王崚力, 胡思敏, 郭明蘭, 李濤,4, 王有軍, 黃暉,4, 劉勝

海洋生物學(xué)

三亞灣肥胖軟箭蟲成體與幼體現(xiàn)場攝食差異研究

王崚力1,2,3, 胡思敏1,3, 郭明蘭1,3, 李濤1,3,4, 王有軍1,2, 黃暉1,3,4, 劉勝1,3

1. 中國科學(xué)院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東省應(yīng)用海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國科學(xué)院南海海洋研究所, 廣東 廣州 510301; 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3. 中國科學(xué)院南海生態(tài)環(huán)境工程創(chuàng)新研究院, 廣東 廣州 510301; 4. 中國科學(xué)院海南熱帶海洋生物實(shí)驗(yàn)站, 海南 三亞 572000

毛顎類是熱帶近岸海域中上層魚類的食物來源, 同時又是重要的肉食性浮游動物, 數(shù)量豐富, 然而其維持種群結(jié)構(gòu)的生存策略尚不清晰。本文運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù), 分析了三亞灣海域毛顎類優(yōu)勢種肥胖軟箭蟲()成體與幼體的腸道食物組成, 以期從食物資源利用的角度揭示其維持種群結(jié)構(gòu)的營養(yǎng)策略。研究結(jié)果顯示, 幼體和成體攝食的浮游生物種類分別為21種和19種, 共同的食物類群有橈足類、小型水母類、硅藻和多毛類。成體與幼體食物偏好差異顯著, 成體主要的食物來源是小型水母類(59%), 而幼體主要的食物來源是橈足類(60%); 幼體營養(yǎng)生態(tài)位(5.16)高于成體(2.89), 且二者食物重疊度低(0.21), 表明成體與幼體食物分化明顯。研究結(jié)果揭示, 即使成體與幼體大量共存, 它們也可以通過攝食分化避免食物資源競爭, 這種分配策略對毛顎類保證足夠幼體存活率和維持種群數(shù)量具有重要意義。

肥胖軟箭蟲; 成體與幼體; 攝食分化; 營養(yǎng)策略; 種群結(jié)構(gòu)

毛顎類主要攝食小型浮游動物, 自身又是魚類的優(yōu)質(zhì)餌料, 處于海洋浮游食物鏈傳遞的中心位置。毛顎類的食物種類豐富, 橈足類無節(jié)幼蟲通常被認(rèn)為是其主要的食物來源(Bone et al, 1991), 枝角類、水母類、端足類和磷蝦類也常有發(fā)現(xiàn)(Kehayias et al, 1996; ?resland, 2000)。毛顎類成體與幼體的主要食物類群同為水體中高豐度的橈足類無節(jié)幼蟲和枝角類(Kehayias et al, 2005; Lie et al, 2012), 在食物資源受限的環(huán)境中, 成體與幼體食物競爭激烈(尤其是溫帶海域), 同類相食率高并成為毛顎類幼體死亡的主因, 進(jìn)而影響種群結(jié)構(gòu)(Kehayias et al, 1996; ?resland, 2000)。但在近岸海域中毛顎類數(shù)量豐度高, 且常聚群出現(xiàn), 成體和幼體通常大量共存(Goswami et al, 1982), 幼體比上成體比例達(dá)0.68~3.26(Lie et al, 2012)。因此, 研究成體和幼體現(xiàn)場食物組成對于認(rèn)識它們之間的攝食差異及大量共存的適應(yīng)機(jī)制具有重要意義。以往研究發(fā)現(xiàn), 毛顎類在生長發(fā)育不同階段存在食性轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象, 即隨著個體生長, 其對食物資源的利用會發(fā)生明顯的改變, 成體和幼體可能通過食物分化減少競爭(Kehayias et al, 1996; Kehayias et al, 2008), 但是并沒有熱帶珊瑚礁海域的毛顎類攝食研究。

研究毛顎類食性的傳統(tǒng)方法主要是顯微鏡檢腸道內(nèi)容物(Bone et al, 1991), 該方法雖能獲得部分食物信息, 但由于毛顎類空消化道比例高(Yoon et al, 2016; Amano et al, 2019), 且存在消化道食糜組分難以準(zhǔn)確鑒定(Kehayias et al, 2008)的問題, 難以真實(shí)反映毛顎類的攝食組成 (Grigor et al, 2015)。近年來, 分子生物學(xué)方法已經(jīng)成功應(yīng)用于浮游動物食譜研究, 該方法不僅可以精準(zhǔn)高效地分析海洋浮游生物現(xiàn)場食物組成, 而且能“半定量”不同食物源對消費(fèi)者的貢獻(xiàn)(King et al, 2008; Hu et al, 2015; Lin et al, 2018), 但目前該方法在毛顎類食性分析中應(yīng)用較少, 僅Bonnet等 (2010)實(shí)踐了該方法, 他利用哲水蚤16S rDNA特有引物成功鑒定出英吉利海峽毛顎類腸道中全年均存在橈足類海島哲水蚤(), 證明了二者間的攝食關(guān)系, 從而解釋了這兩種生物豐度在該海域的相關(guān)性。

