稳定同位素技术在鲨鱼摄食和洄游行为研究中的应用

随着稳定同位素分析技术的不断成熟,其在生态学领域中的应用也增长迅速,并成为动物摄食生态学的重要研究工具.鲨鱼因其在生物系统进化过程中的独特地位和海洋生态系统中的重要作用已成为海洋食物网研究的重点,然而国内针对鲨鱼摄食习性和洄游行为等方面的研究仍处于起步阶段.本文在总结了国内外鲨鱼稳定同位素分析组织样品选取和样品预处理方法的基础上,系统归纳了稳定同位素技术在鲨鱼摄食生态学,尤其在其摄食和洄游行为研究领域中的应用,着重分析稳定同位素技术在鲨鱼稳定同位素判别值和更新速率、食性分析、营养级评估、洄游路径分析和生态位分布等核心问题上的应用现状和发展前景,以期为国内学者开展鲨鱼类基础生物、生态学研究提供有益参考.     

秘鲁外海茎柔鱼摄食洄游的稳定同位素研究

茎柔鱼是具有高度洄游性的中上层头足类,是生态系统中的关键物种,也是我国远洋渔业重要捕捞对象之一.了解掌握茎柔鱼摄食及洄游信息有助于对其资源进行更合理利用.头足类内壳是一良好的信息载体,其生长发育具有不可逆性且生长贯穿整个生活史过程,包含了头足类生活史过程中的全部信息.本研究通过对秘鲁外海茎柔鱼耳石日龄进行鉴定,建立其内壳叶轴生长方程,根据该生长方程对内壳叶轴进行连续切割,测定其碳、氮稳定同位素比值,并初步分析了其在生长发育过程中的食性转换和洄游习性.结果表明: 茎柔鱼个体在出生180 d后开始洄游活动,且营养层次存在下降趋势.证明了内壳连续取样分析茎柔鱼个体摄食习性和栖息地变化的可行性.     

水域生态学中生物稳定同位素样品采集、处理与保存

稳定同位素分析技术由于能够刻画复杂的食物网结构并追踪食物网中的能量流而成为水域生态学研究中的重要手段。但是当水生生物样品采集、处理和保存过程中存在不确定性时, 营养关系分析中的同位素结果可能会产生误导性解释。文章采用数据模拟分析和文献总结的方法, 研究了水域生态系统中样品采集、处理和保存对于稳定同位素的影响, 概括性地建议了水域生态系统中适合应用稳定同位素分析技术开展生态学研究的样品采集、处理和保存的注意事项。但今后仍需进一步评估样品采集、处理和保存对稳定同位素比值的影响效果, 确定化学动力学在水生生物样品采集、处理和保存中的作用, 以进一步完善水生生物样品的采集、处理和保存稳定同位素生态学研究规范。     

东太平洋中部中上层鲨鱼群落营养生态位分化

鲨鱼在大洋生态系统中占据着重要的生态地位,其作为顶级捕食者,通过下行效应直接影响生态系统的稳定.稳定同位素技术是目前研究摄食生态学强有力的手段之一,可利用碳氮稳定同位素在食物网中的特性分别指示鲨鱼的食物来源和营养级.本研究选取8种130尾采集自东太平洋中部的中上层鲨鱼,应用稳定同位素绘制其种群生态位图谱,比较不同种群间的生态地位及资源分配方式上的差异.结果表明:不同鲨鱼种群碳、氮稳定同位素比值存在显著差异;8种鲨鱼在东太平洋生态系统中的营养级为4.3~5.4,大青鲨、尖吻鲭鲨与其他6种鲨鱼存在摄食隔离,表现出独特的营养生态地位.这些结果充分证明大洋性中上层鲨鱼并非生态系统的冗余种,其营养生态位的独特性不会被其他捕食者简单地替代和弥补.     

