孫 歡，張永東，于謹磊，胡金潤，劉正文，，蘇雅玲??

（1：中國科學院南京地理與湖泊所湖泊與環(huán)境國家重點實驗室，南京210008）（2：中國科學院大學，北京100043）（3：暨南大學，廣州510632）

外源溶解性有機碳對撫仙湖甲殼類浮游動物碳源的貢獻?

孫 歡1，2，張永東1，于謹磊1，胡金潤3，劉正文1，3，蘇雅玲1??

（1：中國科學院南京地理與湖泊所湖泊與環(huán)境國家重點實驗室，南京210008）（2：中國科學院大學，北京100043）
（3：暨南大學，廣州510632）

外源溶解性有機碳（DOC）是湖泊碳庫的重要組成部分，關(guān)于外源DOC對浮游動物的貢獻及途徑需要深入研究.本研究在撫仙湖受控實驗中添加13C標記的葡萄糖，通過分析樣品中浮游植物與浮游動物的種類、數(shù)量、磷脂脂肪酸生物標志物及其穩(wěn)定同位素特征，研究外源DOC對湖泊甲殼類浮游動物碳源的貢獻比例及其變化.結(jié)果表明：細菌、甲殼類浮游動物（象鼻溞）的δ13C值在加入葡萄糖后分別從-16.28‰和-23.88‰快速增加到5408.25‰和1974.7‰，而藻類磷脂脂肪酸（C18∶2ω6）δ13C值從-27.07‰增加到342.44‰，增長的幅度表明添加的葡萄糖首先被細菌和浮游動物快速利用，而藻類只利用了一小部分.同時細菌、顆粒性有機物（POM）和浮游動物的δ13C值在第1 d急劇增加，細菌的δ13C值遠大于浮游動物和POM的δ13C值，之后細菌和POM的δ13C值開始下降，但浮游動物的δ13C值卻仍在緩慢增加，進一步表明了DOC進入湖泊后首先被細菌吸收利用，而細菌吸收DOC后通過自身代謝作用形成細胞顆粒，浮游甲殼類動物通過攝食細胞顆粒來獲得外源DOC.

外源溶解性有機碳；13C標記；碳源；甲殼類浮游動物；磷脂脂肪酸；撫仙湖

湖泊與流域之間能量與物質(zhì)的交換是湖沼學研究的核心內(nèi)容之一.已有的研究表明湖泊消費者所需的物質(zhì)和能量不僅來源于湖泊中以浮游植物為主（也包括底棲藻類、大型水生植物等）的內(nèi)源有機碳；還可能來源于湖泊外的輸入，即外源有機碳［1］.外源有機碳隨地表徑流等過程進入湖泊，并以溶解有機碳（DOC）和顆粒有機碳（POC）的形式成為湖泊外源碳庫的主要組成部分.作為地球水圈有機碳的主要載體和生物體的主要底物，DOC占湖泊總有機碳量的80%～90%［2］，在控制水生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學、生物性質(zhì)中起著重要的作用.

浮游甲殼動物主要包括橈足類和枝角類，是影響湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)鍵類群.一直以來，人們普遍認為浮游動物的能量（有機碳）主要來自湖泊中的內(nèi)源有機碳——浮游植物，但是高原深水湖泊的內(nèi)源有機碳通常較少，而外源有機碳對湖泊碳庫的補給作用較為明顯［2］.浮游動物既是細菌和浮游植物的牧食者，又是魚類的捕食對象.國內(nèi)的研究主要集中在富營養(yǎng)化嚴重的淺水湖泊，而在沿岸帶較少的高原深水湖泊，浮游動物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的主要初級消費者，在影響湖泊的水質(zhì)、初級生產(chǎn)力以及食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)等方面扮演著重要角色.在貧營養(yǎng)的高原深水湖泊中，外源有機碳對浮游動物的貢獻如何？利用途徑如何？這些問題在近期才受到人們的關(guān)注［3-5］，目前，在這方面的研究已經(jīng)取得了一些進展，而這些進展的獲得主要得益于穩(wěn)定同位素技術(shù)在生態(tài)學和環(huán)境科學領(lǐng)域的應(yīng)用［6］.

