鲎(Limulus)是一种生活在海洋中的大型节肢动物，它出现在地质历史时期古生代的泥盆纪，由三叶虫演化而来，是地球上少数仅存的古老物种，具有重要的经济和科研价值。中国鲎(Tachypleus tridentatus)为现存仅有的4种鲎之一[1]，世界上95%的中国鲎资源分布在中国，尤其广西北部湾是中国鲎最主要的栖息地[2]。由于环境污染、过度捕捞以及滩涂开发破坏等原因，中国鲎资源急剧减少，濒临灭绝。中国鲎是广西、广东、福建重点保护水生动物，近年也列入我国国家二级保护动物名录。由于实验材料的限制，有关中国鲎的研究主要集中在地理分布[3, 4]、资源现状和价值[2, 3, 5]、生活习性[6]、人工繁育[7-12]等方面，其他方面的研究报道较少。近年来，中国鲎苗种规模化人工繁育的实现为中国鲎资源的保护、恢复以及深入研究奠定了基础。
耗氧率和排氨率是动物体呼吸代谢、能量收支最直观的表达参数，通过研究外部环境因子对动物体耗氧率和排氨率的影响，可以了解动物自身的生理状态和对外界环境的适应能力，同时反映其代谢规律[13, 14]。温度和盐度是影响水生生物新陈代谢的主要因素，也是随季节和气象条件变化而极易发生改变的两个环境因子[15]。温度变化对水生生物的生存、代谢、繁殖、发育和免疫系统应答等多种生命活动都具有十分重要的影响，而盐度主要通过渗透压调节实现对水生动物生理代谢状态的影响。本文通过对中国鲎幼鲎呼吸代谢的研究，了解幼鲎在不同生态环境下的适应性，可为实际鲎苗生产应用以及增殖放流活动提供理论数据参考，也为中国鲎的生物学研究积累基础资料。
1 材料与方法 1.1 材料中国鲎幼鲎来源于广西海洋研究所有限责任公司海水增养殖试验基地。挑选活力较好的健康个体为试验对象，1龄幼鲎平均体质量为(21.27±0.72) mg，2龄幼鲎平均体质量为(49.63±1.14) mg，在玻璃缸(35 cm×21 cm×23 cm)内暂养7 d，试验前停食24 h。试验用海水为砂滤自然海水，盐度29.7，水温(24±0.5)℃。
1.2 方法试验采用250 mL碘量瓶作为呼吸瓶，根据预试验(预实验初步确定了幼鲎对盐度和温度耐受范围以及室温下的耗氧率和排氨率)，1龄幼鲎每瓶放50只，2龄幼鲎每瓶放20只。装满对应梯度的海水后用塑料薄膜封口。每个梯度设3个平行和1个空白对照(不放幼鲎)。采用密闭静水法根据始末溶氧变化和氨氮浓度的变化计算耗氧率和排氨率，试验时间持续24 h，试验结束后立即用虹吸法吸取水样。采用碘量法(Winkler法，GB 7489-1987)测定水中溶解氧的含量，纳氏试剂分光光度法[16]测定水中氨氮的含量。
1.2.1 盐度对中国鲎幼鲎耗氧率和排氨率的影响共设置8个盐度梯度，分别为5，10，15，20，25，30，35和40，用充分曝气的自来水和海水晶调节试验组的海水盐度，每天升/降盐度2至预定盐度，幼鲎适应24 h后开始正式试验，试验期间呼吸瓶放入恒温培养箱，培养箱温度设定在26℃，以保持各组水温一致，其他条件同上。
1.2.2 温度对中国鲎幼鲎耗氧率和排氨率的影响共设置4个温度梯度，分别为25℃、29℃、33℃和37℃，用恒温培养箱控制海水温度(海水为自然砂滤海水)，以2℃/d的速度升温，直至水温达到试验设定温度，幼鲎适应24 h后开始试验，其他条件同上。
1.3 计算方式耗氧率：中国鲎幼鲎单位体质量在单位时间内消耗氧气的数量。幼鲎耗氧率计算公式：
| $ {{R}_{\text{O}}}=\left( D{{O}_{0}}-D{{O}_{t}} \right)\times V/\left( m\times t \right), $ |
式中，RO为幼鲎耗氧率[μg/(g·h)]，DO0和DOt分别为时间t后空白对照瓶和试验瓶内水样的溶氧浓度(mg/L)，V为试验用海水体积(mL)，m为幼鲎体质量(g)，t为试验时间(h)。
