不同生态因子对匍茎草苔虫排氨率的影响
曹善茂+高雪+于卓
DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.06.001
摘 要：通过试验生态学方法，采用静水系统，对我国北方常见的污损生物匍茎草苔虫（Bugula stolonifera Ryland,1960）排氨率进行了初研究，主要包括匍茎草苔虫在饥饿状态下，温度对其排氨率的影响；温度和盐度交互作用对其排氨率的影响；温度和pH交互作用对其排氨率的影响。为预防控制海洋污损生物对养殖生物正常生长存活有着非常重要的意义，也为更深一步规划出有效的防治方法提供一定的基础科学依据。具体试验结果为：1.温度对匍茎草苔虫的排氨率具有极其显著的影响，在12～27 ℃范围内，呈1个峰值变化，在24 ℃时其排氨率达到最高值；2.温度与盐度的交互作用对其排氨率有显著的影响，在12～27 ℃条件下，盐度在16‰～40‰范围内，呈1个峰值变化，在盐度32‰时其排氨率达到最高值；3.温度与pH的交互作用对其排氨率有极其显著的影响，在12～27 ℃条件下，pH在5～10范围内，呈1个峰值变化，在pH为8时其排氨率达到最高值。
关键词：匍茎草苔虫；温度；盐度；pH；排氨率
1 概述
匍茎草苔虫（Bugula stolonifera Ryland,1960）属苔藓动物门（Bryozoa Eherenberg）、裸唇纲（Cymndaemata Allam,1856）、唇口目（Cheilostomida Busk,1852）、新唇亚目（Neocheilostomina dHondt,1985）、枝室次目（Cellulariomorpha Smitt,1868）、草苔虫超科（Buguloidea Gray,1848）、草苔虫科（Bugulidae Gray,1848）、草苔虫属（Bugula Oken,1825）[1]。群体直立，系由两列个虫交互排列而成的双分歧树丛状分枝，由始端个虫分出的附根附着在基质上，匍匐茎能产生次生分枝，基部较粗、末端较细，均指向前表面。鸟头体附着于个虫末端外缘、外刺始端一疣突上，吻弯向始端，颚骨长三角形。口上卵胞球形，长大于宽或宽大于长，前面中央鼓突，表面光滑。一充分发育的群体高度可达3～4 cm，覆盖面积可达2～3 cm2[2]。
苔藓动物（苔藓虫、苔虫）是海洋污损生物群落组成的主要类群。它们在水下物体上的总附着量虽不及牡蛎、贻贝等软体动物和藤壶等甲壳动物高；但其群体覆盖面积往往很大，不仅与海洋污损生物群落中其他类群发生剧烈的空间竞争，影响后者的幼体附着，而且其幼虫常附着于其他类群动物体表面，影响其生长发育[3]。此外，随着海水养殖产业的发展，鱼虾贝类养殖网笼也为污损苔虫幼虫附着提供了丰富的附着基，其种群的日益增长也越来越严重地威胁着海水养殖业的迅速增长和发展。由于以上原因，海洋污损苔虫的生物学研究，日益受到海洋生态学家和防污专家的重视。
据调查，大部分的双壳类、腹足类的排泄产物主要是氨，共占排泄总量的60%～70%[4-6]，其他的部分由于种类不一样所占的比例也不相等。真骨鱼的氮排泄物主要为氨及尿素，主要通过鳃排出，少量随尿液排出，多数情况下，氨是最主要的排泄物，氨氮占总氮的80%～98%[7]。虾蟹类中，氨占氮排泄物的60%以上。氨氮既是生物界重要的营养物质，同时对生物也有潜在的威胁[8]。由于氨氮易溶于水，所以对水生生物会产生比较大的影响，可以轻易地从细胞穿入生物体内，便会影响到生物体正常活[8]。作者觉得氨氮影响酶的活性是通过改变体液pH值来影响，而且在大多数情况下，氨氮的毒性受很多因素的共同影响。匍茎草苔虫大面积附着在养殖设施上，因其繁殖量大，它的氨氮排泄量对养殖生物及其附近水环境的影响是不可忽视的，特别是在刺参养殖池的附着基上，为匍茎草苔虫提供了理想的附着场所，较大生物量使池中的氨氮含量较高，而氨氮对刺参的影响十分显著[9]。
本试验选择了我国北方沿海养殖业中常见的匍茎草苔虫作为研究对象，通过试验了解匍茎草苔虫的排氨率随温度、盐度、pH以及不同生态因子之间的交互作用下来反映出变化规律，为深入研究提供基础依据，同时也为养殖业的技术改革提供必要的参考。
2 材料和方法
2.1 试验材料
匍茎草苔虫取自海参繁育池中，其湿重约1 kg，保证运输过程中有充足的氧气。在实验室塑料水槽箱中暂养一周，水温15 ℃，盐度33‰每日全量换水一次，饵料为海参复合饵料，日投饵3次，投喂量以前一天摄食情况而定。随后进行升温降温暂养，每日升温或降温1 ℃，试验前2 d内将驯养的环境因子缓慢调至试验所需的条件下。开始相关试验前一天停止投喂饵料，试验选用健康活动性好的群体为试验材料。