穩(wěn)定同位素標記法是將生物標記法與穩(wěn)定同位素技術(shù)相結(jié)合的一種新的研究方法，目前已經(jīng)被應(yīng)用到微生物群落結(jié)構(gòu)、食物網(wǎng)等多個領(lǐng)域的研究中.生物標記物是由某一種或者某一類生物合成的特征性有機化合物［7］，在生態(tài)學領(lǐng)域常用的生物標志物主要是脂肪酸類.脂肪酸是細胞膜的重要組分，由于在食物鏈傳遞過程中該組分可以保持結(jié)構(gòu)不變，且不同構(gòu)型的脂肪酸可以指示不同類的生物，例如細菌、硅藻、甲藻、綠藻等，因此利用脂肪酸的特異性可以有效指示食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征.例如，Boschker等［8］利用磷脂脂肪酸（PLFA）的同位素值研究了Scheldt河口春季水華期間的浮游生物的群落結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)綠藻和硅藻的混合群落占據(jù)主導地位，中間鹽度區(qū)主要是硅藻水華，河口下游自養(yǎng)區(qū)硅藻水華生物量低于上游河口非自養(yǎng)區(qū).此外，葡萄糖作為生物體內(nèi)新陳代謝不可或缺的營養(yǎng)物質(zhì)，以葡萄糖為示蹤劑為微生物對碳源的代謝機理研究提供了一個科學有效的途徑［9］.Ziegler等［10］將13C標記的葡萄糖加入土壤進行短期培養(yǎng)，并應(yīng)用GCIRMS分析技術(shù)測定PLFAs的穩(wěn)定同位素組成，研究土壤微生物對葡萄糖C的循環(huán)利用情況.石寧寧等［11］利用13C標記葡萄糖分析γ-聚谷氨酸的代謝途徑，證明了葡萄糖主要用于能量代謝和菌體合成，只有少量參與了γ-PGA合成，而谷氨酸為γ-PGA單體的主要來源.

撫仙湖是一個大型貧營養(yǎng)湖泊，近年來由于人類的頻繁活動，流域岸邊的生態(tài)植被被破壞，大量的外源物質(zhì)隨徑流流入湖泊而導致?lián)嵯珊耐庠刺荚黾?，并且撫仙湖水體有機營養(yǎng)物質(zhì)逐年升高，浮游植物生物量增加了7～10倍，透明度下降了2.7m，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)上升了2.1倍［12］，但整體而言該湖仍為貧營養(yǎng)狀態(tài).通常，外源有機碳對貧營養(yǎng)湖泊生產(chǎn)力的影響更為顯著.該類湖泊中外源輸入有機碳是否會被浮游動物利用以及相關(guān)的利用途徑尚缺少研究.本研究將13C標記的葡萄糖作為外源DOC代表物，將其加入撫仙湖水樣中進行野外原位控制實驗.通過分析樣品中浮游植物與浮游動物的種類、數(shù)量、PLFA生物標志物及其穩(wěn)定同位素特征，研究外源DOC對湖泊甲殼類浮游動物碳源的貢獻比例及其變化.研究結(jié)果對于了解湖泊流域物質(zhì)能量交換和相關(guān)途徑具有重要參考價值.

1 材料與方法

1.1 湖泊背景介紹

撫仙湖（24°21′28″～24°38′00″N，102°49′12″～102°57′26″E）位于云南省東部的滇中盆地中心，面積212 km2，海拔1722m，最大水深157.3m，是我國典型的高原深水湖泊［13］.撫仙湖為貧營養(yǎng)型湖泊，水質(zhì)清澈透明，含沙量很小，湖水中各生物營養(yǎng)元素濃度很低，生物生產(chǎn)力較低［14］.近年來，湖區(qū)水質(zhì)出現(xiàn)富營養(yǎng)化加速的發(fā)展趨勢，湖區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了Ⅱ類水，透明度明顯下降［15］.

1.2 研究方法

2013年6-7月在撫仙湖北部湖區(qū)（澄江縣）同步采集0～5 m混合水樣，分別裝入18個100 L的桶中，分為6組，每組設(shè)3個平行.不添加13C標記的葡萄糖為對照組；5個實驗組分別對應(yīng)添加13C標記的葡萄糖后第1、3、6、9和第12 d，每桶添加葡萄糖量為30mg.13C標記的葡萄糖初始的碳同位素比值在99%以上.

