常見橈足類對赤潮生物中肋骨條藻和東海原甲藻的攝食效應研究

陳雯雯，向 舒，沈盎綠

（上海海洋大學海洋生態與環境學院，上海 201306）

海洋中型浮游動物包括橈足類、水母類、毛顎類、被囊類等，其中橈足類的平均豐度占浮游動物總量的80%［1］，有關橈足類攝食率的研究已成為浮游生態系統動力學研究的重要內容之一［2］，餌料濃度差減法、同位素示蹤法和腸道色素法等是目前研究橈足類攝食率的主要方法［3］。其中同位素示蹤法的標志物造價較高，且可能造成放射性污染［4］；腸道色素法分析方法簡單，其優勢在于可以測定不同體長的浮游動物的攝食量，但是橈足類攝食過程中的色素降解會造成大比例攝食率被低估［5］；餌料濃度差減法雖然費時，但顯微鏡觀察可實現對浮游植物和浮游動物的定性定量觀察，該方法比腸道色素法能提供更多的攝食信息，在研究中型浮游動物選擇性攝食方面具有相當大的優勢［6］。

國內目前對常見中型浮游動物的攝食研究主要集中在中華哲水蚤（Calanus sinicus），例如不同藻類種類和濃度對中華哲水蚤攝食的影響［7-8］、中華哲水蚤對藻類的選擇性攝食［9］等。浮游動物攝食在赤潮生消過程中起著相當重要的作用［10］，東海赤潮高發區最主要的赤潮生物為中肋骨條藻（Skeletonema costatum）、東海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）和米氏凱倫藻（Karenia mikimotoi）［11-13］，其中東海原甲藻赤潮和中肋骨條藻赤潮的數量分別占東海赤潮總量的30.2%和13.8%，但目前在中型浮游動物攝食效應對其赤潮生消影響方面的研究還未見報道。本文以東海區硅藻赤潮優勢種中肋骨條藻和甲藻赤潮優勢種東海原甲藻為研究對象，采用餌料濃度差減法研究了東海區常見中型浮游動物中華哲水蚤、精致真刺水蚤（Euchaeta concinna）和雙刺唇角水蚤（Labidocera bipinnata）對兩種藻類的攝食效應，探討了橈足類的攝食作用對赤潮生消的影響，以期為分析橈足類對赤潮藻類的攝食作用及其對赤潮生消的影響及為赤潮生物防治提供更多選擇。

1 材料與方法

1.1 藻類培養

中肋骨條藻（GY-H11）、東海原甲藻（GYH40）購自上海光語生物科技有限公司，釆用f／2培養基，培養溫度為25℃，光照強度大約為每秒40μmol photons·m-2，光暗比為12 h∶12 h。另外，通過浮游植物分類熒光儀（PHYTO-PAM-ED，德國Walz公司）來測定葉綠素a（Chl a）含量。培養基所用海水采自浙江省舟山市漳州灣近岸（29°54′56″N、122°25′14″E），海水經過孔徑為0.45μm的濾膜過濾后備用。海水和培養基儲備液通過高壓蒸汽滅菌（121℃、20 min），所有培養基儲備液、藻類培養等所需三角瓶等全部經過高壓滅菌后使用。將培養處于指數生長期的藻類用于實驗，本次實驗通過計數法在顯微鏡下計數確定藻類濃度（0.9 mL的藻液用0.1 mL的魯哥試劑固定于2 mL的離心管中）。

1.2 橈足類樣品采集與實驗方法

2019年7 月和2020年7月，租用漁船在漳州灣近岸用淺水I型浮游生物網浮游采集浮游動物，40 min內返回實驗室，用大口吸管在體視顯微鏡下挑選出優勢種中華哲水蚤、精致真刺水蚤和雙刺唇角水蚤，分別于1 L的塑料箱中馴化培養。饑餓24 h后，挑選出活力較好的10只個體于200 mL培養皿中進行攝食實驗，設3個平行，具體實驗設計見表1。其中，為了進一步闡明橈足類對不同濃度赤潮藻類的設施效果，雙刺唇角水蚤對中肋骨條藻的攝食實驗和精致真刺水蚤對東海原甲藻的攝食實驗中兩種藻類都分別設置了3種濃度梯度。實驗并建立兩組空白組，其中一組記錄無橈足類存在情況下藻類的生長情況，另一組記錄無藻類存在情況下浮游動物的存活情況。根據對照組橈足類的活力情況，中華哲水蚤和精致真刺水蚤實驗周期為48 h，雙刺唇角水蚤實驗周期為24 h。實驗開始及之后的每24 h取樣。

