黃林+席貽龍

摘 要：輪蟲和枝角類是淡水浮游動物群落的重要組成部分和優(yōu)勢類群，它們之間的競爭是調(diào)節(jié)水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的主要動力之一。該研究以萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲和多刺裸腹溞為材料，在不同的溫度（20℃、25℃和30℃）下，比較研究了它們的臨界食物密度和幼體耐饑餓能力的差異。結(jié)果表明，20℃和25℃下，萼花臂尾輪蟲的臨界食物密度最高；30℃下萼花臂尾輪蟲的臨界食物密度最低，角突臂尾輪蟲最高。角突臂尾輪蟲的耐饑餓時間在20℃和25℃下最長，萼花臂尾輪蟲和多刺裸腹溞的耐饑餓時間分別在20℃和30℃下最短。研究結(jié)果有助于解釋兩種輪蟲及多刺裸腹溞在不同條件下的競爭結(jié)局。

關(guān)鍵詞：萼花臂尾輪蟲；角突臂尾輪蟲；多刺裸腹溞；臨界食物密度；耐饑餓能力

中圖分類號 X174 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）18-0004-04

Comparative Study on the Threshold Food Concentrations and Starvation Abilities of Rotifer Brachionus calyciflorus， B. angularis and Cladoceran Moina macrocopa

Huang Lin1，2 et al.

（1College of Life Sciences， Anhui Normal University， Wuhu 241000，China；2College of Biological and Pharmaceutical Engineering， West Anhui University， Lu'an 237012， China）

Abstact：Rotifers and cladocerans are important constituents and dominant groups of freshwater zooplankton communities. Interspecific competition between rotifers and cladocerans is one of major driving forces regulating structure and constituent of aquatic ecosystem. In this study， the threshold food concentrations for population growth increased and starvation abilities of B. calyciflorus， B. angularis and M. macrocopa were determined at different temperatures （20℃， 25℃ and 30℃）. The results showed that threshold food concentration for population growth of B. calyciflorus was the highest at 20℃ and 25℃， but the lowest at 30℃. Threshold food concentration for population growth of B. angularis was the highest at 30℃. Starvation ability of B. angularis was the strongest at 20℃ and 25℃， those of B. calyciflorus and M. macrocopa were the weakest at 20℃ and 30℃， respectively. The results of this research will help us explain the competitive outcomes among or between B. calyciflorus and B. angularis and M. macrocopa under different conditions.

Key words：Brachionus calyciflorus；Brachionus angularis；Moina macrocopa；Threshold foodconcentration for population growth；Starvation ability

浮游動物種群增長的臨界食物密度通常被定義為種群增長率為零時所需的食物密度[1]。許多研究結(jié)果支持可以用臨界食物密度來預(yù)測浮游動物等植食性消費(fèi)者之間的種間競爭結(jié)局[2]，臨界食物密度較低的種類總是具有較大的競爭優(yōu)勢[3-4]；這種理論也應(yīng)該適用于植食性輪蟲和枝角類的資源利用性競爭能力的評價和輪蟲之間及輪蟲和枝角類之間種間競爭結(jié)局的預(yù)測。Stemberger和Gilbert曾以臨界食物密度為指標(biāo)，對幾種浮游性輪蟲的競爭能力進(jìn)行了比較研究[5]；陸續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)，特定種類的輪蟲和枝角類的臨界食物密度并不是恒定不變的，而是隨環(huán)境條件如溫度高低[1，6]和食物種類[7]、顆粒大小[8]、形態(tài)[9]及組分[10]等變化而發(fā)生變化。

幼體的耐饑餓時間常用來作為評價浮游動物如輪蟲和枝角類后代質(zhì)量和適合度的重要指標(biāo)之一[11]，是自然水體中又一個潛在的影響浮游動物存活和競爭優(yōu)勢的因素[12]，耐饑餓時間越長，其競爭力相應(yīng)的也越強(qiáng)。關(guān)于輪蟲和枝角類幼體耐饑餓時間的研究較少[11，13-15]，并且特定輪蟲和枝角類幼體的耐饑餓時間也不是恒定不變的，也會受到諸如溫度[15]、培養(yǎng)母體的食物密度[11]等環(huán)境因子的影響而發(fā)生變化。endprint