用5 L柱狀采水器采集桶中水樣，取50 ml水樣用于測定總氮（TN）、總磷（TP）、溶解性總氮（DTN）、溶解性總磷（DTP）濃度；2 L水樣經(jīng)由Whatman GF／C膜過濾，用于測定葉綠素a（Chl.a）濃度；取500 ml水樣，立即加入5ml魯哥試劑固定，用于浮游植物定量分析；用30μm浮游生物網(wǎng)過濾5 L水樣，加入2ml甲醛溶液固定，用于浮游動物定量分析；分批取2 L水樣在GF／F膜上過濾（Φ47 mm，預先450℃灼燒5 h），分別用于顆粒有機物（POM）與細菌和藻類磷脂脂肪酸（PLFA）的碳穩(wěn)定同位素測定，過濾好的GF／F膜立刻放入冰箱-20℃冷凍保存，帶回實驗室處理.GF／F膜過濾后的水樣經(jīng)48℃烘干濃縮成殘渣，獲得溶解性有機物（DOM）樣品.

1.3 分析方法

1.3.1 水體理化指標測定 實驗期間用YSI多參數(shù)水質(zhì)剖面儀（Yellow Spring Instruments，USA）獲取桶內(nèi)水體溫度、電導率（Cond.）、氧化還原電位（ORP）、pH值、溶解氧（DO）等數(shù)據(jù)，結(jié)果見表1.期間天氣狀況較為穩(wěn)定，

桶內(nèi)水體溫度逐步由20.9±0.07升至29.06±0.17℃，DO含量變化范圍為97.60%±0.17%～108.67%±6.16%.

表1 實驗組水樣理化特征Tab.1 Physical and chemical properties of experimental groups

1.3.2 營養(yǎng)鹽指標測定 TN、TP、DTN、DTP濃度采用聯(lián)合消解方法消解，紫外光催化-過硫酸鉀氧化分光光度法進行測定［16］.Chl.a濃度經(jīng)Whatman（GF／C）濾膜過濾，用乙醇萃取分光光度法測定［17］.

1.3.3 浮游生物定性與定量分析 浮游植物和浮游動物采用Uterm?hl計數(shù)法［18］，將采集的水樣靜置濃縮48 h后，用細小虹吸管吸取上清液，濃縮至30 ml，并加2 ml福爾馬林溶液保存于50 ml的塑料瓶中，計數(shù)前將樣品充分搖勻.浮游植物取0.1ml樣品于0.1ml的計數(shù)框中，采用表面熒光顯微鏡（Zeiss Axiovent135M，Germany）在10×40倍視野下進行計數(shù)；浮游動物樣品用寬口吸管吸取5 ml，注入大型浮游動物計數(shù)框中，在10×4倍視野下進行計數(shù)，計數(shù)3片，取其平均值，最后將視野內(nèi)的浮游植物和浮游動物個數(shù)換算成每升水樣中所含浮游植物（cells／L）或浮游動物的數(shù)量（ind.／L）.浮游植物與浮游動物以每升水所含浮游植物或浮游動物的數(shù)量來表示密度.浮游植物和浮游甲殼動物種類的鑒定參考《淡水浮游生物研究方法》［19-22］.

1.3.4 穩(wěn)定碳同位素測定 POM／DOM的碳同位素測定POM與DOM樣品研磨至粉末狀，均經(jīng)同位素質(zhì)譜儀（Delta Plus，F(xiàn)innigan）測定其碳穩(wěn)定同位素含量.

浮游動物的碳同位素：用30μm浮游生物網(wǎng)過濾足量的甲殼類浮游動物，放入裝有蒸餾水的燒杯中，在15～25℃條件下放置5 h以清空浮游動物腸道內(nèi)含物.隨即在解剖鏡下手工將浮游動物分類（主要挑選大型枝角類、橈足類），每種類型挑選足夠數(shù)量的樣品裝入錫囊中，冷凍保存（-20℃）.帶回實驗室經(jīng)冷凍干燥后，采用同位素質(zhì)譜儀（Delta Plus，F(xiàn)innigan）測定其穩(wěn)定碳同位素值.