2.2 试验仪器和主要药品
紫外分光光度计；自动流水控温水槽；加热棒；手持型盐度计 WZ-211 A71型；电子秤 Sartorius BT224S；电子pH计 Sartorius PB-10；抽滤泵 GM-0.50两用型隔膜真空泵；醋酸纤维素膜:孔径0.45 μm，直径50 mm；各种试验用器皿：25 mL比色管、锥形瓶、烧杯、量筒、吸量管、胶头滴管、量瓶、聚乙烯瓶、玻璃棒、移液枪，等；药品：硫酸铵、三氯甲烷、氢氧化钠、盐酸、溴酸钾溴化钾、磺胺、盐酸萘乙二胺、所用试剂均为分析纯、水为蒸馏水或等效纯水。
2.3 试验方法
2.3.1 温度对匍茎草苔虫排氨率的影响 取饥饿24 h的匍茎草苔虫于三角瓶中。试验海水盐度31.6‰，pH值8.2。注入容器前用0.45 μm滤膜过滤。选六个温度梯度即12 ℃、15 ℃、18 ℃、21 ℃、24 ℃、27 ℃，每到一个试验温度使匍茎草苔虫适应1 d后再开始试验，每个温度水平设3个重复及一个空白对照。
2.3.2 盐度对匍茎草苔虫排氨率的影响 温度选取12 ℃，15 ℃，18 ℃，21 ℃，24 ℃, 27 ℃六个水平梯度。温度每达到一个试验温度，并经过训化后，调节相应温度下的盐度。试验用海水为自然海水（盐度31.6‰），共设定7个盐度梯度，分别为：16‰，20‰，24‰，28‰，32‰，36‰和40‰。其中海水设为参照，其盐度为33‰。高盐度的海水是用海水晶与正常海水调配得到而低盐度海水是使用纯水与正常海水调配得到。盐度调配好以后使虫体适应两天后再进行试验，每个盐度组设定3个重复组和一个空白对照组。
2.3.3 pH对匍茎草苔虫排氨率的影响 温度选为12 ℃，15 ℃，18 ℃，21 ℃，24 ℃，27 ℃六组水平。温度达到试验温度后，需使虫体适应此温度，之后再调节每个温度水平下的pH。试验用海水为自然海水（pH 8.2），共设定7个pH梯度，分别为：5，6，7，8，9，10。其中选择海水作为参照，其pH值为8.2，不同pH梯度用1 mol/L的HCl和1 mol/L的NaOH混合调配得到。同样的，达到试验pH之后也要使虫体适应两天，每个pH组都设置3个重复组和一个空白对照组。
2.3.4 匍茎草苔虫排氨率的计算方法 排氨率的计算方法采用净水法，并且试验海水是试验前一天抽滤过的新鲜海水。具体操作方法为：用500 mL的三角锥瓶装满海水之后充氧，放入湿重为5 g的匍茎草苔虫，之后尽快用塑料保鲜膜封住瓶口，避免与外界空气发生接触。具体测定方法依据《GB 17378.4-1998海洋监测规范第4部分海水分析》，排氨率试验使用次溴酸盐氧化法。每项试验均设立3个平行组与一个空白对照组。
计算公式：
QN=V×(Q1-Q0)T×W
公式释意：Qt：试验水样的氨氮变化量（μg/L）, Q0：空白组水样的氨氮变化量（ μg/L），V：试验水样的体积（L），T：试验持续时间（h），W：试验样品的重量（g）。
3 试验结果
3.1 温度对匍茎草苔虫排氨率的影响
不同温度下匍茎草苔虫的排氨率见图1。在温度12 ℃、15 ℃、18 ℃、21 ℃、24 ℃、27 ℃下匍茎草苔虫排氨率分别是：0.079 6 μg/(g?h)、0094 6 μg/(g?h)、0.145 μg/(g?h)、0.242 μg/(g?h)、0.302 μg/(g?h)、0.178 μg/(g?h)。可以看出，温度与匍茎草苔虫的关系亦呈一“倒钟”型曲线。在12～27 ℃之间，随着温度的升高，匍茎草苔虫的排氨率明显增大。在低温度时，匍茎草苔虫的排氨率变化率较小，而在较高温度时变化趋势较大。并且在24 ℃左右出现一个最高值。温度高于24 ℃时其排氨率开始降低。
图1 匍茎草苔虫排氨率与温度的关系
3.2 温度与盐度交互作用对匍茎草苔虫排氨率的影响
图2 不同温度下匍茎草苔虫排氨率
［μg/(g?h）］与盐度（‰)的关系
图3 不同盐度下匍茎草苔虫排氨率
［μg/(g?h）］与温度（ ℃）的关系
不同温度下，盐度对匍茎草苔虫排氨率的影响见图2。盐度16‰、20‰、24‰、28‰、32‰、36‰、40‰下的6个温度梯度下匍茎草苔虫的平均排氨率如图3。
双因素方差分析结果表明，相同温度下，盐度对匍茎草苔虫的排氨率的影响差异性显著（P＜0.05）；同一盐度下，温度对匍茎草苔虫的排氨率的影响同样显著（P＜0.05）。将不同盐度对匍茎草苔虫的排氨率进行多重比较发现，在盐度为32‰时的排氨率最高，16‰时的排氨率最低。
3.3 温度与pH交互作用对匍茎草苔虫排氨率的影响
不同温度下，pH对匍茎草苔虫排氨率的影响见图4。pH 5、6、7、8、9、10下的6个温度梯度下匍茎草苔虫的平均排氨率如图5。
