2025, Vol. 49
文章信息
- 刘子瑜, 栾佳颐, 马爱军, 闫鹏飞, 商晓梅, 孙志宾, 高云衣, 赵艳飞, 王新安. 2025.
- LIU Ziyu, LUAN Jiayi, MA Aijun, YAN Pengfei, SHANG Xiaomei, SUN Zhibin, GAO Yunyi, ZHAO Yanfei, WANG Xin'an. 2025.
- 不同温度、盐度下日本虎斑猛水蚤(Tigriopus japonicus)对四种海洋微藻的摄食行为研究
- Optimal feeding behavior of Tigriopus japonicus with four marine microalgae at different carbon contents, temperatures, and salinity levels
- 海洋科学, 49(10): 64-78
- Marine Sciences, 49(10): 64-78.
- http://dx.doi.org/10.11759/hykx20251029001
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文章历史
- 收稿日期：2025-08-19
- 修回日期：2025-09-13
2. 海水养殖生物育种与可持续产出全国重点实验室 中国水产科学研究院黄海水产研究所 中国-东盟海水养殖技术"一带一路"联合实验室(青岛), 山东 青岛 266071;
3. 广东省农业技术推广中心, 广东 广州 510500
2. State Key Laboratory of Mariculture Biobreeding and Sustainable Goods, Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, China-ASEAN Belt and Road Joint Laboratory on Mariculture Technology (Qingdao), Qingdao 266071, China;
3. Guangdong Agricultural Technology Extension Center, Guangzhou 510500, China
桡足类作为一类世界范围内广泛存在的水生浮游动物, 其世代周期为7~32 d, 是鱼苗初期(特别是海水鱼幼苗)的关键食物来源, 尤其是无节幼体阶段[1]。桡足类的重要营养价值在于富含磷脂, 而磷脂中又含有高浓度的HUFA (高度不饱和脂肪酸)和抗氧化物质[1-2]。蒋建斌等[3]、张继红等[4]研究表明, 桡足类的DHA主要存在于膜磷脂中, 而强化卤虫的DHA则富集于中性脂, 这种存在性的差异导致两者在生物利用率上存在显著差异。从营养生理学角度看, 桡足类磷脂对海水鱼幼体的价值体现在两个层面: 其一是自身易于消化吸收, 其二是能协同促进整体脂质代谢, 显著加快鱼类幼体生长并增强其消化能力。目前, 桡足类作为活饵料在水产养殖中的应用尚未普及, 主要受限于高密度培养的技术难度较高、滞育卵诱导技术的不成熟, 以及野生捕捞可能引入有害种类的风险[5-6]。因此, 筛选适宜种类并优化培养条件对规模化应用至关重要[7]。
近年来桡足类的研究多聚焦于筛选环境耐受性强、繁殖效率高的本土物种。日本虎斑猛水蚤(Tigriopus japonicus)是东亚沿岸一种体型微小(0.2~1.0 mm)、营底栖生活、携带卵袋的暖温性桡足类优势种, 富含ω-3系列高度不饱和脂肪酸(EPA、DHA等), 具有重要营养价值, 且投喂何种饵料培养的日本虎斑猛水蚤, 均能稳定提供EPA、DHA等ω-3系列高度不饱和脂肪酸。EPA和DHA这2种脂肪酸对鱼虾的神经系统发育、免疫调节及生长有显著促进作用, 是维持养殖鱼虾健康的必需营养源[8]。日本虎斑猛水蚤与轮虫、丰年虾等水产育苗中常用的传统活饵相比, 在营养组成上更具优势, 因其含有更为丰富的高度不饱和脂肪酸(HUFA), 使其能够更好地满足海水鱼幼体生长发育的营养需求[9]。日本虎斑猛水蚤在其发育初期, 其无节幼体微小, 且幼体取食间隔显著短于轮虫, 其较高的摄食效率加上较短的摄食间隔将提高幼体的净能量增益, 从而提高它们的生长和存活率[10], 对于营养物质(如多不饱和脂肪酸)的富集十分有利。洪文霆等[11]研究发现, 石斑鱼、荆眼刺尻鱼等仔鱼口径较小的海水鱼, 在其开口摄食的中期(第二、三阶段)可摄食粒径200~800 μm的活体饵料, 日本虎斑猛水蚤的体型大小正符合这一范围, 因此可以作为这些鱼类仔鱼的一个很好的活体饵料选择。Olivotto等[12]的研究显示, 日猛水蚤(Tisbe spp.)无节幼体配合人工饵料共同投喂对鱼类生长相关基因的表达具有一定的促进作用, 提高了克氏双锯鱼(Amphiprion clarkii)仔鱼的成活率和生长速度。日本虎斑猛水蚤等海洋小型桡足类的规模化培养, 是突破开口口径微小鱼类人工繁育瓶颈的关键途径。该培养技术的价值可延伸至水产育苗与饵料研发领域, 其在优化海洋经济物种苗种品质、以及开创富含不饱和脂肪酸的桡足类新型生物饵料资源方面, 蕴含着巨大的经济与生态价值, 展现出广阔的应用前景[5-6]。
