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海南省清澜湾水域清树湾水域的夏大豆食物来源

热带雨林地区的水生和陆生相互作用强烈，生产力和生物多样性通常高。红树林湿地、礁湖、海草床等生态系统是最具代表性的海生态系统之一。碳、氮稳定群落、形态脂肪酸等生物特征的组成特征是长期代谢积累的结果。通过对生物特征的检测，我们可以更好地反映整个生态系统的长度和食物来源信息，并将其消化后的信息传递给生物特征。与传统的食物组成分析如胃含物分析和室内营养试验相比，生物特征法提供的食物组成信息不仅更准确，而且显著降低成本。因此，生物样品方法在整个海洋食品网络的研究中得到了广泛应用。在复杂的生态系统中，不同的食源之间的特征可以是交叉的，并且不同的食源鱼类的食物组成非常复杂。在这种情况下，不同的组合对于提高识别结果非常重要。清澜湾位于我国海南省东部文昌市,成因属于澙湖湾.该区域受热带季风气候控制,全年暖热,雨量充沛,干湿季明显,多热带气旋,台风频繁.整个清澜湾区域由八门湾和高隆湾组成,八门湾又有文昌河、文教河汇入,再通过一个狭长的天然水道(清澜港)与外部的高隆湾相连.其河道、八门湾澙湖以及清澜港两岸有大面积的红树林分布,在高隆湾外侧的沿岸带则分布有大量的珊瑚礁、海草床群落,形成独特的热带近岸生态系统.长鳍篮子鱼和星篮子鱼是清澜湾水域最主要的渔获物之一.篮子鱼为广盐暖水型的近岸中小型鱼类,主要分布于印度洋、太平洋的热带-亚热带海域及地中海东部,多栖息于珊瑚礁、红树林以及水质较浑浊的河口、港口水域;其肉味鲜美,是一种重要的经济鱼类.传统渔业学认为篮子鱼以附着藻类为食,兼有一定的杂食性,然而清澜湾水域的食物来源非常丰富,包括浮游植物、红树凋落物、大型海藻类以及海草.这些食物来源是否对生活在此区域内的篮子鱼有贡献目前尚不明确;同时,篮子鱼属不同种类之间是否存在食性差异也缺乏相关研究.长鳍篮子鱼(Siganuscanaliculatus)和星篮子鱼(Siganusguttatus)是清澜湾生态系统重要的组成部分,对其食物来源进行分析是清澜湾生态系统物质流动研究的基础.本文采用稳定同位素比值和特征脂肪酸标志物相结合的方法,通过对清澜湾水域红树、悬浮颗粒物、大型海藻、海草以及2种篮子鱼的碳、氮同位素和脂肪酸组成特征的分析,对该水域2种篮子鱼的食物来源组成进行识别.这既可为清澜湾生态系统物质流动研究提供基础数据,又可为生物标志物方法应用于食物网营养关系研究提供参考.1材料和方法1.1样品的采集和预处理于2010年4月收集清澜湾近岸生态系统中的初级生产者,包括水体悬浮颗粒物、红树凋落物(叶片)、海草以及大型海藻.S1站为红树凋落物、潮沟以及八门湾悬浮颗粒物采集点,S2站为海藻和海草采集点(图1).采样方法如下:逢大潮时,分别在八门湾沿岸的红树林潮沟和八门湾收集表层水,将2dm3左右的水先经200μm的筛绢过滤,去除大颗粒杂质与浮游动物,过滤液再经0.7μm的GF/F膜过滤,将颗粒物收集到膜上,得到悬浮颗粒物样品.红树、海藻和海草样品的采集方法:随机采集20个样本,红树样品采集时分新鲜的绿色叶片和枯萎的褐色叶片,海藻和海草样品均采集叶片部分.红树、海藻和海草样品采集后,先用过滤的海水清洗干净,再进行下一步的处理.从放置在八门湾的底笼网渔获物中挑选一定数量的长鳍篮子鱼和星篮子鱼.鱼类样品收集后,测其体长、体重,用过滤的八门湾水体清洗,剖取背部肌肉.所有样品均经初步处理后,置于-20℃冷冻保存.在实验室中,所有样品均经冷冻干燥(冷冻干燥机型号为LOC-1,德国Christ公司产品),鱼类肌肉样品和植物样品经研磨后过80目筛,植物样品随机分样后再进行下一步的分析.