脂类抽提对北太平洋柔鱼肌肉碳、氮稳定同位素测定结果的影响

稳定同位素技术可深层次地分析头足类的摄食习性和栖息地等方面的重要信息.稳定同位素分析多选取动物肌肉为研究组织,然而,肌肉中的脂类含量会影响对其稳定同位素信息的准确解析.北太平洋柔鱼是重要的大洋经济性头足类,在海洋生态系统中具有重要的生态地位.本研究选取了53尾北太平洋柔鱼,通过分析脂类抽提对胴体肌肉稳定同位素比值的影响,探讨脂类物质对稳定同位素比值的干扰机制,对比不同碳稳定同位素比值校正模型的适用性,并提出适用于北太平洋柔鱼胴体肌肉δ¹³-C校正模型.结果表明： 北太平洋柔鱼肌肉的脂类抽提会引起稳定同位素测定结果的显著变化,δ¹³-C和δ¹⁵-N分别平均升高0.71‰和0.47‰,在分析组织碳稳定同位素比值时,脂类抽提在样品预处理过程中十分必要,其能消除脂类对样品稳定同位素分析的干扰,从而更加准确地分析研究对象食性与栖息地的变化.在单独进行氮稳定同位素比值分析时,则不需要进行脂类抽提.     

基于稳定同位素的湿地食物源判定和食物网构建研究进展

湿地生物营养动力学是湿地生态系统结构和功能评价研究的基础.碳、氮稳定同位素作为识别营养关系的方法,已在湿地生态系统食物来源、组成和食物链传递研究中得到广泛运用.本文系统综述了稳定同位素食物贡献度计算模型和营养级确定的基本方法和理论;讨论了动物营养分馏值和基线的选择依据;概括了湿地生态系统典型食物源及其稳定同位素变化特征;总结了草食、杂食和肉食等不同营养级动物的食物来源.指出了稳定同位素在湿地食物源溯源和食物网研究中的不足;基于国内外研究现状和发展趋势及需求,展望了未来同位素技术在湿地食物网生态学研究中的运用前景和研究重点,提出需要加强稳定同位素营养分馏和基线的影响因素、样品处理和保存方式研究以及胃含物、分子标记物和多元素同位素结合分析.     

稳定同位素技术在水域生态系统研究中的应用

稳定同位素作为一种天然的示踪物,应用十分广泛,其在水域生态学中的应用也日益受到重视。生物同位素组成总是与其食物同位素组成相一致,能随食物的改变而相应地发生改变,是生物生存状况的理想指示物,为水域生态系统食物网结构与功能、物质流与能量流的研究提供了有力的技术支撑。在综评稳定同位素技术原理与方法的基础上,较为详细地对其应用于水域生态研究的理论基础与进展进行了总结。该方法的应用以水域中生产者同位素组成差异为前提,主要涉及确定食物来源、食物的贡献比例、营养级的确定、食物网结构的构建及鱼类等水生生物的洄游及迁移路线等方面,这些研究对了解生态系统的动态变化与外界环境对其影响具有重要意义。并对我国此类研究的前景和存在问题进行了探讨。     

海洋生态系统稳定同位素基线的选取

稳定同位素技术在海洋食物网研究中得到了广泛的应用,但在分析海洋生物食性和营养级时,需要选择某种生物或物质的稳定同位素值作为基线.本文综述了河口和海湾、浅海、大洋及深海4类典型海洋生态系统稳定同位素基线的选取,分析了影响稳定同位素基线选择的因素,以及特定化合物稳定同位素在消除基线时空异质性中的潜在价值,并对目前存在的问题以及今后的研究方向进行了展望,以期为国内学者进一步深入开展海洋生态系统的稳定同位素生态学研究提供有益参考.     

稳定同位素技术在土壤跳虫研究上的应用

稳定同位素技术的发展和应用是20世纪90年代生态学研究方法最重要的进步之一.许多生态学过程都伴随着同位素比率的变化,根据这些变化可以追踪生态系统的物质循环和能量流动.近年来,许多学者把稳定同位素技术引入到土壤生态学,主要用于研究土壤碳循环和土壤生物之间的营养关系,在很大程度上提升了对地下生态系统的理解.跳虫作为土壤动物群落的重要组分,它的食性和营养位置一直存在着许多不确定性.稳定同位素技术的应用,为确定跳虫的食物来源、营养位置和营养关系提供了一个强大的工具.本文综述了稳定同位素技术在跳虫食性和营养级研究上的应用,并指出了不足之处以及今后的发展方向.     

