黄色伪角毛虫和扇形游仆虫对盐度的适应性

吕湘琳，齐红莉，石雪，刘家乐

（天津农学院水产学院，天津市水产生态及养殖重点实验室，天津 300384）

气候变化可以改变环境因素，如水生生态系统的盐度、温度和溶解氧含量等[1]，特别是盐度易受气候变化的影响[2]。盐度变化可直接或间接影响水生生物的存活、生长和繁殖[3-5]，导致水生态系统中特定物种、种群动态和群落组成发生变化[6]。许多研究表明，盐度胁迫可导致水生生物生理功能改变[7-10]。了解生物体响应和适应新盐度的机理是探索由盐度引起的生理、生态响应的研究重点。

原生动物纤毛虫是微型生物食物环中的重要一环，了解原生动物对盐度变化的响应，对于预测环境变化对生态系统的影响至关重要[11]。原生动物易于培养，生命周期短，没有复杂的发育阶段，除了在生态研究中发挥了重要作用外，利用原生动物纤毛虫作为模式生物进行实验生态学研究的优势也日益得到认证[12-14]。

本试验所用的黄色伪角毛虫（Pseudokeronopsis flava）属于多膜纲，腹毛目，伪角毛虫属，是一种较为少见的大型海洋纤毛虫[15]。目前对其研究多集中在分类和细胞发生等方向[16]，而生态学研究较少。扇形游仆虫（Euplotes vannus）属于多膜纲，游仆目，游仆虫属，是一种常见的趋底性纤毛虫，被广泛应用于生态毒理学研究[17，18]。黄色伪角毛虫和扇形游仆虫均可作为水质检测的潜在生物指示物[19]。本试验通过研究黄色伪角毛虫和扇形游仆虫对盐度变化的适应性，旨在丰富黄色伪角毛虫和扇形游仆虫的基础生物学资料，并为检测海水侵蚀和海水淡化提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 虫体的来源和驯化

试验用扇形游仆虫和黄色伪角毛虫均来自中国海洋大学原生动物细胞库，在11 ℃下保种。在（25±1）℃下，用盐度为30 的灭菌人工海水，以米粒喂食，分别对虫体进行单克隆培养。将在盐度30下培养的黄色伪角毛虫和扇形游仆虫分别接种于10～70 盐度的人工海水中培养。针对过高和过低盐度的黄色伪角毛虫和扇形游仆虫，采用缓慢过渡方式逐个盐度驯化[20]。

1.2 方法

试验人工海水盐度梯度分别：10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65 和70。由蒸馏水与海水晶（中盐工程技术研究院有限公司）按照一定比例配制而成。配置好的海水用0.2 μm 的针孔滤膜抽滤，随后用高温灭菌锅灭菌，冷却后备用。

试验在六孔培养板中进行，每个处理组的海水体积为3 mL，虫体密度为10 ind.·mL-1，设3 个平行，每24 h 观察计数一次不同盐度下两种纤毛虫种群生态学变化。从每组随机挑取30 只虫体，测量其体长和体宽，以观察记录各盐度下虫体的形态差异。

1.3 数据分析

使用Excel 2016 做图，这两种纤毛虫在不同盐度下的种群生长模型使用修正的Logistic 模型（式1）建立，并在Origin 2018 中实现[21]，以估计每种盐度下每个种群的最大比生长速率（式2）、停滞期的持续时间（式3）。

式中：N0（ind.·mL-1）为初始种群密度，Nt（ind.·mL-1）为时间t 时的种群密度，μmax[lg（ind.·d-1）]为最大比生长速率，λ（d）为停滞期时间，xc为达到μmax所需的时间，k 为xc时的相对生长速率，a 为稳定期种群数量与初始种群数量的差值[22]。

2 结果与分析

2.1 黄色伪角毛虫和扇形游仆虫在不同盐度下的种群动态

不同盐度下，黄色伪角毛虫和扇形游仆虫的种群生长曲线符合逻辑斯蒂增长曲线，即存在停滞期和指数生长期，稳定期不明显（图1-a，b）。随着盐度的升高这两种纤毛虫的种群峰值均出现在35 盐度组，黄色伪角毛虫的种群密度最低值出现在70 盐度组，而扇形游仆虫则出现在65 盐度组。

图1 不同盐度下纤毛虫的生长曲线Fig.1 Growth curves of the ciliates exposed to different salinities

两种纤毛虫的种群生长Logistic 曲线拟合结果如图2 所示。黄色伪角毛虫的Logistic 曲线在所有盐度下拟合情况良好；在高盐度下扇形游仆虫的Logistic 曲线结果较差，因此盐度50～70 组使用前5 d 数据进行拟合。

