溫度對不同體質量灰海馬耗氧率、排氨率及窒息點的影響

羅輝玉 吳水清 林金波 何麗斌 陳新明 牛文標 王慶，4 鄭樂云

(1福建省水產研究所，廈門 361013； 2廈門小嶝水產科技有限公司，廈門 361103； 3華南 農業大學海洋學院，廣州 510642； 4海洋生物資源保護與利用粵港聯合實驗室，廣州 510642)

灰海馬(Hippocampuserectus)原產于美洲地區，又名線紋海馬、直立海馬，隸屬于海龍科、海馬屬[1-3]。作為一種發展前景良好的海馬養殖種類，灰海馬不僅具有生長周期短、繁殖與抗病能力強等特點，并且具有較高的觀賞和藥用價值，在水族和中藥材市場占有重要地位，是理想的養殖品種[4]。

在生物的生長、發育和繁殖過程中，呼吸代謝反映了生物體的生理、營養狀況，代謝特征和適應外界環境的能力，是能量代謝活動的重要組成部分。魚類的耗氧率和窒息點是魚類生態生理學研究的重要內容，反映了魚體代謝活動的基本生理指標、代謝特征和規律[5]，是魚類養殖和運輸過程中的重要參數。此外，魚類的耗氧、排氨能力還與體質量以及水溫、鹽度、pH等外部因素有關[6-8]。雖然灰海馬養殖技術日趨成熟，但是目前國內外的研究主要集中在其營養價值、繁殖力和飼料等方面[9-12]，對養殖及運輸過程中生態因子和生理學的研究相對較少，尤其缺少不同水溫、體質量對其耗氧率、排氨率等影響的研究。本試驗通過探究溫度對不同體質量灰海馬耗氧率、排氨率及窒息點的影響，了解灰海馬的生理活動情況、代謝規律和能量需求，初步確定日常養殖生產、水質的管理方法和養殖密度等，以期為灰海馬的人工繁殖、苗種培育及運輸提供基礎生物學資料。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本試驗在福建省水產研究所遺傳育種研究中心生態實驗室進行?；液ｑR取自廈門小嶝水產科技有限公司海馬養殖基地。挑選健康無病且生命力較強的灰海馬，按體質量分成大(L)、中(M)、小(S)3個試驗組(見表1)。

表1 試驗海馬的生物學數據

試驗灰海馬從養殖場運回實驗室后，每天提高或者降低水溫2～3 ℃，達到試驗溫度后，恒溫暫養1周后開始試驗。暫養期間，每天投喂2次冰凍糠蝦。試驗開始前24 h停止投喂，試驗期間不投餌。試驗海水鹽度為31.0±0.1，pH為8.1±0.2。

1.2 試驗方法

1.2.1 耗氧率、排氨率和窒息點的測定

耗氧率、排氨率的測定。采用靜水生態試驗法，分別設5個溫度梯度(13、18、23、28、32 ℃)，用大(L)、中(M)、小(S)3個試驗組的灰海馬進行代謝試驗。采用容積3.5 L的蝦苗袋作為代謝試驗袋，內裝2.5 L海水。每個試驗組、每個溫度梯度設3個平行，每個平行試驗組放5尾海馬，另設1組只裝海水，不放海馬，作為空白對照組。

代謝袋用橡皮筋封口，試驗過程中全程水浴，保持各處理組溫度一致。試驗持續3 h，結束后，采用美國YSI professional series溶氧儀和美國HACE水質測試儀分別測定每個代謝袋的溶解氧和氨氮質量濃度。之后再根據試驗初始及結束時的溶解氧和氨氮質量濃度計算耗氧率及排氨率。海馬體質量用BSA224S型電子天平(精密度0.01 g)稱量，稱量前用定性濾紙吸干灰海馬體表的水分。

窒息點的測定采用靜水呼吸室法。呼吸室采用2.5 L的蝦苗袋，內裝1 L的海水。隨機挑選10尾灰海馬放于蝦苗袋中，扎帶封口并將蝦苗袋置于恒溫水槽中，每組設3個平行。如觀察發現試驗海馬沉于水槽底部，尾部彎曲，針刺無反應則判定為死亡。半數海馬死亡時測定袋內的溶解氧，即為該溫度下海馬的窒息點。

1.2.2 計算方法

根據試驗開始和終末溶解氧和氨氮質量濃度的數據，按以下公式計算耗氧率[RO，mg/(g·h)]和排氨率[RN，μg/(g·h)]。

RO=(CO0-COt)×v/(w×t)

(1)

式(1)中，CO0為空白組溶解氧(mg/L)，COt為試驗組溶解氧(mg/L)，v為代謝袋內水的體積(L)，w為灰海馬體質量(g)，t為代謝時長(h)。

RN=(CNt-CN0)×v/(w×t)

(2)