样品采集情况见表1.1.2碳、氮稳定同位素悬浮颗粒物样品在测定碳同位素之前需要先去除无机碳,割取1/4的膜样,经过浓盐酸(32%)薰蒸12h以完全去除无机碳,再经50℃烘干后包样上机测定碳同位素.其余3/4膜直接包样上机测定氮同位素.冻干、研磨后的鱼类肌肉和植物样品直接包样测定其碳、氮稳定同位素比值(δ13C、δ15N值).碳、氮稳定同位素比值采用稳定同位素质谱计(FinnganDeltplusXP,Thermo-Fisher,德国)测定,结果的精密度为±0.1‰.1.3脂肪酸甲酯的浓缩总脂类的提取参考改良的Folch方法,采用二氯甲烷和甲醇混合溶液(V∶V=2∶1)萃取.萃取前加入C21:0脂肪酸作为回收内标.总脂类提取后加入甲醇-盐酸混合溶液(V∶V=95∶5,含5%盐酸),在50℃孵化过夜进行甲酯化.冷却后,用正己烷萃取脂肪酸甲酯(FAMEs).萃取的脂肪酸甲酯经浓缩,加入C19:0脂肪酸甲酯作为定量内标,用正己烷定容至1cm3,用于下一步的气相色谱分析.气相色谱分析(GC-FID,CP-3800,Varian,美国)采用极性毛细管柱DB-FFAP(长30m,内径0.25mm,膜厚0.25μm,Agilent,美国).气相色谱运行时的升温程序为:初始温度60℃;然后以30℃/min的增温速度升温至170℃,维持5min;再以1℃/min的增温速度从170℃升至220℃,并维持20min.载气为氮气(纯度为99.995%),流量为1cm3/min.以37种脂肪酸甲酯混标(37FAMEs混标,SupelcoTM,美国)作为定性标准,通过回收内标和平行样来进行分析质量控制.为避免塑料污染,所有操作均在玻璃容器中进行.样品的C21:0脂肪酸的回收率均在70%以上,单个脂肪酸百分含量的标准偏差均小于1.0%.图2为1个星篮子鱼背部肌肉样本的脂肪酸气相色谱分离图.2研究结果2.1红树叶片和浮片的13c值所有样品的碳、氮稳定同位素比值的分布情况见图3.总体来看,红树叶片具有最低的δ13C、δ15N值,而海草具有最高的δ13C值,海藻的δ13C值低于海草,但高于红树叶片和悬浮颗粒物.红树林潮沟和八门湾悬浮颗粒物的δ13C值介于红树和海草之间,平均值分别为-24.2‰、-18.0‰;却具有较高的δ15N值,其平均值和标准偏差分别为13.3‰±0.8‰和11.6‰±1.3‰.长鳍篮子鱼的δ13C值(-18.2‰±0.3‰)较星篮子鱼的δ13C值(-16.1‰±1.2‰)稍负;但其δ15N值(14.9‰±0.9‰)则为最高,比星篮子鱼的δ15N值(12.1‰±0.6‰)高2.8‰,比八门湾悬浮颗粒物的高3.3‰,比大型海藻的高6.0‰~9.0‰.2.2海藻、红树叶片脂肪酸组成从总体脂肪酸组成来看,八门湾悬浮颗粒物的饱和脂肪酸(SFA)含量最高(73.1%),其他生物体中的优势脂肪酸则为多不饱和脂肪酸(PUFA,均>45%),单不饱和脂肪酸(MUFA)含量最低(表2).单体脂肪酸的含量中,悬浮颗粒物的C16:1n-7含量高达10.8%±1.6%,其他生物体中的含量则均小于5%;海藻、海草以及红树叶片均含有较高的C18:2n-6和C18:3n-3,红树叶片中C20:4n-6的含量高达16.5%±0.3%.除鱼类样品外,悬浮颗粒物的C22:6n-3含量和C18:1n-7/C18:1n-9含量比值相对较高,而海藻和红树叶片中未检出C22:6n-3,且C18:1n-7/C18:1n-9含量比值均小于0.1.这2种篮子鱼的脂肪酸组成特征的共同点是均以多不饱和脂肪酸为优势脂肪酸,均具有较高的C18:1n-7和C20:4n-6含量,且C18:1n-7/C18:1n-9含量比值的均值在0.5以上(表2).