图2 不同盐度下纤毛虫的Logistic 曲线拟合Fig.2 Logistic model fitting of the ciliates exposed to different salinities

两种纤毛虫的比生长率和停滞期时间如图3所示。在低盐度下，随着盐度升高，黄色伪角毛虫的最大比生长率逐渐升高，在40 盐度组中达到峰值；然而在高盐度组，黄色伪角毛虫的最大比生长率随着盐度的升高下降，最低值出现在70 盐度组。随着盐度变化，扇形游仆虫的最大比生长率总体上也呈现先上升后下降的趋势。扇形游仆虫的最大比生长率的峰值出现在40 盐度组，最低值在55 盐度组。

图3 不同盐度下纤毛虫的最大比生长率（μmax）和停滞期（λ）Fig.3 Maximum growth rates（μmax）and lag phases（λ）of the ciliates exposed to different salinities

随着盐度升高，黄色伪角毛虫的停滞期逐渐增长，在低盐度组停滞期增加较缓慢，高盐度组，停滞期时间增加迅速。在10 盐度组黄色伪角毛虫的停滞期为1.19 d，40 盐度组停滞期增加到1.57 d，增加了32.17%，而70 盐度下黄色伪角毛虫的停滞期为3.02 d，相较于10 盐度组，增加了154.98%。扇形游仆虫的停滞期在低盐度组随着盐度升高逐渐下降，在高盐度组，则随盐度升高而升高（除65 盐度处理组外）。

2.2 黄色伪角毛虫和扇形游仆虫在不同盐度下的细胞形态变化

盐度明显影响黄色伪角毛虫的细胞大小（图4）。在盐度由55 向60 变化时，黄色伪角毛虫的长、短轴长度明显下降，分别下降68.17%和69.26%；黄色伪角毛虫的长宽比在盐度高于45 时明显下降，细胞形状发生变化（图6），在高盐度培养下，黄色伪角毛虫虫体缩皱（图5-i、j），盐度升高到60 之后，黄色伪角毛虫的游动速度减慢甚至停止（图5-k），在盐度70 下，虫体变为圆形、梭形或其他不规则形状（图5-m）。

图4 盐度对黄色伪角毛虫细胞形状的影响Fig.4 Effect of salinity on the cell shape of ciliate P.flava

图5 盐度对黄色伪角毛虫细胞形态的影响Fig.5 Effect of salinity on cell morphology of ciliate P.flava

图6 盐度对扇形游仆虫细胞形状的影响Fig.6 Effect of salinity on the cell shape of ciliate E.vannus

盐度对扇形游仆虫的细胞大小影响如图6。盐度由55 向60 变化时，扇形游仆虫的长、短轴长度分别下降了69.88%和72.01%，但长宽比随着盐度变化不明显。盐度对扇形游仆虫的细胞形态影响如图8。在盐度为70 的培养条件下，虫体变为圆型（图7-m）；盐度升高至65 后，扇形游仆虫的游动速度减慢甚至停止游动；食物泡逐渐扩大直至充满整个虫体，使虫体的颜色也发生改变（图7-l、7-m）。

图7 盐度对扇形游仆虫细胞形态的影响Fig.7 Effect of salinity on cell morphology of ciliate E.vannus

3 讨论

3.1 纤毛虫对盐度的耐受及适应性机制

盐度是影响浮游生物生存的重要理化因子之一，在自然条件下，生物体内渗透压必须保持稳定。然而，随着盐度变化，生物体需要调节自身以维持渗透压平衡。Kaneshiro 等[23]研究发现，降低外部渗透压导致纤毛虫细胞内游离氨基酸减少，提高外部渗透压导致纤毛虫细胞内游离氨基酸增加；Weinisch 等[24]发现，甘氨酸甜菜碱（GB）和四氢嘧啶（Ect）是纤毛虫渗透压调节的主要相容性溶质，与外界渗透压变化呈正相关。然而，生物体对渗透压的调节有一定限度，超过生物体的调节限度，会逐渐失水死亡[4]。在高盐度或低盐度环境下纤毛虫的丰度明显降低[25,26]。本试验中，黄色伪角毛虫和扇形游仆虫在10～70 盐度下均可生存，盐度适应性较广。

