施氏鱘不同組織中δ13C 和δ15N 值的變化規(guī)律

李雷，王念民，都煜，李娜，馬波

（中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黑龍江流域漁業(yè)資源與環(huán)境重點(diǎn)野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站，黑龍江 哈爾濱 150070）

黑龍江為我國(guó)第三大河，全長(zhǎng)4 363km，魚類區(qū)系復(fù)雜，生物多樣性豐富，共有魚類約105 種，其中冷水性魚類26 種，占黑龍江魚類的24.5%[1-3]。撫遠(yuǎn)江段位于黑龍江中游，為我國(guó)名特優(yōu)魚類的主產(chǎn)區(qū)，2009 年和2010 年調(diào)查結(jié)果顯示，共有魚類49 種，占整個(gè)黑龍江魚類種類總數(shù)的46.7%[4]。

近年來(lái)，采用穩(wěn)定同位素技術(shù)研究魚類的攝食生態(tài)、營(yíng)養(yǎng)級(jí)及水域食物網(wǎng)等取得了較大成功[5-7]。一般主要用碳穩(wěn)定同位素（δ13C）研究食物來(lái)源；氮穩(wěn)定同位素（δ15N）研究營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置[8]；碳氮穩(wěn)定同位素技術(shù)主要反映了魚類長(zhǎng)期消化吸收的食物，需求的樣本量和工作量較少[9]，尤其是瀕危魚類，穩(wěn)定同位素技術(shù)是一種有效技術(shù)。利用穩(wěn)定同位素研究生物個(gè)體營(yíng)養(yǎng)位置或食物比例，關(guān)鍵是選擇組織的穩(wěn)定同位素誤差[10]。不同組織的同位素反映消費(fèi)者食物特征的時(shí)間周期不同，但可能存在同位印跡現(xiàn)象，即可能動(dòng)物的某一組織并不完全反應(yīng)其整體的食物組成[11]。目前年齡、規(guī)格、食物來(lái)源、棲息地等對(duì)魚類組織中δ13C和δ15N值的影響已有許多研究[5,6,12]，但對(duì)不同組織類型對(duì)碳氮穩(wěn)定同位素影響的研究還缺乏，部分魚類甚至為空白，如中華鱘Acipenser sinensis、密 蘇 里 鏟 鱘Scaphirhynchus albus 和 湖 鱘Acipenser fulvescens 等[13-15]已有一定研究，而施氏鱘Acipenser schrenckii 不同組織中碳氮穩(wěn)定同位素的數(shù)值目前尚為空白。

施氏鱘主要棲息于黑龍江流域河道中，喜底質(zhì)砂礫江段，冬季在深水區(qū)越冬，主要攝食底棲無(wú)脊椎動(dòng)物和小型魚類[1,16]。近年來(lái)由于過(guò)度捕撈，施氏鱘資源嚴(yán)重衰退[17]，1998 年被中國(guó)瀕危動(dòng)物紅皮書列為易危物種，2015 年被世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）列為極危物種[17,18]。近年來(lái)，對(duì)施氏鱘的研究主要集中于形態(tài)分類、食性、遺傳和生理等[18]，而對(duì)施氏鱘不同組織的同位素研究為空白。本文通過(guò)研究黑龍江中游撫遠(yuǎn)江段施氏鱘不同組織的氮、碳穩(wěn)定同位素關(guān)系，以彌補(bǔ)施氏鱘不同組織間穩(wěn)定同位素關(guān)系研究的空白，并可為利用碳氮穩(wěn)定同位素深入研究施氏鱘食物來(lái)源及營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置的取樣提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣本的采集和處理

2015 年5 月向當(dāng)?shù)貪O民收購(gòu)了黑龍江中游撫遠(yuǎn)江段施氏鱘樣本17 尾，體長(zhǎng)范圍為212～973mm，體質(zhì)量范圍為40.9～3 500.8g，用于分析穩(wěn)定同位素。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量施氏鱘樣本的體長(zhǎng)、全長(zhǎng)（精確到0.1cm）及體質(zhì)量（精確到0.1g）后，并取出背部白肌肉（DM）、背部骨板（BL）、鰓（G）和肝（L），保存于5mL 的離心管中。所有樣品在60℃下加熱48h 以上至恒重，再用研缽研磨成均勻粉末，送到相關(guān)測(cè)試公司測(cè)定同位素。

1.2 數(shù)據(jù)處理分析

利用單因素方差分析（One-way ANOVA）中的Tukey post-hoc 檢驗(yàn)方法分析施氏鱘背部肌肉、骨板、鰓和肝4 種組織間的穩(wěn)定同位素比率（δ13C和δ15N）的平均值。利用一元線性回歸（Linear Regression）分析施氏鱘不同組織穩(wěn)定同位素比率（δ13C 和δ15N）兩兩間的關(guān)系。

