李云凱,徐 敏,貢 藝,4,*

1 上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院, 上海 201306

2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部遠(yuǎn)洋與極地漁業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200009

3 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實(shí)驗(yàn)室, 青島 200071

4 大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 201306

探究有限資源環(huán)境中物種多樣性維持及物種共存機(jī)制是群落生態(tài)學(xué)的核心問題[1]。各物種特征的權(quán)衡及組合的不同決定了其生活史對(duì)策的不同,由此決定了各物種在群落中生態(tài)位的差異化[2]。其中,基于物種對(duì)食物資源利用差異的營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位分化是物種共存的必要條件之一[3]。

大洋中上層鯊魚多處于食物網(wǎng)的頂端或近頂端,其可通過下行效應(yīng)(top-down control)對(duì)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)和功能起調(diào)控作用[4],但對(duì)同域分布中上層鯊魚的物種多樣性維持及生態(tài)共存機(jī)制仍不明晰,尤其在資源相對(duì)貧瘠的開闊大洋。熱帶東太平洋海域主要棲息有8種中大型中上層鯊魚物種,包括大青鯊(Prionaceglauca)、鐮狀真鯊(Carcharhinusfalciformis)、長(zhǎng)鰭真鯊(C.longimanus)、大眼長(zhǎng)尾鯊(Alopiassuperciliosus)、淺海長(zhǎng)尾鯊(A.pelagicus)、尖吻鯖鯊(Isurusoxyrinchus)、路氏雙髻鯊(Sphyrnalewini)和錘頭雙髻鯊(S.zygaena)[5],為東太平洋的頂級(jí)捕食者。對(duì)其營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位的比較研究有助于揭示大洋同域分布頂級(jí)捕食者的共存機(jī)制。

脂肪酸組成分析是近年來在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域興起的一項(xiàng)新方法,在海洋生物研究領(lǐng)域,該方法已開始應(yīng)用于頭足類[2]和硬骨魚類[6]的營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位研究,而對(duì)鯊魚的研究較少。作為頂級(jí)捕食者,鯊魚自身合成的脂肪酸極少,且主要為短鏈和去飽和度較低的種類[7],而其攝入的外源性脂肪酸通常以保守形態(tài)沉積于組織中,可整合一段時(shí)間內(nèi)的攝食信息[8]。其中某些脂肪酸在生物的食性和營(yíng)養(yǎng)關(guān)系研究中具有指示作用,如捕食者機(jī)體內(nèi)Σ22+Σ24的含量可追溯其陸源植物食性,DHA/EPA(C22:6n3/C20:5n3)含量比可用于指示其營(yíng)養(yǎng)級(jí)[9]。因此,脂肪酸組成可用于反映鯊魚與其食物間的動(dòng)態(tài)關(guān)系和營(yíng)養(yǎng)流動(dòng)[10],進(jìn)而用于探究鯊魚的營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位。Bierwagen等通過肌肉和血漿脂肪酸組成分析研究了澳大利亞東北海域兩種同域礁鯊——灰三齒鯊(Triaenodonobesus)和鈍吻真鯊(Carcharhinusamblyrhynchos)的資源分配及利用,結(jié)果表明,兩種鯊魚存在激烈的資源競(jìng)爭(zhēng)；灰三齒鯊營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位較小,表現(xiàn)為其食性的特化[11]。本研究通過測(cè)定熱帶東太平洋8種中上層鯊魚肌肉的脂肪酸組成,分析其食性差異、營(yíng)養(yǎng)關(guān)系及營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位分化,探討其資源分配方式及同域共存機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

圖1 熱帶東太平洋鯊魚樣品捕獲地點(diǎn) Fig.1 Sampling location of pelagic sharks in the tropical Eastern Pacific

鯊魚樣本采集自2014年6月—11月我國(guó)金槍魚延繩釣兼捕漁獲。采樣范圍為8°—10°N,115°—125°W的東太平洋海域(圖1)。共采集到鯊魚72尾,具體生物學(xué)信息見表1。取魚體臀鰭附近白肌樣本,真空包裝低溫運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室,于-20 ℃冰箱冷凍保藏。

