常见桡足类对赤潮生物中肋骨条藻和东海原甲藻的摄食效应研究

陈雯雯，向 舒，沈盎绿

（上海海洋大学海洋生态与环境学院，上海 201306）

海洋中型浮游动物包括桡足类、水母类、毛颚类、被囊类等，其中桡足类的平均丰度占浮游动物总量的80%［1］，有关桡足类摄食率的研究已成为浮游生态系统动力学研究的重要内容之一［2］，饵料浓度差减法、同位素示踪法和肠道色素法等是目前研究桡足类摄食率的主要方法［3］。其中同位素示踪法的标志物造价较高，且可能造成放射性污染［4］；肠道色素法分析方法简单，其优势在于可以测定不同体长的浮游动物的摄食量，但是桡足类摄食过程中的色素降解会造成大比例摄食率被低估［5］；饵料浓度差减法虽然费时，但显微镜观察可实现对浮游植物和浮游动物的定性定量观察，该方法比肠道色素法能提供更多的摄食信息，在研究中型浮游动物选择性摄食方面具有相当大的优势［6］。

国内目前对常见中型浮游动物的摄食研究主要集中在中华哲水蚤（Calanus sinicus），例如不同藻类种类和浓度对中华哲水蚤摄食的影响［7-8］、中华哲水蚤对藻类的选择性摄食［9］等。浮游动物摄食在赤潮生消过程中起着相当重要的作用［10］，东海赤潮高发区最主要的赤潮生物为中肋骨条藻（Skeletonema costatum）、东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）和米氏凯伦藻（Karenia mikimotoi）［11-13］，其中东海原甲藻赤潮和中肋骨条藻赤潮的数量分别占东海赤潮总量的30.2%和13.8%，但目前在中型浮游动物摄食效应对其赤潮生消影响方面的研究还未见报道。本文以东海区硅藻赤潮优势种中肋骨条藻和甲藻赤潮优势种东海原甲藻为研究对象，采用饵料浓度差减法研究了东海区常见中型浮游动物中华哲水蚤、精致真刺水蚤（Euchaeta concinna）和双刺唇角水蚤（Labidocera bipinnata）对两种藻类的摄食效应，探讨了桡足类的摄食作用对赤潮生消的影响，以期为分析桡足类对赤潮藻类的摄食作用及其对赤潮生消的影响及为赤潮生物防治提供更多选择。

1 材料与方法

1.1 藻类培养

中肋骨条藻（GY-H11）、东海原甲藻（GYH40）购自上海光语生物科技有限公司，釆用f／2培养基，培养温度为25℃，光照强度大约为每秒40μmol photons·m-2，光暗比为12 h∶12 h。另外，通过浮游植物分类荧光仪（PHYTO-PAM-ED，德国Walz公司）来测定叶绿素a（Chl a）含量。培养基所用海水采自浙江省舟山市漳州湾近岸（29°54′56″N、122°25′14″E），海水经过孔径为0.45μm的滤膜过滤后备用。海水和培养基储备液通过高压蒸汽灭菌（121℃、20 min），所有培养基储备液、藻类培养等所需三角瓶等全部经过高压灭菌后使用。将培养处于指数生长期的藻类用于实验，本次实验通过计数法在显微镜下计数确定藻类浓度（0.9 mL的藻液用0.1 mL的鲁哥试剂固定于2 mL的离心管中）。

1.2 桡足类样品采集与实验方法

2019年7 月和2020年7月，租用渔船在漳州湾近岸用浅水I型浮游生物网浮游采集浮游动物，40 min内返回实验室，用大口吸管在体视显微镜下挑选出优势种中华哲水蚤、精致真刺水蚤和双刺唇角水蚤，分别于1 L的塑料箱中驯化培养。饥饿24 h后，挑选出活力较好的10只个体于200 mL培养皿中进行摄食实验，设3个平行，具体实验设计见表1。其中，为了进一步阐明桡足类对不同浓度赤潮藻类的设施效果，双刺唇角水蚤对中肋骨条藻的摄食实验和精致真刺水蚤对东海原甲藻的摄食实验中两种藻类都分别设置了3种浓度梯度。实验并建立两组空白组，其中一组记录无桡足类存在情况下藻类的生长情况，另一组记录无藻类存在情况下浮游动物的存活情况。根据对照组桡足类的活力情况，中华哲水蚤和精致真刺水蚤实验周期为48 h，双刺唇角水蚤实验周期为24 h。实验开始及之后的每24 h取样。