土壤动物食物网研究方法

长期以来关于陆地生态系统的研究都集中在地上部分,而对于地下部分知之甚少。地下生态系统营养关系是生态系统中各生物成员之间最重要的联系,是物质循环、能量流动的重要载体。研究土壤动物食物网已成为现代地下/土壤生态学研究的热点与前沿。由于土壤动物的个体小、食性复杂、栖息环境隐蔽等原因,使得对土壤动物食物网的研究困难重重,所以选择合适的研究方法尤为重要。本文总结了国际上近几十年来土壤动物食物网研究方法,将其分为传统方法(野外直接观察法、室内培养实验观察法、显微镜下肠容物分析法)、常用方法(消化酶分析法、脂肪酸分析法、稳定同位素技术、特定化合物分子的稳定同位素分析技术)和现代分子方法(DNA分子跟踪食物链网络技术、单克隆抗体技术)3大类,具体介绍了每一种方法的发展历史和应用现状。根据土壤动物自身特性及对各方法的优势与劣势的比较,脂肪酸分析法和稳定同位素分析法是当前土壤动物食物网研究的常用方法;随着未来物种分子鉴定技术的改进和数据库的积累,DNA分子跟踪食物链网络技术将会成为未来的主流发展方向。     

稳定同位素分析在鸟类生态学中的应用

稳定同位素作为一种自然标记物是研究鸟类生态学的重要工具之一,与传统研究方法相比其呈现的信息更为真实全面,是一种日趋成熟的鸟类生态学研究方法。近几年该方法在鸟类迁徙生态学、取食生态学等方面取得较大成就,展现出传统研究方法无可比拟的优越性。但目前该方法在我国鸟类生态学上的应用较少,基于此,从迁徙、取食等方面分别阐述稳定同位素在鸟类生态学上的应用,以促进我国鸟类生态学的快速发展和推动稳定同位素生态学与其它学科的交叉融合。     

基于碳、氮稳定同位素技术的东太湖水生食物网结构

稳定同位素技术是研究生态系统食物网中物质循环与能量流动的有效技术之一。碳稳定同位素比值(δ13C)常用来分析消费者食物来源,而氮稳定同位素比值(δ15N)常用来确定生物在食物网中的营养位置。本研究应用碳、氮稳定同位素技术构建了东太湖食物网结构。结果表明:东太湖食物网主要由两条营养传递途径组成,即浮游植物为初级生产者的浮游营养传递途径和苦草等大型水生植物为初级生产者的近岸底层营养传递途径,湖中9种主要鱼虾类能量主要来自近岸底层传递;翘嘴鲌(Erythroculter ilishaeformis)、鳜(Siniperca chuatsi)和鲶(Silurus sp.)作为湖泊中的顶极捕食者,具有相对最高的营养级,并占据食物网的顶层。     

南极磷虾种群生物学研究进展III-摄食

鉴于南极磷虾在南极食物网中所处的关键地位,其摄食活动对南大洋海洋生态系统有着极为重要的影响。南极磷虾食物组成因季节、空间等不同而存在差异,且摄食对象的分类和鉴别也存在着较大困难,选食机制目前尚有不同意见。本文从摄食对象、摄食方式、选食机制及摄食率等方面对近百年来南极磷虾摄食生态学研究进行了总结和归纳,以期为国内外学者开展相关研究提供基础信息,并为进一步开展其摄食生态学研究提供科学思路。     