三亞灣是我國重要的熱帶海灣, 灣內(nèi)分布著發(fā)育良好的珊瑚礁, 海洋生物資源豐富。毛顎類是三亞灣周年均出現(xiàn)的優(yōu)勢類群, 其中最主要的優(yōu)勢種為肥胖軟箭蟲(), 調(diào)查顯示成體和幼體在夏季通常大量共存(尹健強(qiáng)等, 2004b; 時翔等, 2007; 柯志新等, 2011)。本文以三亞灣夏季毛顎類為研究對象, 應(yīng)用分子生物學(xué)方法分析其腸道內(nèi)容物, 研究主要優(yōu)勢種肥胖軟箭蟲成體和幼體的食物組成差異, 進(jìn)而從食物資源利用角度探討肥胖軟箭蟲成體與幼體共存策略。研究結(jié)果有助于認(rèn)識熱帶海灣毛顎類的種群維持策略, 并且可為解析近岸生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量的傳遞路徑提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 野外采樣與處理

1.1.1 樣品采集與現(xiàn)場處理

基礎(chǔ)環(huán)境指標(biāo)(水深、水溫和鹽度)使用多參數(shù)水質(zhì)分析儀(YSI6600)測量。2014年7月, 在三亞灣海域W3(109°27′2.10″E, 18°13′0.12″N)、W4(109°25′29.28″E, 18°12′1.08″N)和W9(109°22′0.36″E, 18°12′59.88″N) 站位(圖1) 浮游動物樣品, 采樣站位名稱來自中國科學(xué)院海南熱帶海洋生物實(shí)驗(yàn)站的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)季度調(diào)查航次。采用淺水I型和II型浮游生物網(wǎng)從底到表垂直拖網(wǎng)采集, 拖網(wǎng)速度約為0.5m·s–1。淺水I型網(wǎng)采集的樣品一份立即用中性魯哥氏液(Lugol’s solution)固定(終濃度為2%), 遮光低溫保存, 用作肥胖軟箭蟲成體與幼體數(shù)量比例計算與攝食分析; 另一份使用5%甲醛固定, 用作背景場浮游動物種類鑒定。因毛顎類攝食的大部分為體型較小或處于幼蟲狀態(tài)的橈足類, 而淺水Ⅱ型網(wǎng)網(wǎng)目為160μm, 相比淺水Ⅰ型網(wǎng)能更真實(shí)地反映小型橈足類或橈足類無節(jié)幼蟲數(shù)量(Li et al, 2016), 故用淺水Ⅱ型網(wǎng)采集的橈足類用作背景場主要食物數(shù)量分析, 該網(wǎng)采集的樣品立即用中性魯哥氏液固定(終濃度為2%)。

圖1 采樣站位圖

地圖來源于Surfer軟件底圖

Fig. 1 The sampling stations in Sanya Bay

1.1.2 浮游動物樣品的室內(nèi)處理

在體視鏡(Lecia, S8APO)下鑒定并計數(shù)背景場浮游動物, 從各站位魯戈氏液固定的I型網(wǎng)樣品中分選出浮游動物樣品中的肥胖軟箭蟲成體(Ⅳ期) 30只, 幼體(Ⅰ—Ⅲ期)100只, 并將其置于0.22μm濾膜過濾的現(xiàn)場海水中(加入中性魯哥氏液, 終濃度為2%)暫存。在超凈工作臺中對肥胖軟箭蟲逐個進(jìn)行沖洗并鏡檢, 確保肥胖軟箭蟲體表沒有其他生物或者碎屑附著后提取DNA。

1.1.3 毛顎類總基因組DNA提取

避免拖網(wǎng)過程種浮游生物富集造成的網(wǎng)囊攝食誤差, 我們將箭蟲腸道前1/3食道去除之后使用玻璃勻漿器充分研磨樣品(Bonnet et al, 2010)。待樣品研磨完全后加入500μL細(xì)胞裂解液[0.5%SDS, 100mmol·L–1EDTA, 10mmol·L–1Tris-HCl, 200μg·mL–1Proteinase K (pH8.0)], 振蕩混勻55℃水浴48h, 使用CTAB法提取基因組DNA(以下簡稱DNA)并將其溶解于30μL10mmol·L–1Tris-HCl(pH 8.0)中, –20℃保存。

1.1.4 PCR擴(kuò)增與基因克隆

為獲得毛顎類以外盡可能多的其他真核生物(潛在食物)類群的序列, 本實(shí)驗(yàn)使用Cheatognath diet primer set引物對提取的DNA進(jìn)行PCR擴(kuò)增(王崚力等), 該引物可覆蓋毛顎類足夠廣泛的食物類群, 擴(kuò)增序列包含了V2、V3、V4三個18S rDNA可變區(qū), 長度約為780bp。25μL反應(yīng)體系包含2.5μL 10× Taq buffer(2.5μmol·L–1), 2μL dNTP Mix(2.5μmol·L–1), 1μL模板DNA, 25μmol–1引物各1μL(上游引物: 5′-GAGCTAATACATGCNAARAVDCTC-3′; 下游引物: 5′-GCAAATGCTTTCGCWGTAGTYHGT-3′, 該引物可回避毛顎類自身序列, 并盡可能多地擴(kuò)增其他真核生物18S rDNA序列), 0.125μL ExTaq酶(2.5U·μL–1), 17.375μL ddH2O。PCR程序?yàn)? 95℃預(yù)變性1min; 95℃變性10s, 55℃退火30s, 72℃延伸40s, 進(jìn)行35個循環(huán); 最后72℃延伸7min。使用Agarose Gel DNA Purification Kit v2.0(Takara)對PCR產(chǎn)物進(jìn)行純化。膠回收后對PCR產(chǎn)物末端加A, 完成連接、轉(zhuǎn)化、培養(yǎng)、藍(lán)白斑篩選等一系列基因克隆過程。隨機(jī)挑選若干個陽性克隆送至英濰捷基(上海)貿(mào)易有限公司進(jìn)行序列測定。