在桡足类人工培养体系中, 构建高效的饵料投喂策略尤为关键。目前, 海洋生态学研究者对桡足类摄食研究的实验对象多为体长不小于1.0 mm的中大型的种类。例如, 中华哲水蚤(Calanus sinicus)在选择性摄食有害藻类时表现出的行为及其阈值效应[13-15], 以及石琛等[16]对安氏伪镖水蚤(Pseudodiaptomus annandalei)在营养盐失衡条件下的摄食反应的探讨。Turner等[17]研究表明, 在次级生产过程中, 小型桡足类的高摄食率特性可能发挥着更为关键的支撑作用, 以强额孔雀水蚤(Parvocalanus crassirostris)为例, 其摄食率可达大型种类的3~8倍, 且在碳转化效率上表现出明显优势[1, 18]。因此, 日本虎斑猛水蚤作为小型底栖桡足类, 通过优化其饵料供应体系提高摄食率对于下一步的规模化培养尤为关键。摄食率是反映桡足类能量获取与消耗平衡的关键行为有效指标。桡足类的摄食率受摄食者内在生物学特征(包括体长、发育阶段、性别、生理状态及摄食驯化史)、饵料理化属性(如粒径、浓度、营养组成、细胞形态与运动能力)以及关键环境参数(如温度、盐度与光照周期)三方面因素的协同影响[19]。温度尤其关键, 以中华哲水蚤为例, 其摄食率的峰值出现在15 ℃左右, 而当温度升至25 ℃时则受到显著抑制[3], 而暖水性强额孔雀水蚤的最适摄食温度达26~30 ℃ [9]。研究表明, 桡足类的摄食率通常在最适盐度下最高, 盐度偏离则导致摄食抑制[20]。不同微藻因其细胞大小和营养价值的差异, 对桡足类的适口性和促生长效果迥异。摄食率与饵料浓度间存在典型的功能响应关系, 存在一个最适摄食浓度[21]。
本研究以日本虎斑猛水蚤为研究对象, 通过控制养殖水体温度、盐度, 观察其对4种海洋微藻在不同碳浓度水平的摄食行为。实验结果将探讨小型底栖桡足类在不同环境条件下的摄食差异; 筛选适宜饵料与投喂浓度, 优化人工培养条件; 为水产苗种活饵料规模化培养提供理论支撑。
1 材料与方法 1.1 实验藻种选取青岛大扁藻(Platymonas helgolandica)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、球等鞭金藻(Isochrysis galbana)及普通小球藻(Chlorella vulgaris)4种微藻, 作为饲喂桡足类的饵料。实验将培养条件统一设定为: 温度25 ℃、盐度30, 并采用12 h光照与12 h黑暗的光周期循环, 光照强度维持在1 500 lx[1]。用于摄食实验的藻类均培养至指数生长末期(如图 1所示)。
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| 图 1 普通光学显微镜下正常培养的4种海洋微藻形态观察 Fig. 1 Morphological observations of four marine microalgae under an optical microscope |
采用网目孔径为200 μm的浮游生物网在青岛崂山风景区流清游览区附近退潮后的礁石水坑中(36.122 4°N; 120.627 2°E) (如图 2所示)采集浮游生物, 样品采集后用孔径1 500 μm的滤网过滤以去除大型浮游生物, 使用过滤海水冲洗并充分稀释后将样品保存至500 mL锥形瓶中移送实验室进行培养。瓶口用透气封口膜封口, 防治生物污染, 放置于室内, 温度为25 ℃左右。
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| 图 2 浮游生物的采样区域 Fig. 2 Zooplankton sampling area |
从样品中筛选出100只活力良好、带卵袋的雌性成体进行纯化培养。初始培养于离心管中进行, 每管放置1只个体及20 mL普通小球藻与青岛大扁藻的混合藻液。待其繁殖一代后, 将后代转移至500 mL组培瓶进行继代培养。桡足类培养体系以青岛大扁藻与普通小球藻作为持续饵料来源。在多代繁殖的基础上, 培养规模扩大, 移至5 L塑料缸。所有培养环节均在以下恒定条件下进行: 室温25~28 ℃、盐度30、自然光照, 并使用经滤膜过滤及高压蒸汽灭菌处理的海水[1]。为维持饵料浓度稳定在1.5×105 cells/mL, 每日补充定量的混合藻液。一旦桡足类密度增长至超过4 ind./mL的特定阈值, 即通过分瓶传代的方式对培养体系进行扩增。
1.2.3 鉴定对纯化培养的浮游生物进行形态学鉴定以及分子鉴定, 内容如下。
形态鉴定: 在体视显微镜、光学显微镜下对加入5%甲醛溶液固定后的浮游动物样品进行鉴定, 根据其体长、第五胸足等特征鉴定[22]。
分子鉴定: 采集的浮游动物样本通过充分过滤冲洗之后, 对样品进行冷冻干燥处理。浮游动物的基因组DNA通过海洋动物组织基因组DNA提取试剂盒(TIANGEN)进行提取。获得的DNA样品随后利用浮游动物通用引物进行扩增。浮游动物的通用引物为Uni18SF: AGGGCAAKYCTGGTGCCAGC; Uni18SR: GRCGGTATCTRATCGYCTT[23](生工生物工程(上海)股份有限公司合成)进行PCR扩增, 将所得到的PCR扩增产物送到生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序。获得的序列首先通过NCBI的BLAST工具进行同源性比对与分析; 随后, 利用DNAMAN软件将本研究获得的序列与近缘物种的序列进行多重比对, 并在此基础上构建系统进化树。