表1 施氏鱘背部肌肉（DM）、骨板（BL）、鰓（G）和肝（L）四種組織的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 施氏鱘背部肌肉（DM）、骨板（BL）、鰓（G）和肝（L）四種組織兩兩之間的δ13C 和δ15N 平均值單因素方差分析（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

數(shù)據(jù)均采用SPPS 16.0 和EXCEL 等軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同組織的δ13C 和δ15N 組成

由表1 和表2 可知：施氏鱘四種組織的δ13C平均值之間存在顯著性差異（P＜0.01），其中背部肌肉的δ13C平均值最高，然后依次為骨板、鰓和肝。施氏鱘背部肌肉、骨板、鰓和肝的δ13C平均值兩兩進(jìn)行對(duì)比表明，背部肌肉的δ13C平均值略高于骨板的δ13C 平均值，無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。背部肌肉的δ13C平均值顯著高于鰓和肝的δ13C平均值（P＜0.001），差值分別為（1.32±0.09）‰和（3.48±0.14）‰；骨板的δ13C 平均值顯著高于鰓和肝的δ13C 平均值（P＜0.001），差值分別為（1.25±0.12）‰和（3.42±0.14）‰。鰓的δ13C平均值顯著高于肝的δ13C 平均值（P＜0.001），其差值為（2.17±0.13）‰。

圖1 施氏鱘背部肌肉（DM）、骨板（BL）、鰓（G）和肝（L）四種組織兩兩之間δ13C 的散點(diǎn)圖Fig.1 Scattered plot of δ13C values in muscle（DM）,bony shield（BL）,gill（G）and liver（L）of juvenile Amur sturgeon Acipenser schrenckii

施氏鱘四種組織的δ15N平均值之間差異顯著（P＜0.01），其中骨板的δ15N平均值高于背部肌肉、鰓和肝臟的δ15N平均值（表1、表2）。四種組織氮平均值的Tukey’s post-hoc HSD 檢驗(yàn)結(jié)果顯示：肌肉和骨板之間的δ15N平均值具有顯著性差異（P＜0.05），肌肉的δ15N平均值顯著小于骨板的δ15N 平均值，其差值為（0.54±0.11）‰；肌肉的δ15N 平均值略高于鰓的δ15N平均值，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05），其差值為（0.14±0.06）‰；肌肉的δ15N平均值略低于肝的δ15N平均值（P＞0.05），其差值為（0.13±0.12）‰。骨板的δ15N平均值顯著高于鰓的δ15N平均值（P＜0.01），其差值為（0.68±0.06）‰。骨板和肝的δ15N平均值無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。鰓的δ15N平均值略小于肝的δ15N平均值（P＞0.05）。

2.2 不同組織δ13C 的關(guān)系

由圖1 可知，肌肉和骨板的δ13C呈顯著的正相關(guān)線性關(guān)系（P＜0.01，圖1a）,背部白肌肉（DM）=0.685體長(zhǎng)（BL）-8.817（r2=0.841）。背部肌肉和鰓的δ13C呈顯著的正相關(guān)線性關(guān)系（P＜0.01，圖1b），DM=0.799G（鰓）-4.596（r2=0.693）。背部肌肉和肝的δ13C呈顯著的正相關(guān)線性關(guān)系（P＜0.01，圖1c），DM=0.540L（肝）-11.046（r2=0.841）。骨板和鰓的δ13C 呈顯著的正相關(guān)線性關(guān)系（P＜0.01，圖1d），BL=1.046G+2.614（r2=0.662）。骨板和肝的δ13C呈顯著的正相關(guān)線性關(guān)系（P＜0.01，圖1e），BL=0.690L-6.374（r2=0.679）。鰓和肝的δ13C呈顯著的正相關(guān)線性關(guān)系（P＜0.01，圖1f），G=0.576L-11.219（r2=0.783）。綜上所述，背部肌肉、骨板、鰓和肝之間的δ13C 具有相關(guān)性，獲得施氏鱘四種組織的任何一種組織的碳穩(wěn)定同位素值均可推算出另一種組織的碳穩(wěn)定同位素值。

2.3 不同組織δ15N 的關(guān)系

對(duì)施氏鱘背部肌肉、骨板、鰓和肝中δ15N的兩兩之間的關(guān)系分析顯示：肌肉和骨板的δ15N之間呈顯著的正相關(guān)線性關(guān)系（P＜0.01，圖2a），DM=0.488BL+6.031。背部肌肉和鰓的δ15N之間呈顯著的正相關(guān)線性關(guān)系（P＜0.01，圖2b），DM=0.652G+4.369（r2=0.866）。骨板和鰓的δ15N之間呈顯著的正相關(guān)線性關(guān)系（P＜0.01，圖2c），BL=1.335G-3.389（r2=0.965）。肝的δ15N分別與背部肌肉、骨板和鰓的δ15N 沒(méi)有顯著的線性關(guān)系（P＞0.05）。綜上所述，背部肌肉、骨板和鰓之間的δ15N具有相關(guān)性，獲得施氏鱘三種組織的任何一種組織的氮穩(wěn)定同位素值均可推算出另一種組織的氮穩(wěn)定同位素值。