1.3 數據處理

藻類的生長率（μ）和平均濃度（C）的計算參考CHEN和LIU［14］：

式中，C0、Ct分別表示藻類對照組中藻類的始末濃度（個·mL-1）；t表示時間（d）；P0、Pt分別表示橈足類試驗組中藻類的始末濃度（個·mL-1）。

橈足類的消除率（clearance rate，F）和攝食率（ingestion rate，I）的計算參考FROST［15］：

式中，F、C分別表示橈足類的消除率和藻類的平均濃度；Pc、Pt分別表示藻類對照組中藻類的最終濃度及橈足類試驗組中藻類的最終濃度（個·mL-1）；n表示橈足類個體數。

所有的數據均為平均數±標準差（3組），首先采用SPSS19.0軟件對數據進行正態化分布檢驗（Shapiro-Wilk檢驗）和方差齊性檢驗（Levene檢驗），在此基礎對不同時間（24 h和48 h）的攝食效應進行獨立樣本t檢驗，對不同藻類起始濃度的攝食效應進行單因子方差分析，組間差異顯著的情況下（P＜0.05）采用Tukey's方法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 中華哲水蚤的攝食效應

2.1.1 中華哲水蚤對中肋骨條藻的攝食效應

如圖1-A所示，實驗結束時，試驗組中肋骨條藻的濃度降到0.48×104個·mL-1，顯著低于對照組（P＜0.05），甚至低于起始濃度。如圖1-B所示，中華哲水蚤對起始濃度為2.5×104個·mL-1的中肋骨條藻的24 h和48 h攝食率分別為1760、6890個·d-1，中華哲水蚤對中肋骨條藻24 h和48 h的消除率分別為0.06和0.13（P＜0.05），實驗過程中中華哲水蚤排出大量糞便。實驗結果表明，在中華哲水蚤的攝食下，中肋骨條藻的濃度得到了很好的控制。

圖1 中肋骨條藻濃度變化情況（A）及中華哲水蚤對中肋骨條藻的攝食效應（B）Fig.1 Changes in concentration of S.costatum（A）and feeding effect of C.sinicus on S.costatum（B）

2.1.2 中華哲水蚤對東海原甲藻的攝食效應

如圖2-A所示，48 h后試驗組的藻類濃度相比于對照組有顯著減少（P＜0.05），甚至低于起始濃度。如圖2-B所示，中華哲水蚤對起始濃度為2.0×104個·mL-1的東海原甲藻的24 h和48 h的攝食率分別為-385、1914個·d-1，24 h和48 h的消除率分別為-0.02、0.06（P＜0.05），說明在中華哲水蚤的攝食下，東海原甲藻的濃度得到了控制。

圖2 東海原甲藻濃度變化情況（A）及中華哲水蚤對東海原甲藻的攝食效應（B）Fig.2 Changes in concentration of P.donghaiense（A）and feeding effect of C.sinicus on P.donghaiense（B）

2.2 精致真刺水蚤攝食效應

2.2.1 精致真刺水蚤對中肋骨條藻的攝食效應

如圖3-A所示，48 h后試驗組的藻類濃度相比于對照組有顯著減少（P＜0.05）。如圖3-B所示，精致真刺水蚤對起始濃度為2.5×104個·mL-1的中肋骨條藻的24 h和48 h的攝食率分別為-225、2087個·d-1，24 h和48 h的消除率分別為-0.01和0.04（P＜0.05，t檢驗），說明精致真刺水蚤的攝食能夠一定程度上抑制中肋骨條藻的生長。