1.3 数据处理

藻类的生长率（μ）和平均浓度（C）的计算参考CHEN和LIU［14］：

式中，C0、Ct分别表示藻类对照组中藻类的始末浓度（个·mL-1）；t表示时间（d）；P0、Pt分别表示桡足类试验组中藻类的始末浓度（个·mL-1）。

桡足类的消除率（clearance rate，F）和摄食率（ingestion rate，I）的计算参考FROST［15］：

式中，F、C分别表示桡足类的消除率和藻类的平均浓度；Pc、Pt分别表示藻类对照组中藻类的最终浓度及桡足类试验组中藻类的最终浓度（个·mL-1）；n表示桡足类个体数。

所有的数据均为平均数±标准差（3组），首先采用SPSS19.0软件对数据进行正态化分布检验（Shapiro-Wilk检验）和方差齐性检验（Levene检验），在此基础对不同时间（24 h和48 h）的摄食效应进行独立样本t检验，对不同藻类起始浓度的摄食效应进行单因子方差分析，组间差异显著的情况下（P＜0.05）采用Tukey's方法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 中华哲水蚤的摄食效应

2.1.1 中华哲水蚤对中肋骨条藻的摄食效应

如图1-A所示，实验结束时，试验组中肋骨条藻的浓度降到0.48×104个·mL-1，显著低于对照组（P＜0.05），甚至低于起始浓度。如图1-B所示，中华哲水蚤对起始浓度为2.5×104个·mL-1的中肋骨条藻的24 h和48 h摄食率分别为1760、6890个·d-1，中华哲水蚤对中肋骨条藻24 h和48 h的消除率分别为0.06和0.13（P＜0.05），实验过程中中华哲水蚤排出大量粪便。实验结果表明，在中华哲水蚤的摄食下，中肋骨条藻的浓度得到了很好的控制。

图1 中肋骨条藻浓度变化情况（A）及中华哲水蚤对中肋骨条藻的摄食效应（B）Fig.1 Changes in concentration of S.costatum（A）and feeding effect of C.sinicus on S.costatum（B）

2.1.2 中华哲水蚤对东海原甲藻的摄食效应

如图2-A所示，48 h后试验组的藻类浓度相比于对照组有显著减少（P＜0.05），甚至低于起始浓度。如图2-B所示，中华哲水蚤对起始浓度为2.0×104个·mL-1的东海原甲藻的24 h和48 h的摄食率分别为-385、1914个·d-1，24 h和48 h的消除率分别为-0.02、0.06（P＜0.05），说明在中华哲水蚤的摄食下，东海原甲藻的浓度得到了控制。

图2 东海原甲藻浓度变化情况（A）及中华哲水蚤对东海原甲藻的摄食效应（B）Fig.2 Changes in concentration of P.donghaiense（A）and feeding effect of C.sinicus on P.donghaiense（B）

2.2 精致真刺水蚤摄食效应

2.2.1 精致真刺水蚤对中肋骨条藻的摄食效应

如图3-A所示，48 h后试验组的藻类浓度相比于对照组有显著减少（P＜0.05）。如图3-B所示，精致真刺水蚤对起始浓度为2.5×104个·mL-1的中肋骨条藻的24 h和48 h的摄食率分别为-225、2087个·d-1，24 h和48 h的消除率分别为-0.01和0.04（P＜0.05，t检验），说明精致真刺水蚤的摄食能够一定程度上抑制中肋骨条藻的生长。