圖2 施氏鱘背部肌肉（DM）、骨板（BL）、鰓（G）和肝（L）四種組織兩兩之間δ15N 的散點(diǎn)圖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 討論

本研究表明：施氏鱘背部肌肉、骨板、鰓和肝中δ13C平均值存在顯著差異，除背部肌肉和骨板的δ13C平均值；背部肌肉和骨板的δ15N平均值之間以及骨板和鰓的δ15N平均值之間存在顯著的差異性。其中，肌肉的δ13C平均值最高，依次為骨板、鰓和肝；骨板的δ15N平均值高于背部肌肉、鰓和肝的δ15N 平均值。許多研究證明，穩(wěn)定同位素具有組織特異性[19-21]。其原因可能有兩個(gè)方面：一與消費(fèi)者自身的新陳代謝速率有關(guān)（即內(nèi)因），二與外界環(huán)境有關(guān)（即外因）。內(nèi)因方面，可能與不同組織對(duì)食物中同位素的吸收程度不同，如Hobson 和Bairlein（2003）研究表明，動(dòng)物攝取的不同食物并非進(jìn)行充分混合后平均分配到個(gè)體的不同組織，而是直接進(jìn)入動(dòng)物的特定組織（即同位素印跡現(xiàn)象）[22]；其次，不同組織中蛋白質(zhì)的含量不同，即氨基酸的含量和比例不同[23]。相關(guān)文獻(xiàn)顯示，脂肪含量和δ13C值呈負(fù)相關(guān)[23]，這也可能是導(dǎo)致不同組織同位素值不同的原因之一。外因方面，穩(wěn)定同位素的組織特異性可能與環(huán)境參數(shù)和棲息地有關(guān)[24,25]。Deudero 等（2009）研究了紫貽貝Mytilus galloprovincialis 消化腺、肌肉和鰓3 種組織的穩(wěn)定同位素，結(jié)果顯示，不同組織的穩(wěn)定同位素和采樣點(diǎn)之間存在顯著相關(guān)性[26]。施氏鱘不同組織的穩(wěn)定同位素組織特異性是否與以上兩方面有確切的關(guān)系，仍需進(jìn)一步深入的研究。

不同組織之間穩(wěn)定同位素值的差異反映了施氏鱘不同時(shí)間尺度的食物特征。Jim 等（2004）研究表明，血液同位素值反映的是幾小時(shí)到幾天；肌肉等組織同位素值反映的可能是幾周、幾個(gè)月甚至幾年；骨骼反映的可能是幾十年甚至一生[27]。這結(jié)果可能與不同組織的同位素轉(zhuǎn)化率不同有關(guān)，同位素轉(zhuǎn)化率較低的組織反映的時(shí)間尺度大，同位素轉(zhuǎn)化率高的組織反映的時(shí)間尺度小[11,28,29]。韓羽嘉等（2017）對(duì)黃條Seriola aureovittata 不同組織碳穩(wěn)定同位素的轉(zhuǎn)化率研究表明，肝臟的碳穩(wěn)定同位素轉(zhuǎn)化率最高，依次為鰓和肌肉[30]；張妙等（2016）研究表明，黃顙魚Pelteobagrus fulvidraco 肝臟的碳氮穩(wěn)定同位素轉(zhuǎn)化率高于鰓[31]。本研究中，肌肉和骨板的碳氮穩(wěn)定同位素值較高，可能與其同位素轉(zhuǎn)化率較低有關(guān)，反映了施氏鱘食物特征的時(shí)間尺度長(zhǎng)；肝臟的穩(wěn)定同位素值較低，可能與這種組織的同位素轉(zhuǎn)化率較高有關(guān)，反映施氏鱘食物特征的時(shí)間尺度短。

本研究中，肝δ13C值分別與背部肌肉、骨板、鰓等組織的δ13C具有顯著的線性關(guān)系，然而肝的δ15N 分別與背部肌肉、骨板和鰓δ15N卻沒(méi)有顯著的線性關(guān)系。動(dòng)物不同組織間氮同位素分餾效應(yīng)差異很大[11]。Roth 和Hobson（2000）對(duì)紅狐Vulpes vulpes 的研究表明，血清和食物之間的氮同位素富集值為4.2‰，肝、肌肉和毛皮分別與食物的氮同位素富集值卻較低[32]。因此，施氏鱘肝的氮同位素富集程度可能與其他組織的氮同位素富集程度存在差異。碳同位素主要反映了食物組成，而氮同位素受到多種因素綜合的影響[33]。