虾具备较强的抗病能力。随着养殖环境温度上升，克氏原螯虾血液中酸性磷酸酶(ACP)、碱性磷酸酶(AKP)和溶菌酶(LSZ)活性均呈“先升高后下降”的趋势，分别在20、20和25℃时达到峰值；过氧化氢酶(CAT)活性呈“先升高后下降再上升”的趋势；超氧化物歧化酶(SOD)活性随温度升高而降低。Guo[34]等发现在急性热应激条件下，克氏原螯虾肠道氧化应激参数水平持续上升，肠道抗氧化基因hsp70和mt随急性热应激时间增加呈现“先升高后下降”的趋势，其相对表达量分别在6 h和24 h时达到峰值。基因fer在24 h时的相对表达量达到峰值，后持续下降。温度被认为在诱发白斑综合征病毒WSSV起着关键性作用。研究表明低水温(10±1℃)可限制克氏原螯虾体内WSSV病毒的复制并降低其发病率，但不能完全阻止病毒复制[35]。同时，Wu[36]等发现水温为24℃时，克氏原螯虾体内WSSV病毒的拷贝数在24～96 h内增加了1000倍。而水温为32℃时，其拷贝数在24～96 h内减少了近10倍，并在之后趋于稳定。

2 盐度对克氏原螯虾生长发育和代谢活动的影响

盐度是一种重要的环境因子，水体盐度变化会破坏甲壳动物自身的渗透压平衡，导致机体发生一系列生理生化反应，从而影响其正常的生长、繁殖、摄食、代谢等生命活动，严重时会导致甲壳动物死亡[37]。克氏原螯虾对盐度的安全浓度(SC)为6.00 g/L[38]。张曹进等通过研究克氏原螯虾对盐度的适应性发现克氏原螯虾能够较好的适应10以下的低盐度环境，且度变化周期是影响克氏原螯虾存活率的关键。这与李庭古[40]等研究结果一致。赵朝阳[41]等发现低盐度水体能有效缩短克氏原螯虾产卵时间并提高雌虾的抱卵率。这与宋光同[42]等提出的盐度对克氏原螯虾的繁殖效果影响不大的观点不一致。李庭古[43，44]等研究表明盐度范围0～8内，所有克氏原螯虾受精卵均可孵化，盐度10以上时，胚胎均在发育过程中死亡。并且胚胎发育时间随盐度增加而延长。

虾蟹类的蜕壳状况与打斗行为是影响其存活与正常生长发育的关键因素。Hesni[45]等发现盐度胁迫可诱导硫酸亚铁甲酯和Y-器官蜕皮甾体分泌，从而启动克氏原螯虾的蜕皮。刘栋梁[46]等通过探究不同盐度对克氏原螯虾蜕壳死亡的影响发现，盐度水平9以下，克氏原螯虾未出现因蜕壳导致死亡的个体。并且克氏原螯虾的蜕壳率和蜕壳死亡率与盐度呈正相关关系。高盐度水体中克氏原螯虾需消耗自身更多的能量以维持自身渗透压平衡导致其出现不活跃、反应迟钝[47]。陈翔宇[48]等通过研究盐度对克氏原螯虾打斗行为的影响发现高盐度水体中克氏原螯虾的打斗时间占比与次数均显著低于低盐度水体。刘国兴[49]等发现，盐度变化会显著影响克氏原螯虾的摄食量、摄食时间及运动比率。

盐度对克氏原螯虾的呼吸代谢和免疫能力均会产生显著影响。李庭古[50]等发现低盐度水平(<6)对克氏原螯虾的代谢率无影响；当盐度水平>8时，克氏原螯虾的耗氧率和排氨率均显著增加。而慕峰[50]等发现克氏原螯虾的耗氧率、CO2排出率和排氨率随盐度上升均呈现“先升高后下降”的趋势，并在盐度水平6时达到峰值。乔雁冰[52]等发现低盐环境能够激活克氏原螯虾机体的抗氧化酶系统以增加机体对盐度胁迫的抵抗能力，而高盐环境会抑制克氏原螯虾抗氧化酶的活性导致其抗氧化能力降低，并且盐度环境也会导致机体细胞出现免疫损伤，进而降低机体的抗病能力，张龙岗[53]等研究表明环境盐度发生变化时，克氏原螯虾会通过改变Na+/K+-ATPace活力以调节机体渗透压平衡。郭春雨[54]等发现克氏原螯虾鳃中Na+/K+-ATPace活力随盐度增加而升高。Gao[55]等发现环境盐度升高会导致克氏原螯虾鳃和肾脏中PMCA3和NCX的表达量升高。

