减少拥挤对中间球海胆幼胆行为、生长和抗病的影响

罗嘉，丁鹏，高居杰，李永超，胡方圆，常亚青，赵冲

（大连海洋大学农业农村部北方海水增养殖重点实验室，辽宁 大连 116023）

中间球海胆(Strongylocentrotus intermedius)由日本引进[1]后，已成为我国北方重要的水产养殖经济物种之一[2]。中间育成是海胆工厂化繁育的重要阶段[3,4]。工厂化中间育成是筏式养殖和底播增殖的壳径≥1 cm 的中间球海胆苗种的重要来源。目前多采用高密度、高拥挤的养殖模式，苗种生长速度缓慢和抗病性差，影响生产效率，制约了产业的发展。生产上追求苗种高密度养殖以提高经济效益[5,6]，但高密度养殖会抑制个体的生长[7,8]，增加个体之间的相互竞争，在部分水生动物个体中产生不利于其他个体的行为，如鱼类的攻击行为等[9,10]。养殖生物个体之间高频率的接触能增加疾病感染传播的风险[11,12]。然而，降低养殖密度又会减少收益[13]。因此，建立一种既能保持高密度养殖以确保产业利润最大化，又能提高海胆生长效率和抗病性的新型中间育成模式非常重要。在中间育成中，幼胆主要集中在体积较小的养殖水体中[14]，聚集和拥挤程度较高，水体没有得到有效利用[15]。在保持养殖密度不变的条件下，降低海胆的拥挤程度能有效解决苗种生长速度缓慢的问题。Hu 等[16,17]研究发现，降低拥挤程度可以有效提高中间球海胆的生长速度和抗病性。其所用的海胆（壳径大约3 cm）与本研究所用规格（壳径大约1 cm）海胆在行为、生长等方面较为相似。因此，本文认为在保持高密度养殖的条件下，降低海胆幼苗的拥挤程度可能提高生长速度和抗病性。本文针对工厂化苗种生产的特点，通过探究不同拥挤程度对中间球海胆幼胆生存、行为、生长和抗病的影响，以期为中间球海胆中间育成生产提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料

实验用壳径约1 cm 的中间球海胆由大连壮元海生态苗业股份有限公司（123°86′E，38°16′N）运至农业农村部北方海水增养殖重点实验室，置于1 t水槽中充气暂养1 周。暂养期间，水温随室温变化，每三天换水一次，禁食。实验开始前解剖观察证实幼胆无明显性腺组织。

1.2 方法

实验自2020 年12 月3 日—2021 年1 月8日持续5 周。养殖箱长19.6 cm×宽16.8 cm×高18.5 cm（图1），每箱24 只海胆。养殖箱A 不分隔、B和C 中分别设置横向和横向加纵向隔间，分为高拥挤组（H）、中拥挤组（M）和低拥挤组（L）三组。H 组中24 只海胆全部置于A 箱中；M 组分为上中下三层养殖空间，每层8 只海胆；L 组在横向隔间的基础上纵向隔间，每层养殖空间分为2×4 的小隔间，共24 个，每个小隔间放养1 只海胆（图1）。

图1 不同拥挤程度下中间球海胆的实验装置模式图Fig.1 Experimental devices for Strongylocentrotus intermedius at different interactions

实验期间，水温为冬季正常水温，每三天全量换水一次，足量投喂新鲜裙带菜（Undaria pinnatifida）并充分曝气。每个实验组重复8 次独立实验（N＝8）。

实验结束时，从每组中随机取3 只海胆，用电子游标卡尺（Mahr Co.,Germany）和电子秤（G&G Co.,USA）分别测量壳径和体质量，计算平均值。随后在3 只海胆中随机取一只解剖，测量口器长、口器重、肠重和性腺重，并留肠道做切片，观察其发育情况，每组使用不同的海胆重复8 次（N=8）。

将解剖后的海胆（N=8）肠道在波恩氏液中保存48h[18]，使用标准切片技术连续横切，用苏木精和伊红染色[19]，脱水封固制成切片后，用光学显微镜（Leica,Germany）观察肠道形态、内部微结构和细胞规格、形态，拍照[20]。