1.2 脂肪酸分析與數(shù)據(jù)處理

肌肉樣品去除表皮,使用超純水漂洗后放入冷凍干燥機(jī)(Christ Alpha 1- 4)-55 ℃干燥24 h,用冷凍混合球磨儀(Mixer mill MM440)磨碎成粉末(直徑5 μm)。稱取樣品粉末200 mg于具塞離心管中,加入12 mL二氯甲烷-甲醇溶液(2/1,體積分?jǐn)?shù)),室溫下浸泡24 h。離心后取上清液,加入4 mL 0.9 %的氯化鈉溶液洗滌,靜置至溶液明顯分層。收集下層二氯甲烷層至圓底燒瓶中,用氮?dú)?氮吹儀)吹掃除去有機(jī)試劑后,加入4 mL氫氧化鈉—甲醇溶液(0.5 moL/L)復(fù)溶,獲得肌肉總脂提取液。

將盛有總脂提取液的圓底燒瓶連接水浴回流裝置加熱20 min后,加入4 mL三氟化硼-甲醇溶液(14%,w/v),在60 ℃水浴中進(jìn)行甲酯化反應(yīng)20 min,反應(yīng)結(jié)束冷卻至室溫,再加入4 mL正己烷,震蕩30 s后,加入飽和氯化鈉溶液定容。正己烷層移入配有聚四氟乙烯瓶蓋的后壁玻璃管。脂肪酸采用氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(7890B/5977A,Agilent)進(jìn)行分析。色譜條件：毛細(xì)管柱型號(hào)為AgilentHP- 88(60 m×0.25 nm×0.20 μm),載氣為高純氦氣,分流比為10：1,進(jìn)樣口溫度為250 ℃。升溫程序：初始溫度為125 ℃,以8 ℃/min升溫至145 ℃并保持26 min,然后以2 ℃/min升溫至220 ℃并保持1 min,最后以1 ℃/min升溫至227 ℃并保持1 min。

以37種脂肪酸混標(biāo)及內(nèi)標(biāo)十九烷酸甲酯標(biāo)品作為標(biāo)準(zhǔn),通過比對(duì)保留時(shí)間對(duì)脂肪酸進(jìn)行定性分析,采用內(nèi)標(biāo)法(GLC 37,Nu-Chek Prep Inc,Elysian)對(duì)脂肪酸進(jìn)行定量分析

其中,Xi是待測(cè)樣品中組分i的含量(mg/g)；Ai是組分i的峰面積；m是樣品質(zhì)量；m19是內(nèi)標(biāo)物十九烷酸甲酯的質(zhì)量；A19是待測(cè)樣品中內(nèi)標(biāo)物的峰面積；Fi是組分i與內(nèi)標(biāo)物的校正因子之比,稱為相對(duì)校正因子[12—13]。

計(jì)算各脂肪酸占總脂肪酸含量的百分比,整體分析時(shí)去除小于0.5%的數(shù)據(jù)[14]。

表1 鯊魚采樣信息及基礎(chǔ)生物學(xué)參數(shù)

1.3 數(shù)據(jù)分析

鯊魚脂肪酸組成測(cè)定結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”(mean±SD)表示,采用單因素方差分析(analysis of variance, ANOVA)檢驗(yàn)各脂肪酸含量是否存在顯著種間差異。聚類分析(cluster analysis)用以分析數(shù)據(jù)之間的相似性,明確劃分成組。主成分分析(principal component analysis,PCA)可用于探究多元事物的主要影響因素,通過降維將多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的數(shù)值轉(zhuǎn)化成少數(shù)互不相關(guān)的指標(biāo)。因此本研究進(jìn)一步應(yīng)用PCA將脂肪酸測(cè)定結(jié)果降至二維,并利用R語言中的SIAR軟件包計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)橢圓面積(SEAc),以表征各鯊魚物種的營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位[15]。繪圖使用Origin 2021 pro和R軟件4.0.2操作。

2 結(jié)果與分析

2.1 脂肪酸組成

8種鯊魚肌肉中共檢測(cè)得脂肪酸35種,含量大于0.5%的共21種(表2)。飽和脂肪酸含量范圍為39.29%—48.64%,種間差異顯著(P<0.05),主要種類為C14:0、C16:0、C17:0、C18:0、C20:0、C22:0、C23:0和C24:0。其中,C16:0和C18:0含量最高,分別為13.22%—25.18%和15.22%—28.52%。兩種飽和脂肪酸含量存在顯著種間差異(P<0.05)。