式(2)中，CN0為空白組氨氮質量濃度(mg/L)，CNt為試驗組氨氮質量濃度(mg/L)，v為代謝袋內水的體積(L)，w為灰海馬體質量(g)，t為代謝時長(h)。

按以下公式計算氧氮比(O/N)。

氧氮比(O/N)=(RO/16)/(RN/14)

(3)

式(3)中，RO為耗氧率，RN為排氨率。

1.3 統計分析

采用SPSS 20.0軟件對試驗結果進行單因素方差分析，組間進行Duncan’s多重比較分析，設P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。試驗數據均以“平均值±標準差”的方式表示。

2 結果和分析

2.1 耗氧率(RO)

不同水溫條件下不同體質量灰海馬的耗氧率見表2。由試驗結果可見，溫度對灰海馬的耗氧率影響顯著。隨著溫度的升高，各試驗組灰海馬的耗氧率呈現先升高后降低的趨勢。在13～28 ℃范圍內，隨著水溫的上升，海馬的耗氧率升高，并在水溫28 ℃時達到最大值，S、M、L 3種體質量試驗組灰海馬的耗氧率分別為0.603、0.350、0.151 mg/(g·h)；當水溫升高至32 ℃時，其耗氧率分別下降至0.556、0.336、0.139 mg/(g·h)，與28 ℃時相比稍有下降，但差異不顯著(P>0.05)。同一溫度條件下，隨著灰海馬體質量的增加，其耗氧率逐漸降低，除了水溫13 ℃時S組與M組灰海馬的耗氧率差異不顯著外，在18～32 ℃溫度條件下，3種體質量灰海馬的耗氧率均有顯著性差異(P<0.05)。

表2 不同溫度下不同體質量灰海馬的耗氧率

2.2 排氨率(RN)

由表3可見，相同溫度條件下，隨著灰海馬個體的增大，其排氨率呈現下降的趨勢。在水溫13 ℃和18 ℃條件下，S組和M組灰海馬的排氨率沒有顯著性差異(P>0.05)，但這2組的排氨率顯著高于L組的(P<0.05)。在水溫23 ℃和28 ℃條件下，S、M、L 3組灰海馬的排氨率之間均有顯著性差異(P<0.05)。在水溫32 ℃下，S組灰海馬的排氨率顯著高于M組和L組(P<0.05)，M組和L組間無顯著差異(P>0.05)。

表3 不同溫度下不同體質量灰海馬的排氨率

在13～32 ℃水溫范圍內，隨著溫度的升高，灰海馬的排氨率先升高后降低，并在28 ℃時達到最大值，S、M、L 3種體質量灰海馬的排氨率分別達到167.93、135.84、114.18 μg/(g·h)，當溫度升高至32 ℃時，其排氨率分別下降為112.26、82.27、73.98 μg/(g·h)。每種體質量的灰海馬，在5個溫度組中，28 ℃組的排氨率均顯著高于其他溫度組的排氨率(P<0.05)，而其他溫度組海馬的排氨率也存在不同程度的差異。

2.3 氧氮比(O/N)

氧氮比(O/N)是灰海馬呼吸的氧原子數與排出的氨態氮原子數之比。本試驗中，不同體質量灰海馬在不同水溫下的氧氮比見表4。在13～32 ℃水溫范圍內，S、M、L組灰海馬的O/N分別為2.62～4.46、2.41～3.78、1.23～2.21。同一水溫條件下，L、M、S各組間灰海馬的O/N均有顯著差異(P<0.05)，灰海馬體質量越大，其O/N越低。在13～32 ℃水溫范圍內，S、M、L 3種體質量灰海馬的O/N變化一致，均隨著水溫的升高呈現先上升后下降的趨勢，且均在23 ℃時達到最大值。當水溫在13 ℃時，S、M組的O/N均為最小值，L組的O/N則在水溫32 ℃時為最小值，水溫在18、23 ℃時3組的O/N無顯著性差異，水溫在28、32 ℃時3組的O/N也無顯著性差異(P>0.05)，但前二者與后二者之間存在顯著性差異(P<0.05)，水溫13 ℃組與其他溫度組均存在顯著性差異(P<0.05)。

表4 不同規格灰海馬在不同水溫下的氧氮比

2.4 窒息點

灰海馬在密閉的呼吸袋中進行呼吸代謝活動，隨著試驗時間的延長，呼吸袋內溶解氧逐漸降低，灰海馬的呼吸頻率加快，觀察可見其頻繁用吻部頂呼吸袋，且躁動不安，聚集纏繞。而后隨著溶解氧進一步降低，灰海馬頭部向下沉在袋底，最終死亡。由表5可見，當水溫在13～32 ℃時，S、M、L組灰海馬的窒息點分別為1.09～1.56、0.85～1.48、0.69～1.33 mg/L。窒息點隨著溫度的上升而升高，但在相同溫度條件下，灰海馬體質量越大，其窒息點越低。