不同輪蟲和枝角類的臨界食物密度和幼體的耐饑餓能力對水環(huán)境因子變化的響應(yīng)或響應(yīng)幅度可能不同，從而在不同的環(huán)境條件下其競爭力大小也會隨之發(fā)生變化，進(jìn)而可能會導(dǎo)致輪蟲之間或輪蟲和枝角類之間種間競爭結(jié)局的改變。如Stelzer研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，梳狀疣毛輪蟲臨界食物密度升高的幅度很大，而前節(jié)晶囊輪蟲和萼花臂尾輪蟲的臨界食物密度則保持相對恒定，表明梳狀疣毛輪蟲比另外兩種輪蟲更適應(yīng)于低溫，在低溫下具有更大的競爭優(yōu)勢[1]。另外，Iwabuchi和Urabe也發(fā)現(xiàn)，隨著藻食物磷含量的變化，幾種枝角類的臨界食物密度大小順序發(fā)生了變化，意味著它們的相對競爭優(yōu)勢也發(fā)生了變化，競爭結(jié)局也就可能隨之發(fā)生改變[10]。

本研究中，筆者比較了在不同的溫度下萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲和多刺裸腹溞的臨界食物密度和幼體的耐饑餓能力的差異，研究結(jié)果將有助于我們進(jìn)一步解釋輪蟲和多刺裸腹溞在不同溫度下的種間競爭結(jié)局和進(jìn)一步正確全面的理解輪蟲和枝角類的種間競爭機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 實驗動物的來源和培養(yǎng) 本研究用萼花臂尾輪蟲和角突臂尾輪蟲均采集于蕪湖市汀塘湖（31°33′N，118°37′E），而多刺裸腹溞來自于日本長崎大學(xué)水產(chǎn)養(yǎng)殖生物學(xué)實驗室的饋贈。2種浮游動物在實驗室內(nèi)以EPA[16]（以96mg NaHCO3，60mg CaSO4，60mg MgSO4和4mg KCl溶解于1L的蒸餾水中配制而成）為培養(yǎng)基、以HB-4培養(yǎng)基[17]（以200mg（NH4）2SO4，15mg K2HPO4，15mg CaCl2，80mg MgSO4-7H2O，100mg NaHCO3，25mg KCl，0.15mL FeCl3 （1%），1mL微量元素溶液和2mL土壤浸出液溶解于1L的蒸餾水中配置而成）培養(yǎng)的、處于指數(shù)增長期的斜生柵藻為食物（投喂密度為1.0-2.0×106cells/mL），在25±1℃自然光照恒溫培養(yǎng)箱里“克隆”培養(yǎng)1年以上。在正式實驗開始前，2種浮游動物皆以1.0×106cells/mL的斜生柵藻為食物，在（20±1）℃、（25±1）℃和（30±1）℃自然光照恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)預(yù)培養(yǎng)7d以上。處于指數(shù)增長期的斜生柵藻經(jīng)5000r/min離心收集、計數(shù)、貯存于4℃冰箱里待用；為了保證藻的新鮮，使用時間不超過7d。

1.2 臨界食物密度的測定 實驗在3個溫度（20℃、25℃和30℃）下進(jìn)行，各溫度下均以預(yù)培養(yǎng)時的食物密度1.0×106cells/mL為最高食物密度，按等比數(shù)列設(shè)計10個食物密度，即1.953×103～1.0×106cells/mL，各溫度、食物密度均設(shè)3個重復(fù)。接種輪蟲來自于相應(yīng)培養(yǎng)條件的處于指數(shù)增長期的培養(yǎng)體系中隨機(jī)挑取足量的帶2個卵的非混交雌體的子1代（<4h），多刺裸腹溞來自于相應(yīng)培養(yǎng)條件下經(jīng)過3代孤雌生殖的第3窩幼體（<12h）；輪蟲實驗體積為5mL，在8mL的特制透明玻璃小杯內(nèi)進(jìn)行，接種密度為2ind./ml，多刺裸腹溞實驗體積為20mL，在25mL的小燒杯內(nèi)進(jìn)行，接種密度為0.2ind./mL。輪蟲3個溫度下的群體培養(yǎng)時間均為3d，多刺裸腹溞的群體培養(yǎng)時間20℃下為7d，25℃和30℃下均為4d。實驗結(jié)束時，分別對各溫度、食物密度下的輪蟲和多刺裸腹溞雌體進(jìn)行全計數(shù)，根據(jù)公式r=（lnNt-lnN0）/t計算輪蟲和多刺裸腹溞的種群增長率（其中N0是起始密度，Nt為實驗結(jié)束時的種群密度，t為實驗歷時）。然后，對各實驗條件下萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲和多刺裸腹溞的種群增長率與食物密度間的關(guān)系進(jìn)行直線回歸，根據(jù)所求得的回歸方程計算出種群增長率為零時的食物密度即為該溫度下的臨界食物密度[1]。

