香港牡蛎在综合养殖池塘育肥期间不同组织的碳、氮稳定同位素周转.pdf
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1、热带海洋学报 JOURNAL OF TROPICAL OCEANOGRAPHY 2023 年 第 42 卷 第 4 期:125132 doi:10.11978/2022175 http:/ 香港牡蛎在综合养殖池塘育肥期间不同组织的碳、氮稳定同位素周转 周晖1,汤保贵1,伍栩民1,彭梓峰1,钟培贵2,于鸽3,孔繁森1 1.广东海洋大学水产学院,广东 湛江 524088;2.湛江海思特水产科技有限公司,广东 湛江 524099;3.湛江恒兴养殖技术服务有限公司,广东 湛江 524094 摘要:本研究采集了在鱼虾混养池塘育肥的香港牡蛎样品,监测牡蛎体质量、软体组织质量、出肉率,以及闭壳肌、外套膜和鳃
2、的 13C 和 15N 值随育肥时间的变化,计算了牡蛎 3 种软体组织的代谢率常数 m 和碳、氮稳定同位素周转时间,为开展综合养殖池塘生态系统的食物网研究提供基础数据。结果显示:经过 44d的育肥,虽然牡蛎体质量无显著增加(P0.05),但软体组织质量和出肉率显著上升(P0.05)。育肥期间牡蛎外套膜、闭壳肌和鳃的生长与整个软体组织的生长基本同步。牡蛎各组织的 13C和 15N值在育肥 16d后就显著减小(P0.05)。比较同一天采集的组织,牡蛎闭壳肌的 13C和 15N值都显著大于外套膜和鳃(P0.05)。闭壳肌和外套膜的代谢周转常数 m 为 0,其碳、氮稳定同位素周转完全由生长决定,因此闭
3、壳肌和外套膜碳、氮稳定同位素的周转时间相同,t50和 t95分别为 40.77d 和176.22d。鳃的碳、氮稳定同位素代谢周转常数 m 分别为 1.09%d1和 1.76%d1,说明鳃的碳、氮稳定同位素周转还受到代谢的影响;鳃氮稳定同位素周转的 t50和 t95分别为 20.02d 和 86.53d,而碳稳定同位素周转的 t50和 t95分别为 24.85d 和107.42d。在本研究的育肥期间,香港牡蛎闭壳肌、外套膜和鳃的 13C 和 15N 值具有鲜明特点,并且随育肥时间延长呈现出迅速且有规律的变化,表明香港牡蛎能够反映池塘的碳、氮稳定同位素基本特征,适合作为中、长时间尺度的基线生物用于
4、综合养殖池塘生态系统的食物网研究。关键词:香港牡蛎;育肥;碳、氮稳定同位素;周转;同位素基线 中图分类号:P735.2 文献标识码:A 文章编号:1009-5470(2023)04-0125-08 Stable carbon and nitrogen isotope turnover of different tissues of the Hongkong oyster at the fattening stage in a polyculture pond ZHOU Hui1,TANG Baogui1,WU Xumin1,PENG Zifeng1,ZHONG Peigui2,YU Ge3,K
5、ONG Fansen1 1.Fisheries College,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088,China;2.Haiste(Zhanjiang)Aquatic Technology Co.,Ltd.,Zhanjiang 524099,China;3.Guangdong Evergreen Breeding Technology Service Co.,Ltd.,Zhanjiang 524094,China Abstract:In order to provide basic data for the study of food webs
6、 in the polyculture pond ecosystem,the Hongkong oyster samples were collected during fattening stage in a fish-shrimp polyculture pond,and the oyster body mass,soft tissue mass,meat yield,and changes in 13C and 15N values of adductor muscle,mantle and ctenidia during the fattening stage were monitor
7、ed;the metabolic rate constant m and stable carbon and nitrogen isotope turnover time of three soft tissues were calculated.The results showed that after 44 days of fattening,although the body mass of oysters did not increase significantly(P0.05),the soft body 收稿日期:2022-08-03;修订日期:2022-10-24。姚衍桃编辑 基
8、金项目:国家海洋局“十三五”海洋经济创新发展示范市项目(XM-202012-03B2)作者简介:周晖(1978),男,广西玉林市人,博士,从事水产动物生理生态学研究。email: 通信作者:汤保贵。email: Received date:2022-08-03;Revised date:2022-10-24.Editor:YAO Yantao Foundation item:State Oceanic Administration“The Thirteenth Five-Year Plan”Marine Economic Innovation and Development Demonstra
9、tion City Project(XM-202012-03B2)Corresponding author:TANG Baogui.email: 126 热 带 海 洋 学 报 Vol.42,No.4/Jul.,2023 1 tissue mass and meat yield increased significantly(P0.05).The growth of mantle,adductor muscle and ctenidia were basically synchronized with the growth of whole soft tissue.The 13C and 15
10、N values of oyster tissues decreased significantly(P0.05)after 16 days of fattening(P0.05).Comparing the 13C and 15N values of the three tissues collected on the same day,the values of adductor muscle were significantly larger than those of mantle and ctenidia(P0.05).The metabolic turnover constant
11、m of adductor muscle and mantle was zero,and their stable carbon and nitrogen isotope turnover were completely determined by growth;therefore the turnover time of stable carbon and nitrogen isotope turnover in adductor muscle and mantle were the same,t50 and t95 were 40.77d and 176.22d,respectively.
