湛江和三亚萼花臂尾轮虫生活史特征的比较研究

1、湛江和三亚萼花臂尾轮虫生活史特征的比较研究 王银忠，生命科学学院摘 要：在实验室中以浓度为2.0×106 cells/ml的斜生栅藻 ( Scenedesmus obliquus) 为食物，运用生命表统计学等方法比较研究了采自不同气候带不同品系的萼花臂尾轮虫（Brachionus calyciflorus）在20、24和28三个温度下的生活史特征。结果表明，采自中热带的萼花臂尾轮虫的生殖期、平均寿命、产卵量、净生殖率几乎都显著小于采集于边缘热带品系，也就是说，中热带轮虫的生长发育速度快于边缘热带轮虫，但采自中热带的轮虫寿命短，所产后代数量少，种群增长能力也不如边缘热带轮虫，说明不同气

2、候带的轮虫采取了不同的生活史对策。位于两个气候带的轮虫的各个发育阶段历时、平均寿命、存活时间、生命期望和世代时间几乎都随着温度的升高而显著缩短，说明高温会使轮虫的生长发育速度加快，从而导致其平均寿命等缩短；轮虫的内禀增长率则随着温度的升高而显著增大，并在28下达到最高，说明高温有利于中热带和边缘热带轮虫的种群增殖，这可能与轮虫对所处气候带水域环境温度的长期适应有关。关键词：萼花臂尾轮虫；生活史特征；气候带；温度Comparative Studies on the Life History Characteristics of Brachionus calyciflorus from Zhanj

3、iang and Sanya WANG Yinzhong, College of Life SciencesAbstract: The life history characteristics of different Brachionus calyciflorus strains collected respectively from different climatic zones were studied at three temperatures (20, 24 and 28) with 2.0 × 106 cells / ml of Scenedesmus obliquus

4、 as their food in the laboratory by means of life-table demography. The results showed that the durations of reproductive period, mean lifespan, egg production, net reproductive rate of the B. calyciflorus from the central tropics were almost lower than those of the strain from the northern edge of

5、tropics signicantly, which indicated the growth of the central tropical strain was faster than the northern edge of tropical strain, and B. calyciflorus from different climate regimes adopted different life history strategies. The durations of each developmental stage, mean lifespan, survival time,

6、the life expectancy at hatching and generation time of B. calyciflorus under two different climate regimes almost shortened signicantly with the increasing temperature, showing that high temperature accelerated the growth rate of rotifer. On the other hand, the intrinsic rate of population growth in

7、creased signicantly and reached a maximum at 28 with the increasing temperature, which indicated high temperature benefited the population growth of the B. calyciflorus under the central tropics and the northern edge of tropics, and it might result from their long-term adaptation to the temperature

8、of water environment in their climate regimes.Key words: Brachionus calyciflorus; life history characteristics; climatic zones; temperatures1 引言 轮虫是浮游动物中的一个重要类群，具有周期性孤雌生殖、栖息地片段化、世代时间短和遗传进化速率快等特点，从而成为良好的实验受试生物1。此外，轮虫的蛋白质含量高，所含氨基酸种类齐全，再加上其游泳速度慢、繁殖迅速且不污染水质等特点，从而成为中上层水体中鱼类和其他经济动物的理想开口饵料2。轮虫对水质变化非常敏感，是水生

9、态毒理学研究的模式生物之一，在环境监测和生态毒理学研究中发挥着重要作用3。轮虫的生长、发育以及繁殖等受多种因素的制约和影响，外源性因素主要是环境因子，如温度4,5、食物种类6,7、食物密度8,9以及培养液的pH值10,11等，内源性因素主要是遗传差异，如地理品系12,13，姐妹种14,15以及品种16,17等。地理品系是影响轮虫生活史特征的最显著的内源性因素之一18，而在影响轮虫发育繁殖的外源性因素中，则以温度最为重要19。目前开展萼花臂尾轮虫在不同地理品系和温度下的生活史特征研究已有较多报道；但气候带不同于地理品系，不同的气候带必然属于不同的地理品系，但不同的地理品系却有可能属于同一种气候带

