不同温度制度影响仿刺参的性腺发育和能量收支

《Animals》：Different Temperature Regimes Affect Gonadal Development and Energy Budget in Apostichopus japonicus

　　

仿刺参（Apostichopus japonicus）是一种温带海洋棘皮动物，其生长和繁殖受温度强烈影响。研究人员将经历逐步升温（在三个连续20天阶段中分别升温至10–12°C、12–14°C和14–16°C）的成年仿刺参与维持在15°C的个体进行比较。对雌性和雄性的生长指数、性腺指数（gonadosomatic index, GSI）、性腺组织学和能量收支组分进行了评估。该60天实验对每个处理×性别组合设置了三个重复水槽。与恒定15°C处理相比，逐步升温处理在阶段III表现出更高的雌性GSI；代表性性腺切片记录了两个处理中与阶段相关的结构变化。最终湿重、特定生长率、日生长率或饲料转化率未检测到显著的处理效应。排泄能在阶段II和阶段III期间降低，而分配给性腺生长的比例增加。阶段特异性的性别内比较显示，在阶段II，逐步升温下两性的性腺生长能均较高，而最明显的GSI差异出现在阶段III的雌性中；处理×性别交互作用不显著。两种温度制度之间最明显的差异出现在阶段II和阶段III（12–16°C）。这些发现为仿刺参亲本培育期间的温度管理提供了整合的生理学基础。

仿刺参（Apostichopus japonicus）是我国重要的海水养殖品种，具有较高的食用和药用价值，其人工养殖已形成规模化产业。水温是调控仿刺参性腺发育和繁殖的核心生态因子，自然条件下繁殖周期随季节温度变化而推进。然而，以往大多数实验室研究采用恒定温度，忽视了自然界水温逐渐季节性波动的特征，导致恒温条件下的生理参数和能量收支结果可能无法准确反映自然或实际养殖状态。为此，研究人员模拟自然季节性升温过程，设置逐步升温处理与恒定15°C对照，系统比较成年仿刺参的生长、性腺发育和能量收支响应，以揭示动态温度下能量在体生长和性腺发育之间的分配规律。该研究发表在《Animals》。

研究人员从山东烟台某公司获取成年仿刺参，选取120只健康、大小一致且性腺处于早期发育的个体，随机分配至12个水槽（每槽10只同性别个体），设逐步升温（10–12°C、12–14°C、14–16°C，每阶段20天）和恒定15°C两种温度制度，每个处理×性别组合设3个重复水槽，实验持续60天。每阶段末测定终末湿重（Mw）、特定生长率（SGR）、日生长率（DGR）、饲料转化率（FCR）、性腺指数（GSI），并进行性腺组织学观察（苏木精-伊红染色）。能量收支采用C = S + U + R + G方程，其中G = G_s + G_g，通过氧弹量热法测定饲料、粪便和组织的总能，总氮法估算排泄能（U），代谢能（R）由方程残差计算。数据采用双因素方差分析及Bonferroni校正。

3.1. Growth Performance（生长性能）
整个实验期间所有处理组成活率均为100%，未检测到处理×性别交互作用。各阶段中，Mw、SGR、DGR和FCR均无显著处理主效应。阶段I时GSI存在显著性别效应（p = 0.017）；阶段III时温度处理显著影响GSI（p = 0.002），雌性逐步升温组的GSI显著高于恒定15°C组（19.00 ± 3.51 vs. 7.68 ± 5.25，调整后p = 0.005），雄性差异不显著。这表明逐步升温在后期促进了雌性性腺发育，但未改变体生长表现。

3.2. Representative Histological Features of Female and Male Gonads（雌雄性腺代表性组织学特征）
通过H&E染色切片观察，阶段I时两种处理均呈现早期发育特征，雌性卵母细胞稀疏、细胞间隙开放，雄性精小管管腔明显。阶段II时，逐步升温组雌性切片显示卵母细胞排列紧密，雄性精小管内精原细胞密集、管腔减小；恒定温度组也可见发育进展，但细胞分布较不均匀。阶段III时，两处理均含大量发育良好的卵母细胞，逐步升温组雄性精小管细胞密集充填，而恒定温度组管腔仍保留较大开放区域。这些切片仅用于描述性形态观察，未进行定量评分。

3.3. Energy-Budget Analysis（能量收支分析）
阶段I中，粪便能（S）在处理间差异显著（p = 0.004），雄性逐步升温组的S低于恒温组，雌性逐步升温组的排泄能（U）较低。阶段II时，处理对能量消耗（C）、S、U、体生长能（G_s）、性腺生长能（G_g）和同化能（A）均有显著效应（p < 0.05）；逐步升温下雌性C和U降低，G_g和A升高，且U/C降低，G_s/C和G_g/C升高；雄性C、S、U降低，G_g和A升高，S/C和U/C降低，G_g/C升高。阶段III时，处理显著影响C、S、U、G_g、A、U/C和G_g/C；雌性C、S、U和U/C降低，G_g/C升高；雄性U和U/C降低，G_g、A和G_g/C升高。所有阶段处理×性别交互作用均不显著。

讨论部分指出，温度变化特别是逐步升温是调节仿刺参繁殖节律的重要环境信号。在适当温度范围内，仿刺参能够维持基础体生长能力，同时通过内部能量再分配支持性腺发育。本研究在阶段II和III观察到逐步升温降低排泄能损失、提高性腺生长能分配比例，这与能量预算模型一致。性别间存在阶段特异性差异，但交互作用不显著，因此尚不能断定雌雄对温度处理的敏感性不同。12–16°C区间应被解释为升温处理的后段，而非独立确定的温度窗口。

结论：本研究模拟了自然季节性逐步升温过程，并系统评估了不同温度制度下成年仿刺参的性腺发育、体生长和能量收支响应。与15°C恒温培养相比，10–16°C逐步升温处理下雌性在阶段III的GSI更高，代表性性腺切片显示与阶段相关的结构变化，而Mw、SGR、DGR和FCR无显著处理效应。在阶段II和III，两种温度制度的能量分配差异明显，逐步升温下多个比较中U和U/C较低，性腺生长能（G_g）和G_g/C较高。阶段III时，GSI有显著处理效应，且性别内差异出现在雌性中。尽管雌雄表现出不同的阶段特异性模式，但处理×性别交互作用不显著。因此，12–16°C区间应被解释为所测升温处理的后段，而非唯一的确定性热窗口。这些发现为对比温度制度下性腺发育和能量分配提供了生理学信息，并可能有助于优化仿刺参亲本培育的温度管理。未来研究应结合呼吸代谢、内分泌调控、终末繁殖性状和能量感应通路分析，进一步阐明温度相关能量再分配和性腺成熟的机制。