磷脂脂肪酸（PLFA）的碳同位素：取收集有POM的GFF膜經(jīng)冷凍干燥后，利用Bligh-Dyer方法［23］，經(jīng)過BD相提取液溶解，離心震蕩分液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，層析柱過濾，獲得極性脂，再經(jīng)過皂化，然后加入甲醇鹽酸溶液形成脂肪酸甲酯（FAME），萃取FAME相，最后利用氣相色譜-同位素質(zhì)譜儀（GC-c-IRMS）（Thermo Finnigan，Breman，Germany）獲得PLFA同位素比值（δ13C）.同位素δ值（‰）表示：式中，R為同位素豐度比，Rsample為樣品中的同位素豐度比，Rstandard為標準物質(zhì)的同位素豐度比.本文主要應(yīng)用的是碳同位素比值即δ13C，標準碳穩(wěn)定同位素δ13C參照海相碳酸鹽巖標準（VPDB，Vienna Pee Dee Belemnite）.所有樣品重復分析2次以上.為確保儀器分析的一致性，每測定5～10個樣品即分析1～2個標樣.同位素與生物量的相關(guān)性采用SPSS 20.0軟件進行分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游生物群落結(jié)構(gòu)分析

樣品中共發(fā)現(xiàn)浮游植物24種，隸屬6個門，藍藻門、隱藻門、硅藻門、裸藻門、綠藻門和甲藻門.其中綠藻門種類最多，占37.50%，其次是藍藻門和硅藻門，分別占16.67%，甲藻門最少，僅占4.17%.在數(shù)量上占絕對優(yōu)勢的是藍藻門，約占總密度的62.05%，其次是隱藻門（12.42%）和硅藻門（7.95%），綠藻門種類雖然最多，但是相對密度僅為7.92%（表2）.此外，藍藻門中幾乎未發(fā)現(xiàn)銅綠微囊藻、水華微囊藻、惠氏微囊藻及微小微囊藻，主要為其他微囊藻.

表2 實驗期間浮游植物種類與數(shù)量變化Tab.2 Changes of phytoplankton species and quantity during the experiment

甲殼類浮游動物共鑒別出6個屬，分別為哲水蚤、蚤狀溞、象鼻溞、網(wǎng)紋溞、無節(jié)幼體、劍水蚤（表3）.數(shù)量最多的是象鼻溞，最小值為6.67 ind.／L，最大值為161.33 ind.／L；其次是網(wǎng)紋溞和蚤狀溞，網(wǎng)紋溞數(shù)量最小值為0.67 ind.／L，最大值是5.33 ind.／L；蚤狀溞最小值為0.67 ind.／L，最大值為2.67 ind.／L；數(shù)量最少的是哲水蚤和劍水蚤，只在第3 d時出現(xiàn)，數(shù)量為0.67 ind.／L.象鼻溞作為優(yōu)勢種群（57%～100%），在所有桶均有檢出.象鼻溞在處理組中的數(shù)量顯著高于對照組中的數(shù)量（P＜0.01）.無節(jié)幼體僅在1個桶中檢出.蚤狀溞僅在對照組的1個桶中檢出，在處理組的2個桶均有檢出.網(wǎng)紋溞在對照組也僅有1個桶檢出，在處理組3個桶中均有檢出.

蚤狀溞、象鼻溞和網(wǎng)紋溞數(shù)量隨時間的變化趨勢存在很大的差異.從數(shù)量上看，象鼻溞占據(jù)絕對優(yōu)勢；從第0～6 d，象鼻溞數(shù)量呈直線增加，網(wǎng)紋溞數(shù)量先增加后降低，蚤狀溞是先降低后增加；第6～12 d，象鼻溞數(shù)量不斷減少，而網(wǎng)紋溞和蚤狀溞數(shù)量變化趨勢一致，都是先減少后增加（圖1）.