10、，目前对不同气候带的萼花臂尾轮虫（Brachionus calyciflorus）的生活史特征进行的比较研究尚未见报道。本文以采自三亚和湛江两地的萼花臂尾轮虫为对象，设置了20，24和28三个实验温度，研究了它们在不同培养温度下的生活史特征的差异，旨在从理论上探究温度带对浮游生物的生活史特征的影响，同时在实践中为该种轮虫在渔业中的应用提供参考。2 材料与方法2.1 轮虫的采集实验用萼花臂尾轮虫于2014年8月采自中热带的海南三亚和边缘热带的广东省湛江市。实验室内于25±1、自然光照条件下对采集的轮虫活体进行“克隆”培养，轮虫培养液采用EPA配方(pH 7.4-7.8)，即在5L蒸馏水

11、中加入0.48g NaHCO3、0.30g CaSO4·2H2O、0.30g MgSO4·7H2O和0.02g KCl(USEPA 1985)；喂养轮虫的饵料是由HB-4培养基培养一年以上的、处于指数增长期的斜生栅藻（Scenedesmus obliquus），藻密度控制在2×106 cells/ml左右。mtDNA COI和rDNA ITS 序列分析均支持将本研究所涉及的萼花臂尾轮虫划为同一个姐妹种，属于不同品系，分别被命名为SY83和ZJ23。2.2 轮虫预培养实验开始前先将轮虫置于20、24和28三个恒温箱内进行预培养；喂食轮虫的藻密度为2.0×1

12、06 cells/ml (在显微镜下用0.1mL特制计数板精确计算出藻液浓度并用EPA稀释到所需浓度)，预培养在50ml的玻璃杯中进行，培养液体积为40ml；预培养过程中，每天更换培养液一次并投喂新鲜食物，同时去除部分轮虫个体，使轮虫种群始终处于指数增长期。预培养时间持续一周以上。2.3 单个体培养实验从预培养的烧杯中挑取带非混交卵的母体，每个温度下每个克隆500只，2h后从中挑取48只幼体，置于24孔塑料板中，每孔一只幼体，培养液体积为0.5ml，放入恒温箱中进行单个体培养，培养条件与预培养相同。实验刚开始时，每隔2h在解剖镜下观察轮虫情况直至轮虫成功产下第一只幼体为止；之后每隔8h观察一次

13、轮虫，记录轮虫的带卵数、所产幼体数以及母体的存活情况，并移去幼体；每隔24h更换一次培养液并投喂新鲜食物。实验至全部个体死亡为止。2.4 观测参数与其计算方法 生活史参数(各主要发育阶段的历时)：生殖前期历时是指从幼体孵出到其性成熟后产出第1枚卵所经历的时间；生殖期历时是指从第1枚卵产出到最后1枚卵产出所经历的时间；生殖后期历时是指从轮虫产出最后1枚卵到其死亡所经历的时间；世代时间历时是指从亲代出生到子代出生所经历的时间。以上各发育阶段的历时以及轮虫的平均寿命和其一生的产卵量皆参照Walz20、orstad等21和Schmid-Araya等22的方法，按实际观察值平均求得。种群增长参数与胡柯等

14、23所用方法相同。特定年龄存活率：X年龄组开始时存活个体百分数，lx；特定年龄繁殖率：X年龄组平均每个个体所产的雌性后代数，mx；出生时的生命期望：每个个体出生时能活多久的估计值；平均寿命：所有个体平均能活多久的观察值；总生殖率：每个个体一生所产的雌性后代数，G0=mx；净生殖率：种群经过一个世代后的净增长率，R0 =lxmx；世代时间：完成一个世代所需要的时间，T=lx mxx/R0；内禀增长率：种群在特定试验条件下的最大增长率。根据方程，r=lnR0/T在粗略计算的基础上，再根据方程e-rxlxmx=1在Excel中算求得内禀增长率的精确值。2.5 数据的处理与分析 所有参数均是在 Exc

15、el 中算得，均采用平均值±标准误表示；采用双因素方差分析法分析气候带、温度及两者之间的相互作用对生命表参数的影响；用SNK-q检验法对有显著性差异的样本均数间进行多重比较，显著性水平设置为0.05。数据分析均在SPSS Ver16.0统计软件中进行。3 实验结果3.1 生命表统计学参数 气候带对轮虫的生殖期、平均寿命、产卵量、净生殖率有极显著的影响（P<0.01），对轮虫的繁殖率有显著影响（P<0.05)，但对轮虫的生殖前期、胚胎发育、生殖后期、存活率、存活时间、生命期望、世代时间、内禀增长率都无显著影响。相同温度下，采自中热带轮虫的生殖期、平均寿命、产卵量、净生殖率、