12、The stable carbon and nitrogen isotope metabolic turnover constant m of ctenidia were 1.09%d1 and 1.76%d1,respectively,indicating that the stable carbon and nitrogen isotope turnover of ctenidia were also affected by metabolism.The t50 and t95 of ctenidia stable nitrogen isotope turnover were 20.02d
13、 and 86.53d,respectively,while the t50 and t95 of stable carbon isotope turnover were 24.85d and 107.42d,respectively.During the fattening stage of this study,the 13C and 15N values of the adductor muscle,mantle and ctenidia of Hongkong oyster had distinct characteristics,and showed rapid and regula
14、r changes with the extension of the fattening time,which indicated the Hongkong oyster could reflect the basic characteristics of stable carbon and nitrogen isotopes in polyculture pond,and is suitable as a medium and long time scale baseline organism for food web research in polyculture pond ecosys
15、tem.Key words:Crassostrea hongkongensis;fattening;stable carbon and nitrogen isotopes;turnover;isotopic baseline 我国牡蛎产量近年来不断增长,从 2000 年的329.20 万 t 增加到 2020 年的 542.46 万 t,约占全球牡蛎产量的 90%;目前我国牡蛎产量占贝类总产量的35%以上,占海水养殖总产量的 25%(于瑞海 等,2021)。香港牡蛎(Crassostrea hongkongensis)在上市前会迁移到外海区快速育肥,以获得适宜市场销售的肥蚝(贾真 等,2019
16、)。传统的育肥方式是于海河口交界处育肥(严雪瑜 等,2021),但是近年来很多牡蛎近岸传统养殖区都陆续被划定为禁养区或限养区,导致可供牡蛎养殖的近海水域明显减少(潘英 等,2021)。为拓展牡蛎养殖空间,研究者已在池塘中开展牡蛎养殖和育肥(Soletchnik et al,2001;祁剑飞 等,2015),并取得了良好的效果,贾真等(2019)的研究甚至发现池塘育肥效果比外海育肥更好。因此,未来牡蛎养殖和育肥有向池塘转移的趋势,特别是与虾、蟹、刺参养殖相结合,可构建多营养层次综合养殖体系(邹琰 等,2021);而想要构建高效的综合养殖体系,就必须开展养殖生态系统的食物网研究,根据研究结果优化主
17、养品种的营养结构。稳定同位素技术已在生态学研究中得到了广泛的应用(Martnez Del Rio et al,2009)。研究发现,消费者的 13C 值比它们的食物高 1左右,而 15N 高 3.4左右,因此 13C 常被用于研究消费者的食物来源,而15N 则被用于计算消费者的营养级(Peterson et al,1987)。已有众多研究者采用稳定同位素技术开展海洋生物的食物来源(权伟 等,2018;Nabaes Jodar et al,2020)以及海洋生态系统的食物网和营养级研究(Feng et al,2018;McCormack et al,2019;刘小琳 等,2021;陆亚楠 等,2
18、022)。由于不同生态系统的碳、氮稳定同位素基础水平可能存在显著差异,将稳定同位素技术应用于食物网研究时,通常需要选择某种生物作为“同位素基线”(isotopic baseline),用于评价食物网中高营养级生物功能或者进行多生态系统的比较研究(徐军 等,2010)。Post(2002)的研究发现,滤食性的贝类可以综合反映水域生态系统碳、氮稳定同位素基础水平的时空变化特征,适合作为基线生物用于水域生态系统的食物网研究。在育肥期,香港牡蛎的同位素特征很可能会发生显著变化,为研究者展现鲜明的碳、氮稳定同位素值变化规律。因此,本研究在秋季对在综合养殖池塘中育肥的香港牡蛎进行连续的样品采集,分析育肥时