排氨率：中国鲎幼鲎单位体质量在单位时间内排出氨的数量。幼鲎排氨率计算公式：
| $ {R_{\rm{N}}} = \left( {{N_0} - {N_t}} \right) \times V/\left( {m \times t} \right), $ |
式中RN为幼鲎排氨率[μg/(g·h)]，N0和Nt分别是时间t后空白对照瓶和试验瓶内水样的氨氮浓度(mg/L)。
氧氮比(O/N)：中国鲎幼鲎机体消耗氧的克原子数与排出氮的克原子数的比率。氧氮比计算公式：
| $ {\rm{O/N}} = {R_{\rm{O}}}:{R_{\rm{N}}} 。$ |
采用SPSS软件对所得数据进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)，若差异达到显著(P < 0.05)，则用Tukey多重比较各组数据之间的差异，结果用“平均值±标准差”(n=3)表示。
2 结果与分析 2.1 盐度对中国鲎幼鲎耗氧率的影响不同盐度下1龄幼鲎耗氧率为19.51-29.70 μg/(g·h)，2龄幼鲎为35.37-45.90 μg/(g·h)(图 1)。盐度对两阶段幼鲎的耗氧率有显著影响(P＜0.05)，1龄和2龄幼鲎的耗氧率均随盐度升高呈先降低后升高的趋势，盐度5试验组1龄幼鲎的耗氧率显著高于除盐度10以外的其他试验组(P＜0.05)，盐度40试验组2龄幼鲎的耗氧率显著高于20试验组(P＜0.05)。盐度与两个阶段幼鲎耗氧率间的关系为二项式回归方程：(1龄)y1=0.009x12-0.6298x1+32.087(R12=0.928 8)；(2龄)y1=0.0201x12-0.797x1+45.261 (R22=0.826 2)；式中，x1为盐度，y1为耗氧率。
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| Different letters in the same series indicate significant differences (P < 0.05) 图 1 不同盐度下中国鲎幼鲎的耗氧率 Fig. 1 Oxygen consumption rate of juvenile Tachypleus tridentatus under different salinities |
2.2 盐度对中国鲎幼鲎排氨率的影响
不同盐度下1龄幼鲎排氨率为1.35-3.09 μg/(g·h)，2龄幼鲎为3.44-6.07 μg/(g·h)(图 2)。盐度对两阶段幼鲎的排氨率有显著影响(P＜0.05)，且盐度对幼鲎排氨率的影响趋势与耗氧率类似，1龄幼鲎的排氨率随盐度升高显著降低(P＜0.05)后趋于平稳，2龄幼鲎的排氨率随盐度升高呈先降低后升高的趋势。盐度5和10试验组1龄幼鲎的排氨率显著高于其他试验组(P＜0.05)，15试验组又显著高于25, 30, 35和40试验组(P＜0.05)。盐度5试验组2龄幼鲎的排氨率显著高于20试验组(P＜0.05)。盐度与两个阶段幼鲎排氨率间的二项式回归方程：(1龄)y2=0.0025x12-0.1631x1+4.0157 (R32=0.959 8)；(2龄)y2=0.0057x12-0.2682x1+7.1254 (R42=0.835 5)；式中，y2为排氨率。