圖3 中肋骨條藻濃度變化（A）及精致真刺水蚤對中肋骨條藻的攝食效應（B）Fig.3 Changes in concentration of S.costatum（A）and feeding effect of E.concinna on S.costatum（B）

2.2.2 精致真刺水蚤對東海原甲藻的攝食效應

在精致真刺水蚤對東海原甲藻的實驗中設置了3個濃度梯度，初始濃度分別為2.2×104（圖4-A，D）、3.5×104（圖4-B，E）、4.2×104（圖4-C，F）個·mL-1。試驗組的藻類濃度均低于對照組，24 h的攝食率分別為1351、310、3182個·d-1，48 h的攝食率為1714、2342和1652個·d-1；24 h的消除率分別為0.04、0.01和0.06，48 h的消除率分別為0.04、0.04和0.01。兩個較高濃度組24 h與48 h間攝食率及消除率有顯著性差異（P＜0.05），而2.2×104個·mL-1組24 h和48 h間攝食率與消除率沒有顯著性差異（P＞0.05）。

圖4 不同起始濃度的東海原甲藻濃度變化及精致真刺水蚤的攝食效應Fig.4 Changes in concentration of P.donghaiense with different initial concentrations and feeding effect of E.concinna on P.donghaiense

2.3 雙刺唇角水蚤攝食效應

2.3.1 雙刺唇角水蚤對中肋骨條藻的攝食效應

雙刺唇角水蚤對中肋骨條藻的實驗中，設置了3個濃度梯度，起始濃度分別為4×104、10×104、15×104個·mL-1。其24 h的攝食率分別為30112、8351、33077個·d-1，24 h的消除率分別為0.18、0.04、0.10個·d-1（圖5），3個濃度之間的消除率沒有顯著性差異（P＞0.05），攝食率有顯著性差異（P＜0.05）。雙刺唇角水蚤的攝食行為對初始濃度為4×104個·mL-1的中肋骨條藻有較好的消除作用，在15×104個·mL-1濃度下僅有較小的消除作用，而在10×104個·mL-1濃度下，幾乎不起作用。

圖5 不同起始濃度的中肋骨條藻濃度變化及雙刺唇角水蚤的攝食效應Fig.5 Changes in concentration of S.costatum with different initial concentrations and feeding effect of L.bipinnata on S.costatum

2.3.2 雙刺唇角水蚤對東海原甲藻的攝食效應

由圖6可知，24 h后試驗組的藻類濃度相比于對照組的藻類濃度沒有顯著減少（P＞0.05）。雙刺唇角水蚤在濃度為2×104個·mL-1的東海原甲藻的實驗中24 h攝食率和消除率分別為742個·d-1和0.05。結果表明，在該濃度下雙刺唇角水蚤的攝食作用對東海原甲藻生長的抑制效果不大。

圖6 東海原甲藻濃度變化（A）及雙刺唇角水蚤對東海原甲藻的攝食效應（B）Fig.6 Changes in concentration of P.donghaiense（A）and feeding effect of L.bipinnata on P.donghaiense（B）

3 討論

3.1 不同橈足類對藻類攝食比較

在攝食研究中，餌料密度對橈足類攝食的影響已經有很多報道，濾食性橈足類的攝食率一般隨食物密度的增加而升高［16］。而當食物密度增加到一定程度（飽和密度）后，橈足類已經達到了最大攝食潛能，這時食物密度再增加，攝食率則保持在一定的水平不再升高，或者下降［17］。在周媛［18］的研究中，藻細胞密度為（2.5～3.0）×104個·mL-1時，指狀許水蚤（Schmacheria inopinus）雌體和雄體對中肋骨條藻的攝食率隨著藻細胞密度的增加而升高，在濃度為3.0×104個·mL-1時，攝食率達到最大值，分別為10080個·d-1和8640個·d-1。楊紀明和李紅玲［19］研究了渤海真刺唇角水蚤（L.euchaeta）的攝食食性，發現真刺唇角水蚤營小型浮游生物食性，主要攝食小型橈足類，只攝食少量硅藻類（23%）。張翠霞等［20］的研究結果顯示，當中肋骨條藻濃度接近1.0×104個·mL-1時，雙毛紡錘水蚤（Acartia bifilosa）攝食率達到最大值為772.00 ng C·d-1。李少菁［21］使用鏡檢法研究了廈門港幾種橈足類的食性和餌料成分，結果表明廈門港中華哲水蚤餌料組成以浮游硅藻為主，其中中肋骨條藻等占有優勢。本文中肋骨條藻的濃度為2.5×104個·mL-1時，精致真刺水蚤對其的攝食率為2087個·d-1，中華哲水蚤對其的攝食率為6890個·d-1；而雙刺唇角水蚤在其濃度為4×104個·d-1時，攝食率為30112個·d-1。