3 pH对克氏原螯虾生长发育和代谢活动的影响

水体pH异常会刺激水生动物产生应激反应，当刺激强度过大或持续时间过长时，会影响机体正常的生长发育，严重时会导致水生动物代谢紊乱，抗病能力下降甚至死亡[56]。克氏原螯虾生长发育的最适pH范围为6.5～7.5，pH超过正常范围时都会直接或间接地伤害克氏原螯虾。France[57]等通过研究3个发育阶段克氏原螯虾对不同pH的耐受性比较发现，发育周期越长的克氏原螯虾对低pH的耐受性越强，并且在相同pH条件下存活的时间越长。Yue[58]等研究表明中性pH(7.8)时，克氏原螯虾幼虾的存活率、体重增加量、体长增加量、蜕皮效率最高，而在低pH条件下，幼虾的蜕皮率较低。并且幼虾蜕壳后角质层硬化时间比中性pH条件下的硬化时间更长。Malley[59]等研究发现酸性条件会抑制克氏原螯虾对Ca2+的吸收，导致机体含Ca2+量减少，而碱性条件可促进其吸收Ca2+；并且酸性水体中Cd2+会富集在克氏原螯虾的鳃中，同时影响其甲壳中Mg2+浓度。

水体pH异常会直接影响浮游动植物的生长与存活，从而间接影响克氏原螯虾的食物来源，同时也会影响克氏原螯虾的食欲。倪静静[60]等通过研究不同pH条件对克氏原螯虾摄食行为的影响发现克氏原螯虾对三种饲料(玉米、配合饲料、鱼肉)的摄食量随着pH升高呈现“先升高后下降”的趋势，中性环境更有利于克氏原螯虾摄食，而偏酸或偏碱性环境均会影响克氏原螯虾正常的摄食活动。Uiska[61]等发现低pH可能会改变化学刺激物或化学感受器的结构，进而降低克氏原螯虾的摄食反应及选择。Allison[62]等研究表明当pH值为4.5时，克氏原螯虾对食物的化学感受和处理化学信息的正常中枢都会受损并导致其对食物的反应能力降低，并且这种损伤是不可逆的。

水体pH异常会破坏克氏原螯虾自身的免疫系统进而影响机体修复，导致其无法有效地抵抗疾病，并加速克氏原螯虾的死亡[63]。朱毅菲[64]等通过研究pH对克氏原螯虾血清酚氧化酶活力的影响发现，在pH 3.0～10.0范围内，克氏原螯虾血清酚氧化酶活力及稳定性随pH升高呈现“先升高后下降”的趋势，并在中性pH(7.0)达到峰值。郭春雨[54]等研究发现酸碱环境均会抑制克氏原螯虾鳃中Na+/K+-ATPace活力，并且碱性条件能表现出更强的抑制效果。陶易凡[65]等通过研究低pH对克氏原螯虾鳃及肝胰腺酶活力及组织结构的影响发现，克氏原螯虾96 h的pH半致死浓度(LC50)为3.675，低pH胁迫下克氏原螯虾鳃LDH活力与肝胰腺MDA含量持续上升，并在96 h时达到峰值，肝胰腺SOD与CAT活力随着胁迫时间延长呈现“先升高后下降”的趋势，鳃COO活力则随胁迫时间延长而持续下降，并且低pH也会对肝小管的形态结构造成损伤。田立立[66]等发现高pH急性胁迫会影响克氏原螯虾的免疫防御机制，但随着胁迫时间的延长，克氏原螯虾部分非特异性免疫及抗氧化指标逐渐恢复。郝晨光[67]等通过研究不同pH对克氏原螯虾WSSV增殖的影响发现短期胁迫对克氏原螯虾体内WSSV增殖的影响不明显，但随着胁迫时间延长，pH越低，克氏原螯虾体内WSSV增殖速度越快。

4 氨氮对克氏原螯虾生长发育和代谢活动的影响

水体中氨氮主要来源于水生动物代谢产物的排泄以及粪便、残饵等含氮有机物的氨化作用[68]，并在水体中以离子氨和非离子氨两种形式存在[69]，其中非离子氨会影响动物血液的载氧能力，是抑制水生动物正常生长发育的主要毒物[70]。氨氮对克氏原螯虾幼虾(1.0～1.5 cm)96 h半致死浓度为79.4 mg/L，安全浓度为7.94 mg/L；非离子氨96 h半致死浓度为1.91 mg/L，安全浓度为0.19 mg/L[71]。

水体中氨氮发生变化时，克氏原螯虾的行为就会受到影响。刘莎[72]等发现在氨氮暴露初期，克氏原螯虾会出现狂躁不安、迅速逃逸和间歇性痉挛等症状，随着暴露时间增加，克氏原螯虾的体色发生变化、行为迟钝，最终导致死亡。芦光宇[73]等通过研究氨氮对克氏原螯虾摄食行为的影响发现，克氏原螯虾的摄食量、摄食频次与摄食时间随氨氮浓度升高而下降。陈婷[74]等发现水体氨氮浓度接近或略高于克氏原螯虾的安全浓度时，克氏原螯虾对清水环境存在显著偏好性；当水体氨氮浓度远大于安全浓度时，过高的氨氮水平会影响克氏原螯虾的行动与感知能力，其对不同水环境的选择性无显著性差异。Edwards[75]研究表明氨氮浓度和作用时间与克氏原螯虾的打斗时间和频次具有显著相关性。

