施氏鲟不同组织中δ13C 和δ15N 值的变化规律

李雷，王念民，都煜，李娜，马波

（中国水产科学研究院黑龙江水产研究所，农业农村部黑龙江流域渔业资源与环境重点野外科学观测试验站，黑龙江 哈尔滨 150070）

黑龙江为我国第三大河，全长4 363km，鱼类区系复杂，生物多样性丰富，共有鱼类约105 种，其中冷水性鱼类26 种，占黑龙江鱼类的24.5%[1-3]。抚远江段位于黑龙江中游，为我国名特优鱼类的主产区，2009 年和2010 年调查结果显示，共有鱼类49 种，占整个黑龙江鱼类种类总数的46.7%[4]。

近年来，采用稳定同位素技术研究鱼类的摄食生态、营养级及水域食物网等取得了较大成功[5-7]。一般主要用碳稳定同位素（δ13C）研究食物来源；氮稳定同位素（δ15N）研究营养级位置[8]；碳氮稳定同位素技术主要反映了鱼类长期消化吸收的食物，需求的样本量和工作量较少[9]，尤其是濒危鱼类，稳定同位素技术是一种有效技术。利用稳定同位素研究生物个体营养位置或食物比例，关键是选择组织的稳定同位素误差[10]。不同组织的同位素反映消费者食物特征的时间周期不同，但可能存在同位印迹现象，即可能动物的某一组织并不完全反应其整体的食物组成[11]。目前年龄、规格、食物来源、栖息地等对鱼类组织中δ13C和δ15N值的影响已有许多研究[5,6,12]，但对不同组织类型对碳氮稳定同位素影响的研究还缺乏，部分鱼类甚至为空白，如中华鲟Acipenser sinensis、密 苏 里 铲 鲟Scaphirhynchus albus 和 湖 鲟Acipenser fulvescens 等[13-15]已有一定研究，而施氏鲟Acipenser schrenckii 不同组织中碳氮稳定同位素的数值目前尚为空白。

施氏鲟主要栖息于黑龙江流域河道中，喜底质砂砾江段，冬季在深水区越冬，主要摄食底栖无脊椎动物和小型鱼类[1,16]。近年来由于过度捕捞，施氏鲟资源严重衰退[17]，1998 年被中国濒危动物红皮书列为易危物种，2015 年被世界自然保护联盟（IUCN）列为极危物种[17,18]。近年来，对施氏鲟的研究主要集中于形态分类、食性、遗传和生理等[18]，而对施氏鲟不同组织的同位素研究为空白。本文通过研究黑龙江中游抚远江段施氏鲟不同组织的氮、碳稳定同位素关系，以弥补施氏鲟不同组织间稳定同位素关系研究的空白，并可为利用碳氮稳定同位素深入研究施氏鲟食物来源及营养级位置的取样提供参考。

1 材料与方法

1.1 样本的采集和处理

2015 年5 月向当地渔民收购了黑龙江中游抚远江段施氏鲟样本17 尾，体长范围为212～973mm，体质量范围为40.9～3 500.8g，用于分析稳定同位素。现场测量施氏鲟样本的体长、全长（精确到0.1cm）及体质量（精确到0.1g）后，并取出背部白肌肉（DM）、背部骨板（BL）、鳃（G）和肝（L），保存于5mL 的离心管中。所有样品在60℃下加热48h 以上至恒重，再用研钵研磨成均匀粉末，送到相关测试公司测定同位素。

1.2 数据处理分析

利用单因素方差分析（One-way ANOVA）中的Tukey post-hoc 检验方法分析施氏鲟背部肌肉、骨板、鳃和肝4 种组织间的稳定同位素比率（δ13C和δ15N）的平均值。利用一元线性回归（Linear Regression）分析施氏鲟不同组织稳定同位素比率（δ13C 和δ15N）两两间的关系。

表1 施氏鲟背部肌肉（DM）、骨板（BL）、鳃（G）和肝（L）四种组织的δ13C 和δ15N 值Tab.1 Values of δ13C and δ15N in dorsal muscle（DM）,bony shield（BL）,gill（G）,and liver（L）of juvenile Amur sturgeon Acipenser schrenckii