16、繁殖率几乎都显著低于边缘热带品系。温度对轮虫的生殖前期、胚胎发育、生殖期、生殖后期、平均寿命、繁殖率、存活时间、生命期望、世代时间和内禀增长率都有极显著的影响（P<0.01），对轮虫的存活率有显著影响(P<0.05)，但对轮虫的产卵量和净生殖率无显著影响。随着温度的升高，两种气候带的轮虫的生殖前期、胚胎发育、生殖期、平均寿命、存活时间、存活率、生命期望、净生殖率和世代时间几乎都会降低，但在28下，ZJ23的生殖前期和生殖后期历时要高于24下的。轮虫的内禀增长率和繁殖率都随着温度的升高而增大。气候带和温度的交互作用轮虫的生殖前期、生殖期、平均寿命、产卵量、生命期望和世代时间都有极显著

17、的影响（P<0.01），对轮虫的生殖后期、繁殖率有显著影响（P<0.05），但对轮虫的胚胎发育、存活率、存活时间、净生殖率、内禀增长率无显著影响。 表1气候带，温度及其交互作用对萼花臂尾轮虫生命表参数的影响（P值）Table 1. P-values from the two-way ANOVAs testing the effects of climate regime (C), temperature (T), and their interactions ( C×T) on each of the life history parameters.参数气候带温度气候带&

18、#215;温度生殖前期>0.05<0.01<0.01胚胎发育>0.05<0.01>0.05生殖期<0.01<0.01<0.01生殖后期>0.05<0.01<0.05平均寿命<0.01<0.01<0.01产卵量<0.01>0.05<0.01存活率>0.05<0.05>0.05繁殖率<0.05<0.01<0.05存活时间>0.05<0.01>0.05生命期望>0.05<0.01<0.01净生殖率<0.01>0

19、.05>0.05世代时间>0.05<0.01<0.01内禀增长率>0.05<0.01>0.05 表2 以3种温度培养时两种气候体制下的轮虫的生活史参数（平均数±标准误） Table 2 The life history characteristics of B. calyciflorus (mean value±standard error) 生活史参数温度 姐妹种SY83ZJ23生殖前期(h) 2046.64±0.50a55.52±0.88a2421.12±0.56b21.05±0.38b2

20、818.50±0.43c21.57±0.39b胚胎发育(h)2022.91±0.28a22.45±0.32a2411.51±0.28b12.08±0.33b288.92±0.21c9.47±0.23c生殖期(h)20154.02±7.52a248.58±13.61a2495.91±4.12b131.65±10.07b2872.03±3.40c101.83±6.90c生殖后期(h)2028.73±3.58a44.39±4.82a2412.

21、65±1.52b12.30±1.85b288.84±1.45b12.61±1.49b平均寿命(h)20229.39±7.01a348.48±13.09a24129.67±4.09b165.00±11.05b2899.37±3.45c136.00±6.66c产卵量(ind)207.91±0.47a13.15±0.93a247.91±0.45a11.95±1.38a286.95±0.42a9.76±0.80a存活率200.69±0

22、.06a0.76±0.04a240.64±0.08a0.53±0.06b280.65±0.09a0.56±0.07b繁殖率200.62±0.10a0.75±0.09a241.03±0.17b1.39±0.14b281.16±0.21b1.37±0.17b存活时间(h)20137.33±5.42a159.17±7.54a2474.83±2.74b90.67±6.13b2851.33±2.59c83.67±2.46b生命期望(h)

23、20224.65±5.81a347.27±16.44a24125.26±2.66b163.08±9.39b2897.28±4.28b131.13±5.49b净生殖率207.34±0.39a12.63±1.05a246.84±0.29a10.51±0.86ab285.73±0.57a8.29±0.79b世代时间(h)20128.56±3.13a186.38±1.00a2476.28±2.60b109.44±7.70b2861.06

