主要環境因子對克氏原螯蝦生長發育的影響研究進展

趙明光，馮廣朋*，陳建華，王海華，張燕萍，徐維康

(1.江西省水產科學研究所，江西 南昌 330039； 2.江蘇海洋大學 海洋科學與水產學院，江蘇 連云港 222005； 3.中國水產科學研究院東海水產研究所，上海 201306)

克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)俗稱小龍蝦，屬節肢動物門、甲殼綱、十足目、螯蝦科[1]。上世紀30年代初，克氏原螯蝦從日本引進至我國，因其生長快、適應性強、食性廣等生物學特性以及市場對其日益增加的需求量，現已成為我國最具發展潛力的養殖對象之一[2]，野生克氏原螯蝦主要集中在我國長江中下游地區的江河湖泊等天然水體中[3]?，F階段，我國克氏原螯蝦的養殖模式呈現出以稻-蝦綜合養殖模式為主，池塘養殖、藕蝦混養為輔的格局[4]。在實際生產中，極端天氣、水稻種植過程中過度施肥及施藥等非生物因素會直接或間接地影響克氏原螯蝦生長環境的穩定性，使其抗風險能力減弱，影響克氏原螯蝦正常的生長發育及存活率[5]。

水是支撐水生動物生命活動的基礎，水環境中各種非生物因子的變化會影響其正常的生長、發育、行為等生命活動[6，7]?？耸显r作為一種典型的變溫動物，其對生長環境的變化非常敏感，各種環境因子變化都會影響其正常的生命活動[8]，所以維持水環境中各種環境因子穩定是保證其正常生命活動的前提。本文就三種理化因素(溫度、鹽度、pH)和兩種環境污染物(氨氮、亞硝酸鹽)對不同發育階段克氏原螯蝦的生長、生理代謝、免疫功能、攝食情況、行為特征等方面的影響進行綜述，以期為克氏原螯蝦健康養殖及資源合理利用提供參考。

1 溫度對克氏原螯蝦生長發育和代謝活動的影響

環境溫度是影響水生生物生長發育的重要因素之一，水溫變化會直接導致水生生物的多種生理應激反應[9]，并進一步影響其生長、攝食、蛻皮、消化代謝功能等[10，11]。大量研究表明，水溫為23℃時，克氏原螯蝦幼蝦的存活率最高，可達100%。水溫為25℃能夠有效緩解克氏原螯蝦早熟，并且其所攝取的能量能最大限度地用于生長[12]。26℃是其生長發育的最適溫度，該溫度下，幼蝦的體長與體重增長速度最快，并且能夠保持較高的存活率[13]。水溫高于28℃時，幼蝦正常的生命活動會受到抑制，并造成較高的死亡率[14]。同時，高溫刺激是一種潛在的有害刺激[15]，水溫高于31℃時，克氏原螯蝦幼蝦的存活期較短，僅為3～4周[16]。成年克氏原螯蝦對溫度的耐受能力較強，其適宜生長溫度為24～30℃，耐受范圍為0～38℃[17]。

Jin S等[18]通過研究水溫對克氏原螯蝦繁殖能力的影響得出，克氏原螯蝦胚胎發育的最適溫度為25℃；水溫為21℃和25℃時，雌性克氏原螯蝦繁殖產量及產卵率均顯著高于其他溫度處理組；水溫為29℃和33℃時，雌性克氏原螯蝦從交配到產卵的時間顯著縮短。劉永鑫[19]等發現在溫度范圍為19～28℃內，克氏原螯蝦胚胎發育速率及孵化時間均隨溫度上升而加快，而胚胎孵化率隨溫度上升呈現“先升高后下降”的趨勢。而韓曉磊等[20]研究表明，在10～30℃范圍內克氏原螯蝦親蝦的抱卵率隨溫度上升呈現“先升高后下降”的趨勢，并在25℃時達到峰值。其抱卵親蝦的孵化率及幼體孵化時間與溫度成正相關關系。溫度被認為是影響克氏原螯蝦蛻殼的主要環境因子之一[21]，A.Sogorb[22]等發現隨著溫度升高，克氏原螯蝦幼蝦的平均蛻殼間隔時間縮短。Culley[23]等研究表明水溫為30±1℃時，克氏原螯蝦幼蝦的蛻殼率顯著高于20±1℃時的克氏原螯蝦幼蝦。