表2 施氏鲟背部肌肉（DM）、骨板（BL）、鳃（G）和肝（L）四种组织两两之间的δ13C 和δ15N 平均值单因素方差分析（One-way ANOVA）Tab.2 The ANOVA of mean values of δ13C and δ15N in dorsal muscle（DM）,bony shield（BL）,gill（G）and liver（L）of juvenile Amur sturgeon Acipenser schrenckii

数据均采用SPPS 16.0 和EXCEL 等软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同组织的δ13C 和δ15N 组成

由表1 和表2 可知：施氏鲟四种组织的δ13C平均值之间存在显著性差异（P＜0.01），其中背部肌肉的δ13C平均值最高，然后依次为骨板、鳃和肝。施氏鲟背部肌肉、骨板、鳃和肝的δ13C平均值两两进行对比表明，背部肌肉的δ13C平均值略高于骨板的δ13C 平均值，无显著性差异（P＞0.05）。背部肌肉的δ13C平均值显著高于鳃和肝的δ13C平均值（P＜0.001），差值分别为（1.32±0.09）‰和（3.48±0.14）‰；骨板的δ13C 平均值显著高于鳃和肝的δ13C 平均值（P＜0.001），差值分别为（1.25±0.12）‰和（3.42±0.14）‰。鳃的δ13C平均值显著高于肝的δ13C 平均值（P＜0.001），其差值为（2.17±0.13）‰。

图1 施氏鲟背部肌肉（DM）、骨板（BL）、鳃（G）和肝（L）四种组织两两之间δ13C 的散点图Fig.1 Scattered plot of δ13C values in muscle（DM）,bony shield（BL）,gill（G）and liver（L）of juvenile Amur sturgeon Acipenser schrenckii

施氏鲟四种组织的δ15N平均值之间差异显著（P＜0.01），其中骨板的δ15N平均值高于背部肌肉、鳃和肝脏的δ15N平均值（表1、表2）。四种组织氮平均值的Tukey’s post-hoc HSD 检验结果显示：肌肉和骨板之间的δ15N平均值具有显著性差异（P＜0.05），肌肉的δ15N平均值显著小于骨板的δ15N 平均值，其差值为（0.54±0.11）‰；肌肉的δ15N 平均值略高于鳃的δ15N平均值，但无显著性差异（P＞0.05），其差值为（0.14±0.06）‰；肌肉的δ15N平均值略低于肝的δ15N平均值（P＞0.05），其差值为（0.13±0.12）‰。骨板的δ15N平均值显著高于鳃的δ15N平均值（P＜0.01），其差值为（0.68±0.06）‰。骨板和肝的δ15N平均值无显著性差异（P＞0.05）。鳃的δ15N平均值略小于肝的δ15N平均值（P＞0.05）。

2.2 不同组织δ13C 的关系

由图1 可知，肌肉和骨板的δ13C呈显著的正相关线性关系（P＜0.01，图1a）,背部白肌肉（DM）=0.685体长（BL）-8.817（r2=0.841）。背部肌肉和鳃的δ13C呈显著的正相关线性关系（P＜0.01，图1b），DM=0.799G（鳃）-4.596（r2=0.693）。背部肌肉和肝的δ13C呈显著的正相关线性关系（P＜0.01，图1c），DM=0.540L（肝）-11.046（r2=0.841）。骨板和鳃的δ13C 呈显著的正相关线性关系（P＜0.01，图1d），BL=1.046G+2.614（r2=0.662）。骨板和肝的δ13C呈显著的正相关线性关系（P＜0.01，图1e），BL=0.690L-6.374（r2=0.679）。鳃和肝的δ13C呈显著的正相关线性关系（P＜0.01，图1f），G=0.576L-11.219（r2=0.783）。综上所述，背部肌肉、骨板、鳃和肝之间的δ13C 具有相关性，获得施氏鲟四种组织的任何一种组织的碳稳定同位素值均可推算出另一种组织的碳稳定同位素值。