3.2 盐度对纤毛虫种群生长的影响

本研究中，不同盐度下黄色伪角毛虫和扇形游仆虫的种群生长曲线符合逻辑斯蒂增长模型。在低盐度下（10～40）黄色伪角毛虫的最大种群密度以及最大比生长率均随着盐度的升高而增高，而高盐度（45～70）下黄色伪角毛虫的最大种群密度以及最大比生长率均随着盐度的升高而下降，最适生长出现在盐度35～40。扇形游仆虫的最大种群密度随着盐度变化呈先上升后下降的趋势，最大比生长率在高盐度下无明显变化，最适生长盐度为30～40，升高盐度均抑制黄色伪角毛虫和扇形游仆虫的种群生长。Joshi[27]研究发现，盐度在5～35 之间，随着盐度变化褶皱臂尾轮虫（Brachionus plicatilis）的最大种群密度也呈现先上升后下降的趋势；卞伯仲等[28]将盐蚕豆虫（Fabrea salina）接种到35～120 盐度的海水中，发现盐蚕豆虫的最大种群密度总体上先升后降，在盐度100 达到峰值。这与本研究的结果基本一致，推测是由于盐度变化导致渗透压改变，而高渗产生渗透压梯度，降低了细胞的相对含水量，留下高度浓缩的细胞质，严重时会导致细胞中核酸、蛋白质和其他大分子变性并失去其功能，破坏细胞膜系统的通透性[24]，影响扇形游仆虫和黄色伪角毛虫正常的代谢活动。而张立坤等[29]研究发现，贪食迈阿密虫（Miamiensis avidus）在盐度5～40 范围内，种群增长率没有明显变化，盐度高于40 时，贪食迈阿密虫的种群增长率下降，盐度60 时负增长。这与本研究结果不同，推测是不同纤毛虫对盐度的耐受性不同。

纤毛虫在进行二分裂前通常存在一个较短的停滞时期，这是纤毛虫种群对外界环境变化的一种生态策略[30]。不同的初始密度、食物、盐度、温度等条件下，纤毛虫的种群生长状态变化很大。Melo 等[31]发现，温度的增高会延长嗜热四膜虫（Tetrahymenathermophila）停滞期。本研究中，盐度40～70 组的黄色伪角毛虫的停滞期明显上升，推测是高盐度对黄色伪角毛虫的种群生长产生了抑制作用，推迟了黄色伪角毛虫进入指数生长期的时间；扇形游仆虫则随着盐度变化，停滞期呈先下降而后上升的趋势（除65 盐度组外），推测是低盐度和高盐度抑制了扇形游仆虫的生长。扇形游仆虫相较黄色伪角毛虫对环境变化更敏感，适合作为预测环境变化的指示生物。本研究结果进一步证明了滞后期在生物种群动力学中及在环境变化响应中的重要性。

3.3 盐度对纤毛虫细胞形态的影响

黄色伪角毛虫在正常的生活条件下活体大小约150～240×40～60 μm，虫体柔软，基本呈细长带状，前后端略细缩，长宽比约为4∶1。扇形游仆虫在正常的生活条件下的虫体长约90～40 μm，通常为具有棱角的长方形（而非卵圆形），在营养充足时虫体常变形为阔椭圆形。本研究中，黄色伪角毛虫在高盐度培养下，虫体明显缩小变形，体长缩短，长宽比下降；扇形游仆虫在高盐度下虫体缩小，虫体长短轴均下降。李佳佳[32]研究发现，暗纹东方鲀（Takifugu obscurus）鳃丝上氯细胞在盐水处理组中发生细胞皱缩的现象。宫钰莹[33]分析了盐度对于杜氏藻（Dunaliella salina）细胞形态的影响发现，低盐渗透胁迫下细胞迅速增大，而高盐渗透胁迫下细胞会迅速变小。王梅等[34]研究了拟伍氏游仆虫（Euplotes parawoodruffi）对渗透压的适应与调节，发现在盐度5 和45 的培养条件下，拟伍氏游仆虫会出现短暂的休克现象和虫体的变形、膨胀。这些研究结果说明，在盐度的变化时生物会通过调节自身细胞的形状来适应渗透压的变化，然而不同物种的变化不同。

3.4 结论

本研究结果表明，盐度变化会抑制黄色伪角毛虫和扇形游仆虫的种群生长，延长停滞期时间，细胞皱缩。盐度40 可作为黄色伪角毛虫和扇形游仆虫的最适宜盐度，此盐度的人工海水不仅可以用作虫体的保种，还可用作种群的扩大培养以实现在较短的时间内快速扩大种群数量。黄色伪角毛虫和扇形游仆虫对盐度变化敏感，可作为指示生物来预测盐度环境变化。