在非極端溫度區間內，溫度波動對克氏原螯蝦攝食活動的影響較小。但水溫過低時，蝦體需要一部分能力維持自身基礎代謝；水溫過高時，長期的高溫脅迫會導致蝦體自身生理功能紊亂。Hunner[24]等發現水溫高于30℃時，克氏原螯蝦會停止攝食。倪靜靜[25]等發現不同溫度下，克氏原螯蝦對不同種類的餌料存在顯著選擇性。在15～30℃間，克氏原螯蝦的攝食量隨溫度升高而增加。該結論與Croll等研究結果一致。其原因是在該溫度區間內，隨著溫度升高，克氏原螯蝦自身的代謝強度增大，對能量的需求與消耗也會增大[26]。周澤湘[13]等研究表明在23～29℃范圍內，消化酶活性隨溫度上升而升高，并在29℃時達到峰值。邵蓬[27]等認為過低及過高的溫度都會影響克氏原螯蝦的消化酶活性，影響其正常的營養代謝及攝食欲望，抑制其生長發育。

水溫會顯著地影響克氏原螯蝦的代謝及免疫能力[28]。李清松[29]等研究發現溫度變化與克氏原螯蝦幼蝦的耗氧率、耗能率和氨氮排泄率呈正相關關系，而與克氏原螯蝦幼蝦的呼吸商、溫度系數無顯著相關性。該結論與溫小波[30]等研究結果一致。Ramo[31]等發現低溫可降低重金屬鎘、鉻、汞對克氏原螯蝦的急性毒性。Newsom[32]等研究表明溫度能顯著影響克氏原螯蝦血淋巴的滲透性濃度和離子濃度。王天神[33]等通過研究不同溫度對克氏原螯蝦的免疫酶活性的影響發現，水溫20℃時各相關免疫因子活性較高，克氏原螯蝦具備較強的抗病能力。隨著養殖環境溫度上升，克氏原螯蝦血液中酸性磷酸酶(ACP)、堿性磷酸酶(AKP)和溶菌酶(LSZ)活性均呈“先升高后下降”的趨勢，分別在20、20和25℃時達到峰值；過氧化氫酶(CAT)活性呈“先升高后下降再上升”的趨勢；超氧化物歧化酶(SOD)活性隨溫度升高而降低。Guo[34]等發現在急性熱應激條件下，克氏原螯蝦腸道氧化應激參數水平持續上升，腸道抗氧化基因hsp70和mt隨急性熱應激時間增加呈現“先升高后下降”的趨勢，其相對表達量分別在6 h和24 h時達到峰值?；騠er在24 h時的相對表達量達到峰值，后持續下降。溫度被認為在誘發白斑綜合征病毒WSSV起著關鍵性作用。研究表明低水溫(10±1℃)可限制克氏原螯蝦體內WSSV病毒的復制并降低其發病率，但不能完全阻止病毒復制[35]。同時，Wu[36]等發現水溫為24℃時，克氏原螯蝦體內WSSV病毒的拷貝數在24～96 h內增加了1000倍。而水溫為32℃時，其拷貝數在24～96 h內減少了近10倍，并在之后趨于穩定。

2 鹽度對克氏原螯蝦生長發育和代謝活動的影響

鹽度是一種重要的環境因子，水體鹽度變化會破壞甲殼動物自身的滲透壓平衡，導致機體發生一系列生理生化反應，從而影響其正常的生長、繁殖、攝食、代謝等生命活動，嚴重時會導致甲殼動物死亡[37]?？耸显r對鹽度的安全濃度(SC)為6.00 g/L[38]。張曹進等通過研究克氏原螯蝦對鹽度的適應性發現克氏原螯蝦能夠較好的適應10以下的低鹽度環境，且度變化周期是影響克氏原螯蝦存活率的關鍵。這與李庭古[40]等研究結果一致。趙朝陽[41]等發現低鹽度水體能有效縮短克氏原螯蝦產卵時間并提高雌蝦的抱卵率。這與宋光同[42]等提出的鹽度對克氏原螯蝦的繁殖效果影響不大的觀點不一致。李庭古[43，44]等研究表明鹽度范圍0～8內，所有克氏原螯蝦受精卵均可孵化，鹽度10以上時，胚胎均在發育過程中死亡。并且胚胎發育時間隨鹽度增加而延長。