24、7;1.93c83.50±4.72c内禀增长率200.0172±0.0004a0.0172±0.0006a240.0285±0.0013b0.0291±0.0016b280.0318±0.0009c0.0319±0.0004b同项同列具有相同字母的表示组间无显著性差异同项同列具有不同字母的表示组间有显著性差异3.2 轮虫的存活率和繁殖率温度对轮虫的繁殖率有极显著的影响（P<0.01），对轮虫的存活率有显著影响（P<0.05）。随着温度的升高，两种气候带下的轮虫的存活率下降的时间都向前推移，并且下降速度加快；轮虫的

25、繁殖期随着温度的升高而缩短，并且繁殖率最大值增大。 20 24 28SY83SY83存活率 存活率 繁殖率SY83ZJ23ZJ23ZJ23- 存活率- 繁殖率 图1 萼花臂尾轮虫的存活率和繁殖率曲线图Figure 1. Survivorship (triangle) and fecundity curves (tetragonum) of the B. calyciflorus at four temperatures.4 讨论遗传因素是影响轮虫存活和发育的重要内源性因素19，而温度则是重要的环境因子之一。本研究在三种温度下对两种气候体制下的萼花臂尾轮虫的一个姐妹种的生活史特征进行同步研究，结

26、果表明，气候带对萼花臂尾轮虫的生命表中的5个参数有显著影响，进一步证实了轮虫品系间的生命表统计学参数差异是由遗传决定的。另外，温度对生命表中的11个参数有显著影响，这充分说明了温度是影响生活史特征的最重要的外源性因素。4.1 温度对轮虫的生活史特征的影响温度是影响轮虫发育历时和产卵量的重要生态因子之一。众多研究结果均表明，温度是影响轮虫发育的主要外源性因素，轮虫各主要发育阶段历时都会随温度升高而缩短9,18,24, 同时，轮虫的发育速率和代谢速率会随着温度的升高而加速，从而导致其平均寿命、世代时间及出生时的生命期望缩短25。就本研究的结果而言，这两种不同品系的轮虫的主要发育历时也随温度的升高而

27、总体上呈现出缩短的趋势。而两种气候带的轮虫的各发育阶段历时、存活时间、生命期望和世代时间几乎都随着温度的升高而降低，内禀增长率随着温度的升高而加速，这与前人的结论基本一致。至于本研究中出现的少许异常结果，如ZJ23的生殖后期在28下要高于24下的等等，可能是由于实验误差导致。4.2 轮虫品系间的种群增长参数种群的内禀增长率是种群在最适条件下的最大瞬时增长率, 是衡量种群增殖能力的一个综合指标。Pourriot26认为，在食物充足的情况下，浮游性轮虫在孤雌生殖阶段的增殖速率也即内禀增长率更多地取决于自身胚胎发育和生命的早期阶段的历时，而不是净生殖率。本研究中，不同气候带的轮虫的生殖前期和胚胎发育

28、历时没有显著差异，净生殖率存在显著差异，它们的内禀增长率没有显著差异。这表明内禀增长率的确是取决于自身早期发育阶段的历时。 Fanestil等27、Meadow等28认为,变温动物的净生殖率理论上应该不随着温度的变化而变化。而事实上,水生和湿生品系的蛭态类轮虫Macrotrachela quadricornifera的净生殖率均随着温度的变化而变化29。在本研究中,SY83的轮虫的净生殖率随着温度的升高不发生显著变化但呈现逐渐下降的趋势; ZJ23的轮虫的净生殖率随温度的升高呈现逐渐下降的趋势更为明显。表明轮虫净生殖率保持稳定的温度范围取决于轮虫种类及其品系等。4.3 关于轮虫品系的选择 两个

29、气候带的轮虫的内禀增长率都随着温度的升高而增大，在28下达到最高，说明高温有利于中热带和边缘热带轮虫的种群增殖，这可能是因为中热带和边缘热带的周年温度都维持在高温的水平，轮虫长期处在这样的水环境中，自然更加喜好较高的温度。不同气候带的萼花臂尾轮虫采取不同的生活史对策，若不考虑温度的影响，中热带品系轮虫的生命表参数值几乎都低于边缘热带品系，也就是说，中热带轮虫的生长发育快于边缘热带轮虫，但中热带轮虫的寿命短，所产后代数量少，种群增长能力也不如边缘热带轮虫，所以，若要规模化培养萼花臂尾轮虫，边缘热带品系无疑要优于中热带品系。参考文献:1 孙栋, 牛翠娟. 单巢类轮虫有性生殖的研究进展和展望J. 湖

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