2.3 不同组织δ15N 的关系

对施氏鲟背部肌肉、骨板、鳃和肝中δ15N的两两之间的关系分析显示：肌肉和骨板的δ15N之间呈显著的正相关线性关系（P＜0.01，图2a），DM=0.488BL+6.031。背部肌肉和鳃的δ15N之间呈显著的正相关线性关系（P＜0.01，图2b），DM=0.652G+4.369（r2=0.866）。骨板和鳃的δ15N之间呈显著的正相关线性关系（P＜0.01，图2c），BL=1.335G-3.389（r2=0.965）。肝的δ15N分别与背部肌肉、骨板和鳃的δ15N 没有显著的线性关系（P＞0.05）。综上所述，背部肌肉、骨板和鳃之间的δ15N具有相关性，获得施氏鲟三种组织的任何一种组织的氮稳定同位素值均可推算出另一种组织的氮稳定同位素值。

图2 施氏鲟背部肌肉（DM）、骨板（BL）、鳃（G）和肝（L）四种组织两两之间δ15N 的散点图Fig.2 Scattered plot of δ15N values in muscle（DM）,bony shield（BL）,gill（G）and liver（L）of juvenile Amur sturgeon Acipenser schrenckii

3 讨论

本研究表明：施氏鲟背部肌肉、骨板、鳃和肝中δ13C平均值存在显著差异，除背部肌肉和骨板的δ13C平均值；背部肌肉和骨板的δ15N平均值之间以及骨板和鳃的δ15N平均值之间存在显著的差异性。其中，肌肉的δ13C平均值最高，依次为骨板、鳃和肝；骨板的δ15N平均值高于背部肌肉、鳃和肝的δ15N 平均值。许多研究证明，稳定同位素具有组织特异性[19-21]。其原因可能有两个方面：一与消费者自身的新陈代谢速率有关（即内因），二与外界环境有关（即外因）。内因方面，可能与不同组织对食物中同位素的吸收程度不同，如Hobson 和Bairlein（2003）研究表明，动物摄取的不同食物并非进行充分混合后平均分配到个体的不同组织，而是直接进入动物的特定组织（即同位素印迹现象）[22]；其次，不同组织中蛋白质的含量不同，即氨基酸的含量和比例不同[23]。相关文献显示，脂肪含量和δ13C值呈负相关[23]，这也可能是导致不同组织同位素值不同的原因之一。外因方面，稳定同位素的组织特异性可能与环境参数和栖息地有关[24,25]。Deudero 等（2009）研究了紫贻贝Mytilus galloprovincialis 消化腺、肌肉和鳃3 种组织的稳定同位素，结果显示，不同组织的稳定同位素和采样点之间存在显著相关性[26]。施氏鲟不同组织的稳定同位素组织特异性是否与以上两方面有确切的关系，仍需进一步深入的研究。

不同组织之间稳定同位素值的差异反映了施氏鲟不同时间尺度的食物特征。Jim 等（2004）研究表明，血液同位素值反映的是几小时到几天；肌肉等组织同位素值反映的可能是几周、几个月甚至几年；骨骼反映的可能是几十年甚至一生[27]。这结果可能与不同组织的同位素转化率不同有关，同位素转化率较低的组织反映的时间尺度大，同位素转化率高的组织反映的时间尺度小[11,28,29]。韩羽嘉等（2017）对黄条Seriola aureovittata 不同组织碳稳定同位素的转化率研究表明，肝脏的碳稳定同位素转化率最高，依次为鳃和肌肉[30]；张妙等（2016）研究表明，黄颡鱼Pelteobagrus fulvidraco 肝脏的碳氮稳定同位素转化率高于鳃[31]。本研究中，肌肉和骨板的碳氮稳定同位素值较高，可能与其同位素转化率较低有关，反映了施氏鲟食物特征的时间尺度长；肝脏的稳定同位素值较低，可能与这种组织的同位素转化率较高有关，反映施氏鲟食物特征的时间尺度短。

本研究中，肝δ13C值分别与背部肌肉、骨板、鳃等组织的δ13C具有显著的线性关系，然而肝的δ15N 分别与背部肌肉、骨板和鳃δ15N却没有显著的线性关系。动物不同组织间氮同位素分馏效应差异很大[11]。Roth 和Hobson（2000）对红狐Vulpes vulpes 的研究表明，血清和食物之间的氮同位素富集值为4.2‰，肝、肌肉和毛皮分别与食物的氮同位素富集值却较低[32]。因此，施氏鲟肝的氮同位素富集程度可能与其他组织的氮同位素富集程度存在差异。碳同位素主要反映了食物组成，而氮同位素受到多种因素综合的影响[33]。