蝦蟹類的蛻殼狀況與打斗行為是影響其存活與正常生長發育的關鍵因素。Hesni[45]等發現鹽度脅迫可誘導硫酸亞鐵甲酯和Y-器官蛻皮甾體分泌，從而啟動克氏原螯蝦的蛻皮。劉棟梁[46]等通過探究不同鹽度對克氏原螯蝦蛻殼死亡的影響發現，鹽度水平9以下，克氏原螯蝦未出現因蛻殼導致死亡的個體。并且克氏原螯蝦的蛻殼率和蛻殼死亡率與鹽度呈正相關關系。高鹽度水體中克氏原螯蝦需消耗自身更多的能量以維持自身滲透壓平衡導致其出現不活躍、反應遲鈍[47]。陳翔宇[48]等通過研究鹽度對克氏原螯蝦打斗行為的影響發現高鹽度水體中克氏原螯蝦的打斗時間占比與次數均顯著低于低鹽度水體。劉國興[49]等發現，鹽度變化會顯著影響克氏原螯蝦的攝食量、攝食時間及運動比率。

鹽度對克氏原螯蝦的呼吸代謝和免疫能力均會產生顯著影響。李庭古[50]等發現低鹽度水平(<6)對克氏原螯蝦的代謝率無影響；當鹽度水平>8時，克氏原螯蝦的耗氧率和排氨率均顯著增加。而慕峰[50]等發現克氏原螯蝦的耗氧率、CO2排出率和排氨率隨鹽度上升均呈現“先升高后下降”的趨勢，并在鹽度水平6時達到峰值。喬雁冰[52]等發現低鹽環境能夠激活克氏原螯蝦機體的抗氧化酶系統以增加機體對鹽度脅迫的抵抗能力，而高鹽環境會抑制克氏原螯蝦抗氧化酶的活性導致其抗氧化能力降低，并且鹽度環境也會導致機體細胞出現免疫損傷，進而降低機體的抗病能力，張龍崗[53]等研究表明環境鹽度發生變化時，克氏原螯蝦會通過改變Na+/K+-ATPace活力以調節機體滲透壓平衡。郭春雨[54]等發現克氏原螯蝦鰓中Na+/K+-ATPace活力隨鹽度增加而升高。Gao[55]等發現環境鹽度升高會導致克氏原螯蝦鰓和腎臟中PMCA3和NCX的表達量升高。

3 pH對克氏原螯蝦生長發育和代謝活動的影響

水體pH異常會刺激水生動物產生應激反應，當刺激強度過大或持續時間過長時，會影響機體正常的生長發育，嚴重時會導致水生動物代謝紊亂，抗病能力下降甚至死亡[56]?？耸显r生長發育的最適pH范圍為6.5～7.5，pH超過正常范圍時都會直接或間接地傷害克氏原螯蝦。France[57]等通過研究3個發育階段克氏原螯蝦對不同pH的耐受性比較發現，發育周期越長的克氏原螯蝦對低pH的耐受性越強，并且在相同pH條件下存活的時間越長。Yue[58]等研究表明中性pH(7.8)時，克氏原螯蝦幼蝦的存活率、體重增加量、體長增加量、蛻皮效率最高，而在低pH條件下，幼蝦的蛻皮率較低。并且幼蝦蛻殼后角質層硬化時間比中性pH條件下的硬化時間更長。Malley[59]等研究發現酸性條件會抑制克氏原螯蝦對Ca2+的吸收，導致機體含Ca2+量減少，而堿性條件可促進其吸收Ca2+；并且酸性水體中Cd2+會富集在克氏原螯蝦的鰓中，同時影響其甲殼中Mg2+濃度。

水體pH異常會直接影響浮游動植物的生長與存活，從而間接影響克氏原螯蝦的食物來源，同時也會影響克氏原螯蝦的食欲。倪靜靜[60]等通過研究不同pH條件對克氏原螯蝦攝食行為的影響發現克氏原螯蝦對三種飼料(玉米、配合飼料、魚肉)的攝食量隨著pH升高呈現“先升高后下降”的趨勢，中性環境更有利于克氏原螯蝦攝食，而偏酸或偏堿性環境均會影響克氏原螯蝦正常的攝食活動。Uiska[61]等發現低pH可能會改變化學刺激物或化學感受器的結構，進而降低克氏原螯蝦的攝食反應及選擇。Allison[62]等研究表明當pH值為4.5時，克氏原螯蝦對食物的化學感受和處理化學信息的正常中樞都會受損并導致其對食物的反應能力降低，并且這種損傷是不可逆的。