大连海域食物网连续营养谱

根据2008年1月—2017年6月在大连海域收集的因搁浅、误捕及救助无效而死亡的斑海豹、江豚、小须鲸等海洋哺乳动物及2016年秋季和2017年春季在该海域进行的渔业资源调查,应用稳定同位素技术,分析了大连海域海洋哺乳动物及主要生物样品的碳、氮稳定同位素比值(δ¹³C、δ¹⁵N),并计算其营养级,进而构建大连海域食物网的连续营养谱.结果表明: 大连海域食物网的δ¹⁵N值范围为8.0‰～14.7‰,δ¹³C值范围为-21.1‰～-16.7‰.主要生物种类可划分为初级消费者、次级消费者及顶级捕食者3个营养组群.δ¹⁵N值分析显示,主要生物种类的营养级范围为2.63～4.59,其中,小须鲸、江豚、斑海豹的营养级依次为3.16、4.11、4.25,棘皮动物为3.24～3.84,头足类为3.81～3.93,腹足类为3.65～4.13,双壳类为2.63～3.15,甲壳类为3.58～4.12,鱼类为3.20～4.59.营养结构特征显示,初级消费者主要为双壳类,次级消费者主要为小须鲸、头足类、棘皮类、腹足类、甲壳类,顶级捕食者主要为江豚、斑海豹、鱼类.随着江豚体长的增加,δ¹⁵N值有增大趋势,说明随着江豚生长和摄食能力的增强,其摄食的食物趋向于更高营养层次的生物.研究建立了大连海域食物网的连续营养谱,可以为海洋哺乳动物和渔业资源的保护提供依据.     

利用碳氮稳定同位素技术分析东海银鲳食性

利用稳定同位素技术分析了东海银鲳(Pampus argenteus)及其可能摄食饵料的碳、氮稳定同位素比值,以期探讨东海银鲳可能的食物来源.结果表明:东海区银鲳平均碳(813C)和氮(δ15N)稳定同位素比值分别为-18.22‰、8.16‰,其可能摄食饵料的δ13C值变化范围为-17.33‰～-21.58‰,差值为4.25‰,δ15N值变化范围为3.89‰～7.96‰,差值为4.07‰;东海银鲳可能的食物来源主要为箭虫、虾类、水母类、头足类、仔稚鱼和浮游动物等,其中箭虫为主要可能的食物来源,其贡献率为24%～78%,平均贡献率为57%;银鲳可能摄食的其他饵料中,贡献率从大到小依次为虾类、水母类、头足类、仔稚鱼、＞1000 μm浮游动物、500～1000 μm浮游动物和100～500 μm浮游动物,其平均贡献率分别为11.8%、8.4%、7.1%、5.0%、4.9%、3.2%和2.6%.由以上结果可知,银鲳是一种广食性鱼类,其饵料种类较多,碳和氮的来源均较为复杂.     

南极磷虾种群生物学研究进展Ⅲ—摄食

鉴于南极磷虾在南极食物网中所处的关键地位,其摄食活动对南大洋海洋生态系统有着极为重要的影响。南极磷虾食物组成因季节、空间等不同而存在差异,且摄食对象的分类和鉴别也存在着较大困难,选食机制目前尚有不同意见。本文从摄食对象、摄食方式、选食机制及摄食率等方面对近百年来南极磷虾摄食生态学研究进行了总结和归纳,以期为国内外学者开展相关研究提供基础信息,并为进一步开展其摄食生态学研究提供科学思路。     

传统测序与高通量测序在稚鱼食性分析中的比较

对鱼类早期生长阶段的摄食研究有助于了解其饵料来源及其在食物网中的功能地位,而全面准确地获取其食物种类信息是关键,高通量测序技术的发展给动物食性研究带来了前所未有的机遇和挑战.本研究以大亚湾人工码头海域金钱鱼稚鱼为对象,以18S rDNA为靶标,分别使用传统Sanger测序和Illumina Solexa高通量测序对其食物组成进行分析,比较两种方法在稚鱼摄食研究中的适用性.结果表明: 金钱鱼稚鱼为杂食性,食物多样性高,纤毛虫和苔藓动物是最优势的食物类群.使用传统测序方法共获得67条有效食物序列,分属于8个类群,涵盖23个生物种类;使用高通量测序方法共获得17000多条有效食物序列,分属于9个类群,涵盖35个生物种类.两种方法检测到的食物类群基本相同,但高通量测序方法在反映食物多样性和覆盖范围上更具优势,且灵敏度更高,检测出传统测序方法未发现的甲藻和褐藻种类,说明高通量测序技术可以较全面而准确地覆盖稚鱼的食物谱.高通量测序获取的大量数据,可在一定程度上提供半定量信息,克服传统测序在定量研究方面的不足.高通量测序技术在稚鱼摄食研究上优势更明显,食谱覆盖更广,检测灵敏度更高,显著提升了数据与结果的可信度,可为海洋生物摄食生态学研究提供强有力的支撑.     