1.3 耐饑餓時間的測定 輪蟲幼體（<4h）和多刺裸腹溞幼體（<12h）的獲得方法同臨界食物密度實驗；經(jīng)過反復(fù)輕柔緩慢的沖洗以去除粘附在實驗動物體壁上的藻，取單個幼體放入特制的24孔塑料板的小孔內(nèi)，每孔盛0.5mL的EPA培養(yǎng)液，置于相應(yīng)溫度的恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)；每個溫度下所使用的輪蟲和多刺裸腹溞幼體數(shù)均為48個。實驗開始后，每8h觀察1次，記錄輪蟲和多刺裸腹溞的存活情況，每24h更換1次EPA培養(yǎng)液，實驗至全部個體死亡為止。

1.4 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS16.0分別對輪蟲和多刺裸腹溞的臨界食物密度和耐饑餓時間進(jìn)行雙因素方差分析，分別對各溫度下實驗動物或各實驗動物不同溫度下的臨界食物密度和耐饑餓時間進(jìn)行單因素方差分析和多重比較，以α為0.05檢驗差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲和多刺裸腹溞臨界食物密度和耐饑餓時間的雙因素方差分析結(jié)果如表1所示。溫度、物種和它們的交互作用對臨界食物密度和耐饑餓時間均產(chǎn)生了顯著性影響。

不考慮溫度的影響，多刺裸腹溞、萼花臂尾輪蟲和角突臂尾輪蟲的臨界食物密度依次顯著升高，而耐饑餓時間按角突臂尾輪蟲、多刺裸腹溞和萼花臂尾輪蟲次序顯著縮短。

表1 萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲和多刺裸腹溞臨界食物密度和耐饑餓時間的雙因素方差分析

[參數(shù) 溫度 物種 溫度×物種 臨界食物密度 P<0.01 P<0.01 P<0.01 耐饑餓時間 P<0.01 P<0.01 P<0.01 ]

萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲和多刺裸腹溞的臨界食物密度和耐饑餓時間如表2所示。多刺裸腹溞和角突臂尾輪蟲的臨界食物密度按25℃、20℃和30℃的次序顯著升高（P<0.01）；而萼花臂尾輪蟲的臨界食物密度在30℃時最低，20℃和25℃間無顯著差異（P>0.05）。相同的溫度下，20℃和25℃時，萼花臂尾輪蟲的臨界食物密度最高（P<0.01），30℃時卻最低（P<0.01），角突臂尾輪蟲最高（P<0.01）。

表2 溫度對萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲和多刺裸腹溞臨界食物密度和耐饑餓時間的影響（平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤）endprint

[參數(shù) 物種 20℃ 25℃ 30℃ 臨界食物密度 萼花臂尾輪蟲 0.1566±0.0171aA 0.1623±0.0024aA 0.0424±0.0032bC （cells/mL） 角突臂尾輪蟲 0.0528±0.0020bB 0.0187±0.0002cC 0.3949±0.0047aA 多刺裸腹溞 0.0764±0.0018bB 0.0500±0.0050cB 0.1528±0.0005aB 耐饑餓時間 萼花臂尾輪蟲 50.05±1.56aC 39.15±1.64bB 55.82±4.11aA （h） 角突臂尾輪蟲 155.20±12.13aA 158.33±12.76aA 65.87±7.29bA 多刺裸腹溞 104.36±7.34aB 57.42±3.16bB 36.09±2.65cB ]

注：對于相同的參數(shù)，小寫字母不同表示同行數(shù)據(jù)存在顯著性差異，大寫字母不同表示同列數(shù)據(jù)存在顯著性差異（P<0.05）。

