本试验采用响应面法和中心复合试验设计的方法,考察了卤虫密度(D)、光照强度(L)以及光照周期(P) 与卤虫休眠卵孵化率之间的关系。试验结果表明,密度的一次效应对卤虫孵化的影响显著(P < 0.05)、二次效应对孵化的影响极显著(P < 0.01),随着密度的增加,孵化率呈先上升后下降的趋势。光照强度的一次效应、二次效应的影响均不显著(P > 0.05)。光周期的一次效应对孵化的影响极显著(P < 0.01)、二次效应对孵化影响显著(P < 0.05),光周期越长,孵化率越高。密度与光照强度间无交互作用(P > 0.05),密度与光照周期两者之间的交互作用极显著(P < 0.01),光照强度与光照周期间无交互作用。密度、光照强度、光照周期对孵化率的二次多元回归方程的拟合程度高,可用来预测,最佳优化条件组合为密度1.12 g∙L−1,光照强度为1598 lux、光照周期为23L:01D,孵化率可达96.56%,可靠性达91.35%。 Using response surface methodology and central composite design, we examined the relationships among density (D), light intensity (L), photoperiod (P) and hatching rate of artemia resting eggs. The results showed that the linear effect of density had significant effect on hatchability (P < 0.05), and the quadratic effect of density was very significant (P < 0.01). With the increase of density, the hatching rate decreased after an initial increase. The linear and quadratic effects of light intensity were not significant (P > 0.05). The linear effect of photoperiod was very significant (P < 0.01); the quadratic effect of photoperiod had significant on hatch (P < 0.05). The longer the photoperiod, the higher the hatching rate. No significant intensity interactive effect was found between density and light intensity on hatchability (P > 0.05), and the interaction between light intensity and photoperiod was very significant (P < 0.01); light intensity and photoperiod had no significant interaction on the hatching rate. The quadratic multiple regression equation of hatching rate towards density, light intensity and photoperiod had high goodness of fit, and could be used to predict; the optimum condition for hatch was the combination of density 1.12 g∙L−1, light intensity 1598 lux and photoperiod 23L:01D, under which the hatchability reached 96.56% with the reliability peaked to 91.35%.
史文竞1,徐颖1,朱传坤1,潘正军1,王辉1*,余祥胜2
1淮阴师范学院生命科学学院,江苏 淮安
2淮安市水产技术指导站,江苏 淮安
收稿日期:2017年3月7日;录用日期:2017年3月28日;发布日期:2017年3月31日
本试验采用响应面法和中心复合试验设计的方法,考察了卤虫密度(D)、光照强度(L)以及光照周期(P) 与卤虫休眠卵孵化率之间的关系。试验结果表明,密度的一次效应对卤虫孵化的影响显著(P < 0.05)、二次效应对孵化的影响极显著(P < 0.01),随着密度的增加,孵化率呈先上升后下降的趋势。光照强度的一次效应、二次效应的影响均不显著(P > 0.05)。光周期的一次效应对孵化的影响极显著(P < 0.01)、二次效应对孵化影响显著(P < 0.05),光周期越长,孵化率越高。密度与光照强度间无交互作用(P > 0.05),密度与光照周期两者之间的交互作用极显著(P < 0.01),光照强度与光照周期间无交互作用。密度、光照强度、光照周期对孵化率的二次多元回归方程的拟合程度高,可用来预测,最佳优化条件组合为密度1.12 g∙L−1,光照强度为1598 lux、光照周期为23L:01D,孵化率可达96.56%,可靠性达91.35%。
关键词 :卤虫,孵化率,密度,光照强度,光周期,响应曲面分析
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卤虫(Brine shrimp)俗称丰年虫,又称盐水虾,分类上属无甲目、盐水丰年虫科、卤虫属(Artemia),是一种重要的水产动物的饵料和实验室的动物研究材料。