线虫区系分析指示土壤食物网结构和功能研究进展

土壤食物网结构复杂,功能众多,直接测定土壤食物网各功能群生物量并结合数学模型来推断土壤食物网结构和功能,工作量大且分析过程繁琐。线虫生态学的发展为土壤食物网的研究开辟了一条新的思路,即利用线虫区系分析来定性推断食物网的结构和功能。线虫作为土壤中数量最丰富的后生动物,占据着土壤食物网的中心位置,其物种多样性、食性多样性、生活史策略多样性、功能团多样性奠定了其作为土壤食物网结构和功能指示生物的生态学基础。线虫区系分析根据发展历史可以分为个体分类、生活史策略分类、功能团分类和代谢足迹分类四个时期,其中后两个时期主要用于推断土壤食物网结构和功能。基于功能团的线虫区系分析将线虫的食性和生活史策略结合起来,发展出一系列指数来判断土壤食物网的连通性、食物网链长度、外界养分投入情况、分解途径及对外界干扰的响应等。基于代谢足迹的线虫区系分析在功能团分析基础上,加入线虫能流分析,从而定性反映了土壤食物网功能的大小。两者在指示土壤食物网自下而上调节及对植物线虫控制等方面起着重要的作用。     

土壤微食物网结构与生态功能

土壤微食物网是碎屑食物网中与土壤生态过程密切相关的一部分,通过取食资源基质直接或间接地参与养分循环过程,影响陆地生态系统功能.本文从土壤微食物网的组成、结构和生态功能等方面综述了近年来土壤微食物网的研究进展.通过对土壤微食物网的能量通道及营养级联效应的介绍,阐述了土壤微食物网在碳(C)、氮(N)转化、凋落物分解和植物生长等方面的重要作用.针对目前的研究现状,提出未来土壤生态学研究应与高通量测序及稳定同位素技术相结合;通过构建模型进一步加强对土壤食物网结构和功能的研究,从而深入揭示地下生态过程及其对地上植物生长的反馈作用机理.     

应用碳氮稳定同位素技术研究江豚(Neophocaena asiaeorientalis ssp. sunameri)食性

稳定同位素技术已广泛地用于分析生态系统中食物网的食物来源和营养级关系,但在海洋哺乳动物食性方面应用较少。通过分析2012年4—6月在辽东湾沿岸海域搁浅而死亡的江豚样本和同时期(6月)取自辽东湾海域主要渔获物的碳氮稳定同位素比值,研究了江豚(Neophocaena asiaeorientalis ssp.sunameri)及其可能摄食饵料的碳氮稳定同位素组成。结果表明:江豚δ13C值为(-18.4±0.3)‰,δ15N值为(13.8±0.4)‰。28种可能生物饵料的δ13C值的范围为-19.5‰—-17.0‰,δ~(15)N值的范围为11.4‰—14.0‰。江豚的营养级为4.5,高于传统胃含物分析法的研究结果。28种测试生物的营养级位于3.8—4.6之间。江豚的食物来源主要以鱼类为主,对食物种类的喜食顺序为中上层鱼类中下层鱼类底层鱼类头足类虾类蟹类,其平均贡献率分别为43.9%、18.2%、13.1%、10.0%、8.8%、6.0%。江豚碳氮稳定同位素比值与体长无明显的线性关系,碳营养源较为稳定,氮营养源复杂多变。