稳定同位素模型在水生生态系统食物网中的研究进展

水生生态系统食物网具有错综复杂的营养关系。稳定同位素技术的发展对了解生物间的摄食关系和食物网结构发挥着极为重要的作用。其中,稳定同位素混合模型(stable isotope mixing models, SIMMs)近年来的迅猛发展为进一步解决水生食物网的复杂性问题提供了有力的手段,尤其是在确定食物来源贡献和构建营养生态位方面。在本研究中,作者综述了稳定同位素模型的发展历程、主要模型的特点以及运行这类模型的条件;同时,对稳定同位素混合模型在水生生态系统食物网领域中的应用前景与局限性进行了总结与展望,以期为相关研究者提供参考     

碳、氮稳定同位素在构建海洋食物网及生态系统群落结构中的研究进展

该文综述了碳、氮稳定同位素在海洋生态系统中的最新研究进展及应用,着重讨论了海洋食物网中不同层级消费者的营养级时空变化及食性特征,为海域生态系统及其动态关系提供了重要手段,也为现代同位素全球生物化学提供理论基础。     

基于碳、氮稳定同位素技术的秋刀鱼栖息地变动研究

为了解秋刀鱼(Cololabis saira)的栖息地分布特征,根据2018年7—11月秋刀鱼渔船“鲁蓬远渔027”在西北太平洋公海(40°28′N～48°56′N、150°08′E～164°20′E)采集的127尾秋刀鱼样本,测定了其肌肉组织稳定同位素含量,分析了肌肉的碳稳定同位素比值(δ¹³C)和氮稳定同位素比值(δ¹⁵N),探讨了δ¹³C和δ¹⁵N的时空分布规律。基于广义加性模型(GAM)分别讨论了δ¹³C、δ¹⁵N与纬度、体长、离岸距离和叶绿素a浓度之间的关系。t检验结果表明,秋刀鱼雌雄个体间的δ¹³C、δ¹⁵N不存在显著性差异(P>0.05)。不同体长组间的δ¹³C和δ¹⁵N的分布较为相似,整体上呈现先上升后平稳的趋势。分析认为,1龄的秋刀鱼栖息在亲潮海域,随后向南洄游到黑潮-亲潮混合水域。GAM模型结果显示,δ¹³C与纬度呈负相关...     

环境DNA(eDNA)技术在水生生态系统中的应用研究进展

环境DNA(Environmental DNA,eDNA)是指从皮肤、黏液、唾液、精子、分泌物、卵、粪便、尿液、血液、根、叶、果实、花粉和腐烂体等释放出来的、普遍存在的、游离的DNA分子。环境DNA技术是指从环境样品(土壤、沉积物和水体等)中直接提取DNA片段后利用测序技术进行定性或定量分析的方法。近年来随着分子生物学的发展,环境DNA技术已经成为一种新的水生生物调查方法,其主要被用来进行生物入侵的防治、濒危物种的保护、生物多样性的评价以及生物量的评估等。作者综述了环境DNA技术的发展历程、操作流程、在水生生态系统中的应用、优势以及存在的问题,同时对环境DNA在生态学领域中的应用前景进行了展望。     

环境DNA (eDNA) 技术在水生生态系统中的应用研究进展

近年来,环境DNA (eDNA) 技术广泛应用于水生生物多样性研究。以珠江河口咸淡水生态系统为研究区域,采用滤膜法富集eDNA,选取直径47 mm、孔径0.45 μm的硝酸纤维膜、醋酸纤维膜、玻璃纤维膜和聚碳酸酯膜共4种材质的滤膜,采用4种滤膜保存方法,结合2种试剂盒提取eDNA,评估不同组合方案对eDNA提取效果的影响。结果显示,滤膜材质和保存方法对eDNA产量具有显著影响;其中,醋酸纤维膜获取的eDNA浓度最高。在DNA提取物质量相当的情况下,海洋动物组织基因组DNA提取试剂盒提取的eDNA浓度高于DNeasy Blood and Tissue kit试剂盒。在不同保存条件下,“液氮”保存法获取的eDNA浓度最高。在不具备冷冻条件时,可添加乙醇,常温保存滤膜。采样后立即过滤水样能够有效防止eDNA降解。文章建立了珠江口咸淡水生态系统水样eDNA的获取、保存和提取方案,可为相似水域的eDNA研究提供参考。     