1.2 數(shù)據(jù)分析

1.2.1 序列比對和分析

檢查峰圖人工校正原始序列, 將去掉引物后的有效序列在NCBI (www.ncbi.nlm.nih.gov)的GenBank數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行BLAST(Basic Local Alignment Search Tool), 篩選同源序列信息, 基于NCBI的分類瀏覽器命名法(Taxonomy Browser nomenclature), 按照相似度大于94%的最佳匹配序列推定到最低分類階元。對檢測序列與數(shù)據(jù)庫中匹配的最相似序列使用MEGA6.0進(jìn)行排列, 并構(gòu)建鄰接樹(Maximum Likelihood tree, ML樹)。選擇Kimura 2-parameter核苷酸替代模型, 用Model Test計算Gamma值, 使用1000次重復(fù)自舉值(Boostrap value), 其他參數(shù)設(shè)置均為默認(rèn)值。

1.2.2 特征值計算公式

1.2.3 二分食物網(wǎng)

將樣品在OTU水平上的出現(xiàn)頻率數(shù)據(jù)構(gòu)建二分食物網(wǎng), 展示肥胖軟箭蟲成體與幼體在食物來源上的重疊關(guān)系, 使用R語言(Ri386 3.3.3)“bipartite”包繪制。

2 結(jié)果

2.1 環(huán)境參數(shù)與背景場浮游動物群落組成

站點(diǎn)W3、W4和W9水深分別為19、25和28m, 水體溫度層化明顯(<0.01), 表、底溫差為3℃, 鹽度分布均勻, 為35‰。采樣站位檢測到毛顎類、橈足類、軟體動物、十足類、介形類、水母類、枝角類、被囊類、浮游幼蟲以及魚卵仔魚共10類浮游動物(圖2), 其中橈足類是第一大類群, 占浮游動物總豐度的52%, 且Ⅱ型浮游生物網(wǎng)中橈足類無節(jié)幼蟲豐度達(dá)2705.84ind·m–3, 主要種類包括錐形寬水蚤()、紅紡錘水蚤()、奧氏胸刺水蚤()、瘦歪水蚤()和微刺哲水蚤() (圖2)。浮游動物幼蟲是第二大類群, 占浮游動物總豐度的29%, 包括瑩蝦幼體、蛇尾長腕類幼體、多毛類幼蟲、長尾類幼蟲、短尾類幼蟲以及無節(jié)幼蟲。毛顎類豐度為9ind·m–3居第三, 占浮游動物總豐度的6%, 肥胖軟箭蟲是最主要的優(yōu)勢種, 占毛顎類豐度的63%, 其中成體與幼體豐度比例為0.48。水母類在浮游動物組成中占比約為2%, 而在Ⅱ型浮游生物網(wǎng)中豐度達(dá)47ind·m–3, 共檢測到7種, 包括擬細(xì)淺室水母()、雙生水母()、半口壯麗水母()、貝氏真囊水母()、肉質(zhì)介穗水母()、雙小水母()和球型側(cè)腕水母()。另有數(shù)量較少的十足類、介形類、枝角類、被囊類以及魚卵仔魚(圖2)。

2.2 攝食克隆序列有效性、多樣性指數(shù)、組成以及營養(yǎng)生態(tài)位寬度和重疊度

測得種類數(shù)(OTU數(shù))與Chao1指數(shù)結(jié)果顯示, 各克隆樣品測序結(jié)果基本達(dá)到平臺期, 測序深度能覆蓋較多的食物類群(表1)。在OTU數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)數(shù)值上, 幼體高于成體(表1)(OTU數(shù):=0.145; 香農(nóng)多樣性指數(shù):=0.432), 并且幼體營養(yǎng)生態(tài)位寬度高于成體, 分別為5.16和2.89。

表1 肥胖軟箭蟲的克隆序列信息表

注: W3、W4和W9表示站位; Jul表示7月; a表示肥胖軟箭蟲成體, j表示肥胖軟箭蟲幼體; 測序樣品中成體包含30只肥胖軟箭蟲, 幼體包含100只肥胖軟箭蟲。

肥胖軟箭蟲的攝食對象覆蓋7大浮游生物類群, 包括小型水母類、橈足類、硅藻、甲藻、隱藻、多毛類和棘皮動物。其中成體攝食19種浮游生物, 幼體攝食21種浮游生物, 共同的食物類群有橈足類、小型水母類、硅藻和多毛類; 共同的食物種類有8種, 包括小型水母類中的愛神帶水母()和球型側(cè)腕水母, 橈足類中的微刺哲水蚤、錐形寬水蚤、真刺唇角水蚤()和瘦歪水蚤, 以及硅藻中的兩種角毛藻(圖3)。