表3 實驗期間甲殼類浮游動物種類與數(shù)量變化Tab.3 Changes of species and quantity of planktonic crustaceans during the experiment

2.2 PLFA的δ13C值變化

根據(jù)相關(guān)文獻，實驗所提取的PLFA中，i-C15、C16∶1ω7、n-C16、C18∶1ω7、n-C18來源于細菌，而C18∶2ω6主要來源于綠藻或硅藻［8］.細菌和綠藻／硅藻的PLFA的δ13C值變化趨勢相同（圖2），在第1 d時達到最大值，但是細菌類（i-C15、C16∶1ω7、n-C16、C18∶1ω7、n-C18）的δ13C值增長幅度遠大于綠藻／硅藻的PLFA（C18∶2ω6）的δ13C值增長幅度；之后，細菌和綠藻／硅藻的δ13C值都開始不斷地下降，最終與未加入13C標記葡萄糖的對照組樣品的δ13C值接近.

圖1 甲殼類浮游動物數(shù)量隨時間的變化Fig.1 Variation of planktonic crustaceans number over time

2.3 DOM、POM、細菌、綠藻與浮游動物的δ13C值變化

POM與DOM變化趨勢有顯著差異，POM的變化幅度比較大，而DOM變化幅度比較平緩（圖3）.未加入13C標記葡萄糖時（對照組），POM和DOM的δ13C值分別為-13.99‰和-14.84‰.加入葡萄糖后，POM的δ13C值在第1 d即達到峰值，為2322.149‰，之后就開始呈下降趨勢，在第12 d時達到260.19‰.而DOM的δ13C值變化極為平緩，從第1～6 d緩慢增加，到第6 d達到了最大值，為211.99‰，之后開始緩慢下降.哲水蚤、象鼻溞、蚤狀溞3種浮游動物的δ13C值變化趨勢基本一致，表明其碳的來源基本相同.未加入13C標記的葡萄糖時（對照組），哲水蚤、象鼻溞和蚤狀溞的δ13C值分別為-23.39‰、-23.88‰和-21.43‰.在加入13C標記的葡萄糖1 d之后，哲水蚤、象鼻溞和蚤狀溞的δ13C值迅速增加，第3 d時均達到最大值，分別為1650.15‰、2152.02‰和2473.78‰；第3 d之后哲水蚤、象鼻溞和蚤狀溞的δ13C值持續(xù)下降，第12 d降到最低，分別為927.17‰、697.14‰和598.87‰.以上結(jié)果表明，浮游動物與細菌和POM等的同位素峰值出現(xiàn)時間存在著一定的時間差.整體而言，浮游動物的δ13C最高值出現(xiàn)在第3 d，晚于POM最高值的出現(xiàn)時間（第1 d），將以上結(jié)果與DOM的δ13C值并未出現(xiàn)顯著升高趨勢的結(jié)果相聯(lián)系，可知細菌能夠快速利用投加的葡萄糖，并將其部分轉(zhuǎn)化為POM，隨后浮游動物很可能優(yōu)先利用了以DOM為主要碳源的細菌.這一點將在隨后進行詳細討論.

圖2 PLFA的δ13C值變化趨勢Fig.2 Change of the stable isotope ratios of PLFA

圖3 細菌、綠藻、浮游動物以及DOM、POM的δ13C值變化趨勢Fig.3 Changes ofδ13C of bacteria，chlorophyta，planktonic crustaceans，DOM and POM

以C18∶1ω7和C18∶2ω6分別作為細菌和浮游植物的代表，以此來比較細菌-浮游植物-浮游動物以及POM和DOM的δ13C值變化情況（圖3），為了進一步表明它們之間的相關(guān)性，對浮游動物、細菌、綠藻的δ13C值與POM及DOM的δ13C值進行相關(guān)分析，結(jié)果見表4.細菌與POM的δ13C值變化趨勢非常相似，POM的δ13C值與綠藻δ13C值并不相似（圖3），細菌與POM也呈極顯著相關(guān)（P＜0.01），POM與綠藻存在顯著相關(guān)性（表4），二者結(jié)果相呼應(yīng).蚤狀溞與象鼻溞呈極顯著相關(guān)（P＜0.01），DOM與哲水蚤呈顯著相關(guān)（P＜0.05），綠藻均與蚤狀溞、象鼻溞以及POM存在顯著相關(guān)性（P＜0.05）.