表2 鯊魚肌肉脂肪酸組成/%

單不飽和脂肪酸含量范圍為8.75%—15.08%,種間差異顯著(P<0.05),主要種類為C16:1n7、C18:1n9和C24:1n9。其中,C18:1n9含量較高,為3.11%—5.93%。長(zhǎng)鰭真鯊肌肉中C18:1n9含量最高,錘頭雙髻鯊最低,種間差異顯著(P<0.05)。

多不飽和脂肪酸含量范圍為39.46%—49.38%,種間差異顯著(P<0.05),主要種類為C18:2n6、C20:2、C20:3n3、C20:3n6、C20:4n6、C22:2n6、C20:5n3(EPA)和C22:6n3(DHA)。其中,C20:3n3、C20:4n6、C20:5n3和C22:6n3含量較高,分別為3.95%—9.13%、3.96%—9.20%、0.64%—3.34%和22.32%—33.89%,錘頭雙髻鯊肌肉中C20:3n3和C20:4n6含量最高,大青鯊肌肉中C20:5n3含量最高,淺海長(zhǎng)尾鯊肌肉中C22:6n3含量最高,此4種脂肪酸含量種間差異顯著(P<0.05)。此外,∑22+∑24含量范圍為27.35%—38.38%,種間差異顯著(P<0.05),大青鯊低于其余7種鯊魚。鯊魚肌肉中DHA/EPA含量的比值,尖吻鯖鯊(50.68)>淺海長(zhǎng)尾鯊(33.72)>大眼長(zhǎng)尾鯊(33.12)>鐮狀真鯊(21.34)>錘頭雙髻鯊(15.21)>路氏雙髻鯊(14.05)>長(zhǎng)鰭真鯊(9.76)>大青鯊(8.38)。

2.2 聚類分析

為進(jìn)一步探究8種鯊魚的脂肪酸組成特性關(guān)系,依據(jù)含量大于0.5%的21個(gè)脂肪酸指標(biāo)進(jìn)行的聚類分析結(jié)果顯示(圖2),樹狀圖在距離8—10內(nèi)分成兩組,第一組為大眼長(zhǎng)尾鯊、淺海長(zhǎng)尾鯊和尖吻鯖鯊,屬鼠鯊目；第二組為大青鯊、鐮狀真鯊、長(zhǎng)鰭真鯊、路氏雙髻鯊和錘頭雙髻鯊,屬真鯊目,其中,大青鯊、鐮狀真鯊和長(zhǎng)鰭真鯊屬真鯊科,路氏雙髻鯊和錘頭雙髻鯊屬雙髻鯊科。同一組鯊魚在聚類樹狀圖上的歐氏距離相距較短,表明其肌肉脂肪酸組成較為相似。

圖2 聚類分析圖Fig.2 Cluster analysis of fatty acid profilesBSH：大青鯊 blue shark；SPL：路氏雙髻鯊 scalloped hammerhead shark；SPZ：錘頭雙髻鯊 smooth hammerhead shark；FAL：鐮狀真鯊 silky shark；OCS：長(zhǎng)鰭真鯊 oceanic whitetip shark；BTH：大眼長(zhǎng)尾鯊 bigeye thresher shark；PTH：淺海長(zhǎng)尾鯊 pelagic thresher shark；SMA：尖吻鯖鯊 shortfin mako shark

2.3 主成分分析

由主成分散點(diǎn)圖可知(圖3),3種鼠鯊散布在相同區(qū)域,表明其脂肪酸組成相似。但3種鼠鯊與5種真鯊基本散布在不同區(qū)域,表明其脂肪酸組成存在差異。負(fù)荷圖可反映造成差異的主要脂肪酸種類。依據(jù)負(fù)荷圖,3種鼠鯊肌肉中C16:0、C16:1n7和C22:6n3含量更高,而5種真鯊C18:0、C20:4n6、C24:1n9和C20:5n3含量更高。主成分分析結(jié)果與聚類分析結(jié)果相似。營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位寬度及重疊見表3,大青鯊和鐮狀真鯊占據(jù)較大的營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位寬度,尖吻鯖鯊和路氏雙髻鯊占據(jù)的營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位寬度較小。3種鼠鯊與5種真鯊營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位存在明顯分離或有較小重疊。大眼長(zhǎng)尾鯊和淺海長(zhǎng)尾鯊營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位重疊程度較高。