海胆管足伸出行为能反映个体活力。每组随机取1 只海胆置于放有标尺的盒子内，待其管足自然伸出后用相机拍照。随机取10 根管足，用ImageJ 1.51 分别测量其壳径（mm）和管足伸出长度（mm），按下式计算管足长/壳径[21]。每个实验组重复24 次独立实验（N=24）。

在完成海胆测量和管足伸出行为实验一周后，在每组中另外随机取10 只健康海胆置于装置A 中进行攻毒实验（图1-A）。每个实验组重复8 次独立实验（N=8）。在每个装置A 中放入3 只壳径1 cm 左右的死于黑嘴病的海胆尸体，每三天换水一次，保持海胆禁食状态并曝气。每天观察，按下式计算每组海胆的患病率与死亡率[22]，持续5 d。

1.3 数据处理

对所有数据进行方差同质性和正态分布检验。符合正态性和方差齐性的数据采用单因素方差分析判断其显著性，进而用LSD（Least-Significant Difference）检验分析各组之间的差异性。口器重不符合方差齐性，管足长/壳径不符合正态分布。这两个性状采用非参数检验中的Jonckheere-Terpstra 检验分析组间的差异性。本实验所有数据分析均采用SPSS 19.0 分析软件完成，差异显著性为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 壳径和体质量

经过5 周的实验，高拥挤组海胆的壳径（15.53±1.68）cm 显著低于中拥挤组（16.64±1.12）cm（P＜0.05），极显著低于低拥挤组（17.18±1.51）cm（P＜0.01）；中拥挤组海胆的壳径与低拥挤组无显著差异（P＞0.05，图2-a）。高拥挤组海胆的体质量（2.01±0.56）g 显著低于中拥挤组（2.28±0.34）g（P＜0.05），极显著低于低拥挤组（2.57±0.59）g（P＜0.01）；中拥挤组海胆的体质量与低拥挤组无显著差异（P＞0.05，图2-b）。

图2 不同拥挤程度下中间球海胆的壳径和体质量（平均值±标准差，N=8）Fig.2 Test diameter and body weight of sea urchin Strongylocentrotus intermedius exposed to different crowded conditions(mean±SD,N=8).

2.2 口器长、口器重、性腺重和肠重

中拥挤组海胆的口器长（5.01±0.29）cm 极显著低于低拥挤组（5.67±0.19）cm（P＜0.01，图3-a）。各组间口器重无显著差异（P＞0.05，图3-b）。各组间性腺重无显著差异（P＞0.05，图3-c）。高拥挤组海胆的肠重（0.07±0.03）g 极显著低于低拥挤组（0.14±0.07）g（P＜0.01，图3-d）。

图3 不同拥挤程度下中间球海胆的口器长、口器重、性腺重和肠重（平均值±标准差，N=8）Fig.3 Lantern length,lantern weight,gonad weight and gut weight of sea urchin Strongylocentrotus intermedius exposed to different crowded conditions(mean±SD,N=8)

2.3 肠道结构

高拥挤组海胆的肠道环状皱襞内部微结构松散，组织空化严重，细胞肿胀，变形甚至消失（图4-A）。中拥挤组环状皱襞内部微结构松散程度和组织空化程度较低（图4-B）。低拥挤组环状皱襞排列整齐，几乎无组织空化，细胞形态正常（图4-C）。

2.4 管足长/壳径

经过5 周实验，各组海胆管足长/壳径之间均无显著差异（P＞0.05）。

2.5 攻毒实验后海胆的患病率和死亡率

攻毒实验后，高拥挤组（67.14±14.96）%和中拥挤组海胆（57.5±13.89）%的患病率均极显著高于低拥挤组（21.25±13.56）%（P＜0.001，图5）。各组海胆死亡个数均约为1，死亡率没有显著差异（P＞0.05）。

图5 不同组中间球海胆攻毒实验中的患病率（平均值±标准差，N=8）Fig.5 Morbidity of sea urchin Strongylocentrotus intermedius exposed to different crowded conditions(mean ± SD,N=8)