表4 浮游動物、細菌、綠藻的δ13C值與DOM及POM的δ13C值的相關(guān)分析Tab.4 Pearson correlation coefficient ofδ13C of planktonic crustaceans，bacteria，chlorophyta，DOM and POM

3 討論

3.1 細菌對外源有機碳的利用

磷脂脂肪酸作為生物細胞膜的重要組成部分，具有結(jié)構(gòu)多樣性和很高的生物學特異性，是非常有效的特定生物標志物；同時，外源與內(nèi)源DOC具有不同的碳穩(wěn)定同位素特征，通過細菌和不同來源有機物的碳穩(wěn)定同位素的分析，可以區(qū)分外源與內(nèi)源DOC對細菌碳源的貢獻［24］.因此，磷脂脂肪酸譜圖分析與穩(wěn)定同位素技術(shù)相結(jié)合，可以為確定生物種群間的相互關(guān)系及對整個生態(tài)系統(tǒng)的能量流動進行準確定位［25］. Rajendran等［26］用PLFA技術(shù)研究了日本某富營養(yǎng)化湖泊沉積物中的生物量.檢測出的磷脂脂肪酸大多數(shù)屬于細菌類群，多聚非飽、脂肪酸及長鏈脂肪酸較少.本研究中將13C標記的葡萄糖作為碳源，通過提取磷脂脂肪酸研究細菌和藻類生物量的變化.結(jié)果表明i-C15、C16∶1ω7、n-C16、C18∶1ω7、n-C18來源于細菌，而C18∶2ω6主要來源于綠藻或硅藻［8］，并得出細菌和藻類的δ13C值，則13C富集的PLFA所代表的生物就是參與了13C標記葡萄糖代謝的生物［27］.

進入水生生態(tài)系統(tǒng)中的外源有機碳主要包括DOC和POC，其中大部分外源碳以DOC形式進入水體.外源DOC可作為碳源為浮游細菌所吸收，增加浮游細菌的生物量從而進入到湖泊食物網(wǎng)當中.Kritzberg等［28］在一個寡營養(yǎng)并富含腐殖質(zhì)的湖泊中的研究結(jié)果表明，該湖40%～80%的細菌生物量的碳源來自于外源性有機碳.本研究中，隨著13C標記的葡萄糖的加入，細菌、POM和浮游動物的δ13C值幾乎同時急劇增加（圖3），且前3 d趨勢一致，說明浮游動物同時利用了細菌與POM.從δ13C值增長的幅度來看，外源DOC加入實驗組后，細菌能夠極其迅速地分解利用DOC，繼而通過細菌吸收利用后形成細胞顆粒，隨之生成DOC與POC，最后通過浮游動物攝食再進入傳統(tǒng)食物鏈［29-30］.因此，本實驗中POM的δ13C值也隨細菌顯示出快速增加的趨勢（圖3）.外源性DOC本身可作為一種基質(zhì)參與水生微生物的新陳代謝.Carignan等［31］研究表明細菌可利用外源DOC進行呼吸作用.本實驗中，細菌的δ13C值在1 d之后不斷下降（圖3），這是由于細菌通過呼吸作用，將13C以CO2的形式不斷釋放的結(jié)果［29-30］.