1.3 实验方法 1.3.1 藻类含碳量计算每种藻类随机各挑选30个藻细胞测量细胞粒径并计算藻细胞体积, 使用Strathmann[24]公式计算的含碳量。藻类细胞的含碳量估算参照王燕[25]建立的方法。其中, 三角褐指藻的含碳量采用公式(1)计算; 而青岛大扁藻、普通小球藻与球等鞭金藻的含碳量, 则依次采用公式(2)进行计算:
| $ \text{lg} C=0.758(\text{lg} Q)-0.422, $ | (1) |
| $ \text{lg} C=0.712(\text{lg} V)-0.314, $ | (2) |
其中, C为含碳量, Q为藻细胞体积。
1.3.2 滤食率、清滤率和摄食率的计算滤食率(G)、清滤率(F)和摄食率(I)的计算公式[21]分别为
| $ G=V\left(\text{ln} C_1-\text{ln} C_2\right)\left(C_0-C_2\right) /(N \times t)\left(\text{ln} C_0-\text{ln} C_2\right), $ | (3) |
| $ F=V\left(\text{ln} C_1-\text{ln} C_2\right) /(N \times t), $ | (4) |
| $ I=G \times C, $ | (5) |
其中, F为清滤率(mL·ind.–1·h), 即每只桡足类每小时过滤的海水量; G为滤食率(cell·ind–1·h), 即每只桡足类每小时过滤的藻细胞个数; I为摄食率(μgC·ind–1·h); 即每只桡足类每小时摄食藻细胞的含碳量; V为实验容器内藻液体积(mL); C0为实验开始时藻细胞密度(cell/mL); C1为对照组的平均藻细胞终密度(cell/mL); C2为实验组的藻细胞终密度(cell/mL); N为桡足类个数(ind.); t为实验时长(h), C为单个细胞含碳量(pg/cell)。
1.3.3 桡足类含碳量的计算基于Satapoomin[26]提出的方法, 日本虎斑猛水蚤的个体含碳量依据其相应公式进行计算:
| $ \text{ln} W=2.26 \text{ln} L_{\mathrm{p}}-13.85, $ | (6) |
式中, W为单只桡足类的碳含量(单位: g/只), Lp为其前体部的长度。为估算碳含量, 通过测量30只成熟雌性个体的前体部长度, 并将其平均值代入上述公式进行计算。
1.3.4 温度、盐度和饵料浓度对桡足类摄食影响(1) 温度梯度实验
使用4种海洋微藻, 在盐度30、饵料碳浓度2.5 μgC/mL条件下, 设置15、20、25、30 ℃四个温度水平。
(2) 盐度梯度实验
使用4种海洋微藻, 在温度25 ℃、饵料碳浓度2.5 μgC/mL条件下, 设置15、25、30、35四个盐度水平。
(3) 饵料碳浓度梯度实验
使用4种海洋微藻, 在温度25 ℃、盐度30条件下, 设置0.5、1、1.5、2.5、5 μgC/mL五个碳浓度水平。
以上各实验组均设3个平行重复。实验在50 mL避光处理的离心管(装液20 mL)中进行。
1.4 数据处理通过探究饵料种类、浓度、温度及盐度对日本虎斑猛水蚤摄食指标(滤食率、清滤率、摄食率)的影响, 数据结果均以平均值±标准误差表示, 并采用SPSS软件进行均值比较与Tukey HSD事后检验; 使用a、b、c来表示组间差异(P<0.05); X、Y、Z来表示组内差异(P<0.05)。
2 结果 2.1 桡足类的鉴定 2.1.1 形态学鉴定浮游生物的形态特征为: 体型狭长, 雄性触角特化为执握器, 而雌性的第一、二腹节愈合形成的生殖节或外附卵袋, 雌性第五胸足外肢末节刚毛数有3根, 且长度明显不等, 中间最长, 内侧最短, 且雌性基节宽大呈方形, 外侧具一根长刚毛, 活体呈红色虎斑状, 尾端具两根发达的尾叉刚毛, 与日本虎斑猛水蚤形态特征相符(如图 3所示)。
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| 图 3 日本虎斑猛水蚤形态特征 Fig. 3 Morphological characteristics of Tigriopus japonicus 注: ①雄性触角特化的执握器; ②雌性触角; ③雌性基节; ④雌性外肢末节 |
浮游生物的测序序列为:
TTGTGTGGTGGTAAACGGAGACGACCTCGAAGTCGGAGTGGGAGGTTCAGGCTTGAGCGT 60
GGCCATCTGCGGGGTGCTTGATCAGCAATGACTTGCCTCCGTGGTTGGGCTGCGTTTTGG 120
CTGCTCTTCTCCCGCTCTTTCACACGACGAACCACTCGTGCTGGACCGAGACCTTGGGTG 180
AAGTTGGTGGCGAGTTTCGACTTGCTGCCAGCCCCGGGTGTTTGGCTTTGGCGCGGGCGG 240
GTAGTTAAGGAGGCTCGTATAGCGAGTGTCTTTGCTGACACGGCCTTCATTTCAGTCGAG 300