萼花臂尾輪蟲的耐饑餓時間在25℃下最短（P<0.01），20℃和30℃間無顯著差異（P>0.05）；角突臂尾輪蟲的耐饑餓時間在30℃下最短（P<0.01），20℃和25℃間無顯著差異（P>0.05）；多刺裸腹溞的耐饑餓時間隨溫度的升高而顯著縮短。相同的溫度下，20℃和25℃時，角突臂尾輪蟲的耐饑餓時間最長，萼花臂尾輪蟲和多刺裸腹溞的耐饑餓時間分別在20℃和30℃下最短（P<0.01，表2）。

3 討論

浮游動物的個體大小是影響其臨界食物密度和耐饑餓能力的重要因素之一。有研究表明，浮游性輪蟲的個體大小和臨界食物密度之間呈正相關(guān)關(guān)系[18]，但和耐饑餓能力之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[19，20]，即輪蟲的個體越大，其臨界食物密度越高，耐饑餓能力則越弱。一般來說，輪蟲的個體要比枝角類小的多，而輪蟲和枝角類的臨界食物密度及耐饑餓能力之間的關(guān)系如何還不甚明了；有報道顯示，輪蟲的臨界食物密度比暖水浮游性枝角類高的多，而個體較小的輪蟲和熱帶小型枝角類的臨界食物密度卻是相似的[7]。本研究中，3種浮游動物的個體大小順序為多刺裸腹溞>萼花臂尾輪蟲>角突臂尾輪蟲，但不考慮溫度的影響，多刺裸腹溞、萼花臂尾輪蟲和角突臂尾輪蟲的臨界食物密度隨個體大小的變小依次顯著升高，而幼體耐饑餓時間卻按角突臂尾輪蟲、多刺裸腹溞和萼花臂尾輪蟲次序顯著縮短；暗示著個體大小和臨界食物密度及幼體耐饑餓能力之間的關(guān)系并不是恒定不變的，隨著浮游動物類群的不同而不同。

由于不同的浮游動物對溫度變化的敏感性不同，在不同的溫度下，其臨界食物密度大小順序也會不同[1，6]。本研究也得到了類似的結(jié)果，20℃和25℃時，萼花臂尾輪蟲的臨界食物密度最高，但30℃時萼花臂尾輪蟲卻最低，角突臂尾輪蟲最高；另外，對于幼體耐饑餓時間，20℃和25℃時，角突臂尾輪蟲最長，萼花臂尾輪蟲和多刺裸腹溞分別在20℃和30℃下最短。

對于特定的種類，其臨界食物密度和幼體耐饑餓時間也不是恒定不變的。有研究表明，萼花臂尾輪蟲幼體的耐饑餓時間與培養(yǎng)母體的食物密度之間呈正相關(guān)關(guān)系[11]，但與溫度間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[15]。本研究中，多刺裸腹溞和角突臂尾輪蟲的臨界食物密度隨25℃、20℃和30℃的次序而顯著升高，而萼花臂尾輪蟲的臨界食物密度在30℃時最低，但20℃和25℃間無顯著差異。另外，萼花臂尾輪蟲的幼體耐饑餓時間在25℃下最短，而20℃和30℃間無顯著差異；角突臂尾輪蟲的耐饑餓時間在30℃下最短，但20℃和25℃間無顯著差異；多刺裸腹溞的耐饑餓時間隨溫度的升高而顯著縮短。

許多研究結(jié)果支持可以用臨界食物密度和幼體的耐饑餓能力來預(yù)測浮游動物等植食性消費(fèi)者之間的競爭結(jié)局[12]，臨界食物密度越低、幼體耐饑餓時間越長，其競爭能力也越強(qiáng)[3-4，11]。本研究中，在不同的溫度下，萼花臂尾輪蟲、角突臂尾輪蟲和多刺裸腹溞的臨界食物密度和幼體耐饑餓時間是不同的，角突臂尾輪蟲和多刺裸腹溞的臨界食物密度和幼體耐饑餓能力的差異取決于溫度，可能部分的解釋了角突臂尾輪蟲和多刺裸腹溞在不同溫度下的競爭結(jié)局。陳桃英等在研究和本研究中同屬的褶皺臂尾輪蟲和蒙古裸腹溞的種間競爭時也認(rèn)為，褶皺臂尾輪蟲幼體較強(qiáng)的耐饑餓能力可能是其在和蒙古裸腹溞競爭中獲勝的重要原因之一[21]。另外，在本研究中，用臨界食物密度或耐饑餓能力來預(yù)測輪蟲或多刺裸腹溞潛在的競爭能力，并沒有得到一致的結(jié)果，暗示著用臨界食物密度或耐饑餓能力來評價特定浮游動物的競爭能力時，需要對其臨界食物密度和耐饑餓能力進(jìn)行綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]Stelzer，C.P.Population growth in planktonic rotifers.Does temperature shift the competitive advantage for different species [J].Hydrobiologia，1998，387/388（3）：349-353.