圖3 主成分分析圖Fig.3 Principal component analysis of fatty acid profiles

表3 東太平洋8種鯊魚肌肉營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位面積(SEAc)及重疊面積百分比/%

3 討論

本研究以東太平洋海域8種中上層鯊魚為研究對(duì)象,通過分析肌肉組織脂肪酸組成探討其營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位分化。8種鯊魚肌肉中飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸占比較大,而單不飽和脂肪酸占比較低。這與Cárdenas-Palomo等對(duì)加勒比海鯨鯊(Rhincodontypus)及Davidson等對(duì)南非東海岸9種大型鯊魚的研究結(jié)果一致[16—17]。鯊魚多為頂級(jí)捕食者,其自身合成的脂肪酸種類較少,主要有C14:0、C16:0和C18:0以及它們?cè)讦?去飽和酶作用下產(chǎn)生的C14:1n5、C16:1n7和C18:1n9脂肪酸[7]。必需脂肪酸(essential fatty acid)如C20:5n3、C22:6n3和C20:4n6等僅能由初級(jí)生產(chǎn)者或細(xì)菌合成,并沿食物鏈保守性儲(chǔ)存于捕食者體內(nèi),可用于指示鯊魚的攝食信息[10]。其中,C20:5n3主要由硅藻自身合成,且在頭足類體內(nèi)含量較高[18—19],本研究中大青鯊和鐮狀真鯊肌肉中C20:5n3含量較高,表明這2種鯊魚所處食物鏈的初級(jí)生產(chǎn)者可能為硅藻,且偏好捕食頭足類,這與2種鯊魚的胃含物分析結(jié)果一致[5]。C22:6n3是甲藻的特征脂肪酸,也可指示肉食性程度[20—21],路尖吻鯖鯊,淺海長(zhǎng)尾鯊和大眼長(zhǎng)尾鯊肌肉中較高含量的C22:6n3表明其可能使用由甲藻主導(dǎo)的營(yíng)養(yǎng)途徑且肉食性程度較高。路氏雙髻鯊肌肉中20:4n6含量較高,而C20:4n6多由雙殼類和甲殼類選擇性的保留在體內(nèi),可用于指示捕食者對(duì)甲殼類的攝食[22]。Flores-Martínez等研究發(fā)現(xiàn),路氏雙髻鯊存在垂直運(yùn)動(dòng)模式,捕食底棲硬骨魚類和甲殼類[23]。Σ22+Σ24含量可一定程度上反映陸源植物食性[24],大青鯊肌肉中Σ22+Σ24含量遠(yuǎn)低于其余7種鯊魚,說明其可能因終生的大洋性生活史特征,受陸源因素影響較小。研究發(fā)現(xiàn),魚類肌肉中DHA/EPA比值與營(yíng)養(yǎng)級(jí)成正比[20]。本研究中尖吻鯖鯊比值最高,為50.68,而大青鯊僅為8.38。Silveira等利用穩(wěn)定同位素技術(shù)分析了加利福利亞西南海域5種鯊魚的營(yíng)養(yǎng)級(jí),發(fā)現(xiàn)尖吻鯖鯊營(yíng)養(yǎng)級(jí)最高,而大青鯊則相對(duì)較低[25]。