氨氮通过影响克氏原螯虾机体代谢与免疫能力，使其抗病能力下降，严重时会造成克氏原螯虾大量死亡。Jiang[76]等研究表明氨氮对克氏原螯虾的致死毒性可能与抗氧化系统的逐渐功能障碍和Na+/K+ATP酶活性导致抗氧化系统和渗透压调节有关。芦光宇[77]等通过研究不同氨氮水平对克氏原螯虾抗氧化能力的影响发现，同一氨氮水平下，克氏原螯虾肝胰腺中SOD、CAT、MDA活性随胁迫时间延长呈现“先升高后下降”的趋势；同一胁迫时间下，克氏原螯虾肝胰腺中SOD、CAT活性随氨氮水平升高呈现“先升高后下降再上升”的趋势。朱毅菲[64]等发现克氏原螯虾溶菌酶(LSZ)、PO活性随胁迫时间延长呈现“先升高后下降”的趋势，ACP、ALP活力随胁迫时间延长而升高。郝晨光[67]等通过研究氨氮对克氏原螯虾体内WSSV病毒增殖的影响发现，高浓度氨氮会促进克氏原螯虾体内WSSV病毒的增殖并损伤鳃丝的正常生理功能，导致克氏原螯虾的死亡率升高。Wang[67]等发现在氨氮胁迫下，克氏原螯虾会通过降低自身尿酸代谢和提高AMP脱氢以清除机体中多余的氨，同时会促进组织蛋白酶和Cyt-C基因的表达，加速克氏原螯虾的细胞凋亡。

5 亚硝酸盐对克氏原螯虾生长发育和代谢活动的影响

水体中的一些含氮物质在亚硝化细菌的作用下与一些金属离子相结合形成亚硝酸盐，是水体中重要的有毒物质之一[79]。亚硝酸盐对克氏原螯虾的毒性很强，其会通过鳃进入克氏原螯虾体内并降低血液的载氧能力，影响离子水平调节和心血管功能，导致应激反应，生长迟缓、各种器官受损、细菌或寄生虫病耐受性降低，严重时会导致克氏原螯虾死亡[80，81]。亚硝酸盐对克氏原螯虾幼虾(0.95～1.06 cm)96 h半致死浓度为15.19 mg/L，安全浓度为1.52 mg/L[82]；对成虾(6.91±0.41 cm)96 h半致死浓度为35.70 mg/L，安全浓度为12.32 mg/L[83]。

亚硝酸盐胁迫会影响克氏原螯虾免疫系统的反应强度。Kozák[84]等发现氯化物能显著降低克氏原螯虾对亚硝酸盐的应激反应。钟君伟[83]等通过研究亚硝酸盐对克氏原螯虾成虾抗氧化酶活性影响发现，亚硝酸盐浓度为12 mg/L时，克氏原螯虾肝胰腺T-SOD与CAT活性均显著低于对照组，而ACP、AKP活性随胁迫时间延长呈现“先升高再下降后平缓”的趋势，并在12 h时达到峰值，24 h时恢复至对照水平。Jiang[85]等通过研究亚硝酸盐对克氏原螯虾代谢酶和抗氧化酶基因表达的影响发现，胁迫初期，克氏原螯虾代谢酶及抗氧化酶基因的表达量持续升高，48 h后，长时间胁迫导致克氏原螯虾机体防御系统崩溃，其代谢酶和抗氧化酶基因的表达受到抑制，基因表达量下降。Zhang[86]等发现亚硝酸盐对克氏原螯虾的毒性效应与其浓度和作用时间存在强烈的相关性，在胁迫初期，亚硝酸盐对克氏原螯虾免疫系统的影响较小，随着胁迫时间延长，高浓度的亚硝酸盐会抑制肝胰腺中GBP与血细胞中溶菌酶的表达。Guo[87]等通过研究亚硝酸盐对克氏原螯虾肠道微生物组成的影响发现，亚硝酸盐胁迫会导致克氏原螯虾肠道微生物组成发生改变，增加机会菌和致病菌在肠道内根植的机会。郝晨光[67]等通过研究亚硝酸盐对克氏原螯虾体内WSSV增殖的影响发现，在胁迫初期，亚硝酸盐会通过影响克氏原螯虾机体正常的生命活动加速体内WSSV病毒增殖，而亚硝酸盐的持续胁迫会激活克氏原螯虾机体免疫系统，抑制WSSV病毒增殖，降低克氏原螯虾的死亡率。