[2]Grover，J.P.Resource competition [M].Chapman & Hall，New York，USA.，1997.

[3]Lampert，W.Studies on the carbon balance of Daphnia pulex de Geer as related to environmental conditions.IV.Determination of the“threshold”concentration as a factor controlling the abundance of zooplankton species [J].Arch Hydrobiology Supplement，1977，48（3）：361-368.

[4]Lampert，W.& Schober，U.The importance of‘thresholdfood concentrations.In Kerfoot W.C.（ed），Evolution and Ecology of Zooplankton communities[M].Hanover，New Hampshire：University Press of New England.，1980.endprint

[5]Stemberger，R.S.& Gilbert，J.J.Assessment of threshold food levels and populations growth in planktonic rotifers[J].Archive für Hydrobiologie Beihaft，1985，21（1）：269-275.

[6]Achenbach，L.& Lampert，W.Effects of elevated temperatures on threshold food concentrations and possible competitive abilities of differently sized cladoceran species [J].Oikos，1997，79（3）：469-476.

[7]Duncan，A.Food limitation and body size in the life cycles of planktonic rotifers and cladocerans [J].Hydrobiologia，1989，186/187（1）：11-28.

[8]Rothhaupt，K.O.Population growth rates of two closed related rotifer species：effects of food quality，particle size，and nutritional quality[J].Freshwater Biology，1990，23（3）：561-570.

[9]Gliwicz，Z.M.Food thresholds and body size in cladocerans [J].Nature，1990，343（6259）：638-640.

[10]Iwabuchi，T.& Urabe，J.Food quality and food threshold：implications of food stoichiometry to competitive ability of herbivore plankton [J].Ecosphere，2012，3（6）：1-17.

[11]Kirk，K.L.Egg size，offspring quality and food level in planktonic rotifers [J].Freshwater Biology，1997，37（3）：515-521.

[12]DeMott，W.R.The role of competition in zooplankton succession. In：Sommer，U.（Ed.），Plankton Ecology：Succession in Plankton Communities [M].Springer，New York，1989.

[13]Tessier，A.J.& Consolatti，N.L.Variation in offspring size in Daphnia and consequences for individual fitness [J].Oikos，1989，56（2）：269-276.

[14]Gliwicz，Z.M.& Guisande，C.Family planning in Daphnia：Resistanee to starvation in offspring born to mothers grown at different food levels [J].Oecologia，1992，91（4）：463-467.

[15]董麗麗，席貽龍，張雷.不同克隆萼花臂尾輪蟲的后代質(zhì)量及其相關(guān)因素分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2006，17（12）：2417-2420.

[16]USEPA.Methods for measuring the acute toxicity of effluents to freshwater and marine organisms [M].Peltier，W.H.，Weber，C.I. （eds.）.EPA/600/4-85/013，216.U.S.Environment Protect Agency， Washington D.C.，1985.

[17]章宗涉，黃祥飛.淡水浮游生物研究方法[M].北京：科學(xué)出版社，1991.

[18]Stemberger，R.S.& Gilbert，J.J. Rotifer threshold food concentrations and the size-efficiency hypothesis [J].Ecology，1987，68（1）：181-187.

[19]Threlkeld，S.T.Starvation and the size structure of zooplankton communities [J].Freshwater Biology，1976，6（6）：489-496.

[20]Ooms-Wilms，A.L.，Postema，G.& Gulati，R.D.Population dynamics of planktonic rotifers in Lake Loosdrecht，the Netherlands， in relation to their potential food and predators[J].Freshwater Biology，1999，42（1）：77-97.

[21]陳桃英，王巖，黃長智，等.蒙古裸腹溞與褶皺臂尾輪蟲的種間關(guān)系[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2004，15（7）：1253-1256.

（責(zé)編：張宏民）endprint