營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位重疊反映了物種間對(duì)資源利用的相似程度及物種間潛在的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,而營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位分化可表征種間食性差異及棲息地分化[10]。淺海長(zhǎng)尾鯊和大眼長(zhǎng)尾鯊營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位高度重疊,反映了淺海長(zhǎng)尾鯊和大眼長(zhǎng)尾鯊可能存在較為激烈的資源競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[26]。種間攝食空間隔離是緩解食物資源競(jìng)爭(zhēng)的有效方法[3],大眼長(zhǎng)尾鯊奇網(wǎng)(rete mirabile)發(fā)達(dá),可維持顱內(nèi)溫度[27],較淺海長(zhǎng)尾鯊更適應(yīng)在深海捕食。尖吻鯖鯊、大眼長(zhǎng)尾鯊和淺海長(zhǎng)尾鯊與其他5種鯊魚營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位存在明顯分離或僅有較小重疊,表明其種間食物資源及棲息地利用的競(jìng)爭(zhēng)程度較弱。三種鼠鯊目鯊魚中,尖吻鯖鯊屬溫血性(endothermic)鯊魚,體溫可較環(huán)境溫度高達(dá)7℃,捕食的環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng),區(qū)域更廣[28]。胃含物分析也同樣發(fā)現(xiàn),尖吻鯖鯊和大眼長(zhǎng)尾鯊可在深層捕食硬骨魚類,鐮狀真鯊和大青鯊則主要捕食中上層頭足類[29]。

生態(tài)位寬度反映了生物對(duì)食物資源和棲息地利用的競(jìng)爭(zhēng)能力[10]。大青鯊和鐮狀真鯊占據(jù)較大的營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位寬度,表征大青鯊和鐮狀真鯊對(duì)食物資源和棲息地利用的競(jìng)爭(zhēng)能力較強(qiáng),食性相對(duì)泛化[26]。Estupián-Montao等發(fā)現(xiàn),1—2齡的大青鯊游向近岸覓食,而3—6齡大青鯊更傾向于遠(yuǎn)洋覓食,對(duì)食物資源的利用范圍相對(duì)較廣[30]。胃含物分析表明,大青鯊主要以頭足類、硬骨魚類和甲殼類為食[5],這也一定程度上解釋了大青鯊營(yíng)養(yǎng)級(jí)相對(duì)較低的原因。Flores-Martínez等研究顯示,鐮狀真鯊的攝食存在性別間差異并在生長(zhǎng)發(fā)育過程中存在食性轉(zhuǎn)化,雌性鐮狀真鯊幼鯊喜好捕食密斑刺鲀(Diodonhystrix),雄性喜好捕食莖柔魚(Dosidicusgigas),而成年雄性捕食巴鰹(Euthynnusaffinis)[23],本研究中的鐮狀真鯊?fù)瑫r(shí)存在幼體和成體樣本,可能對(duì)結(jié)果有一定的影響。尖吻鯖鯊營(yíng)養(yǎng)生態(tài)位寬度較窄,是由于本研究中的尖吻鯖鯊個(gè)體較其他鯊魚相對(duì)較小且均未達(dá)到性成熟,可能對(duì)食物資源的需求較為單一,胃含物分析也顯示,尖吻鯖鯊幼鯊喜好捕食硬骨魚類,如劍魚(Xiphiasgladius)和頜針魚(Belonebelone)等[5,31]。

綜上所述,本研究量化分析了東太平洋8種中上層鯊魚的資源分配方式,探討了其同域共存機(jī)制。其中,3種鼠鯊與5種真鯊存在食性差異或棲息地隔離。大青鯊與鐮狀真鯊生態(tài)位寬度較大,表征其對(duì)環(huán)境的可塑性較強(qiáng),而尖吻鯖鯊和路氏雙髻鯊生態(tài)位寬度較小,表現(xiàn)為其食性的特化。盡管脂肪酸組成分析為研究種間資源利用模式,探究同域物種共存機(jī)制提供了新的方法。但魚類生理差異(個(gè)體大小、游動(dòng)速度及體內(nèi)關(guān)鍵代謝酶活性等)可影響外源性脂肪酸在其體內(nèi)的同化程度,進(jìn)而影響脂肪酸組成[32—33]。目前在攝食生態(tài)學(xué)中,脂肪酸組成分析仍主要起定性或半定量的輔助功能,未來應(yīng)優(yōu)化脂肪酸組成定量分析方法,結(jié)合穩(wěn)定同位素和胃含物DNA條形碼技術(shù)從多維度完善大洋性鯊魚攝食生態(tài)研究?jī)?nèi)容,揭示這一特殊捕食群體的共存機(jī)制。