然而,两者之间的脂肪酸组成也存在着一定的差异(图4),如长鳍篮子鱼体内的C16:1n-7和C20:4n-6含量略高于星篮子鱼,C22:6n-3含量则显著高于星篮子鱼(p<0.05),星篮子鱼体内海藻标志物C18:2n-6、C18:3n-3的含量则显著高于长鳍篮子鱼(p<0.05);且C18:1n-7/C18:1n-9含量比值也高于长鳍篮子鱼(表2).3讨论3.1浮游植物和藻类的食物组成由于碳的来源及其合成、代谢途径的差异,植物的同位素组成具有一定的特异性.如C3植物和C4植物由于光合作用途径不同δ13C值具有明显的差异.这种同位素组成的差异会沿着食物链进行传递,从而在高营养级的摄食者体内有所体现.研究表明,13C沿食物链传递时分馏较小,各营养级之间的δ13C差值通常在1‰之内;而15N的分馏则相对较大,每个营养级有3‰~5‰的富集.因此,δ13C常用作食物网碳源的追踪,δ15N则用来进行营养级评估.热带近岸生态系统的生物多样性高,物质来源尤其丰富,除浮游植物外,还有各种大型陆地植物以及海洋藻类、海草、盐沼植物的输入.而且,有河流汇入的近岸水域通常是淡水和海水交汇的水域,水文条件变化剧烈,使得水体悬浮颗粒物的组成变动性较大,大潮时以浮游植物为主,而低潮时,陆源输入的比重会增大.这种悬浮颗粒物组成上的复杂性和可变性使得用同位素进行食物网的碳源追溯和营养级的计算存在一定困难.在清澜湾水域,有机物的来源既有C3植物(红树)、C4植物(海草)的贡献,还有海藻以及悬浮颗粒物的贡献,组成非常复杂.八门湾悬浮颗粒物的δ15N值(>10‰)与Herbeck(2011)的研究结果(浮游植物δ15N值为7‰~10‰)比较相当.与长江口水域5月份悬浮颗粒物(δ15N平均值为5.6‰)和热带河口区悬浮颗粒物(δ15N值为0.9‰~5.9‰)相比,八门湾水体悬浮颗粒物的δ15N值偏高.δ15N值不但反映其食物来源的特征,也受到环境条件变化的影响(如污染),体现的是物质来源和生物地球化学过程的相互作用.工业废水和生活污水通常具有相对较高的δ15N值.八门湾外围分布有大量集约化养殖池,由于养殖池废水通过红树林潮沟汇入八门湾,八门湾水体悬浮颗粒物的δ15N高值很可能是受到人工养殖所排废水的影响.一般来说,澙湖悬浮颗粒物的δ13C值受潮汐影响较大,其δ13C值与水体盐度呈正相关关系.八门湾为澙湖,大潮时水体的盐度为32,悬浮颗粒物的δ13C值呈现出热带海洋浮游植物δ13C值的特征(-18‰~-22‰),C/N比值(5.0±0.6)也与海源有机质(C/N比值为6~9)相近.而红树林潮沟的悬浮颗粒物的δ13C值则较八门湾悬浮颗粒物δ13C值低6.2‰.由于红树为C3植物,具有较负的δ13C值,潮沟悬浮颗粒物的低δ13C值可能来自红树凋落物的贡献.鱼类的同位素特征则与其食物组成和生活环境息息相关.据樊敏玲等(2007)报道,海草床水域生活的黄斑篮子鱼的δ13C值为-8.5‰,与该水域海草的δ13C值(-7.8‰)极其相似.本研究中这2种篮子鱼的δ13C值均与红树和海草的相差较大,而与八门湾悬浮颗粒物和海藻的比较相近,据此可推断红树和海草不是其主要食物来源,而悬浮颗粒物和海藻则可能是其食物来源.长鳍篮子鱼相对较负的δ13C值表明它们的食物组成中有δ13C值较负的食物来源的贡献,且由δ15N值反映其营养级较星篮子鱼高.但单从同位素值特征无法识别这2种鱼在食物组成上的具体差异.3.2底栖鱼类及食物来源生物体对脂肪酸的合成和改造能力具有差异性,沿食物链营养级越高的生物合成和改造脂肪酸的能力越低,而且特定脂肪酸在代谢过程中具有保守性和可储存性,因此特定脂肪酸的存在可以表征食物网中的特定生物种类.如在海洋食物网中,C16:1n-7和C20:5n-6(EPA)在硅藻中含量较高,可用作硅藻的标志物.