图3 中肋骨条藻浓度变化（A）及精致真刺水蚤对中肋骨条藻的摄食效应（B）Fig.3 Changes in concentration of S.costatum（A）and feeding effect of E.concinna on S.costatum（B）

2.2.2 精致真刺水蚤对东海原甲藻的摄食效应

在精致真刺水蚤对东海原甲藻的实验中设置了3个浓度梯度，初始浓度分别为2.2×104（图4-A，D）、3.5×104（图4-B，E）、4.2×104（图4-C，F）个·mL-1。试验组的藻类浓度均低于对照组，24 h的摄食率分别为1351、310、3182个·d-1，48 h的摄食率为1714、2342和1652个·d-1；24 h的消除率分别为0.04、0.01和0.06，48 h的消除率分别为0.04、0.04和0.01。两个较高浓度组24 h与48 h间摄食率及消除率有显著性差异（P＜0.05），而2.2×104个·mL-1组24 h和48 h间摄食率与消除率没有显著性差异（P＞0.05）。

图4 不同起始浓度的东海原甲藻浓度变化及精致真刺水蚤的摄食效应Fig.4 Changes in concentration of P.donghaiense with different initial concentrations and feeding effect of E.concinna on P.donghaiense

2.3 双刺唇角水蚤摄食效应

2.3.1 双刺唇角水蚤对中肋骨条藻的摄食效应

双刺唇角水蚤对中肋骨条藻的实验中，设置了3个浓度梯度，起始浓度分别为4×104、10×104、15×104个·mL-1。其24 h的摄食率分别为30112、8351、33077个·d-1，24 h的消除率分别为0.18、0.04、0.10个·d-1（图5），3个浓度之间的消除率没有显著性差异（P＞0.05），摄食率有显著性差异（P＜0.05）。双刺唇角水蚤的摄食行为对初始浓度为4×104个·mL-1的中肋骨条藻有较好的消除作用，在15×104个·mL-1浓度下仅有较小的消除作用，而在10×104个·mL-1浓度下，几乎不起作用。

图5 不同起始浓度的中肋骨条藻浓度变化及双刺唇角水蚤的摄食效应Fig.5 Changes in concentration of S.costatum with different initial concentrations and feeding effect of L.bipinnata on S.costatum

2.3.2 双刺唇角水蚤对东海原甲藻的摄食效应

由图6可知，24 h后试验组的藻类浓度相比于对照组的藻类浓度没有显著减少（P＞0.05）。双刺唇角水蚤在浓度为2×104个·mL-1的东海原甲藻的实验中24 h摄食率和消除率分别为742个·d-1和0.05。结果表明，在该浓度下双刺唇角水蚤的摄食作用对东海原甲藻生长的抑制效果不大。

图6 东海原甲藻浓度变化（A）及双刺唇角水蚤对东海原甲藻的摄食效应（B）Fig.6 Changes in concentration of P.donghaiense（A）and feeding effect of L.bipinnata on P.donghaiense（B）

3 讨论

3.1 不同桡足类对藻类摄食比较

在摄食研究中，饵料密度对桡足类摄食的影响已经有很多报道，滤食性桡足类的摄食率一般随食物密度的增加而升高［16］。而当食物密度增加到一定程度（饱和密度）后，桡足类已经达到了最大摄食潜能，这时食物密度再增加，摄食率则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，藻细胞密度为（2.5～3.0）×104个·mL-1时，指状许水蚤（Schmacheria inopinus）雌体和雄体对中肋骨条藻的摄食率随着藻细胞密度的增加而升高，在浓度为3.0×104个·mL-1时，摄食率达到最大值，分别为10080个·d-1和8640个·d-1。杨纪明和李红玲［19］研究了渤海真刺唇角水蚤（L.euchaeta）的摄食食性，发现真刺唇角水蚤营小型浮游生物食性，主要摄食小型桡足类，只摄食少量硅藻类（23%）。张翠霞等［20］的研究结果显示，当中肋骨条藻浓度接近1.0×104个·mL-1时，双毛纺锤水蚤（Acartia bifilosa）摄食率达到最大值为772.00 ng C·d-1。李少菁［21］使用镜检法研究了厦门港几种桡足类的食性和饵料成分，结果表明厦门港中华哲水蚤饵料组成以浮游硅藻为主，其中中肋骨条藻等占有优势。本文中肋骨条藻的浓度为2.5×104个·mL-1时，精致真刺水蚤对其的摄食率为2087个·d-1，中华哲水蚤对其的摄食率为6890个·d-1；而双刺唇角水蚤在其浓度为4×104个·d-1时，摄食率为30112个·d-1。