应用碳、氮稳定同位素技术分析胶州湾方氏云鳚的摄食习性

根据2011年5月在胶州湾进行的底拖网调查, 应用碳、氮稳定同位素技术对胶州湾方氏云鳚(Enedrias fangi) 的食物组成、营养级和摄食习性的体长变化等方面进行研究。结果表明, 胶州湾方氏云鳚的δ¹⁵N值范围是10.14‰~15.50‰, 跨度为5.36‰, 平均值为(12.83±1.10)‰; δ¹³C值范围是–21.52‰ ~–18.14‰, 跨度为3.38‰, 平均值为(–20.42±0.73)‰。方氏云鳚的饵料生物主要包括鲜明鼓虾(Alpheus distinguendus)、鹰爪虾(Trachypenaeus curvirostris)、海蜇虾(Latreutes anoplonyx)、疣背宽额虾(Latreutes planirostris)、沙蚕、粒径大于900 μm的浮游动物, 其中以海蜇虾和粒径大于900 μm的浮游动物为主, 贡献率分别为47%~66%和35%~40%; 其他饵料生物的重要性由高到低依次为沙蚕、疣背宽额虾、鹰爪虾和鲜明鼓虾, 其贡献率分别为0%~15%、0%~5%、0%~5%、0%~2%。经Pearson相关性检验发现, δ¹⁵N与方氏云鳚的体长无显著相关(P>0.05), 而δ¹³C与方氏云鳚体长呈显著正相关(P<0.05)。以δ¹⁵N计算方氏云鳚各体长组的营养级范围为3.33~3.79, 平均营养级为3.65±0.14, 并不随着鱼体长的增加而升高。与以往的研究相比,方氏云鳚的食物组成和营养级均发生了一定程度的变化,基础饵料生物的波动和分析方法的不同可能是导致变化的主要原因。另外,基线生物、富集度以及样品数量和体长范围的不同也是导致方氏云鳚营养级存在差异的原因之一。本研究旨在深入了解方氏云鳚在胶州湾生态系统中所处的地位和作用,为今后深入研究胶州湾生物群落的营养结构以及食物网的物质循环和能量流动提供基础资料。

     

基于碳、氮稳定同位素技术的大亚湾紫海胆食性分析

为掌握大亚湾紫海胆(Heliocidaris crassispina)的食性特征,应用碳、氮稳定同位素技术对2015年8月所采集紫海胆样本的稳定同位素特征、营养级和食性特征进行了初步研究。结果表明,大亚湾紫海胆平均δ~(13)C值为-(13.35±1.21)‰,平均δ~(15)N值为(9.14±0.38)‰,平均营养级为2.11±0.14。不同壳径紫海胆之间的碳、氮稳定同位素比值无显著性差异(P0.05)。大亚湾海域紫海胆生活环境周围生物δ~(13)C值分布范围为-20.76‰~-9.93‰,δ~(15)N值分布范围为-0.16‰~14.99‰,营养级范围为1.34~3.77。大亚湾主要生物种类可划分为悬浮物、初级生产者和初级消费者、次级消费者、顶级消费者4个营养组群,其中紫海胆属于次级消费者。8月份调查海域珊瑚稀少,大型海藻密度低且死亡降解形成颗粒有机物(Particulate Organic Matter,POM),陆源POM随降雨大量流入大亚湾,导致紫海胆在8月份摄食偏向碎屑食物链,主要食物来源为POM,平均贡献率为67.3%;其余摄食种类为沉积物(Sediment Organic Matter,SOM)、裂叶马尾藻(Scagassum siliquastrum)、底栖硅藻、浮游动物及浮游植物,平均贡献率分别为9.7%、9.3%、6.7%、3.7%及3.3%。大亚湾紫海胆摄食种类与其栖息地底栖生物存在重叠,具有一定的食物竞争关系。研究表明,分析紫海胆食性特征对了解其所在生态系统中营养级水平具有重要意义。     