肥胖軟箭蟲成體與幼體的消化道內(nèi)含物DNA克隆序列在門類組成上差異顯著(圖3)。小型水母類是成體克隆序列中最優(yōu)勢的類群, 占總克隆序列組成的59%, 主要種類為愛神帶水母和球型側(cè)腕水母, 另有少量的雙小水母; 而小型水母類僅占幼體總克隆序列的9%, 種類為愛神帶水母和球型側(cè)腕水母。橈足類是幼體克隆序列中最優(yōu)勢的類群, 占總克隆序列組成的60%, 主要種類為錐形寬水蚤、微刺哲水蚤、雙斑平頭水蚤()和真刺唇角水蚤; 而橈足類僅占成體總克隆序列組成的23%, 主要種類是長腹劍水蚤(sp.)和強(qiáng)額孔雀水蚤()。浮游植物也是二者重要的食物類群, 并以硅藻為主, 其中角毛藻()分別占到成體與幼體克隆序列組成的15%和22%, 成體克隆序列中還有少量的原甲藻()以及隱藻(Unidentified cryptophyte) (圖3)。另外還檢測到少量的多毛類, 幼體中種類為spec.和博金斯稚磷蟲, 而在成體中則是蛇雜毛蟲()。棘皮動物屬僅在幼體克隆序列中檢測到(圖3)。

所有檢測到的OTU有32個, 在肥胖軟箭蟲成體與幼體的6個樣品中共建立起40條營養(yǎng)生態(tài)連接(圖4)。二分食物網(wǎng)顯示成體與幼體在主要的食物來源上重疊現(xiàn)象較少, 營養(yǎng)生態(tài)位重疊度僅為0.21, 表明成體與幼體營養(yǎng)生態(tài)位重疊程度處于較低水平。

3 討論

3.1 肥胖軟箭蟲的食物組成

在肥胖軟箭蟲檢測到的食物類群中, 橈足類是主要的食物來源之一, 主要種類如腹劍水蚤、錐形寬水蚤、微刺哲水蚤均為夏季三亞灣代表種類(尹健強(qiáng)等, 2004b; 時翔等, 2007; Li et al, 2016)。腹劍水蚤和錐形寬水蚤的無節(jié)幼蟲(體長100~300μm)可被毛顎類直接攝食(李松等, 1990), 且自然環(huán)境中橈足類無節(jié)幼蟲數(shù)量龐大, 因而也是經(jīng)典鏡檢腸道食物法中最常被檢測出的食物門類(Bone et al, 1991)。小型水母是另一主要的食物來源(圖3)。由于18S序列片段具有相對保守性, 在種類的鑒定上不如COI序列, 因而檢測到愛神帶水母也可能為其他櫛水母種類。早期研究也曾在毛顎類腸道中發(fā)現(xiàn)水母膠質(zhì)碎片, 由于水母太大不能被毛顎類攝食, 普遍認(rèn)為是采樣過程中網(wǎng)底收集管里浮游生物密度過大, 毛顎類在網(wǎng)囊中攝食水母碎片造成的(Bone et al, 1991)。而本研究檢測到的水母種類均為小型水母(如雙小水母和球型側(cè)腕水母), 且為三亞灣常見種, 其中球型側(cè)腕水母的卵直徑約300μm, 在毛顎類的攝食粒徑范圍內(nèi)(鄭慧苑等, 1990), 因此, 小型水母可能是以卵的形式被毛顎類所攝食。檢測到屬于浮游植物來源的序列中, 絕大部分為角毛藻, 還有少量的甲藻和隱藻。推測浮游植物可能是通過食物打包效應(yīng)(如浮游植物被橈足類攝食)或黏附在被攝食生物體表而進(jìn)入毛顎類腸道中(Pierrotbults, 1996), 也有學(xué)者認(rèn)為毛顎類很可能是雜食性或者碎屑食性的, 可直接攝食浮游植物(Grigor et al, 2015)。底層水體中棘皮類的卵、胚胎或者幼體在受擾動時會向上懸浮(Schoener, 1967; Hendler, 1977), 因此, 本次研究中檢測到的棘皮類有可能是在該過程中被肥胖軟箭蟲攝食的。此外, 之前的研究在毛顎類腸道中曾多次發(fā)現(xiàn)多毛類(Giesecke et al, 2004, 2012), 本次研究中檢測到的多毛類蛇雜毛蟲和博金斯稚磷蟲是三亞灣常見的底棲生物, 其幼體豐度為1ind·m–3。它們都有長達(dá)超過4周的浮游期且大小適口, 其游泳運(yùn)動產(chǎn)生的水流可被毛顎類識別(Mileikovsky, 1973; Nozais et al, 1997; Bhaud et al, 2000)。此外, 曾有研究拍攝到毛顎類利用顎刺和列齒以及釋放神經(jīng)毒素攝食浮蠶(多毛類)成體的照片, 因此我們認(rèn)為多毛類是被毛顎類直接攝食的。

圖3 肥胖軟箭蟲成體與幼體消化道內(nèi)含物18S rDNA序列組成及其與Genbank中匹配的相似序列所構(gòu)建的ML(maximum likelihood)進(jìn)化樹

進(jìn)化樹僅顯示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并以大鼠(sp.)的18S rDNA序列作為外群, 分支處基于1000次重復(fù)自舉值, 不同寬度的分支代表不同的值, 進(jìn)化樹分支中不同符號的序列標(biāo)簽代表不同站點(diǎn)的樣品; 熱圖值代表樣品中食物種類克隆數(shù)所占比例

Fig. 3 Composition and Maximum Likelihood (ML) tree of 18S rDNA sequences retrieved from supplied food samples used inadults and juveniles diet analysis. Tree is rooted withsp. (M11188.1). Shown at nodes are bootstrap confidence values based on 1000 replicates, and branch thickness depicts the strength of bootstrap support of the corresponding node. The stations of the sample are denoted by different symbols. The thermogram value represents the proportion of food species clones in the sample