此外，不少甲藻种类在海洋中能够形成有毒有害赤潮，在现场调查时发现部分甲藻赤潮优势种能够对桡足类产生明显的不利影响，如林佳宁［22］调查研究表明，东海原甲藻赤潮一般维持时间较长（10 d以上，个别赤潮甚至超过1个月），桡足类长时间摄食东海原甲藻会造成其饵料来源单一化，从而降低浮游动物关键种中华哲水蚤存活率、产卵量及母体关键脂肪酸水平，进而对桡足类种群资源造成严重危害。但在实验室培养状态下一些桡足类也能正常摄食纯培养甲藻细胞，高华等［23］报道东海原甲藻是中华哲水蚤适宜的饵料藻，对其没有毒性伤害；韩刚［24］也研究发现中华哲水蚤能摄食东海原甲藻。在桡足类对甲藻的摄食研究中，除对东海原甲藻的研究外，其他甲藻也有见报道。孙雷和杞桑［25］报道刺尾纺锤水蚤（A.spinicauda）对海洋原甲藻（P.micans）日摄食潜力33000个·d-1；王岩和张鸿雁［26］的实验中火腿许水蚤（S.poplesia）对海洋原甲藻（P.micans）日摄食率为511～30991个·d-1；CHEN等［14］的研究中，红 纺锤水蚤（A.erythraea）对二角多甲藻（Peridinium bipes）的摄食率为500个·d-1。XU等［27］的研究结果表明，宽水蚤（Temora longicornis）对网状原角藻（P.reticulatum）的摄食率为1920个·d-1。谢志浩等［28］的研究结果表明，中华哲水蚤对东海原甲藻存在一定摄食行为，藻类密度对摄食率有明显的影响，当东海原甲藻浓度为3×104个·mL-1，中华哲水蚤对东海原甲藻的最大摄食率为22320个·d-1。本研究中，东海原甲藻的起始浓度为2×104个·mL-1，中华哲水蚤和双刺唇角水蚤对其的摄食率分别为1914、742个·d-1；精致真刺水蚤对东海原甲藻的摄食实验结果表明，在浓度为2.2×104、3.5×104、4.2×104个·mL-1时，48 h期间精致真刺水蚤的摄食率先增后降，在浓度达到3.5×104个·mL-1有最大值2342个·d-1。但海洋环境中东海原甲藻赤潮暴发时对桡足类影响很大，有可能是海洋中赤潮暴发时甲藻的毒性较大，而实验室长时间纯培养下理化条件比较适宜，从而使得甲藻分泌的化感物质会减少，而在不利条件下则相反［29］。综合本研究和其他研究来看，造成不同桡足类摄食率不同的原因除了藻类浓度外，还可能与桡足类自身的摄食偏好有关。

3.2 桡足类的摄食作用对赤潮生消的影响

桡足类的摄食作用一定程度上控制着浮游植物初级生产力的积累［30］。如果桡足类在赤潮前期或发生赤潮期间保持很高的种群密度和个体的高摄食压力，就可以很好地控制赤潮暴发或者使其消退，但是如果浮游动物种群的增长落后于赤潮的发生，则难以起到控制作用。此外，赤潮的形成可能在很大程度上取决于桡足类减少对有毒藻类摄食的机制［27］，有研究表明，一些桡足类对有明显毒性作用的藻类细胞的摄食活动会减少［31］，也有学者得出相近观点：受有害藻种的影响，桡足类会选择摄食无毒藻种，这有利于加速有害赤潮的发生［32］。目前对桡足类的摄食行为能否有效控制藻华的发展具有争议。