东海中北部游泳动物稳定碳氮同位素研究

利用稳定同位素方法分析2009年夏季东海中北部23种游泳动物的类群差异、种间和种内变异。结果显示,东海北部游泳动物种间C、N同位素比值变化范围较大,δ15N值范围为6.9‰~13.4‰,1δ3C值为-20.7‰~-14.7‰。其中虾类生物1δ3C平均值为(-17.06±1.43)‰,δ15N平均值为(10.26±0.84)‰;头足类生物1δ3C平均值为(-16.54±0.97)‰,δ15N平均值为(11.68±0.62)‰;小型鱼类δ13C平均值为(-16.27±0.84)‰,δ15N平均值为(10.36±1.25)‰;大中型鱼类δ13C平均值为(-16.89±1.32)‰,δ15N平均值为(11.25±1.03)‰。方差分析结果显示,4个类群的稳定C、N同位素比值具有显著差异(P<0.01)。种内不同个体间也存在较大差异。线性回归表明鹰爪虾(Trachypenaeus curvirostris)、戴氏赤虾(M etapenaeopsisdalei)、脊腹褐虾(Crangon affinis)、小黄鱼(Larim ichthys polyactis)、蓝圆鲹(Decapterus maruadsi)和黄鮟鱇(Lophius litulon)6种游泳动物体长和1δ3C值之间存在显著的相关关系,脊腹褐虾、小黄鱼、银鲳(Pampusargenteus)和白姑鱼(Argyrosomus argentatus)4种动物1δ5N值随体长增加发生显著变化。此外,1δ5N值与种间大小格局也具有显著相关性。稳定同位素分析结果表明,东海游泳动物生态位重叠现象明显,种类摄食特化程度不高,营养结构正趋向简单化。     

环境DNA在水生生态系统生物量评估中的研究进展

通过环境DNA技术 (Environmental DNA, eDNA) 检测珠江中下游鱼类生物多样性,探索珠江中下鱼类多样性监测和保护的新途径。2023年2月在珠江中下游设置了桂平、藤县、封开、德庆、肇庆和九江共6个采样点,通过水样采集及过滤、eDNA提取、遗传标记扩增及测序和数据库比对分析等流程检测鱼类多样性。结果表明,6个采样点共检测出30种鱼类,隶属于4目10科27属,其中土著鱼类26种,外来种4种。较已有传统调查数据新检出2种鱼类：美丽沙鳅 (Botia pulchra) 和齐氏罗非鱼 (Oceochromis zillii)。鱼类优势种为子陵吻鰕虎鱼 (Rhinogobius giurinus)、瓦氏黄颡鱼 (Pelteobagrus vachellii)、鲢 (Hypophthalmichthys molitrix)、尼罗罗非鱼 (O. nilotica)、齐氏罗非鱼、南方波鱼 (Rasbora steineri) 和鲤 (Cyprinus carpio)。根据Shannon指数和Simpson指数显示,eDNA检测九江和桂平站点的鱼类多样性最高,藤县的最低。作为一种新的检测方法,eDNA技术可用于快速检测珠江中下游鱼类的多样性及分布,在实际应用中可将eDNA技术与传统的监测方法相结合,以提供更全面的鱼类生物多样性数据信息。

     

RAD测序技术及其在水生生物研究中的应用

正RAD测序技术是利用限制性内切酶消化降低基因组的复杂度,对特定的酶切片段进行高通量测序,实现基因分型的技术。RAD测序技术操作简便,能够不依赖参考基因组序列进行大规模SNP位点的开发,成为非模式生物尤其是水生生物最为有效、经济的SNP开发方法,RAD测序技术已经应用于群体进化、遗传图谱构建、QTL定位、性状关联和系统发生分析等研究领域,提供了解析重要的复杂性状分子机制的有效途径。与此同时,在RAD测序基础上发展起来了多种新型的RAD测序技术为     

环境DNA在水生生态系统生物量评估中的研究进展

环境DNA (Environment DNA, eDNA)技术因其无创、高效、经济、灵敏等特点在水生生态系统生物评价中愈来愈引起人们的重视。文章围绕eDNA技术的内容、应用现状和面临的挑战3个方面,系统综述了该技术在实验室环境和野外环境水生生态系统生物量评估中的应用进展,探讨其优劣势、生态过程、评估错误等内容,展望了该技术在水生生物量评估领域的应用前景,以期为eDNA技术的相关应用研究提供参考。     

蛋白质组学研究在水生生物中的应用

1994年,澳大利亚Macquaire大学的WiUkins和Willimm在意大利Siena召开的双向电泳会议上首次提出了“蛋白质组”这一名词,并将其定义为“基因组所表达的全部蛋白质”。这个概念的提出标志着一个新的学科——蛋白质组学(proteomics)的诞生。     