3 讨论

3.1 拥挤程度对海胆体尺和消化器官的影响

口器和肠道是海胆主要的摄食和消化器官，其发育影响海胆对食物摄取和消化能力[20,23]。低拥挤组海胆的口器显著长于中拥挤组；高拥挤组海胆肠道内环状皱襞内部微结构松散，组织空化严重，肠重显著低于低拥挤组。低拥挤组环状皱襞排列整齐，几乎无组织空化。这表明处于低拥挤环境下的海胆摄食能力可能比中、高拥挤好；低拥挤程度环境中的海胆个体体尺和消化器官发育更好，利用食物的能力更强。这说明低拥挤程度下的海胆幼苗拥有更强的摄食能力和利用食物的能力。在相同投喂量饵料下，低拥挤程度下的海胆幼苗对饵料利用效率更高。降低苗种拥挤程度可以节省饵料，提高经济效益，这对饵料稀缺的苗种生产时期非常重要[24-26]。

高拥挤组海胆的壳径和体质量显著低于低拥挤组和中拥挤组。这表明拥挤程度对海胆幼胆的生长影响较大，降低海胆幼苗的拥挤程度可以显著地提高其生长速度。低拥挤组海胆的摄食行为和摄食器官发育显著优于高拥挤组，这解释了低拥挤组海胆的生长优势。本文在Hu 等[16]的研究基础上进一步说明了低拥挤程度有利于中间球海胆幼胆体尺的生长，表明其在海胆中间育成技术体系中的应用潜力。目前，生产上多采用高拥挤、高密度的养殖模式。这种低效利用水体的模式使海胆幼苗受到高拥挤的影响而生长缓慢。提升海胆的生长速度是增加经济效益的关键[27-29]。研发新型装置，降低拥挤程度对幼胆生长的影响，可以在保持高密度中间育成的情况下优化幼胆的摄食行为、摄食器官发育和生长速度，显著提升养殖的经济效益。

3.2 拥挤程度对海胆抗病性的影响

在攻毒实验中，高、中拥挤组的海胆患病率显著高于低拥挤组，各组死亡率没有显著差异。这表明在低拥挤下生产的海胆苗种抗病性显著强于高拥挤个体，降低拥挤程度能提高中间球海胆幼胆的抗病性。在Hu 等[17]的基础上说明降低拥挤程度对不同规格海胆的抗病性均有影响。攻毒实验时间较短可能是各组海胆患病率差异显著，但几乎没有海胆个体死亡的原因。近年来，筏式养殖作为中间球海胆的重要养殖方式[21]在高温水域中损失严重。持续性高温无法避免，工厂化生产的海胆苗种在海上经过几个月的养殖后便大量患病死亡[30-32]。底播增殖作为中间球海胆的另一个重要养殖方式，生产过程中海胆死亡率同样很高。这与中间育成中高拥挤下的苗种抗病性弱有关。因此，幼胆的抗病性决定了后续养殖中海胆的成活率和养殖效率。养殖产业急需抗病性强的苗种以减小养殖过程中海胆的患病率与死亡率。中间育成中低拥挤下的幼胆在抗病性方面表现显著更好，能为后续筏式养殖和底播增殖提供更多抗病性强的苗种。

3.3 减少拥挤程度的生产应用

在海胆生产中，养殖器材多采用塑料制品。通过增加隔间或在同一水体不同水层中增设养殖器材，能以低成本实现减小海胆拥挤的功能。此外，本研究提出的新型养殖模式设计精巧，所需人力成本较低。在生产应用中，实现减小拥挤的功能所需投入材料和人工成本低，操作简单且适用的方法较多，适合在生产中广泛推广。

本文通过研究不同拥挤程度对中间球海胆幼胆行为、生长和抗病的影响，提出一种新型的高密度、低拥挤的海胆中间育成养殖模式。该模式适用于工厂化养殖。处于低拥挤环境下的海胆幼苗对饵料利用更好，生长速度更快，能显著提升中间育成效率，产出的海胆个体抗病性更强，为后续海胆的筏式养殖和底播增殖提供大量优质苗种。