TAGGTCGGCGGA 312
测序序列与同源序列比对结果显示, 浮游生物中测序得到的序列与GenBank中的桡足类虎斑猛水蚤(Tigriopus sp.)的参考序列高度同源, 最高匹配结果均来自虎斑猛水蚤属(Tigriopus), 并且含有多个保守序列如GTGG、GAA、TGA等, 表示该浮游生物样本属于虎斑猛水蚤或其近缘物种(如图 4所示)。
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| 图 4 浮游生物的测序序列与同源序列的比对结果 Fig. 4 Alignment of the sequences obtained and homologs from plankton |
使用DNAMAN构建的系统发育树显示, 该序列与日本虎斑猛水蚤的参考序列汇聚于一个高支持率的进化支中, 证实了二者在遗传上极为相近(如图 5所示)。本研究基于形态学比较与分子序列分析, 共同支持将所采集样本鉴定为日本虎斑猛水蚤(Tigriopus japonicus), 该结果从分子系统发育层面确认了该物种在青岛崂山风景区的自然分布, 为其地理分布范围提供了可靠的遗传学证据。
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| 图 5 浮游生物基因家族的系统进化分析 Fig. 5 Phylogenetic analysis of the plankton gene family |
在25 ℃时, 日本虎斑猛水蚤对4种海洋微藻中的球等鞭金藻的滤食率到达峰值[14 320.5 cell·ind–1·h], 显著高于其他海洋微藻(P<0.05), 其中在此温度下对青岛大扁藻、三角褐指藻的滤食率也达到最大值, 均显著高于15 ℃、20 ℃和30 ℃(P<0.05); 对普通小球藻的滤食率在20 ℃时最高[11 805.4 cell·ind–1·h], 显著高于15 ℃、25 ℃和30 ℃ (P<0.05) (如图 6所示)。
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| 图 6 温度对日本虎斑猛水蚤滤食率的影响(盐度30、饵料质量浓度2.5 μgC/mL) Fig. 6 Effects of temperature on the grazing rate of Tigriopus japonicus (salinity 30, feed concentration 2.5 μgC/mL) 注: a, b, c为相同种类不同温度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同温度不同种类3个水平(P<0.05) |
在25 ℃时, 日本虎斑猛水蚤对青岛大扁藻的清滤率达到最大值[0.122 27 mL·ind–1·h], 显著高于其他温度(P<0.05); 对三角褐指藻的清滤率在25 ℃时达峰值[0.036 84 mL·ind–1·h], 较20 ℃、30 ℃升高显著(P<0.05), 极显著高于15 ℃ (P<0.01), 为15 ℃的3.5倍; 对球等鞭金藻的清滤率在30 ℃时最高, 与25 ℃差异显著(P<0.05), 极显著高于15 ℃、20 ℃(P<0.01); 对普通小球藻的清滤率在15 ℃、20 ℃时显著高于25 ℃、30 ℃ (P<0.05) (如图 7所示)。
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| 图 7 温度对日本虎斑猛水蚤清滤率的影响(盐度30、饵料质量浓度2.5 μgC/mL) Fig. 7 Effects of temperature on the clearance rate of Tigriopus japonicus (salinity 30, feed concentration 2.5 μgC/mL) 注: a, b, c为相同种类不同温度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同温度不同种类3个水平(P<0.05) |
在25 ℃时, 日本虎斑猛水蚤对青岛大扁藻的摄食率达到最大值[0.225 77 μgC·ind–1·h], 显著高于其他海洋微藻(P<0.05); 对三角褐指藻、球等鞭金藻的摄食率在此温度下也达到峰值, 分别为0.071 76 μgC·ind–1·h、0.168 98 μgC·ind–1·h, 均显著高于15 ℃、20 ℃和30 ℃ (P<0.05), 其中对三角褐指藻对的摄食率极显著高于15 ℃ (P<0.01), 为15 ℃的2.8倍; 对普通小球藻的摄食率在20 ℃时最高[0.112 15 μgC·ind–1·h], 显著高于15 ℃、25 ℃和30 ℃ (P<0.05) (如图 8所示)。
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| 图 8 温度对日本虎斑猛水蚤摄食率的影响(盐度30、饵料质量浓度2.5 μgC/mL) Fig. 8 Effects of temperature on the ingestion rate of Tigriopus japonicus (salinity 30, feed concentration 2.5 μgC/mL) 注: a, b, c为相同种类不同温度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同温度不同种类3个水平(P<0.05) |