19、间对牡蛎不同组织碳、氮稳定同位素值的影响,确定养殖环境和食物发生改变之后,牡蛎不同组织的碳、氮元素周转情况,分析香港牡蛎作为基线生物的可行性。研究结果有助于深入了解育肥期间香港牡蛎的碳、氮元素利用,为使用香港牡蛎作为基线生物而开展池塘综合养殖生态系统的食物网研究提供基础数据。1 材料与方法 1.1 牡蛎样品采集 本研究所使用的香港牡蛎(25 月龄)来源于广西钦州茅尾海,在湛江市麻章区湖光镇赤忏村的鱼虾混养池塘(湛江海思特水产科技有限公司养殖基地)中进行浮筏育肥。池塘面积 217 亩,育肥区域水深 1.31.5m,周晖等:香港牡蛎在综合养殖池塘育肥期间不同组织的碳、氮稳定同位素周转 127 1
20、放置 7m7m 的浮筏 15 个,每个浮筏挂牡蛎约 500 串。育肥期间盐度 2123,水温 2431;池塘配备 21 台增氧机,通过增氧维持水体溶解氧 5mgL1。在育肥前采集 50 个初始样品,用于初始体质量和稳定同位素测定。在育肥 8d、16d 和 44d 时采集牡蛎样品,在池塘左、中、右 3 个位点分别选取 1 个浮筏,每个浮筏分别采集左、中、右 3 个位置的样品,每个位置随机采集牡蛎一串,从每一串中随机选取 3个牡蛎样品用于质量及稳定同位素测定。1.2 牡蛎样品质量测定 用电子天平分别测量牡蛎体的质量和软体组织的质量(精确度为 0.01g)。1.3 牡蛎样品碳、氮稳定同位素测定 分离
21、牡蛎闭壳肌、外套膜和鳃等组织,使用超纯水将这些组织逐一反复清洗,用滤纸吸收多余的水分。经研磨机研磨后,将其放在70冰箱中预冷1224h,然后在真空冷冻干燥机中干燥 48h,研磨并收集贮存于离心管中,放在干燥器内直至分析。在广东海洋大学水产科学与技术国家级实验教学示范中心,以元素分析仪(EA Isolink CNHO)与同位素质谱仪(DELTA V Advantage)联用(EA-IRMS),进行碳、氮稳定同位素分析和碳氮含量测定。测定的碳、氮稳定同位素值以国际通用的标准物质 usgs88 进行量化(13C=16.06 v PDB,15N=14.96 v N2),分别以维也纳箭石化石(PDB)碳
22、和大气氮作为参考标准,测量结果以 13C值和 15N值形式来表示:samplestandardX=11000 RR(1)式中:X 为13C 或者15N;Rsample为样本的同位素比值;Rstandard为参考标准样品的同位素比值。为保证试验结果的准确性和仪器的稳定性,每测定 10 个软组织样品后加测一个标准样品(usgs88)。标样测定的精密度为13C 值 0.10,15N值 0.15。1.4 参数计算 出肉率=Wa/Wb100%(2)式中:Wa为软体组织湿重(单位:g);Wb为牡蛎总湿重(单位:g)。当饲料变化之后,动物组织中稳定同位素组成的变化可能是由于组织生长或组织代谢造成的,为了预测
23、本研究所观察到的组织中的同位素变化规律,确定育肥牡蛎与新食物达到稳定同位素平衡的时间,选择Hesslein 等(1993)建立的指数模型。该模型将食物改变后动物体天然同位素组成随时间的变化归结于组织生 长 和 代 谢 的 作 用,已 被 运 用 于 研 究 军 曹 鱼(Rachycentron canadum)(Zhou et al,2016)和尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)(Zhou et al,2020)食物转换后肌肉的碳、氮稳定同位素周转:t=f+(if)e(k+m)t (3)式中:t为实验第 t 天时牡蛎组织的 13C 值或 15N 值;f为牡蛎组织与新食物达
24、到平衡时的 13C值或 15N值;i为牡蛎组织与原食物达到平衡时的 13C值或 15N值;m 为牡蛎组织的代谢周转常数;k 为牡蛎组织在实验期间的生长率常数。在本实验中,f和 m可以通过将牡蛎组织的 13C值和 15N值随养殖时间而变化的实测数据代入公式(3),然后利用 SPSS19.0 中的迭代非线性回归推算得出。生长率常数(k)可以通过指数方程计算(周晖 等,2013;Zhou et al,2016;Zhou et al,2020):W=W0ekt (4)式中:W0为牡蛎初始体质量;W为取样时牡蛎的体质量。牡蛎组织碳、氮同位素周转半时(t50)和牡蛎组织碳、氮同位素完成 95%周转的时间(
25、t 95)分别用下面的公式计算(周晖 等,2013;Zhou et al,2016;Zhou et al,2020):()()50ln 10.5 tkm=+(5)()()95ln 1 0.95 tkm=+(6)1.5 实验数据统计分析 实验数据用 SPSS19.0 进行统计分析,在数据服从正态分布及各组间方差平齐的情况下用单因素方差分析,P0.05 表示差异显著。若样品数据方差不齐,则用非参数统计中的 Kruskal-Wallis 检验,P0.05),但是软体组织质量显著增加(P0.05),带动牡蛎出肉率显著提升(P0.05)。根据指数方程,育肥期间牡蛎的体质量生长率常数为 0.54%d1,而
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