基于碳、氮稳定同位素的大亚湾渔业生物群落营养结构

根据2017年夏季和2018年冬季于大亚湾海域进行的底拖网渔业生物调查,该研究采用碳、氮稳定同位素(δ~(13)C、δ~(15)N)技术,分析了大亚湾渔业生物的δ~(13)C、δ~(15)N基本特征,构建了连续营养级谱,并探讨了不同季节渔业生物营养结构的差异。结果显示,大亚湾海域渔业生物的δ~(13)C介于-19.66‰～-15.19‰,均值为(-17.26±0.86)‰;δ~(15)N介于11.63‰～16.01‰,均值为(13.59±0.96)‰。以小型浮游动物的δ~(15)N平均值作为基准构建渔业生物营养级谱,发现大亚湾海域渔业生物的营养级介于2.99～4.28,鱼类的营养级跨度最广,食性较复杂。运用SIBER模型计算了渔业生物的7个营养结构量化指标,发现部分生物摄食共同的饵料,存在生态位重叠现象。此外,夏季群落营养冗余度比冬季低。     

河流溶解无机碳稳定碳同位素示踪技术及其在中国河流碳循环研究中的应用

河流溶解无机碳（DIC）是全球碳循环中的重要组成部分。河流DIC的稳定碳同位素（δ13CDIC）已被广泛用于辨识流域内碳的来源和迁移转化过程。本研究综合现有文献,系统梳理了河流δ13CDIC的影响因素和变化机理,论证了该指标能够忠实、敏感反映流域环境特征及各种地表过程,可用于重建流域碳循环体系中的生物地球化学过程。由于河流碳来源及迁移转化过程的复杂性,关于河流δ13CDIC的影响机理仍有较多细节尚未探明。通过收集和分析我国主要河流的δ13CDIC数据发现,在全国尺度上我国河流δ13CDIC呈现出“西高东低”的变化格局,基本反映了我国地质、气候及生态环境的空间分布特征。青藏高原地区河流δ13CDIC值整体上比起其地区明显偏高,关于这一现象的形成机制还有待进一步研究。最后,我们对未来研究工作应重点关注的内容提出建议,以期进一步完善和提升河流DIC同位素示踪理论及其在揭示碳循环过程和机理方面中的应用。     

华南典型海湾主要渔业生物碳氮稳定同位素研究

为了解生境差异显著的华南典型海湾主要渔业生物的营养结构特征,于2015年丰水期研究了海陵湾和陵水湾主要渔业生物碳、氮稳定同位素比值(δ~(13)C和δ~(15)N),并计算了基于δ~(13)C-δ~(15)N量化的营养结构。结果表明,海陵湾主要渔业生物的δ~(13)C [(-15.36±0.62)‰]和δ~(15)N [(15.53±0.94)‰]均显著高于陵水湾(P0.01),但δ~(13)C差值(CR)和δ~(15)N差值(NR)低于陵水湾。陵水湾渔业生物NR和总面积(TA)都高于海陵湾,表明陵水湾比海陵湾食物链更长,多样性水平更高。以3.4‰作为一个营养级的氮稳定同位素富集度来计算,陵水湾渔业生物营养级级距仅为1.37,而海陵湾主要渔业生物营养级级距小于1,说明陵水湾和海陵湾均处于高营养级生物较少且食物网受干扰较多的状态。     

基于碳、氮稳定同位素的黄海北部口虾蛄食性分析

2018年定点用张网采集黄海北部(122°14’～122°15’E,39°17’～39°18’N)1龄[体长(8.37±0.59)cm,体质量8.77±1.75)g]和3龄口虾蛄Oratosqilla oratoria[体长(14.28±0.55)cm,体质量(48.08±2.84)g]12次,取肌肉组织进行稳定同位素测定,探究黄海北部口虾蛄的食物组成,及其可能摄食生物的碳、氮稳定同位素比值,研究不同饵料生物在口虾蛄食物中的贡献比率。结果表明,黄海北部口虾蛄的δ¹³C值在-17.27‰～-16.22‰,δ¹⁵N值在13.95‰～15.34‰,平均值分别为(-16.57±0.37)‰和(14.68±0.39)‰,均高于本次采集的其他生物样本;黄海北部口虾蛄的营养级为3.58±0.12,主要饵料生物为蟹类和虾类,其营养级分别为3.02±0.30和3.13±0.19,其中蟹类在口虾蛄食物中的平均贡献率为53%;虾类的平均贡献率为47%。     