在30、35盐度时, 日本虎斑猛水蚤对4种海洋微藻中的青岛大扁藻的滤食率均达到峰值, 分别为[4 703.9 cell·ind–1·h]、[5 075.5 cell·ind–1·h], 显著高于25盐度(P<0.05); 极显著高于15盐度(P<0.01), 分别为15盐度的5.3、4.7倍; 对三角褐指藻、球等鞭金藻的滤食率在30盐度时显著高于25盐度(P<0.05), 其中在此盐度下对4种微藻中三角褐指藻的滤食率最高[14 503.6 cell·ind–1·h], 极显著高于15、35盐度(P<0.01); 对普通小球藻的滤食率在25、30盐度显著高于15盐度(P<0.05); 极显著高于35盐度(P<0.01) (如图 9所示)。
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| 图 9 盐度对日本虎斑猛水蚤滤食率的影响(温度: 25 ℃、饵料质量浓度2.5 μgC/mL) Fig. 9 Effects of salinity on the grazing rate of Tigriopus japonicus (temperature: 25 ℃, feed concentration: 2.5 μgC/mL) 注: a, b, c为相同种类不同盐度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同盐度不同种类3个水平(P<0.05) |
在30盐度时, 日本虎斑猛水蚤对青岛大扁藻的清滤率处于峰值[0.141 20 mL·ind–1·h], 显著高于25盐度(P<0.05); 极显著高于15盐度(P<0.01), 为15的8.2倍; 对三角褐指藻及球等鞭金藻的清滤率在该盐度下显著高于25盐度(P<0.05); 极显著高于15、35盐度(P<0.01); 对普通小球藻的清滤率在25盐度时显著高于15、30、35盐度(P<0.01) (如图 10所示)。
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| 图 10 盐度对日本虎斑猛水蚤清滤率的影响(温度: 25 ℃、饵料质量浓度2.5 μgC/mL) Fig. 10 Effects of salinity on the clearance rate of Tigriopus japonicus (temperature: 25 ℃, feed concentration: 2.5 μgC/mL) 注: a, b, c为相同种类不同盐度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同盐度不同种类3个水平(P<0.05) |
在30、35盐度时, 日本虎斑猛水蚤对4种海洋微藻中的青岛大扁藻的摄食率分别为0.205 56 μgC·ind–1·h、0.221 80 μgC·ind–1·h, 较高于其他海洋微藻, 显著高于25盐度(P<0.05); 极显著高于15盐度(P<0.01); 对三角褐指藻及球等鞭金藻的摄食率在30盐度时显著高于25盐度(P<0.05); 极显著高于15、35盐度(P<0.01); 对普通小球藻的摄食率在25、30盐度下显著高于15、35盐度(P<0.05); 极显著高于35盐度(P<0.01) (如图 11所示)。
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| 图 11 盐度对日本虎斑猛水蚤摄食率的影响(温度: 25 ℃、饵料质量浓度2.5 μgC/mL) Fig. 11 Effects of salinity on ingestion rate of Tigriopus japonicus (temperature: 25 ℃, feed concentration: 2.5 μgC/mL) 注: a, b, c为相同种类不同盐度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同盐度不同种类3个水平(P<0.05) |
在饵料碳浓度达到2.5 μgC/mL时, 日本虎斑猛水蚤对4种海洋微藻中的三角褐指藻的滤食率达到最大值[20 255.8 cell·ind–1·h], 与其他海洋微藻的差异显著(P<0.05); 在此浓度下对青岛大扁藻、球等鞭金藻的滤食率同样也达到峰值, 分别为[4 726.4 cell·ind–1·h]、[15 353.7 cell·ind–1·h], 显著高于其他浓度组(P<0.05); 在5 μgC/mL碳浓度下对普通小球藻的滤食率达到峰值[9 360.3 cell·ind–1·h], 与其他浓度组差异显著(P<0.05); 且极显著高于0.5 μgC/mL、1 μgC/mL、1.5 μgC/mL (P<0.01) (如图 12所示)。