3.2 肥胖軟箭蟲成體與幼體的攝食分化

本研究中, 分子分析結(jié)果精確鑒定到毛顎類食物組成, 這一信息對于認(rèn)識其所攝入食物種類及營養(yǎng)物質(zhì)的來源是非常重要的(Miyamoto et al, 2019)。雖然成體與幼體攝入的食物種類數(shù)無顯著差異, 但是總體上幼體腸道食物的多樣性指數(shù)高于成體。而且成體與幼體食物組成存在明顯差異, 成體主要的食物來源為小型水母類的卵, 幼體主要以橈足類體為食, 我們推測主要攝食的是橈足類無節(jié)幼蟲, 表明幼體和成體具有攝食分化。Giesecke等(2008)研究發(fā)現(xiàn)肥胖軟箭蟲StageⅠ和StageⅡ個體主要攝食小型的小擬哲水蚤()和長腹劍水蚤(spp. ), 而成熟的個體更多選擇性地攝食智利哲水蚤()。Kehayias等(2005)研究也發(fā)現(xiàn)幼體毛顎類(StageⅠ)攝食較多的枝角類, 而成體更多地攝食其他種類的生物如毛顎類、甲殼類幼體, 水螅水母以及瑩蝦。

通常認(rèn)為毛顎類的攝食選擇性主要與個體成熟程度有關(guān), 隨生長發(fā)育, 毛顎類的攝食器官逐漸成熟(如頭寬、顎刺和列齒增長), 因而可捕獲的食物平均體寬、體長增加(Alvarez-Cadena, 1993; Marazzo et al, 1997)。Pearre(1980)研究發(fā)現(xiàn), 肥胖軟箭蟲頭寬與體長的比例為0.0758, 且肥胖軟箭蟲頭寬()與食物大小()存在以下線性回歸關(guān)系:=0.3330.274, 因此毛顎類會隨生長發(fā)育會出現(xiàn)食性轉(zhuǎn)變。這應(yīng)該是肥胖軟箭蟲成體與幼體之間有明顯攝食分化的主要原因。本研究在幼體中檢測到的主要橈足類種類無節(jié)幼蟲體長小于在成體中檢測到主要小型水母的卵直徑。此外, 毛顎類成體、幼體與食物之間的空間分布差異可能也是造成其攝食分化的原因之一。毛顎類成體因具有較強(qiáng)的游泳能力, 且生殖結(jié)構(gòu)更易被捕食者看見, 白天為躲避捕食者或因在更冷的水體中有保存能量的優(yōu)勢通常分布在下層水體, 而幼體毛顎類通常分布在表層(Kehayias et al, 2008)。與此同時, 在垂直方向上食物資源分布也有不同, Lie等(2012)的研究結(jié)果驗(yàn)證了本觀點(diǎn)。本研究結(jié)果也支持該觀點(diǎn), 夏季三亞灣浮游動物群落結(jié)構(gòu)具有明顯的垂直分布模式, 肥胖軟箭蟲成體與幼體的分布模式與上述研究一致, 且橈足類無節(jié)幼蟲分布于中上水層(尹健強(qiáng)等, 2004a), 而小型水母的卵更多地分布在底層水體(鄭慧苑等, 1990)。

圖4 肥胖軟箭蟲成體與幼體食物來源的二分食物網(wǎng)

上層表示不同生長階段的肥胖軟箭蟲, 下層代表肥胖軟箭蟲在OTU水平上的食物來源, 上層與下層的每個連接表示最少一次檢測到的攝食事件, 連接的寬度表示檢測到的頻數(shù), 寬度越寬表示頻數(shù)越高

Fig. 4 Bipartite networks depicting the main dietary complementary and overlaps of chaetognath adults and juveniles. The upper layer representsat different growth stages, and the lower layer represents the food source ofat OTU level. Each connection between the upper layer and lower layer represents at least one detected feeding event. The width of the lower layer represents the frequency detected, and wider width represents higher frequency

從“能量”角度來看, 研究發(fā)現(xiàn)不同體長肥胖軟箭蟲的物質(zhì)含量(C、N含量和C: N百分比)沒有顯著差異(Bohata et al, 2013), 但通常早期毛顎類的生長速率高, 隨著發(fā)育逐漸降低直到為0(Nagasawa, 1984), 這些研究結(jié)果暗示幼體較成體而言, 為了滿足快速生長可能需要攝入更多的能量。研究也發(fā)現(xiàn)近岸海灣肥胖軟箭蟲幼體的日攝食率高于成體(Lie et al, 2012)。從“營養(yǎng)”角度, 水母類含水量(~95%)通常高于橈足類(~88%), 二者粗蛋白質(zhì)含量(濕重的7%~9%)差異較小, 但橈足類粗脂肪(濕重的~1%)及多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)含量(濕重的~60%)高于水母類(粗脂肪為濕重的~0.7%, PUFA為濕重的~25%), 且無節(jié)幼蟲多不飽和脂肪酸含量(~60%)高于小型水母類(~25%)(蔣建斌等, 2012; 彭瑞冰等, 2014; Liu et al, 2015), 因此橈足類較小型水母類具有更高的營養(yǎng)價值, 可能更利于幼體的快速生長。此外, 研究顯示水母各形態(tài)幼體的攝食目標(biāo)包括小型橈足類、橈足類幼體, 包括本文中的腹劍水蚤和寬水蚤(Pagès et al, 1996; 劉春洋等, 2011; 孫婷婷, 2018), 因而成體攝食水母卵可進(jìn)一步減少其潛在競爭者, 從而更利于幼體獲取食物。Giesecke等(2008)提出了毛顎類與食物相互作用的概念模型: 成體毛顎類為新產(chǎn)生的后代創(chuàng)造喜愛的食物環(huán)境, 使得幼體能更多地存活, 從而保證其種群能在主要生殖季(秋季)有足夠的成體數(shù)量。我們推測三亞灣肥胖軟箭蟲的攝食策略與上述一致, 幼體更多地攝食營養(yǎng)價值相對較高的橈足類(幼體), 而成體主要選擇僅能維持代謝所需的水母, 一方面可有利于幼體獲取更多食物, 減少同類競爭降低死亡率, 維持種群數(shù)量, 實(shí)現(xiàn)二者在同海域的共存; 另一方面, 由于毛顎類豐度較高, 而且是重要的肉食性浮游動物, 因此成體箭蟲可能對水母有一定控制作用, 且成體與幼體的選擇性攝食也可能對浮游動物的群落結(jié)構(gòu)有顯著影響(Lie et al, 2012)。由于本研究方法的限制, 成體與幼體在“能量”與“營養(yǎng)”之間選擇食物的平衡有待通過室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論