鱼类体内较高的C16:1n-7含量,以及较高的C20:5n-6/C22:6n-3(EPA/DHA)比值通常指示该鱼类可能为浮游植物食性.而以动物性食物为主的鱼类则往往呈现高C22:6n-3(DHA)和C18:1n-9含量的特征.细菌和浮游植物是C18:1n-7的主要来源,因此C18:1n-7/C18:1n-9含量比值常用来评估鱼类的摄食习性,当比值大于0.5时,鱼类为植食性,而小于0.5时,鱼类则为肉食性.C18:1n-7和C20:4n-6在一些底栖鱼类体内含量较高,可作为底栖鱼类或者底栖类食物的标志物.与其他鱼类(如带鱼、小黄鱼)相比,篮子鱼体内的底栖生物标志物(C18:1n-7和C20:4n-6)含量较高,反映了篮子鱼的底栖食性.悬浮颗粒物中硅藻标志物含量很高,但是2种篮子鱼的硅藻标志物C16:1n-7含量较低,表明悬浮颗粒物不是篮子鱼的食物来源.星篮子鱼的C18:1n-7/C18:1n-9含量比值(0.8±0.2)高于0.5,表明其肉食性强度不高,属于植食性鱼类.值得注意的是在不同研究区域内,特征脂肪酸的指示意义会有差异,如C18:2n-6、C18:3n-3在热带河口区的红树林区域作为红树植物的输出指示,而在海草床、海藻床区域则很可能来自当地海草和海藻的输入.在清澜湾生态系统中,红树林、海草床和海藻同时存在,且海藻、海草和红树的C18:2n-6、C18:3n-3含量都相当高.这时,可以结合稳定同位素的信息来进行识别.篮子鱼的同位素特征表明红树和海草是其食物来源的可能性较小,因此可认为在清澜湾生态系统中,篮子鱼体内的C18:2n-6、C18:3n-3是来自海藻的贡献.传统渔业学也认为篮子鱼会啃食礁石、网眼等基质上附着的藻类.特征脂肪酸含量的差异反映这2种篮子鱼的食源存在一定差异.星篮子鱼体内相对较高的C18:2n-6、C18:3n-3含量表明海藻对星篮子鱼的贡献大于对长鳍篮子鱼的贡献;星篮子鱼的C18:1n-7/C18:1n-9含量比值也高于长鳍篮子鱼,表明星篮子鱼的植食性程度大于长鳍篮子鱼;长鳍篮子鱼体内较高的DHA含量表明其肉食性程度较高.这些特征与δ15N所反映的长鳍篮子鱼营养级较高的信息相一致.同时,长鳍篮子鱼所摄食的小型动物可能以红树凋落物(δ13C值低)为食,进而导致长鳍篮子鱼的δ13C值较星篮子鱼偏负.台湾鱼类资料库的资料也显示,长鳍篮子鱼的食物来源中除了海藻之外,还有一些小型附着无脊椎动物,因此肉食性程度比以藻类为食的星篮子鱼稍高.由此可见,碳、氮稳定同位素比值和脂肪酸标志物对这2种篮子鱼食源差异的表征与传统渔业学的认识是一致的.个体差异方面,所测定的长鳍篮子鱼个体的C18:2n-6+C18:3n-3含量的变化范围介于1.1%~16.4%之间,而星篮子鱼个体间的C18:2n-6+C18:3n-3含量变化范围较小(16.3%~20.1%).这表明长鳍篮子鱼个体之间对藻类的摄食程度差异较大,摄食多样性较星篮子鱼高.相比之下,星篮子鱼对藻类摄食的多样性较低.4食物来源的多样性清澜湾水域星篮子鱼和长鳍篮子鱼的δ13C值与脂肪酸的含量特征均表明海藻是其重要食物来源.但这2种篮子鱼的δ13C、δ15N和C18:2n-6、C18:3n-3、C22:6n-3含量的显著差异表明它们的食物来源存在着明显差异.海藻对星篮子鱼的贡献大于长鳍篮子鱼,而长鳍篮子鱼的食物来源除海藻外,还包括一些动物性食物.长鳍篮子鱼摄食的动物性食物可能以红树凋落物为食,进而导致长鳍篮子鱼的δ13C值偏负.这表明生活在红树林附近海域的篮子鱼虽然不直接以红树物质为食,但其同位素组成仍在一定程度上受其影响.由本研究可见,在对物质来源比较复杂的生态系统的研究中,通过生物体碳、氮稳定同位素比值和特征脂肪酸含量信息的互相佐证和补充,可以对其食物网物质来源进行准确识别.