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| 图 12 饵料浓度对日本虎斑猛水蚤滤食率的影响(温度: 25 ℃、盐度: 30) Fig. 12 Effects of bait concentration on the grazing rate of Tigriopus japonicus (temperature: 25 ℃, salinity: 30) 注: a, b, c为相同种类不同饵料浓度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同饵料浓度不同种类的3个水平(P<0.05) |
在饵料碳浓度达到2.5 μgC/mL时, 日本虎斑猛水蚤对青岛大扁藻和三角褐指藻的清滤率均呈现峰值, 分别为0.122 48 mL·ind–1·h、0.072 76 mL·ind–1·h, 显著高于其他浓度组(P<0.05); 对球等鞭金藻的清滤率在0.5 μgC/mL、1 μgC/mL、2.5 μgC/mL极显著高于5 μgC/mL (P<0.01), 分别为5 μgC/mL的10.7、10.1、11.2倍; 对普通小球藻的清滤率在0.5 μgC/mL显著高于其他浓度组(P<0.05) (如图 13所示)。
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| 图 13 饵料浓度对日本虎斑猛水蚤清滤率的影响(温度: 25 ℃、盐度: 30) Fig. 13 Effects of feed concentration on the clearance rate of Tigriopus japonicus (temperature: 25℃, salinity: 30) 注: a, b, c为相同种类不同饵料浓度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同饵料浓度不同种类的3个水平(P<0.05) |
在饵料碳浓度达到2.5 μgC/mL时, 日本虎斑猛水蚤对4种海洋微藻中的青岛大扁藻的摄食率达到最大值[0.193 76 μgC·ind–1·h], 显著高于其他海洋微藻; 对三角褐指藻、球等鞭金藻的摄食率在此浓度下也均呈现峰值, 分别为0.121 51 μgC·ind–1·h、0.171 60 μgC·ind–1·h, 显著高于其他浓度组(P<0.05); 对普通小球藻的摄食率在5 μgC/mL时处于峰值, 与其他浓度组差异显著(P<0.05); 且极显著高于0.5 μgC/mL、1 μgC/mL、5 μgC/mL (P<0.01) (如图 14所示)。
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| 图 14 饵料浓度对日本虎斑猛水蚤摄食率的影响(温度: 25 ℃、盐度: 30) Fig. 14 Effects of feed concentration on the ingestion rate of Tigriopus japonicus (temperature: 25 ℃, salinity: 30) 注: a, b, c为相同种类不同饵料浓度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同饵料浓度不同种类的3个水平(P<0.05) |
在本实验中, 通过对日本虎斑猛水蚤样本的实际测量, 得出其前体部平均长度为780 μm。随后, 依据Satapoomin[26]所建立的碳含量计算公式, 推算出其个体碳含量为3.32 μgC/ind.。实验全程将饵料的碳浓度恒定维持在2.5 μgC/mL, 实验持续24 h。
培养盐度固定为30。在培养条件为25 ℃时, 以青岛大扁藻为饵料的日本虎斑猛水蚤的摄食碳量占体碳比例达到了峰值, 为371.6%, 高于其他海洋微藻组, 分别为三角褐指藻、球等鞭金藻的1.3、3.0倍, 均显著高于15 ℃、20 ℃、30 ℃ (P<0.05)。在培养温度为20 ℃时, 投喂普通小球藻的日本虎斑猛水蚤摄食碳量占体碳比例处于峰值, 为202.7%, 显著高于15 ℃、25 ℃和30 ℃ (P<0.05) (如图 15所示)。
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| 图 15 培养温度对日本虎斑猛水蚤24 h摄食碳占个体含碳量比例的影响(饵料质量浓度: 2.5 μgC/mL) Fig. 15 Effects of temperature on 24 h weight-specific ingestion rates of three species of Tigriopus japonicus (feed concentration: 2.5 μgC/mL) 注: a, b, c为相同种类不同温度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同温度不同种类的3个水平(P<0.05) |
培养温度固定为25 ℃。在培养盐度为30、35时, 投喂青岛大扁藻的日本虎斑猛水蚤摄食碳量占体碳比例分别达到371.5%、400.8%, 显著高于其他盐度组(P<0.05)。在培养盐度为30时, 投喂三角褐指藻、球等鞭金藻的日本虎斑猛水蚤摄食碳量占体碳比例显著高于其他盐度组(P<0.05)。投喂普通小球藻的日本虎斑猛水蚤在25盐度时摄食碳占体碳比例达到190.4%, 显著高于其他盐度组(P<0.05) (如图 16所示)。