三亞灣夏季肥胖軟箭蟲成體與幼體在食物組成上分化明顯, 食物重疊度低。小型水母類是成體主要的優(yōu)勢食物類群, 而橈足類是幼體主要的優(yōu)勢食物類群, 這種食物分配策略可能在一定程度上為幼體提供更好的食物資源, 減少種內(nèi)競爭, 實(shí)現(xiàn)與成體在同海域的共存, 維持種群繁衍。

蔣建斌, 陸建學(xué), 2012. 海水橈足類的營養(yǎng)分析及在魚、蝦蟹幼體培育中的應(yīng)用[J]. 水產(chǎn)養(yǎng)殖, 33(9): 1–3.

柯志新, 黃良民, 譚燁輝, 等, 2011. 三亞珊瑚礁分布海區(qū)浮游生物的群落結(jié)構(gòu)[J]. 生物多樣性, 19(6): 696–701. KE ZHIXIN, HUANG LINAGMIN, TAN YEHUI, et al, 2011. Plankton community structure and diversity in coral reefs area of Sanya Bay, Hainan Province, China[J]. Biodiversity Science, 19(6): 696–701 (in Chinese with English abstract).

李松, 方金釧, 1990. 中國海洋浮游橈足類幼體[M]. 北京：海洋出版社.

劉春洋, 王彬, 李軼平, 等, 2011. 海蜇不同生長階段的攝食方式和攝食習(xí)性[J]. 水產(chǎn)科學(xué), 30(8): 491–494. LIU CHUNYANG, WANG BIN, LI YIPING, et al, 2011. The feeding methods and feeding habit of jellyfishat different developmental phases[J]. Fisheries Science, 30(8): 491–494 (in Chinese with English abstract).

彭瑞冰, 蔣霞敏, 樂可鑫, 等, 2014. 5種餌料動物的營養(yǎng)成分分析及評價[J]. 水產(chǎn)學(xué)報, 38(2): 257–264. PENG RUIBING, JIANG XIAMIN, LE KEXIN, et al, 2014. Nutritive composition and evaluation of five food animals[J]. Journal of Fisheries of China, 38(2): 257–264 (in Chinese with English abstract).

時翔, 王漢奎, 譚燁輝, 等, 2007. 三亞灣浮游動物數(shù)量分布及群落特征的季節(jié)變化[J]. 海洋通報, 26(4): 42–49. SHI XIANG, WANG HANKUI, TAN YEHUI, et al, 2007. Seasonal variation of zooplankton community structure and species composition in the Sanya Bay[J]. Marine Science Bulletin, 26(4): 42–49 (in Chinese with English abstract).

孫婷婷, 2018. 基于高通量測序技術(shù)的兩種水母現(xiàn)場食物研究[D]. 煙臺: 煙臺大學(xué). SUN TINGTING. 2018. Determining the diet of two jellyfish species using high-throughput DNA sequencing techniques[D]. Yantai: Yantai University (in Chinese with English abstract).

王崚力, 郭明蘭, 胡思敏, 等, 2018-08-10. 一種毛顎類現(xiàn)場食譜檢測的分子方法: 中國, CN201810114142.9[P]. WANG LINGLI, GUO MINGLAN, HU SIMIN, et al, 2018-08-10.Molecular method for on-site recipe detection of chaetognatha: CN, CN201810114142.9[P] (in Chinese).

尹健強(qiáng), 張谷賢, 黃良民, 等, 2004a. 三亞灣浮游動物的晝夜垂直移動[J]. 熱帶海洋學(xué)報, 23(5): 25–33. YIN JIANQIANG, ZHANG GUXIAN, HUANG LINAGMIN, et al, 2004a. Diel vertical migration of zooplankton in Sanya Bay, Hainan Province, China[J]. Journal of Tropical Oceanography, 23(5): 25–33 (in Chinese with English abstract).

尹健強(qiáng), 張谷賢, 譚燁輝, 等, 2004b. 三亞灣浮游動物的種類組成與數(shù)量分布[J]. 熱帶海洋學(xué)報, 23(5): 1–9. YIN JIANQIANG, ZHANG GUXIAN, TAN YEHUI, et al, 2004b. Species composition and quantitative distribution of zooplankton in Sanya Bay, Hainan Province, China[J]. Journal of Tropical Oceanography, 23(5): 1–9 (in Chinese with English abstract).