表5 不同溫度條件下不同規格灰海馬的窒息點

3 討論

3.1 溫度對灰海馬呼吸排泄的影響

溫度對魚類的代謝活動具有重要影響作用[13-15]。在一定范圍內，魚類的生理代謝水平、耗氧率和排氨率隨著溫度的上升而提高[16]。研究表明，牙鲆(Paralichthysolivaceus)在12～27 ℃[17-18]、南美洲鰻鱺(Anguillarostrata)在15～30 ℃[19]的溫度范圍內，其耗氧率和排氨率均隨著溫度的升高而逐漸上升。但魚的種類、體質量大小及所處的生態環境均會對其耗氧率和排氨率產生不同的影響。仇登高等[20]研究發現，在15.8～36.5 ℃時，珍珠龍膽石斑魚的耗氧率和排氨率隨水溫的升高而提高，并在26.6 ℃時達到最大值，隨后均下降，魚免魚[21]和條石鯛[22]耗氧率和排氨率的變化規律也類似。本試驗結果表明，在13～32 ℃范圍內，灰海馬的耗氧率和排氨率先是隨著溫度的升高而上升，在28 ℃均達到最大值，而后試驗溫度繼續上升，灰海馬的耗氧率和排氨率均略有下降。分析其原因，可能是在適宜的水溫范圍內，隨著溫度升高，魚類生理代謝水平會快速上升，因而其耗氧率逐漸提高；當超過適宜的水溫范圍后，魚類的組織代謝水平會進入紊亂狀態，其耗氧率和排氨率也就隨之下降[23-24]。

3.2 體質量對灰海馬呼吸排泄的影響

呼吸和排泄是反映魚類生理活動狀態的重要指標，是魚類生物能量學、養殖容量的重要評價內容。魚類的體質量在發育過程中會有所變化，從而引起耗氧量和排氨量的波動，體質量自然就成了魚類耗氧率和排氨率的重要影響因子之一[25-26]。本試驗結果表明，灰海馬的耗氧率和排氨率均隨著體質量的增加而下降，這與星洲紅魚(red tilapia，27.50～201.87 g)[27]、淺色黃姑魚(Nibeacoibor，3.38～28.74 g)[28]和斑石鯛(Oplegnathuspunctatus，50.94～154.96 g)[29]的研究結果相同。在水生動物生長過程中，其體內各組織器官會發生大量酶促反應并消耗大量的能量來維持基本生命活動。隨著仔、稚、幼魚的生長，其肌肉、皮膚、骨骼等非維持基本生命活動的組織所占的質量比逐漸增大，使得單位體質量耗氧量相對減少，從而造成耗氧率、排氨率不斷下降，這可能是灰海馬的耗氧率、排氨率隨著體質量的增加而出現下降的原因[30]。

3.3 能源物質分析

氧氮比(O/N)是動物呼吸底物的重要參數之一，它反映了動物在特定狀態下脂質、糖類、蛋白質代謝之間的比例關系和生命體代謝底物的利用狀況。O/N大，表明動物消耗的能量大部分由脂肪、糖類提供，少部分由蛋白質提供[31]。O/N值的變化對生物體的生長速率雖然沒有直接的顯著影響，但有研究表明，O/N在一定程度上反映了生物對環境壓力的適應程度，可以作為生物體適應環境壓力的一項指標[32]。本研究中，在同一水溫條件下，灰海馬的O/N在L、M、S的各體質量組間均有顯著差異(P<0.05)，體質量越大，O/N越低。隨著溫度的升高，灰海馬的耗氧率先升高后降低，在13～32 ℃范圍內，S、M、L 3種體質量灰海馬的O/N變化一致，均隨著水溫的升高呈現先上升后下降的趨勢。這說明大規格灰海馬在高水溫條件下，其代謝能源的底物出現了變化，其呼吸消耗底物中脂肪和糖類的比例逐漸減小，但蛋白質比例逐漸增大。可以推測，當灰海馬受到生態脅迫時，有效積累蛋白質的量會減少，從而會引起代謝紊亂，不利于其生長。

綜上所述，本文研究了在不同水溫條件下，不同體質量灰海馬耗氧率、排氨率、窒息點的變化情況。結果表明，在13～32 ℃范圍內，隨著溫度的升高，灰海馬的耗氧率和排氨率先升高后降低，大、中、小3種體質量的灰海馬在水溫28 ℃時，其耗氧率均達到最大值。同一溫度條件下，灰海馬的體質量越大，其耗氧率和排氨率越低。窒息點隨著溫度的上升而升高，但在相同溫度條件下，灰海馬的體質量越大，其窒息點越低。因此，灰海馬養殖的最適水溫在水溫28 ℃左右，養殖和運輸過程中應保證水體溶解氧在1.6 mg/L以上。