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| 图 16 培养盐度对日本虎斑猛水蚤24 h摄食碳占个体含碳量比例的影响(饵料质量浓度: 2.5 μgC/mL) Fig. 16 Effects of salinity on 24 h weight-specific ingestion rates of three species of Tigriopus japonicus (feed concentration: 2.5 μgC/mL) 注: a, b, c为相同种类不同盐度的3个水平(P<0.05); X, Y, Z为相同种类不同盐度的3个水平(P<0.05) |
通过形态学鉴定发现, 该浮游生物的雄性触角特化为执握器, 而雌性外附卵袋等特征, 以及雌性第五胸足外肢末节刚毛数有3根, 且长度明显不等, 中间最长, 内侧最短, 且雌性基节宽大呈方形, 外侧具一根长刚毛, 活体呈红色虎斑状, 尾端具两根发达的尾叉刚毛等具体的形态特征与虎斑猛水蚤属(Tigriopus)物种的典型形态特征高度吻合[22-27], 可初步鉴将其归为虎斑猛水蚤属。为准确界定其物种分类地位, 又对该浮游生物进行了分子水平分析。序列比对结果显示, 该浮游生物的分子序列与日本虎斑猛水蚤(Tigriopus japonicus) 的参考序列高度一致, 表明二者在遗传上极为相近。通过形态学特征与分子系统发育证据的综合分析, 最终将其鉴定为日本虎斑猛水蚤, 为后续研究奠定了可靠的基础。
3.2 温度对日本虎斑猛水蚤摄食的影响桡足类因酶系统的温度适应性差异, 表现出摄食效率的物种特异性。本研究中, 日本虎斑猛水蚤对海洋微藻的摄食率在15~30 ℃区间出现单峰, 峰值在25 ℃, 这一结果表明在15~25 ℃区间下摄食率与温度呈显著的正相关。薛泽等[7]的研究表明, 火腿许水蚤(Schmackeria poplesia)在5~30 ℃范围内, 摄食率(滤水率)随温度升高呈单峰曲线, 峰值出现在15 ℃, 高于15 ℃后摄食率显著下降; 中华哲水蚤(Calanus sinicus)在15 ℃时摄食率、滤水率最高, 高于20 ℃后显著下降; 这表明不同的桡足类随着温度的变化会出现单峰曲线, 这可能与桡足类分布的生境有关。在南海西北部等热带、亚热带地区, 哲水蚤生存的临界温度较低, 在夏季表层水温大于26 ℃时完全消失, 仅存于底层冷水团(如粤东上升流区)[28-29]; 而日本虎斑猛水蚤适应极端波动的潮间带环境, 温度日变化大, 通过酶系统适应性(如热休克蛋白表达)抵抗温度波动[30], 对温度耐受性强。有研究表明, 酶的最适温度与宿主生物的最适生长温度协同进化, 不同的桡足类由于生存环境温度的不同, 体内酶的最适温度具有一定的差异[31]。实验发现, 日本虎斑猛水蚤的摄食活性表现出对温度的依赖性, 在25 ℃以下时普遍较低。这一偏好较高温度的摄食策略, 与近岸暖水优势种强额孔雀水蚤的摄食策略相似, 并且其适温范围(25 ℃左右)与作为暖水近岸种强额孔雀水蚤[1]的生态特性相符, 在此温度下摄食效率最高表明其对该温度的适应性是长期自然选择的结果。
3.3 盐度对日本虎斑猛水蚤摄食的影响盐度通过影响桡足类渗透压调节和藻类生理状态, 间接作用于摄食过程。日本虎斑猛水蚤在潮间带生境中盐度日变化显著(如降雨后淡水涌入), 为广盐性种类, 与拟长腹剑水蚤盐度适应范围相似, 盐度适应范围在15~35, 渗透调节基因表达活跃, 摄食率波动小[7]。本研究中, 日本虎斑猛水蚤在30盐度时对4种海洋微藻的摄食率达到峰值, 在15、35盐度下对大多数微藻摄食率低(P<0.05)。这说明盐度过低(15)可能导致桡足类细胞吸水膨胀, 耗能维持渗透压; 盐度过高(35)则引发脱水应激, 两者均抑制摄食行为[32]。然而, 有研究显示, 猛水蚤在盐度大于20时摄食率单调下降, 因其需将能量分配至渗透压适应(如合成相容性溶质), 导致摄食能量减少[33], 与日本虎斑猛水蚤在30盐度时摄食效率最高相悖, 这种摄食效率的差异可能与摄食藻类的不同有关。盐度通过改变藻类细胞壁通透性、胞内渗透物浓度(如甘油、脯氨酸)及脂肪酸组成, 影响其作为饵料的适口性和营养质量。青岛大扁藻的最适生长盐度为30~40[34], 日本虎斑猛水蚤对该藻的摄食率表现出显著的盐度依赖性, 在盐度30时的摄食强度高达盐度15时的6倍; 三角褐指藻在盐度25时生长速率最高, 盐度30时生物量和脂肪酸含量最大[35-36], 日本虎斑猛水蚤在30盐度时对其的摄食率为15、35盐度的3.1倍、2.3倍; 球等鞭金藻在盐度12~35内可生长, 最适生长盐度为27[37], 盐度趋近于日本虎斑猛水蚤的最佳摄食盐度。实验结果表明日本虎斑猛水蚤在适盐环境下摄食行为活跃, 其中藻类在适盐条件下代谢活跃, 碳源与营养物质更易被桡足类利用。