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| Different letters in the same series indicate significant differences (P < 0.05) 图 2 不同盐度下中国鲎幼鲎的排氨率 Fig. 2 Ammonia excretion rate of juvenile Tachypleus tridentatus under different salinities |
2.3 温度对中国鲎幼鲎耗氧率的影响
不同温度下1龄幼鲎耗氧率为21.37-26.34 μg/(g·h)，2龄幼鲎为36.86-56.12 μg/(g·h)(图 3)。不同温度对两阶段幼鲎的耗氧率均有显著影响(P＜0.05)。温度为25-33℃时，1龄和2龄幼鲎的耗氧率均随温度升高而显著增加(P＜0.05)，33℃升高至37℃时，幼鲎的耗氧率有所降低，但差异不显著(P＞0.05)。温度与两个阶段幼鲎排耗氧率间的二项式回归方程：(1龄)y1=-0.0445x22+3.1719x2-30.232 (R52=0.978 2)；(2龄)y1=-0.1678x22+11.841x2-155.5 (R62=0.873 3)；式中，x2为温度。
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| Different letters in the same series indicate significant differences (P < 0.05) 图 3 不同温度下中国鲎幼鲎的耗氧率 Fig. 3 Oxygen consumption rate of juvenile Tachypleus tridentatus under different temperatures |
2.4 温度对中国鲎幼鲎排氨率的影响
不同温度下1龄幼鲎排氨率为1.84-3.69 μg/(g·h)，2龄幼鲎为5.07-6.52 μg/(g·h)(图 4)。不同温度对两阶段幼鲎的耗氧率也有显著影响(P＜0.05)，幼鲎排氨率随温度的变化趋势与耗氧率一致。温度为25-33℃时，1龄和2龄幼鲎的排氨率均随温度升高而显著增加(P＜0.05)，温度从33℃继续升至37℃时，幼鲎的排氨率有所降低，但差异均不显著(P＞0.05)。温度与两个阶段幼鲎排氨率间的二项式回归方程：(1龄)y2=-0.0073x22+0.6173x2-9.2043 (R72=0.8543)；(2龄)y2=-0.0117x22+0.8329x2-8.5543 (R82=0.8496)。
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| Different letters in the same series indicate significant differences (P < 0.05) 图 4 不同温度下中国鲎幼鲎的排氨率 Fig. 4 Ammonia excretion rate of juvenile Tachypleus tridentatus under different temperatures |
2.5 不同盐度和温度条件下中国鲎幼鲎的O/N
从表 1可以看出，1龄幼鲎O/N为7.14-16.36，2龄幼鲎为6.71-10.27。不同盐度下1龄和2龄幼鲎的O/N大体上均呈先升高后降低的趋势，1龄幼鲎的O/N在盐度30时最大，2龄幼鲎则在盐度20时最大。不同温度下1龄和2龄幼鲎的O/N的变化趋势正好相反，高温组1龄幼鲎O/N较低温组低。
| 盐度 Salinity |
O/N | 温度 Temperature (℃) |
O/N | |||
| 1龄 1st |
2龄 2nd |
1龄 1st |
2龄 2nd |
|||
| 5 | 9.62 | 6.71 | 25 | 11.64 | 7.27 | |