3.2 浮游動物對外源有機碳的利用方式和途徑

如果外源性碳首先被初級生產(chǎn)者或初級消費者吸收利用，外源性碳則由細菌將陸源碳傳遞到食物網(wǎng)上一級，即通過上行效應(yīng)影響食物鏈［32］.第1 d后，當甲殼類浮游動物的δ13C值仍在增加之時，細菌和POM的δ13C值已急劇下降，說明甲殼類浮游動物攝食了細菌以及細菌的代謝產(chǎn)物POM（圖3）.所選的3種甲殼類浮游動物中哲水蚤屬于橈足類，而象鼻溞和蚤狀溞屬于枝角類，且都是濾食性浮游動物，從水中濾食細小的食物，主要包括細菌、藻類和碎屑等［33］.第1 d時，象鼻溞和蚤狀溞的δ13C值比哲水蚤的δ13C值大（圖3），且POM和細菌與象鼻溞和蚤狀溞相關(guān)性比與哲水蚤的相關(guān)性明顯，DOM與哲水蚤的相關(guān)性比與象鼻溞和蚤狀溞相關(guān)性明顯（表4），進一步表明了象鼻溞和蚤狀溞主要攝食細菌及細菌代謝的顆粒物，而哲水蚤主要攝食DOM；第3 d時，哲水蚤和象鼻溞、蚤狀溞的δ13C值比較接近，仍低于象鼻溞和蚤狀溞的δ13C值，說明對外源有機碳的競爭中，象鼻溞和蚤狀溞占據(jù)主導地位，而哲水蚤相對弱一些.以上結(jié)果表明細菌對枝角類浮游動物的碳源有重要的影響.Banta等［34］用細菌懸浮液培養(yǎng)一種枝角類，結(jié)果證實其孤雌生殖世代達到1600多代.而大多數(shù)哲水蚤通常被歸為植食性橈足類，但是實際上哲水蚤的食物構(gòu)成中也有部分是來自于其他有機顆粒物［35］.經(jīng)典食物網(wǎng)的研究結(jié)果表明，浮游動物利用外源有機碳的途徑主要有：1）直接攝食有機碎屑；2）攝食利用了外源有機碳的異養(yǎng)細菌［7］.而浮游動物利用內(nèi)源有機碳（浮游植物）的途徑主要有：1）直接攝食浮游植物；2）攝食浮游植物有機碎屑；3）攝食利用了浮游植物碳源的細菌.

本研究中甲殼類浮游動物的δ13C值與POM的δ13C值變化趨勢相似，極有可能是異養(yǎng)細菌快速利用DOC后代謝產(chǎn)生POM所引起的結(jié)果.實驗中，綠藻的δ13C值在加入葡萄糖時，由-27.07‰增加到342.44‰（圖3），之后，綠藻的δ13C值與溶解性有機物（DOM）的δ13C值較接近（圖3）.這說明了兩種可能性：①浮游植物可能利用了細菌產(chǎn)生的富含13C的CO2，②實驗添加的葡萄糖參與到了浮游植物的光合作用過程中. Hama等［36］利用13C示蹤和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)結(jié)合的方法，分析Hakata灣硅藻群落所分泌的溶解有機物部分，發(fā)現(xiàn)在12 h的培養(yǎng)過程中，中性醛糖占釋放的DOC的47%～59%，其中葡萄糖是最主要的成分，且葡萄糖主要以葡聚糖的形態(tài)釋放.相對于由浮游植物固定后經(jīng)各種途徑轉(zhuǎn)換后再釋放到水體中的溶解有機物，由浮游植物直接釋放的溶解有機物以碳水化合物為主，其中葡萄糖又是最主要的成分［36-37］，更容易被細菌所利用.總體而言，本研究采集的撫仙湖水樣中，浮游植物的平均密度小于文獻報道的撫仙湖的平均密度［38］，說明采樣點營養(yǎng)水平較低，浮游植物貢獻的有機碳量并不高.

3.3 外源有機碳對細菌和浮游動物的貢獻

一般而言，細菌更喜歡利用低碳氮比（C∶N）、易降解的內(nèi)源DOC，但是外源性DOC也是細菌生長、代謝的重要碳源.Berggren等［39］研究發(fā)現(xiàn)，低分子量的外源有機碳對細菌、原生動物和后生動物二級生產(chǎn)力的貢獻率分別為80%、54%和23%，通過攝食浮游細菌，這部分碳源能被有效地傳遞到更高營養(yǎng)級別.有研究發(fā)現(xiàn)在貧營養(yǎng)湖泊中，外源性有機碳對浮游動物碳源的貢獻率為22%～75%［40］.本實驗中，綠藻的δ13C值與浮游動物并不接近，這可能與加入的葡萄糖的高生物可利用性有關(guān).盡管葡萄糖也能夠參與浮游植物的光合作用過程中，但是它更可能被細菌優(yōu)先利用.在初級生產(chǎn)力較低的寡營養(yǎng)湖泊中，細菌與浮游植物具有營養(yǎng)鹽競爭關(guān)系.在寡營養(yǎng)條件下，細菌在與浮游植物競爭攝取磷方面占據(jù)優(yōu)勢地位［31］.撫仙湖地處高海拔地區(qū)，紫外輻射強烈.胞外酶和強紫外輻射可以提高外源性DOC的細菌可利用性.細菌是吞噬性微生物（如鞭毛蟲和纖毛蟲）和濾食性浮游動物（如大型枝角類）的良好食物，而橈足類可以選擇性攝食纖毛蟲和鞭毛蟲.因此，外源DOC可通過被細菌轉(zhuǎn)化為其生物量進入食物鏈，并不斷向更高營養(yǎng)級傳遞［32］.此外，水力停留時間對于水生生物對外源性碳的利用率會產(chǎn)生一定的影響.撫仙湖屬大型深水湖泊，水力停留時間比較長，而有機碳在水體中滯留的時間愈長，被利用的機率愈高［41］.整體而言，撫仙湖是較典型的貧營養(yǎng)湖泊，初級生產(chǎn)力較低，內(nèi)源貢獻不足以支持浮游動物的生長活動.因此，外源有機碳對撫仙湖的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響較大，對浮游動物的碳源起到了重要貢獻.