图4 不同温度下匍茎草苔虫排氨率与pH的关系
图5 不同pH下匍茎草苔虫排氨率与温度的关系
双因素方差分析结果表明，pH对匍茎草苔虫排氨率的影响差异性显著（P＜0.05），pH与温度的交互作用对匍茎草苔虫的排氨率的影响同样显著（P＜0.05）。将不同pH对匍茎草苔虫的排氨率进行多重比较发现，在pH为8时的排氨率最高，pH为5的排氨率最低。
4 讨论
4.1 温度对匍茎草苔虫排氨率的影响
海洋变温动物代谢受很多因素影响，温度就是其中之一。在正常条件下，一定范围内，温度越高生理代谢水平也会越高，所以动物的排氨率必然会随温度的升高而增大。比如贝类排泄，温度变化导致贝类的排氨率现两种变化趋势，即一个是在一定温度范围内，贝类的排氨率随着温度的升高会一直呈上升的趋势；二是在一定温度范围内，贝类的排氨随着温度的升高而升高，在达到某最大值后，随温度的升高排氨便开始下降。在此试验中，就是这样的趋势变化，即在12～24 ℃范围内随温度的升高匍茎草苔虫的排氨率增加，在24 ℃达到排氨率的最大值，之后其排氨率又明显下降。S.Bougrie[10]分析这个现象可能有两方面原因：一是有的研究在自然条件下进行，而有的研究是在试验条件下对试验生物进行了驯化。Widdows[11]也同意这样的看法，即在不驯化、短期驯化、长期驯化3种条件下，水生生物的一些生理现象会与以往的变化趋势不同。作者认为温度的升高会导致生物体内的代谢能力提高，然而，由于生物种类的不同，它们的适温范围也各不相同，温度过高就会导致其代谢的紊乱，代谢水平也会下降，甚至死亡。樊甄姣[12]等（2007）实验表明，低温会导致水生生物体液的冻结，引起死亡；温度过高时，会使体内的一些帮助代谢的蛋白酶失活。
如果是浅海区域，海水的温度在各个季节有很大变化。海水温度高，匍茎草苔虫的生物量就会变大，导致海水中的溶解氧反而降低，所以匍茎草苔虫在高温海水中的大量附着严重影响着养殖网笼内外的水体交换，笼内缺氧从而造成养殖生物缺氧窒息。在北方黄渤海一带海域，自每年8月中下旬水温较高时，达到匍茎草苔虫附着高峰期，对养殖贝类造成极大危害。建议附着高峰期间可将养殖贝类网笼降到10 m以下水层，待附着高峰期过后，再将网笼、网箱恢复到正常水层。
4.2 盐度对匍茎草苔虫排氨率的影响
盐度的变化使动物的活动性和摄食率增强从而代谢强度变大，排氨率也增大。一般认为，动物在最适渗透条件下其基础代谢最低，但在极端的盐度条件下，动物因失掉调节渗透的能力，也会使耗氧率和排氨率降低。
关于盐度对水生生物排泄的研究很多，由于种类的不同，其影响程度存在一定差异。在贝类中，盐度在6‰～22‰时，缢蛏耗氧率和排氨率随盐度升高逐渐增加，盐度在22‰～30‰范围内则呈下降趋势[13]；菲律宾蛤仔的排泄率在15‰～30‰之间时，随盐度升高而下降，并在30‰达到最低[14]；方斑东风螺的排氨率在13‰～28‰时随盐度升高而增加，随后开始降低[15]。棘皮动物中，虾夷马粪海胆的排泄率在30‰时最低[16]。贝类属于渗压调节者，它们能够通过调节细胞内氨基酸和其他小分子有机物浓度来调整细胞体积。国内外学者对盐度影响贝类排氨率也做了大量研究[17-20]。Bouxin对Mytilus galloprovincialis 、Davenport等对贻贝、Navarro对C.chorus 的研究结果都可以看出，适宜盐度范围内排氨率随盐度的升高而增大，但超出这个范围就会出现下降趋势[21-23]。
本试验是通过水温和盐度的交互影响来研究匍茎草苔虫排泄的多少。通过实验可以看出盐度、温度还有盐度、温度的交互作用对匍茎草苔虫排泄影响显著。在各个温度水平下，总体上看盐度对匍茎草苔虫排氨率的影响趋势是：在16‰～36‰范围内，排泄率随着盐度的升高而升高，36‰时出现最大值，随后在36‰～40‰范围内排氨率下降而且每个温度水平下排氨率随盐度的变化幅度并不相同，低温下变化幅度较小，高温变化明显。此次试验中盐度在16‰～36‰范围内，虽然匍茎草苔虫的代谢水平随盐度的升高而升高，但其中的变化在生理学和生态学意义上并不相同，盐度16‰～32‰之间，匍茎草苔虫排氨率的升高是因为它摄食、同化、生长的加强，标志着代谢质量的提高；盐度32‰是匍茎草苔虫的最适盐度，这一盐度水平与其自然生活条件类似。而盐度在32‰～36‰时，排氨率的升高则是因为动物渗透压升高所消耗的能量变大，所以标志着代谢质量的降低。随着盐度的升高，匍茎草苔虫开始逐渐失去对高盐调节渗透的能力，使得代谢水平降低。
4.3 pH对匍茎草苔虫排氨率的影响