| 10 | 8.86 | 8.02 | 29 | 10.98 | 7.88 | |
| 15 | 11.30 | 9.15 | 33 | 7.14 | 8.61 | |
| 20 | 14.50 | 10.27 | 37 | 7.30 | 8.36 | |
| 25 | 15.56 | 9.23 | ||||
| 30 | 16.36 | 8.31 | ||||
| 35 | 14.35 | 8.60 | ||||
| 40 | 14.89 | 8.78 | ||||
3 讨论 3.1 中国鲎幼鲎与其他水生物种耗氧率的比较
呼吸和排泄是生物体代谢活动的重要表征，水生动物的运动及能量转化靠生物体内的有氧代谢进行，耗氧率、排氨率的大小在很大程度上反映了生物体的代谢特征及生理状态。不同物种之间耗氧率差异较大，邱成功等[17]分析认为不同水生动物耗氧率大小依次为海水贝类＞鱼类幼鱼＞甲壳类，并按耗氧率大小将水生动物大致分为3类：低型[Ro低于1 mg/(g·h)]、中型[Ro在1-3 mg/(g·h)]和高型[Ro高于3 mg/(g·h)]。甲壳类耗氧率较低，如李朝华等的研究表明Ⅵ-Ⅺ生长期三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)的耗氧率为0.033-0.340 mg/(g·h)[18]；克氏原螯虾(Procambarus clarkii)耗氧率昼夜变化为0.145-0.427 mg/(g·h)[19]。本试验中在盐度5-40、温度25-37℃时，中国鲎1龄幼鲎的耗氧率为19.50-29.70 μg/(g·h)，2龄幼鲎为35.37-56.12 μg/(g·h)，与不同生长期三疣梭子蟹耗氧率的低值相近。甲壳类耗氧率较低的原因之一是其外壳占体质量的比重大，研究表明中国鲎的外壳占其总质量的1/3以上[20]，因而维持中国鲎生命活动的耗氧较大组织如干胰脏、性腺、鳃、肠道等的比重相对较小，相应的耗氧率的计算值也较小。且中国鲎生长缓慢，幼鲎常仰卧于水底不活动，耗氧率低也能从侧面反映幼鲎的这一生活习性。
3.2 盐度对中国鲎幼鲎耗氧率和排氨率的影响盐度是影响水生动物生理代谢活动的重要环境因素，水生动物通过自身一系列生理变化来调整体内外渗透压的动态平衡，致使其生长存活、呼吸代谢、能量收支等指标也产生相应变化[21]。关于盐度对鱼类、贝类、甲壳类等呼吸代谢的影响已有大量报道，盐度影响动物体耗氧率和排氨率的变化规律大致可以分为两类：(1)一般来讲，水生动物在最适盐度条件下代谢耗能较少，随着盐度升高或降低后偏离其栖息适宜环境时代谢率增加[22]。因此动物体的耗氧率和排氨率在适宜盐度环境下相对较低，而当环境盐度低于或高于适宜盐度时，动物体将提高能量代谢以维持渗透压的稳定，即表现为耗氧率和排氨率升高，如虎斑乌贼(Sepia pharaonis)[23]、大泷六线鱼(Hexagrammos otakii)[24]、橄榄蚶(Estellarca olivacea)[25]、栉江珧(Atrina pectinata)[26]等。(2)随着盐度升高，动物体耗氧率和排氨率随之增加，达到峰值后随盐度继续升高而降低，如可口革囊星虫(Phascolosoma esculenta)[4]、方斑东风螺(Babylonia areolata)[27]、中国蛤蜊(Mactra chinensis)[28]、甲虫螺(Cantharus cecillei)[29]等。曾梦清等[14]对可口革囊星虫的研究和观察中，推测造成这一现象的原因可能与动物体在不同盐度环境下的活动量有关，适宜盐度下可口革囊星虫活动量大，反之其通过减少活动、降低能量消耗来适应环境渗透压的改变。