4 結(jié)論

通過13C標記的實驗，探討撫仙湖甲殼類浮游動物對外源有機碳的利用途徑.結(jié)果表明：1）外源有機碳首先被細菌和浮游動物吸收利用；2）細菌吸收的外源碳一部分通過自身的代謝作用形成細胞顆粒，浮游動物通過攝食顆粒性有機物（POM），而獲得這部分的碳源，而細菌產(chǎn)生的CO2可能會被浮游植物利用.研究結(jié)果證明在初級生產(chǎn)力低、內(nèi)源碳不足以供給消費者生長需求的貧營養(yǎng)水體中，外源有機碳對浮游動物的碳源起到了重要的支撐作用.

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Contribution of allochthonous dissolved organic carbon to the carbon source of p lanktonic crustaceans in Lake Fuxian

SUN Huan1，2，ZHANG Yongdong1，YU Jinlei1，HU Jinrun3，LIU Zhengwen1，3＆SU Yaling1??
（1：State Key Laboratory of Lake Science and Environment，Nanjing Institute ofGeography and Limnology，Chinese Academy of Sciences，Nanjing 210008，P.R.China）
（2：University ofChinese Academy of Sciences，Beijing 100043，P.R.China）
（3：Jinan University，Guangzhou 510632，P.R.China）

Allochthonous dissolved organic carbon（DOC）is of importance in lake carbon stock，therefore，the contribution and pathways of allochthonous DOC to planktonic crustaceans deserves further study.A controlled experimentwas performed through adding glucose labeled withδ13C in water from Lake Fuxian.By analyzing the samples of phytoplankton and zooplankton species，quantity and phospholipid fatty acid（PLFA）biomarkers and their carbon stable isotope，the contribution of allochthonous DOC to crustacean zooplankton carbon sourcewas investigated.The results showed that after adding glucose，δ13C values of bacteria and planktonic crustaceans（Bosmina）increased rapidly from-16.28‰to 5408.25‰and-23.88‰to1974.7‰，respectively，whereas theδ13C value of chlorophyceae increased from-27.07‰to 342.44‰.The growth rate showed that bacteria and zooplankton firstly utilized the adding glucose.Theδ13C valuesofbacteria，particulate organicmatter（POM）and zooplankton increased sharply at the first day，moreover，theδ13C value ofbacteria ismuch higher than thatof zooplankton and POM.After the first day，δ13C values of bacteria and POM decreased，by contrast，zooplanktonδ13C value increased slowly.This suggests thatallochthonous DOC is firstly utilized by bacteria and form cell particles via themetabolism of bacteria.Subsequently，planktonic crustaceans can utilize allochthonous DOC by grazing cell particles.

Allochthonous dissolved organic carbon；13C labeling；carbon source；planktonic crustaceans；phospholipid fattyacid；Lake Fuxian

DOI 10.18307／2017.0412

?2017 by Journal of Lake Sciences

?國家自然科學基金項目（31370478，31670461）資助.2016-06-30收稿；2016-10-09收修改稿.孫歡（1990～），女，碩士研究生；E-mail：871401864＠qq.com.

??通信作者；E-mail：ylsu＠niglas.ac.cn.