此外，不少甲藻種類在海洋中能夠形成有毒有害赤潮，在現場調查時發現部分甲藻赤潮優勢種能夠對橈足類產生明顯的不利影響，如林佳寧［22］調查研究表明，東海原甲藻赤潮一般維持時間較長（10 d以上，個別赤潮甚至超過1個月），橈足類長時間攝食東海原甲藻會造成其餌料來源單一化，從而降低浮游動物關鍵種中華哲水蚤存活率、產卵量及母體關鍵脂肪酸水平，進而對橈足類種群資源造成嚴重危害。但在實驗室培養狀態下一些橈足類也能正常攝食純培養甲藻細胞，高華等［23］報道東海原甲藻是中華哲水蚤適宜的餌料藻，對其沒有毒性傷害；韓剛［24］也研究發現中華哲水蚤能攝食東海原甲藻。在橈足類對甲藻的攝食研究中，除對東海原甲藻的研究外，其他甲藻也有見報道。孫雷和杞桑［25］報道刺尾紡錘水蚤（A.spinicauda）對海洋原甲藻（P.micans）日攝食潛力33000個·d-1；王巖和張鴻雁［26］的實驗中火腿許水蚤（S.poplesia）對海洋原甲藻（P.micans）日攝食率為511～30991個·d-1；CHEN等［14］的研究中，紅 紡錘水蚤（A.erythraea）對二角多甲藻（Peridinium bipes）的攝食率為500個·d-1。XU等［27］的研究結果表明，寬水蚤（Temora longicornis）對網狀原角藻（P.reticulatum）的攝食率為1920個·d-1。謝志浩等［28］的研究結果表明，中華哲水蚤對東海原甲藻存在一定攝食行為，藻類密度對攝食率有明顯的影響，當東海原甲藻濃度為3×104個·mL-1，中華哲水蚤對東海原甲藻的最大攝食率為22320個·d-1。本研究中，東海原甲藻的起始濃度為2×104個·mL-1，中華哲水蚤和雙刺唇角水蚤對其的攝食率分別為1914、742個·d-1；精致真刺水蚤對東海原甲藻的攝食實驗結果表明，在濃度為2.2×104、3.5×104、4.2×104個·mL-1時，48 h期間精致真刺水蚤的攝食率先增后降，在濃度達到3.5×104個·mL-1有最大值2342個·d-1。但海洋環境中東海原甲藻赤潮暴發時對橈足類影響很大，有可能是海洋中赤潮暴發時甲藻的毒性較大，而實驗室長時間純培養下理化條件比較適宜，從而使得甲藻分泌的化感物質會減少，而在不利條件下則相反［29］。綜合本研究和其他研究來看，造成不同橈足類攝食率不同的原因除了藻類濃度外，還可能與橈足類自身的攝食偏好有關。

3.2 橈足類的攝食作用對赤潮生消的影響

橈足類的攝食作用一定程度上控制著浮游植物初級生產力的積累［30］。如果橈足類在赤潮前期或發生赤潮期間保持很高的種群密度和個體的高攝食壓力，就可以很好地控制赤潮暴發或者使其消退，但是如果浮游動物種群的增長落后于赤潮的發生，則難以起到控制作用。此外，赤潮的形成可能在很大程度上取決于橈足類減少對有毒藻類攝食的機制［27］，有研究表明，一些橈足類對有明顯毒性作用的藻類細胞的攝食活動會減少［31］，也有學者得出相近觀點：受有害藻種的影響，橈足類會選擇攝食無毒藻種，這有利于加速有害赤潮的發生［32］。目前對橈足類的攝食行為能否有效控制藻華的發展具有爭議。