鄭慧苑, 丘書院, 1990. 廈門港球型側(cè)腕水母(Moser)的生殖[J]. 動物學(xué)報, 36(4): 393–397. ZHENG HUIYUAN, QIU SHUYUAN. 1990. Reproduction ofMoser in Xiamen Bay[J]. Acta Zoologica Sinica, 36(4): 393–397 (in Chinese with English abstract).

ALVAREZ-CADENA J N, 1993. Feeding of the ChaetognathVerrill[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 36(2): 195–206.

AMANO K, ABE Y, MATSUNO K, et al, 2019. Yearly comparison of the planktonic chaetognath community in the Chukchi Sea in the summers of 1991 and 2007[J]. Polar Science, 19: 112–119.

BHAUD M, FERNANDEZ-ALAMO M A, 2000. Planktonic larvae ofin the Gulf of California: New evidence that the geographic distribution of species with a long planktonic larval life is relatively restricted[J]. Ophelia, 52(1): 65–76.

BOHATA K, KOPPELMANN R, 2013. Chaetognatha of the Namibian upwelling region: taxonomy, distribution and trophic position[J]. PLoS One, 8(1): e53839.

BONE Q, KAPP H, PIERROT-BULTS A C, 1991. The biology of chaetognaths[M]. New York: Oxford University Press.

BONNET D, LINDEQUE P K, HARRIS R P, 2010.predation onin the English Channel[J]. Journal of Plankton Research, 32(5): 725–737.

CHAO ANNE, 1984. Nonparametric estimation of the number of classes in a population[J]. Scandinavian Journal of Statistics, 11(4): 265–270.

GIESECKE R, GONZáLEZ H E, 2004. Feeding ofand vertical distribution of chaetognaths in relation to low oxygen concentrations[J]. Journal of Plankton Research, 26(4): 475–486.

GIESECKE R, GONZáLEZ H E, 2008. Reproduction and feeding ofin the Humboldt Current system off Chile[J]. ICES Journal of Marine Science, 65(3): 361–370.

GIESECKE R, GONZáLEZ H E, 2012. Distribution and feeding of chaetognaths in the epipelagic zone of the Lazarev Sea (Antarctica) during austral summer[J]. Polar Biology, 35(5): 689–703.

GOSWAMI S C, 1982. Occurrence of swarms of(Chaetognatha) and(Ctenophora) in the coastal waters of Goa[J]. Mahasagar-Bulletin of National Institute of Oceanography, 1982, 15(3): 163–166.

GRIGOR J J, MARAIS A E, FALK-PETERSEN S, et al, 2015. Polar night ecology of a pelagic predator, the chaetognath[J]. Polar Biology, 38(1): 87–98.

HENDLER G, 1977. Development of(Verrill) (Echinodermata: Ophiuroidea): I. Larval biology[J]. The Biological Bulletin, 152(1): 51–63.

HU SIMIN, GUO ZHILING, LI TAO, et al, 2015. Molecular analysis ofdiets of coral reef copepods: evidence of terrestrial plant detritus as a food source in Sanya Bay, China[J]. Journal of Plankton Research, 37(2): 363–371.

KEHAYIAS G, LYKAKIS J, FRAGOPOULU N, 1996. The diets of the chaetognaths,.and.at different seasons in eastern Mediterranean coastal waters[J]. ICES Journal of Marine Science, 53(5): 837–846.

KEHAYIAS G, MICHALOUDI E, KOUTRAKIS E, 2005. Feeding and predation impact of chaetognaths in the north Aegean Sea (Strymonikos and Ierissos Gulfs)[J]. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 85(6): 1525–1532.

KEHAYIAS G, NTAKOU E, 2008. Abundance, vertical distribution and feeding of chaetognaths in the upper 50 m layer of the eastern Aegean Sea[J]. Journal of Natural History, 42(5–8): 633–648.

KING R A, READ D S, TRAUGOTT M, et al, 2008. Molecular analysis of predation: A review of best practice for DNA-based approaches[J]. Molecular Ecology, 17(4): 947–963.

LEVINS R, 1968. Evolution in changing environments: some theoretical explorations[M]. New Jersey: Princeton University Press.

LI K Z, WU X J, TAN Y H, et al, 2016. Spatial and temporal variability of copepod assemblages in Sanya Bay, northern South China Sea[J]. Regional Studies in Marine Science, 7: 168–176.

LIE A A Y, TSE P, WONG C K, 2012. Diel vertical migration and feeding of three species of chaetognaths (,and) in two shallow, subtropical bays in Hong Kong[J]. Journal of Plankton Research, 34(8): 670–684.

LIN XIANZHI, HU SIMIN, LIU SHENG, et al, 2018. Unexpected prey of juvenile spotted scat () near a wharf: the prevalence of fouling organisms in stomach contents[J]. Ecology and Evolution, 8: 8547-8554.

LIU CHUNSHENG, CHEN SIQING, ZHUANG ZHIMENG, et al, 2015. Potential of utilizing jellyfish as food in culturingjuveniles[J]. Hydrobiologia, 754(1): 189–200.

MARAZZO A, MACHADO C F, NOGUEIRA C S R, 1997. Notes on feeding of chaetognatha in Guanabara Bay, Brazil[J]. Journal of Plankton Research, 19(7): 819–828.