关于卤虫的研究可追溯到1775年,而作为水产动物饵料的研究,则是从20世纪30年代开始。Seale和Rollefsen于1933年先后将卤虫作为蝶类仔鱼和培育鱼苗的饵料均获得了成功,自此卤虫作为水产动物的饵料而被国内外广泛研究。温度、盐度、pH值等对卤虫休眠卵孵化率的影响已有报道 [
试验所用卤虫卵产地为天津,经过观察该卤虫为行孤雌生殖的卤虫(Artemia parthenogentica)。适宜温度范围为26℃~28℃;盐度范围为10‰~35‰;pH值范围7.8~8.5;24小时以后收集。
用天平称取食用盐(主要成分为NaCl),分别置于装有1000 ml的经过泵气24 h后的自来水的烧杯中,使用手持式盐度计调节盐度至20‰,并用碳酸钠和碳酸氢钠调节pH至8.5。
按Sorgeloos [
称取0.1 g、1.05 g、2.0 g的卤虫卵4份、9份、4份,分别倒入1000 ml的烧杯中,加入曝气的自来水500 ml,用气泵泵气使得卤虫卵得以悬浮,充气2 h。
将浸泡2 h后的各份卤虫卵样品分别用孵化液冲置1000 ml烧杯中,并定容至1000 ml,按照试验设计的光照强度与光照周期放入人工气候培养箱中孵化,孵化过程中一直用气泵泵气使卤虫卵上下翻滚。通过人工气候培养箱(MGC-800HP,上海一恒)调节孵化温度,使孵化的温度维持在28℃左右;盐度为20‰;pH为8.0 ± 0.03。试验所设置的光照强度通过灯管个数以及灯管与水面之间的距离来调节,并用照度计(AR813A,希玛公司)来测定,光照周期通过人工气候培养箱(MGC-800HP,上海一恒)设定。
试验前通过对密度、光照强度及光照周期的单因子试验,确定实验时卤虫孵化的密度、光照强度与光照周期的范围。试验采用中心复合试验设计(CCD),响应值为孵化率,因子为密度(0.1 g~2.0 g)、光照强度(1000~3000 lux)、光照周期(00L:24D~24L:00D);试验因子点子数为8,轴点数为6,中心点子数为3,星号臂为|1|,共计17组试验。孵化率测定每组合内抽测3次。密度、光照强度与光照周期3个因子的试验设计与结果见表1。
孵化率的测定按照比利时根特大学A.R.C. (Artemia Reference Center)方法 [
孵化率(H%):
应用Statistica 10.0软件对实验数据进行处理、分析,以密度、光照强度、光照周期为自变量,孵化
组合 | 实际值Actual value | 孵化率平均值 hatchability | ||
---|---|---|---|---|
Run | 密度/g∙L−1 | 光照强度/lux | 光照周期/h | |
Density | Light intensity | Photoperiod | ||
1 | 1.05 | 2000 | 15 | 93% |
2 | 1.05 | 3000 | 24 | 90% |
3 | 1.05 | 2000 | 15 | 96% |
4 | 0.1 | 2000 | 24 | 85% |
5 | 1.05 | 2000 | 15 | 96% |
6 | 2.0 | 1000 | 15 | 79% |
7 | 1.05 | 2000 | 15 | 91% |
8 | 1.05 | 1000 | 6 | 83% |
9 | 1.05 | 3000 | 6 | 86% |
10 | 1.05 | 2000 | 15 | 92% |
11 | 1.05 | 1000 | 24 | 96% |
12 | 0.1 | 3000 | 15 | 88% |
13 | 0.1 | 2000 | 6 | 82% |
14 | 2.0 | 2000 | 24 | 90% |
15 | 2.0 | 2000 | 6 | 67% |
16 | 0.1 | 1000 | 15 | 81% |
17 | 2.0 | 3000 | 15 | 79% |
表1. 试验设计及结果
率为因变量,拟考察该三试验因子对于卤虫孵化率的影响方式,并绘制出相应的曲面图,得出最佳试验因子组合。显著水平设定为P < 0.05。
通过响应面法得到密度与光照强度对于卤虫孵化率影响的响应曲面图(图1)。由图1可知,在试验光照强度下,光照强度对于卤虫孵化的影响不显著。密度对于卤虫孵化的影响呈现出先增高后降低的趋势,具体表现为,0.1~1.05 g∙L−1时,随着密度的增大,休眠卵孵化率呈升高趋势,密度大于1.05 g∙L−1时孵化率呈下降趋势;密度与光照强度的等高线呈非椭圆形,表明两者间交互作用不显著。
由图2可知,光照周期与卤虫的孵化率呈正相关,即曝光时间越长,孵化率越高;密度对孵化率的影响呈现出先增高后降低的趋势,在1.05 g∙L−1时出现极值,密度大于1.05 g∙L−1时孵化率明显下降;密度与光照周期的等高线趋于椭圆形,两者的交互作用对卤虫孵化率的影响极显著(P < 0.01)。
由图3可知,光照强度在1000 lux~3000 lux范围内,随着曝光时间的增加,孵化率也随之升高,光
照周期与孵化率间呈正相关,极值为24 h;两者间交互作用不显著。
运用Statistica 10.0软件对卤虫孵化率结果进行二次回归拟合,对孵化率条件进行优化,方差分析结果见表2。如表3所示,模型P = 0.0004 < 0.01,表示所建立的回归模型极其显著;失拟项P = 0.4248 > 0.05,表示拟合的模型有效。密度、光照强度与光照周期的一次效应P分别为0.0124、0.5939与0.0003,表示密度的一次效应对孵化率的影响显著(P < 0.05),光照强度的一次效应对卤虫休眠卵的孵化率影响不显著,光照周期对卤虫孵化率的影响极显著(P < 0.01)。密度、光照强度与光照周期的二次效应P分别为P < 0.0001、0.1297与0.0425,表示密度的二次效应对卤虫孵化率的影响极显著(P < 0.01),光照强度的二次
图1. 密度与光照强度对卤虫休眠卵孵化率影响的响应曲面图
图2. 密度与光照周期对卤虫休眠卵孵化率影响的响应曲面图