在本试验条件下，随着盐度的升高，中国鲎1龄和2龄幼鲎的耗氧率和排氨率均呈先降低后上升的趋势，符合第(1)类变化规律，且盐度与耗氧率、排氨率之间的关系均符合二次回归方程。盐度试验的水温为26℃，此温度下若无水流等刺激，幼鲎基本不活动，且据观察，试验过程中所有盐度试验组的幼鲎均处于基本不活动状态。因此推测活动量不是本试验条件下幼鲎耗氧率和排氨率变化的关键因素，低盐和高盐环境幼鲎耗氧率和排氨率升高可能是幼鲎机体为调节体内外渗透压平衡而增加能量消耗造成的。1龄幼鲎的耗氧率和排氨率最低值均出现在盐度35试验组，而2龄幼鲎的耗氧率和排氨率最低值出现在盐度20试验组，说明1龄幼鲎的适宜盐度高于2龄幼鲎。
3.3 温度对中国鲎幼鲎耗氧率和排氨率的影响温度是影响水生动物呼吸和排泄等代谢活动的主要环境因素，大量鱼类[17, 26, 30]、贝类[3, 5, 25-27]、甲壳类[31]等水生动物的呼吸代谢研究表明，水生动物在适宜温度下的耗氧率随温度的升高而增加，而当温度超过生物的适宜或耐受范围时则会显著下降。适温条件下，随着温度升高，水生生物体内酶活力逐渐增强，其消化、循环、运动等系统的生理机能也更加旺盛，代谢活动不断增强，呼吸代谢对氧气消耗也随之增加，即表现为耗氧率和排氨率升高。而当环境温度超过生物体的适应温度，机体酶活受到抑制，导致生理代谢功能紊乱，呼吸代谢减弱，代谢产物减少，即表现为耗氧率和排氨率降低。本试验中，温度对中国鲎幼鲎的影响结果也符合上述规律，温度为25-33℃时，幼鲎的耗氧率和排氨率随温度的升高而显著升高，1龄和2龄幼鲎耗氧率和排氨率的最高值均出现在33℃试验组，且据试验期间的观察结果，呼吸瓶内幼鲎的活动量随温度升高明显增强，尤其33℃试验组幼鲎的活动量要多于其他试验组，因此该试验组幼鲎的耗氧率和排氨率最高。但当温度继续升高到37℃，幼鲎的耗氧率和排氨率均开始出现明显的下降趋势，说明37℃已经超过幼鲎的适温范围。温度与耗氧率、排氨率之间的关系也符合二次回归方程。
3.4 盐度、温度对中国鲎幼鲎O/N的影响O/N是动物利用能源物质配比的一个重要指标，反映了动物体蛋白质、脂肪和碳水化合物作为代谢底物之间的比例关系[32]，O/N数值大, 表明动物体代谢所需的能量大部分由脂肪和碳水化合物提供，较少部分由蛋白质提供[33]。研究结果表明，若蛋白质代谢占能量提供的主导时，O/N数值在3-16;若供能以蛋白质和脂肪混合代谢为主时，O/N数值在16-60;而当脂肪和碳水化合物为主导供能时，O/N数值将会大于60[34-36]。本试验中，在盐度5-40，温度25-37℃时，1龄和2龄幼鲎的O/N为6.71-16.36，表明两阶段幼鲎在各试验条件下的能量代谢主要由蛋白质分解提供，原因可能是幼鲎从孵化到1龄蜕壳为2龄摄食较少，甚至可不摄食仅依靠母体卵黄的营养完成蜕壳，因此幼鲎的能量代谢主要是自身蛋白质的分解。外界环境因子的变化，往往能对生物体的能量代谢以及物质选择产生影响，盐度试验中，盐度30试验组1龄幼鲎的O/N值最大，2龄幼鲎O/N最大值则出现在盐度20试验组，说明相应试验组的蛋白质代谢水平相对较低，这从侧面反映了1龄和2龄幼鲎的适宜生长盐度。而在温度试验中，温度同样影响幼鲎的O/N，但1龄和2龄幼鲎O/N数值的变化趋势却相反，具体原因有待进一步研究。
4 结论上述研究表明，中国鲎幼鲎的耗氧率整体处于较低水平。幼鲎的耗氧率和排氨率在适宜盐度环境下相对较低，而当环境盐度低于或高于适宜盐度时，幼鲎耗氧率和排氨率升高。当温度为25-33℃时，幼鲎的耗氧率随温度的升高而增加，而当温度超过33℃时幼鲎的代谢率不升反降。幼鲎的O/N为6.71-16.36，这表明其代谢主要由蛋白质分解供能。
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