3.4 饵料藻的种类、大小和浓度对日本虎斑猛水蚤摄食的影响青岛大扁藻富含高质量的蛋白质和可溶性多糖、以及高比例的18∶3n-3 (α-亚麻酸)脂肪酸, 以青岛大扁藻为饵料的桡足类在海水鱼苗早期摄食发育阶段, 对于促进神经系统发育、提高成活率具有重要作用[38]。球等鞭金藻因具有高含量的DHA、适宜大小以及不具有细胞壁等特点, 更容易被桡足类消化吸收。Brown等[39]的研究表明, 海水鱼类(如石斑鲷科鲷科鱼类)摄食已消化吸收球等鞭金藻的桡足类对提高幼苗成活率和减少畸形率具有显著效果。但由于青岛大扁藻的细胞碳含量较高, 且其可溶性多糖和蛋白质含量在适宜条件下显著优于等鞭球金藻[34]。普通小球藻作为最常见的海洋桡足类以及海水贝类的优质饵料, 因其蛋白质含量占50%~60%, 且粒径较小和细胞壁较厚, 不利于消化。三角褐指藻的EPA (20%~26%)和色素含量高, 用其营养强化的海洋桡足类是改善水产动物体色、提高抗逆性的优质饵料, 但其具有坚硬硅质外壳, 消化难度大[40]。
日本虎斑猛水蚤对上述4种藻类的摄食选择性同时受到微藻细胞粒径和营养价值的综合作用。其中, 青岛大扁藻因其适宜的粒径与丰富的营养构成, 成为其摄食偏好中的首要选择。先前研究发现桡足类最适饵料粒径受几何模型调控[41]。日本虎斑猛水蚤(ESD≈780 μm), 最适饵料ESD≈21.3 μm, 理论上适配ESD 13.6~27.3 μm粒径藻类, 但实际偏好ESD≈11~15 μm的青岛大扁藻。这种错配适应可能因咽腔刚毛间距允许截留更小颗粒[42]。粒径过小(< 10 μm)的藻类(如普通小球藻, ESD≈3~8 μm; 球等鞭金藻, ESD≈ 5~7 μm)漏滤率达60%~80%, 无法通过增加密度补偿[43-44]。日本虎斑猛水蚤对三角褐指藻(10~25 μm)的摄食率较低(P<0.05), 仅为摄食青岛大扁藻的61.9%。
通过对饵料碳浓度梯度的研究, 日本虎斑猛水蚤的摄食率表现出典型的单峰响应模式。研究显示, 日本虎斑猛水蚤对青岛大扁藻的摄食率在碳浓度为2.5 μgC/mL时最高, 此浓度为其摄食的最适点, 低浓度(0.5 μgC/mL)时仅为峰值的26% (P<0.01), 高浓度(5 μgC/mL)因藻类聚集或代谢物积累导致摄食率下降37.5% (P<0.05)。在人工培养时, 建议维持碳浓度2.5~5 μgC/mL, 其中日本虎斑猛水蚤以青岛大扁藻为主(60%)搭配球等鞭金藻(20%), 保证摄食饵料的多样性, 避免投喂单一饵料引起的营养缺乏。实际生产中, 优先选用粒径接近15 μm的藻类并优化浓度, 可显著提升摄食效率与培养效能。
3.5 温度、盐度对日本虎斑猛水蚤摄食碳量占体碳比例的影响日本虎斑猛水蚤的摄食与发育对温度的响应规律, 证实了陈香等[45]关于“在15~25 ℃范围内升温具有促进作用”的结论。本实验显示, 在2.5 μgC/mL饵料浓度下, 日本虎斑猛水蚤的日摄食碳比例(BC)随温度变化显著, 由15 ℃的141.7%升至25 ℃的371.6%, 后在30 ℃下降至146.4%, 且25 ℃下的BC值为15 ℃的1.6倍, 符合范特霍夫定律(Q₁₀≈2)[46], 这表明在适宜温度区间内, 其摄食率与温度呈正相关。这与桡足类的生长发育在一定的适温范围内呈现正相关性的理论一致[47]。在相同碳浓度下, 日本虎斑猛水蚤对青岛大扁藻的BC值在15、25、30、35盐度分别为90.2%、197.2%、371.5%、400.8%, 摄食率随盐度的升高而升高。Kim等[48]的研究表明, 日本虎斑猛水蚤的不同阶段(无节幼体、雄性成体和雌性成体)通常表现出对低盐度和高盐度的耐受性, 且在适盐条件下Na+-K+-ATP酶活性会降低17%, 以减少渗透压调节能耗[49-50]。在南海北部, 小型桡足类丰度占优(冬季平均1 691 ind./m3 vs.中型633 ind./m3), 其群落摄食贡献达84%~88%, 高代谢率支撑高强度摄食[51-53]。小型种类将约80%摄食碳用于呼吸代谢和生长, 仅20%用于繁殖, 这种能量分配模式与其体型小、世代短的生态特征直接相关, 与其“机会主义”的生存模式高度契合; 而这种生存模式与中型桡足类不同, 中型桡足类为“储存型”策略(如中华哲水蚤BC值< 50%), 主要依赖脂肪积累[54]。日本虎斑猛水蚤作为小型底栖桡足类生物在适宜的温度和盐度下其成体的BC值显著高于中华哲水蚤(2.16%~43.40%)、太平洋纺锤水蚤(48%~345%)等中型桡足类(P<0.05), 且呈现显著的体型依赖性——体长越小, BC值越高[55]。
这种环境适应性表明, 作为小型桡足类代表的日本虎斑猛水蚤的高BC值是生理特性与生态策略在多重环境压力下协同进化的结果, 使其成为近岸生态系统中碳流动的核心驱动者。
4 结论综上所述, 本研究通过对海洋沿岸海域的桡足类的采集、分离纯化, 进行了形态学鉴定及分子鉴定,
进一步鉴定为日本虎斑猛水蚤。在此基础上进一步观察了温度与盐度对日本虎斑猛水蚤摄食4种不同微藻的影响。研究结果表明, 其最适摄食条件为: 温度25 ℃、盐度30, 并以碳浓度为2.5 μgC/mL的青岛大扁藻为饵料。
致谢: 本研究特别感谢中国科学院南海海洋生物标本馆(国家动物标本资致谢源库)对于日本虎斑猛水蚤物种鉴定工作的帮助, 以及天津科技大学研究生滕冰冰和王萌同学, 在样本处理、特征比对等环节给予的细致协助。
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