WATRAS等［33］提出，如果摄食量接近或超过有害赤潮藻的现存量，即使环境很有利于赤潮暴发，也不会产生赤潮。许多研究结果表明，桡足类动物对于浮游植物的日生产力影响显著，中型浮游动物的摄食显著地减少了初级生产力［34-35］。桡足类广泛的捕食行为，导致了摄食率的变化，对赤潮藻类和它们形成赤潮的能力有着明显不同的影响［36］。此外，TURNER［1］在科德角海湾的研究表明，在早春，桡足类个体小、摄食率低，对塔玛亚历山大藻（Alexandrium tamarense）的摄食压力低；而在晚春，桡足类的种群数量大、个体摄食率增大，对塔玛亚历山大藻的摄食压力增大，可以有效地控制赤潮。本研究中，在东海原甲藻浓度为2×104个·mL-1时，中华哲水蚤的摄食率为1914个·d-1，能够有效控制藻密度；中华哲水蚤对浓度为3×104个·mL-1的中肋骨条藻的24 h摄食率为1760个·d-1，48 h摄食率为6890个·d-1，消除率为0.13，实验结束时试验组中肋骨条藻的浓度降到4800个·mL-1，证明在此浓度下中华哲水蚤的摄食能够很大程度上控制中肋骨条藻的浓度，从而起到抑制赤潮的作用。

而王岩和张鸿雁［31］研究结果表明，发生海洋原甲藻赤潮后桡足类密度虽然明显增加，但海洋原甲藻生物量并未因此显著降低，所以仅凭桡足类摄食很难避免海洋原甲藻赤潮的发生，也很难使已经发生的该藻赤潮迅速消退。根据WALSH和ONEIL［37］的研究结果，短凯伦藻（K.brevis）赤潮期间存在的浮游动物群落不足以终止赤潮的形成。也有研究表明，以中华哲水蚤为优势物种的中型浮游动物摄食行为并不能有效控制藻华的发展，但其选择性摄食行为可以一定程度上控制赤潮的演替方向［38］，孙军等［38］研究结果表明，中华哲水蚤对有害藻华物种存在摄食选择性和摄食速率的阈值，中华哲水蚤对赤潮区东海原甲藻的偏好摄食和对米氏凯伦藻的排斥摄食在一定程度上控制了赤潮物种演替方向。本研究中，精致真刺水藻对不同浓度的东海原甲藻摄食实验结果表明，在低浓度下，其摄食行为对藻类浓度的生长有一定的抑制作用，而在浓度高于4×104个·mL-1时，在48 h后其试验组藻类浓度和对照组没有显著差异（P＞0.05），说明当浓度较高时仅凭精致真刺水蚤的摄食很难控制东海原甲藻赤潮发生，也说明当赤潮藻类浓度高时，仅凭桡足类的摄食很难控制赤潮的发生。此外，李优迈等［6］在大亚湾为期两年的实验表明，海洋中虽然硅藻占绝对优势，但中型浮游动物仍偏爱营养较高的甲藻，总体上中型浮游动物虽然对浮游植物有一定的摄食，但其植食性较弱，不能对浮游植物的生物量进行有效控制。

综上所述，桡足类对赤潮生消的调控作用受赤潮藻种浓度的影响。本文的研究结果表明，这3种桡足类的摄食作用均能一定程度上抑制目标藻种的生长。当藻类浓度低时，桡足类的摄食作用能够对赤潮生消起调控作用，而当藻类浓度高时，仅凭桡足类的摄食对赤潮的生消作用效果较小。为了全面了解桡足类对赤潮生物的摄食以及控制效果，需要更加广泛研究不同类型的甲藻优势种，比如近年来危害较大的米氏凯伦藻的摄食研究，以及通过海区围隔（或船基围隔）实验等中等尺度的研究手段研究不同桡足类对混合赤潮生物摄食效应的协同作用。此外，还需考虑在野外情况下，桡足类的选择性摄食的问题。