图3. 光照强度与光照周期对卤虫休眠卵孵化率影响的响应曲面图
变异源 | 平方和 | 自由度 | 均方 | F | P |
---|---|---|---|---|---|
Source of variation | Sum of squares | df | Mean square | ||
模型model | 0.093 | 9 | 0.01 | 19.77 | 0.0004 |
残差residual | 3.66 × 10−3 | 7 | 5.22 × 10−4 | ||
失拟项lack of fit | 1.71 × 10−3 | 3 | 5.70 × 10−4 | 1.17 | 0.4248 |
纯误差pure error | 1.95 × 10−3 | 4 | 4.87 × 10−4 | ||
R2 = 0.9621 | Adj. R2 = 0.9135 |
表2. 卤虫休眠卵孵化率模型的方差分析
截距 | 回归系数 | 标准误 | 95%置信上限 | 95%置信下限 | P |
---|---|---|---|---|---|
Intercept | Estimate of coefficients | Standard error | 95% Upper limit of confidence | 95% Lower limit of confidence | |
D | −0.027 | 0.00808 | −0.007869 | −0.046 | 0.0124 |
L | 0.004513 | 0.00808 | 0.024 | −0.015 | 0.5939 |
P | 0.054 | 0.00808 | 0.073 | 0.035 | 0.0003 |
D × L | −0.019 | 0.011 | 0.007846 | −0.046 | 0.1372 |
D × P | 0.054 | 0.011 | 0.081 | 0.027 | 0.0022 |
L × P | −0.025 | 0.011 | 0.002221 | −0.052 | 0.0666 |
D2 | −0.098 | 0.011 | −0.072 | −0.12 | < 0.0001 |
L2 | −0.019 | 0.011 | 0.007216 | −0.045 | 0.1297 |
P2 | −0.028 | 0.011 | −0.001234 | −0.054 | 0.0425 |
表3. 卤虫休眠卵孵化率模型回归方程的显著性检验
注:表3中各项系数效应的估计以编码形式给出。
效应对卤虫卵的孵化率影响不显著,光照周期的二次效应显著(P < 0.05)。密度与光照强度、密度与光照周期、光照强度与光照周期的交互作用P分别为0.1372、0.0022、0.0666,表明密度与光照周期间的交互作用有显著作用(P < 0.01)。
密度、光照强度、光照周期与孵化率的二次多元回归系数方程为
H = 0.56808 + 0.14632 D + 1.44 × 10−4 L + 0.015085 P − 2.02 × 10−5 D × L + 6.31 × 10−3 D × P − 2.76 × 10−6 L × P − 0.10902 D2 − 1.91 × 10−8 L2 − 3.4 × 10−4 P2
该方程的决定系数R2 = 0.9621,说明该模型的拟合程度好,因此可以利用该模型对卤虫休眠卵在不同的密度、光照强度与光照周期条件下进行预测。通过Statistica 10.0软件对模型的分析得到最佳的实验条件组合为密度1.12 g∙L−1,光照强度1598 lux、光照周期23L:01D,最高孵化率可达96.56%,可靠性达91.35%。该可靠性计算方法请见文献 [
密度、光照强度与光照周期作为卤虫孵化的条件因子,直接影响着卤虫的孵化率,而不同品系、不同地方的卤虫对孵化的密度、光照强度及光照周期的要求也不同 [
在实验所设置的光照强度范围内,光照强度的一次效应、二次效应对卤虫休眠卵的孵化率均无显著影响。但是Sorgeloos等 [
实验结果表明,光照周期与卤虫的孵化率呈正相关,即曝光时间越长,孵化率越高。光照时长为24 h时,孵化率为最高,且光照周期的一次效应对卤虫孵化率的影响极显著(P < 0.01),二次效应对于孵化率的影响显著(P < 0.05)。潘桂平等 [
Shima等 [
实验结果表明,密度与光照强度间、光照强度与光照周期间交互作用均不显著,可能是因为光照强度对卤虫孵化率的影响不显著。密度与光照周期间交互作用显著。
试验采用的中心复合设计,最小二乘回归拟合的响应面法较单因子及传统的正交试验方法,具有可预测、回归方程拟合度高、可行性好、试验次数少等优点 [
在实际人工孵化过程中,卤虫的孵化是一个复杂的环境体系受到多种因素的影响,如温度、盐度、溶氧、pH等,而且不同的品系所需的孵化条件也各有不同。本实验所用卤虫仅是天津市的公司出品,具体产地不知,且只是讨论了密度、光照强度及光照周期对卤虫孵化率的影响,所以还有待后续研究补充。
江苏省海洋与渔业局三新工程项目(Y2014-30),江苏省大学生创新创业训练计划项目(40WH000)。
史文竞,徐 颖,朱传坤,潘正军,王 辉,余祥胜. 密度、光照强度及光周期与卤虫休眠卵孵化率间的关系 Relationship of Density, Light Intensity, Photoperiod to Hatching Rate of Artemia Resting Eggs[J]. 水产研究, 2017, 04(01): 7-15. http://dx.doi.org/10.12677/OJFR.2017.41002
https://doi.org/10.1002/jez.1402470204
https://doi.org/10.1007/BF00388912
https://doi.org/10.3354/meps005111