水體pH異常會破壞克氏原螯蝦自身的免疫系統進而影響機體修復，導致其無法有效地抵抗疾病，并加速克氏原螯蝦的死亡[63]。朱毅菲[64]等通過研究pH對克氏原螯蝦血清酚氧化酶活力的影響發現，在pH 3.0～10.0范圍內，克氏原螯蝦血清酚氧化酶活力及穩定性隨pH升高呈現“先升高后下降”的趨勢，并在中性pH(7.0)達到峰值。郭春雨[54]等研究發現酸堿環境均會抑制克氏原螯蝦鰓中Na+/K+-ATPace活力，并且堿性條件能表現出更強的抑制效果。陶易凡[65]等通過研究低pH對克氏原螯蝦鰓及肝胰腺酶活力及組織結構的影響發現，克氏原螯蝦96 h的pH半致死濃度(LC50)為3.675，低pH脅迫下克氏原螯蝦鰓LDH活力與肝胰腺MDA含量持續上升，并在96 h時達到峰值，肝胰腺SOD與CAT活力隨著脅迫時間延長呈現“先升高后下降”的趨勢，鰓COO活力則隨脅迫時間延長而持續下降，并且低pH也會對肝小管的形態結構造成損傷。田立立[66]等發現高pH急性脅迫會影響克氏原螯蝦的免疫防御機制，但隨著脅迫時間的延長，克氏原螯蝦部分非特異性免疫及抗氧化指標逐漸恢復。郝晨光[67]等通過研究不同pH對克氏原螯蝦WSSV增殖的影響發現短期脅迫對克氏原螯蝦體內WSSV增殖的影響不明顯，但隨著脅迫時間延長，pH越低，克氏原螯蝦體內WSSV增殖速度越快。

4 氨氮對克氏原螯蝦生長發育和代謝活動的影響

水體中氨氮主要來源于水生動物代謝產物的排泄以及糞便、殘餌等含氮有機物的氨化作用[68]，并在水體中以離子氨和非離子氨兩種形式存在[69]，其中非離子氨會影響動物血液的載氧能力，是抑制水生動物正常生長發育的主要毒物[70]。氨氮對克氏原螯蝦幼蝦(1.0～1.5 cm)96 h半致死濃度為79.4 mg/L，安全濃度為7.94 mg/L；非離子氨96 h半致死濃度為1.91 mg/L，安全濃度為0.19 mg/L[71]。

水體中氨氮發生變化時，克氏原螯蝦的行為就會受到影響。劉莎[72]等發現在氨氮暴露初期，克氏原螯蝦會出現狂躁不安、迅速逃逸和間歇性痙攣等癥狀，隨著暴露時間增加，克氏原螯蝦的體色發生變化、行為遲鈍，最終導致死亡。蘆光宇[73]等通過研究氨氮對克氏原螯蝦攝食行為的影響發現，克氏原螯蝦的攝食量、攝食頻次與攝食時間隨氨氮濃度升高而下降。陳婷[74]等發現水體氨氮濃度接近或略高于克氏原螯蝦的安全濃度時，克氏原螯蝦對清水環境存在顯著偏好性；當水體氨氮濃度遠大于安全濃度時，過高的氨氮水平會影響克氏原螯蝦的行動與感知能力，其對不同水環境的選擇性無顯著性差異。Edwards[75]研究表明氨氮濃度和作用時間與克氏原螯蝦的打斗時間和頻次具有顯著相關性。

氨氮通過影響克氏原螯蝦機體代謝與免疫能力，使其抗病能力下降，嚴重時會造成克氏原螯蝦大量死亡。Jiang[76]等研究表明氨氮對克氏原螯蝦的致死毒性可能與抗氧化系統的逐漸功能障礙和Na+/K+ATP酶活性導致抗氧化系統和滲透壓調節有關。蘆光宇[77]等通過研究不同氨氮水平對克氏原螯蝦抗氧化能力的影響發現，同一氨氮水平下，克氏原螯蝦肝胰腺中SOD、CAT、MDA活性隨脅迫時間延長呈現“先升高后下降”的趨勢；同一脅迫時間下，克氏原螯蝦肝胰腺中SOD、CAT活性隨氨氮水平升高呈現“先升高后下降再上升”的趨勢。朱毅菲[64]等發現克氏原螯蝦溶菌酶(LSZ)、PO活性隨脅迫時間延長呈現“先升高后下降”的趨勢，ACP、ALP活力隨脅迫時間延長而升高。郝晨光[67]等通過研究氨氮對克氏原螯蝦體內WSSV病毒增殖的影響發現，高濃度氨氮會促進克氏原螯蝦體內WSSV病毒的增殖并損傷鰓絲的正常生理功能，導致克氏原螯蝦的死亡率升高。Wang[67]等發現在氨氮脅迫下，克氏原螯蝦會通過降低自身尿酸代謝和提高AMP脫氫以清除機體中多余的氨，同時會促進組織蛋白酶和Cyt-C基因的表達，加速克氏原螯蝦的細胞凋亡。