pH的变化影响着水中二氧化碳浓度，改变水中氨氮的化合态，因此研究排氨率与pH、氨氮的复合关系意义更重大。范得朋[6]等发现pH对缢蛏的耗氧率影响并不明显，在pH为6～9时，其排氨率差异明显，并在pH为8时达到峰值。
本试验是从温度和pH交互作用的角度来研究匍茎草苔虫排氨率的变化。试验结果显示出，两者的交互作用对排氨率均具显著影响。经多重比较发现，pH在8和9时单位湿重的排氨率差异不显著，说明pH为8左右应该为其最适的pH。pH为5时，其排氨率极低，作者认为，匍茎草苔虫属唇口目，唇口目的体壁为钙质，在过酸条件下体壁易损伤甚至溶解并导致虫体死亡，所以在pH过低的环境下排氨率明显下降。
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Ammonia excretion rate of Bugula stolonifera
CAO Shan
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mao,GAO Xue,YU Zhuo
(Dalian Ocean University, Key Laboratory of Biological resources recovery &Habitat restoration,Liaoning, Dalian 116023)
Abstract：Based on the experimental ecological methods，using hydrostatic system, early Studing of the ammonia excretion rate to Bugula stolonifera in northern China.mainly including Bugula stolonifera in starvation,Effect of temperature ,interaction of temperature and salinity and temperature and pH to its ammonia excretion rate.Not only the prevention of important significance in marine fouling organisms cultured biological hazards,but also provide a basis for the further exploration and development of effective prevention and treatment methods.Specific test results are:
1．Temperature has a very significant impact on the creeping stems of Bugula stolonifera excretion rate in the range of 12～27 ℃, showed a peak change when its ammonia excretion rate reached the highest value at 24 ℃.
2．Interaction of temperature and salinity have a significant
impact on its ammonia excretion rate, at 12～27 ℃ salinity in the range of 16‰～40‰, showed a peak change in salinity 32‰ ammonia excretion rate reached its highest value.
3．Interaction of temperature and pH have an extremely significant impact on its ammonia excretion rate at 12～27 ℃ conditions, pH in the range of 5～10, showed a peak change in pH 8 of its ammonia excretion rate maximum value.
Key words：Bugula stolonifera；temperature；salinity；pH；ammonia excretion rate
（收稿日期：2014-03-03；修回日期：2014-03-06）《河北渔业》2014年第6