MILEIKOVSKY S A, 1973. Speed of active movement of pelagic larvae of marine bottom invertebrates and their ability to regulate their vertical position[J]. Marine Biology, 23(1): 11–17.

MIYAMOTO H, VIJAI D, OKAZAKI Y, et al, 2019. Feeding ecology of chaetognathin the Kuroshio Region, western North Pacific[M] // NAGAI T, SAITO H, SUZUKI K, et al. Kuroshio current: physical, biogeochemical, and ecosystem dynamics. Washington: AGU-Wiley: 257–272.

NAGASAWA S, 1984. Laboratory feeding and egg production in the chaetognathTokioka[J]. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 76(1): 51–65.

NOZAIS C, DUCHêNE J C, BHAUD M, 1997. Control of position in the water column by the larvae of, (Polychaeta): the importance of mucus secretion[J]. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 210(1): 91–106.

?RESLAND V, 2000. Diel feeding of the chaetognathin the Zanzibar Channel, western Indian Ocean[J]. Marine Ecology Progress Series, 193: 117–123.

PAGèS F, GONZáLEZ H E, GONZáLEZ S R, 1996. Diet of the gelatinous zooplankton in Hardangerfjord (Norway) and potential predatory impact by(Trachymedusae)[J]. Marine Ecology Progress Series, 139: 69–77.

PEARRE S JR, 1980. Feeding by Chaetognatha: The relation of prey size to predator size in several species[J]. Marine Ecology Progress Series, 3: 125–134.

PIERROT-BULTS A C, 1996. Chaetognatha[M] // GASCA R, SUAREZ E. Introduccion al Estudio del Zooplancton marino. Chetumal: El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR): 529–596.

SCHOENER A, 1967. Post-larval development of five deep-sea ophiuroids[J]. Deep Sea Research and Oceanographic Abstracts, 14(6): 645–660.

YOON H, KO A R, KANG J H, et al, 2016. Diet of chaetognathsand.in the Yellow Sea inferred from gut content and fatty acid analyses[J]. Ocean and Polar Research, 38(1): 35–46.

feeding differences between adults and juveniles of chaetognath () in Sanya Bay

WANG Lingli1,2,3, HU Simin1,3, GUO Minglan1,3, LI Tao1,3,4, WANG Youjun1,2, HUANG Hui1,3,4, LIU Sheng1,3

1. Key Laboratory of Tropical Marine Bio-resources and Ecology, Guangdong Provincial Key Laboratory of Applied Marine Biology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Innovation Academy of South China Sea Ecology and Environmental Engineering, Chinese Academy of Sciences Guangzhou 510301, China; 4. Tropical Marine Biological Research Statin in Hainan, Chinese Academy of Sciences, Sanya 572000, China

Chaetognatha is often the most abundant carnivorous zooplankton, and a vital food source for pelagic fish in marine ecosystem. However, their survival strategy of maintaining population structure in tropical coastal waters remains unclear. In this study, molecular method was applied to compare the field dietof juveniles and adults of dominant chaetognath speciesin Sanya Bay. We discuss the nutritional strategies of chaetognaths maintainingsubstantial population structure from the perspective of resource utilization. The results show that there were 21 and 19 species fed by juveniles and adults, respectively. Copepods, small jellyfish, diatoms, and polychaets were common food groups of both juveniles and adults. Food preferences differed significantly between the juveniles and adults. Small jellyfish made up 59% of the whole diet composition in adults, while copepods became the most abundant food items (60%) in juveniles. The trophic niche of juveniles (5.16) was higher than that of adults (2.89), and trophic overlap between them was low (0.21), suggesting that chaetognaths have obvious dietary shifts during different growth stages. These results reveal that even though adults and juveniles coexist in the same region with large numbers, they can reduce food competition by feeding differentiation. This feeding strategy is of great significance for maxillary species to ensure juvenile survival and maintain substantial population structure.

chaetognaths; adults and juveniles; feeding differentiation; nutrition strategy; population structure

Q179

A

1009-5470(2020)03-0057-09

10.11978/2019092

http://www.jto.ac.cn

2019-09-20;

2019-12-06。

林強(qiáng)編輯

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA13020100); 國家重點(diǎn)研發(fā)計劃資助(2016YFC0502800, 2017YFC0506302); 廣東省省級科技計劃項(xiàng)目(2017B0303014052); 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41806188) ; 中國科學(xué)院南海生態(tài)環(huán)境工程創(chuàng)新研究院自主部署項(xiàng)目(ISEE2018PY01)

王崚力(1992—), 女, 四川省樂山市人, 博士研究生, 主要從事浮游動物攝食生態(tài)學(xué)研究。E-mail: wanglingli@scsio.ac.cn

劉勝, E-mail: shliu@scsio.ac.cn; 胡思敏, E-mail: husimin@scsio.ac.cn

2019-09-20;

2019-12-06.

Editor: LIN Qiang

The Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDA13020100); National Key Research and Development Project of China (2016YFC0502800, 2017YFC0506302); Science and Technology Planning Project of Guangdong Province, China (2017B0303014052); National Natural Science Foundation of China (41806188); Innovation Academy of South China Sea Ecology and Environmental Engineering, Chinese Academy of Sciences (No.ISEE2018PY01)

LIU Sheng. E-mail:shliu@scsio.ac.cn; HU Simin. E-mail: husimin@scsio.ac.cn