5 亞硝酸鹽對克氏原螯蝦生長發育和代謝活動的影響

水體中的一些含氮物質在亞硝化細菌的作用下與一些金屬離子相結合形成亞硝酸鹽，是水體中重要的有毒物質之一[79]。亞硝酸鹽對克氏原螯蝦的毒性很強，其會通過鰓進入克氏原螯蝦體內并降低血液的載氧能力，影響離子水平調節和心血管功能，導致應激反應，生長遲緩、各種器官受損、細菌或寄生蟲病耐受性降低，嚴重時會導致克氏原螯蝦死亡[80，81]。亞硝酸鹽對克氏原螯蝦幼蝦(0.95～1.06 cm)96 h半致死濃度為15.19 mg/L，安全濃度為1.52 mg/L[82]；對成蝦(6.91±0.41 cm)96 h半致死濃度為35.70 mg/L，安全濃度為12.32 mg/L[83]。

亞硝酸鹽脅迫會影響克氏原螯蝦免疫系統的反應強度。Kozák[84]等發現氯化物能顯著降低克氏原螯蝦對亞硝酸鹽的應激反應。鐘君偉[83]等通過研究亞硝酸鹽對克氏原螯蝦成蝦抗氧化酶活性影響發現，亞硝酸鹽濃度為12 mg/L時，克氏原螯蝦肝胰腺T-SOD與CAT活性均顯著低于對照組，而ACP、AKP活性隨脅迫時間延長呈現“先升高再下降后平緩”的趨勢，并在12 h時達到峰值，24 h時恢復至對照水平。Jiang[85]等通過研究亞硝酸鹽對克氏原螯蝦代謝酶和抗氧化酶基因表達的影響發現，脅迫初期，克氏原螯蝦代謝酶及抗氧化酶基因的表達量持續升高，48 h后，長時間脅迫導致克氏原螯蝦機體防御系統崩潰，其代謝酶和抗氧化酶基因的表達受到抑制，基因表達量下降。Zhang[86]等發現亞硝酸鹽對克氏原螯蝦的毒性效應與其濃度和作用時間存在強烈的相關性，在脅迫初期，亞硝酸鹽對克氏原螯蝦免疫系統的影響較小，隨著脅迫時間延長，高濃度的亞硝酸鹽會抑制肝胰腺中GBP與血細胞中溶菌酶的表達。Guo[87]等通過研究亞硝酸鹽對克氏原螯蝦腸道微生物組成的影響發現，亞硝酸鹽脅迫會導致克氏原螯蝦腸道微生物組成發生改變，增加機會菌和致病菌在腸道內根植的機會。郝晨光[67]等通過研究亞硝酸鹽對克氏原螯蝦體內WSSV增殖的影響發現，在脅迫初期，亞硝酸鹽會通過影響克氏原螯蝦機體正常的生命活動加速體內WSSV病毒增殖，而亞硝酸鹽的持續脅迫會激活克氏原螯蝦機體免疫系統，抑制WSSV病毒增殖，降低克氏原螯蝦的死亡率。

6 研究展望

環境因子是決定水生動物能否正常生長發育的關鍵因素，近年來，國內外學者開展了多種環境因子對克氏原螯多個層面的影響研究，解決了很多在水產養殖過程中發現的問題，避免了大量經濟損失，但仍存在一些不足，現提出相關問題及解決建議，以期為克氏原螯蝦健康養殖提供科學參考。

(1)開展各種環境因子的影響研究：當前研究主要集中在單一環境因子對克氏原螯蝦生長、代謝、免疫方面的影響，其研究成果不能充分解釋實際養殖過程中的問題，不同環境因子對克氏原螯蝦的作用機理間可能存在相互促進、拮抗等關系，后續應開展多種環境因子克氏原螯蝦的影響以完善克氏原螯蝦的相關養殖理論。

(2)開展克氏原螯蝦早期發育階段研究：現階段研究多以克氏原螯蝦幼蝦及成蝦為實驗對象，缺乏對克氏原螯蝦早期發育的深入探討，后續應加強環境因子對克氏原螯蝦抱卵、孵化等方面的研究。

(3)開展行為學與機制方面的研究：水生動物對環境的適應性通過自身行為所表現，現階段研究缺乏環境因子對克氏原螯蝦行為特征的影響研究，后續應加強環境因子對克氏原螯蝦行為特等方面的研究，以及深入開展并闡析環境因子對克氏原螯蝦的影響機理。