WATRAS等［33］提出，如果攝食量接近或超過有害赤潮藻的現存量，即使環境很有利于赤潮暴發，也不會產生赤潮。許多研究結果表明，橈足類動物對于浮游植物的日生產力影響顯著，中型浮游動物的攝食顯著地減少了初級生產力［34-35］。橈足類廣泛的捕食行為，導致了攝食率的變化，對赤潮藻類和它們形成赤潮的能力有著明顯不同的影響［36］。此外，TURNER［1］在科德角海灣的研究表明，在早春，橈足類個體小、攝食率低，對塔瑪亞歷山大藻（Alexandrium tamarense）的攝食壓力低；而在晚春，橈足類的種群數量大、個體攝食率增大，對塔瑪亞歷山大藻的攝食壓力增大，可以有效地控制赤潮。本研究中，在東海原甲藻濃度為2×104個·mL-1時，中華哲水蚤的攝食率為1914個·d-1，能夠有效控制藻密度；中華哲水蚤對濃度為3×104個·mL-1的中肋骨條藻的24 h攝食率為1760個·d-1，48 h攝食率為6890個·d-1，消除率為0.13，實驗結束時試驗組中肋骨條藻的濃度降到4800個·mL-1，證明在此濃度下中華哲水蚤的攝食能夠很大程度上控制中肋骨條藻的濃度，從而起到抑制赤潮的作用。

而王巖和張鴻雁［31］研究結果表明，發生海洋原甲藻赤潮后橈足類密度雖然明顯增加，但海洋原甲藻生物量并未因此顯著降低，所以僅憑橈足類攝食很難避免海洋原甲藻赤潮的發生，也很難使已經發生的該藻赤潮迅速消退。根據WALSH和ONEIL［37］的研究結果，短凱倫藻（K.brevis）赤潮期間存在的浮游動物群落不足以終止赤潮的形成。也有研究表明，以中華哲水蚤為優勢物種的中型浮游動物攝食行為并不能有效控制藻華的發展，但其選擇性攝食行為可以一定程度上控制赤潮的演替方向［38］，孫軍等［38］研究結果表明，中華哲水蚤對有害藻華物種存在攝食選擇性和攝食速率的閾值，中華哲水蚤對赤潮區東海原甲藻的偏好攝食和對米氏凱倫藻的排斥攝食在一定程度上控制了赤潮物種演替方向。本研究中，精致真刺水藻對不同濃度的東海原甲藻攝食實驗結果表明，在低濃度下，其攝食行為對藻類濃度的生長有一定的抑制作用，而在濃度高于4×104個·mL-1時，在48 h后其試驗組藻類濃度和對照組沒有顯著差異（P＞0.05），說明當濃度較高時僅憑精致真刺水蚤的攝食很難控制東海原甲藻赤潮發生，也說明當赤潮藻類濃度高時，僅憑橈足類的攝食很難控制赤潮的發生。此外，李優邁等［6］在大亞灣為期兩年的實驗表明，海洋中雖然硅藻占絕對優勢，但中型浮游動物仍偏愛營養較高的甲藻，總體上中型浮游動物雖然對浮游植物有一定的攝食，但其植食性較弱，不能對浮游植物的生物量進行有效控制。

綜上所述，橈足類對赤潮生消的調控作用受赤潮藻種濃度的影響。本文的研究結果表明，這3種橈足類的攝食作用均能一定程度上抑制目標藻種的生長。當藻類濃度低時，橈足類的攝食作用能夠對赤潮生消起調控作用，而當藻類濃度高時，僅憑橈足類的攝食對赤潮的生消作用效果較小。為了全面了解橈足類對赤潮生物的攝食以及控制效果，需要更加廣泛研究不同類型的甲藻優勢種，比如近年來危害較大的米氏凱倫藻的攝食研究，以及通過海區圍隔（或船基圍隔）實驗等中等尺度的研究手段研究不同橈足類對混合赤潮生物攝食效應的協同作用。此外，還需考慮在野外情況下，橈足類的選擇性攝食的問題。