海湾扇贝碳氮稳定同位素的分馏系数和转化率研究

应用稳定同位素技术检测了海湾扇贝肝胰脏、性腺、闭壳肌3种组织及其饵料的C、N稳定同位素比值,对海湾扇贝3种组织C、N稳定同位素的分馏系数和转化率进行研究。试验结果表明,海湾扇贝的体质量和壳高均未发生显著变化(P0.05),3种组织C、N稳定同位素变化主要由新陈代谢引起。相同年龄、不同规格海湾扇贝的δ~(13) C、δ~(15) N值无显著差异(P0.05)。试验前后,肝胰脏和性腺组织的δ~(13) C、δ~(15) N值均发生显著变化(P0.05),C同位素分馏系数分别为3.92‰、2.15‰,N同位素分馏系数分别为1.84‰、7.84‰,而闭壳肌组织的δ~(13) C、δ~(15) N值未发生显著变化(P0.05),未得出其有效的C、N同位素分馏系数。肝胰腺和性腺组织的N元素半衰期(20d)是C元素半衰期(10d)的两倍。该研究结果可为海湾扇贝等贝类饵料来源、基础生物学研究及海洋食物网的科学构建提供科学依据。     

基于碳氮稳定同位素的太湖鱼类营养生态位研究

为探究太湖鱼类的营养生态位特征，于2019~2020年开展了太湖鱼类的碳氮稳定同位素调查，分析了鱼类营养生态位大小、生态位重叠度及营养级。研究结果表明，鱼类δ13C值范围为-27.67‰~-17.92‰，δ15N值范围为6.02‰~20.31‰。营养生态位大小（SEAc值）范围为0.14‰2~20.43‰2，其中黄颡鱼的生态位最大，光泽黄颡鱼的生态位最小。短颌鲚、陈氏短吻银鱼和鲢的SEAc值均较小，表明他们利用的食物源和生境范围较窄，鳙的SEAc值较大，表明其利用的食物源和生境范围较广。鱼类的营养生态位重叠度为0~70.6%。大银鱼与翘嘴鲌的生态位重叠度最大（70.6%），其次为鲈与翘嘴鲌（39.9%），其余物种间的生态位重叠度范围为0~38.9%。短颌鲚与其他肉食性鱼类的生态位重叠度较小，表明他们之间的食物资源竞争较弱。陈氏短吻银鱼与鲢、鳙在生态位上存在明显的分离，这与陈氏短吻银鱼专食浮游动物有关。鱼类营养级范围为0.73~3.62，鮠一种的营养级最高，泥鳅的营养级最低。分析表明，鱼类营养生态位的大小与其摄食的食物种类以及对不同生境的利用程度有关；大部分鱼类间生态位重叠度较低，表明鱼类在资源利用上存在较大分离。本研究结果也为太湖鱼类食物网分析及渔业资源管理提供了基础数据。     

RAPD技术在水生生物中的研究进展

简要介绍了RAPD技术的原理及其在水生生物中的应用。RAPD技术在生物多样性、种群鉴定、亲缘关系和系统发育、构建遗传连锁图谱、进行杂种后代的分子生物学分析、寻找与生产性能或抗病力相关的分子遗传标记、性别鉴定、外源导入基因的检测等领域有重要的应用。     

不同氮磷比对海洋赤潮藻碳、氮稳定同位素组成的影响

为查明营养盐对不同赤潮藻不同生长阶段的影响,通过测定不同营养条件下培养的7种赤潮藻δ13 C和δ15 N值,比较不同生长阶段、不同藻种之间稳定同位素组成的差别。结果显示,7种赤潮藻δ13 C和δ15 N值存在一定的差异,海洋原甲藻具有较高的δ13 C值;海洋球石藻δ13 C值相对较小;新月菱形藻、威氏海链藻和塔玛亚历山大藻具有相似的δ13 C值。强壮前沟藻、海洋原甲藻和塔玛亚历山大藻δ15 N值要高于其他赤潮藻,威氏海链藻、海洋球石藻、中肋骨条藻和新月菱形藻具有相似的δ15 N值。塔玛亚历山大藻在NP、3N、1/3P和3P组别指数期δ13 C值要低于稳定期,其他6种赤潮藻指数期δ13 C值要高于稳定期。几种赤潮藻δ13 C值与NO3-和PO3-4浓度普遍呈显著正相关;δ15 N值与NO3-浓度普遍呈显著负相关,与PO3-4浓度普遍呈显著正相关。