應(yīng)用碳氮穩(wěn)定同位素比較養(yǎng)殖鮑魚食性的空間差異

徐 軍，王 沈, 黃紅霞，姚小燕, 趙康順, 邱 彬, 戴 明

(1. 中國科學(xué)院水生生物研究所，湖北 武漢 430072； 2. 福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350002； 3. 福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院，福建 福州 350116)

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應(yīng)用碳氮穩(wěn)定同位素比較養(yǎng)殖鮑魚食性的空間差異

徐 軍1，王 沈1, 黃紅霞2，姚小燕1, 趙康順1, 邱 彬3, 戴 明2

(1. 中國科學(xué)院水生生物研究所，湖北 武漢 430072； 2. 福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350002； 3. 福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院，福建 福州 350116)

選擇福建省黃岐半島的皺紋盤鮑、 南日島的雜交鮑和古雷半島的雜交皺紋盤鮑為研究對象，通過分析三個(gè)地點(diǎn)的鮑魚和其可能的食物來源的穩(wěn)定性碳和氮同位素比率，利用貝葉斯混合模型分別得出三個(gè)地點(diǎn)鮑魚的食性. 研究發(fā)現(xiàn)，三地鮑魚的食性存在差異，黃岐半島、 南日島和古雷半島的鮑魚的食物來源分別有3, 5和4種，通過比較鮑魚的食性比例與投餌比例之間的差異，提出應(yīng)減小龍須菜占比，增大海帶占比的建議.

鮑魚； 穩(wěn)定性同位素； 食性分析； 養(yǎng)殖

0 引言

鮑魚是珍貴的海產(chǎn)品，我國是世界上最早食用鮑魚的國家之一，也是最早開展鮑魚養(yǎng)殖的國家之一[1]. 我國的鮑魚養(yǎng)殖研究從上世紀(jì)60年代末開始，70年代先后取得雜色鮑和皺紋盤鮑人工育苗成功，同時(shí)開展了養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)[2]. 2000年以后，我國鮑魚養(yǎng)殖產(chǎn)量以年均27.6%的速度增長，到2011年產(chǎn)量達(dá)到7.68億t，占世界鮑魚總產(chǎn)量的88.8%. 其中福建省鮑魚養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)處于連續(xù)上升狀態(tài)，其產(chǎn)值占全國的比重從22.65%快速上升到66.45%[3].

隨著鮑魚養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的壯大，鮑魚養(yǎng)殖中的問題也越來越凸顯出來, 高密度、 集約化的鮑魚養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢水導(dǎo)致的近岸水域富營養(yǎng)化，制約了水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4]； 近年來養(yǎng)殖海藻的價(jià)格比鮑魚大量養(yǎng)殖前高出2～3倍，導(dǎo)致養(yǎng)殖成本大幅上升. 成鮑是雜食性動物，鮑魚喜歡攝食的藻類是以褐藻為主，如海帶、 裙帶菜等，兼食綠藻類，如石莼、 刺松藻等[5]. 夏季成鮑養(yǎng)殖飼料供應(yīng)緊張，但是目前市面上的飼料廠家推出的成鮑配合飼料又未能被廣大養(yǎng)殖戶接受[2]. 縱觀以上問題，深入研究鮑魚的食性比例顯得尤為重要.

研究動物食性的傳統(tǒng)胃腸含物分析方法需要樣品數(shù)量大，分析時(shí)間長，且只能反映生物短期內(nèi)的攝食特征，而穩(wěn)定性同位素技術(shù)是解釋生物長時(shí)間營養(yǎng)來源的非常有效的手段[6]. 金昌波等[7]利用碳穩(wěn)定同位素法研究人工飼料對刺參幼參生長的食物貢獻(xiàn)率，黃瑤[8]利用碳氮同位素示蹤方法，探討了大型藻類對皺紋盤鮑和刺參的餌料貢獻(xiàn)，宋固[9]利用碳氮穩(wěn)定性同位素技術(shù)對千島湖鰱、 鳙魚食性做了細(xì)致的研究. 消費(fèi)者體內(nèi)碳穩(wěn)定性同位素值δ13C相對于食物的變化在0.1%～0.2%左右，能夠追蹤消費(fèi)者的食物來源和初級生產(chǎn)力沿食物鏈的遷移和轉(zhuǎn)化. 氮穩(wěn)定性同位素值δ15N從食物到消費(fèi)者的平均富集程度為0.3%～0.4%，是食物來源的良好示蹤指標(biāo)[10].

應(yīng)用碳氮穩(wěn)定同位素技術(shù)來研究福建省養(yǎng)殖鮑魚的攝食習(xí)性，通過分析鮑魚和其可能的食物來源的穩(wěn)定性碳和氮同位素比率，利用貝葉斯混合模型得出鮑魚的食性. 從而可以減少餌料的浪費(fèi)，節(jié)約養(yǎng)殖成本； 找到最適合鮑魚生長的餌料配比，為餌料生產(chǎn)提供指導(dǎo)； 同時(shí)可以減輕養(yǎng)殖水域的富營養(yǎng)化和水體污染.

1 材料與方法

1.1 樣品采集及預(yù)處理

圖1 鮑魚樣品采集地點(diǎn)Fig.1 Location of sampling sites where the abalones are collected

2014年分別在福建省連江縣黃岐半島的A點(diǎn)(26.331 005 °N，119.899 776 °E)、 莆田市秀嶼區(qū)南日島的B點(diǎn)(25.217 721 °N，119.448 456 °E)和漳州市漳浦縣古雷半島的C點(diǎn)(23.815 699 °N，117.6150 18 °E)3個(gè)點(diǎn)位(如圖1)采集成熟鮑魚樣品30只，經(jīng)鑒定3個(gè)點(diǎn)位的鮑魚種類分別為皺紋盤鮑、 雜交鮑、 雜交皺紋盤鮑.

采集的鮑魚樣品立即用清水洗凈，放入冰箱內(nèi)冷凍保存； 同時(shí)采取鮑魚所在水域中的大型藻類(海帶、 龍須菜、 石莼等)，分類并用清水洗凈后放入冰箱冷凍保存； 用采水器取表層水1～2 L，經(jīng)篩絹(160 μm)過濾，所得濾液經(jīng)玻璃纖維濾膜(WhatmanGF/F，直徑47 mm，預(yù)先在500 ℃馬弗爐內(nèi)灼燒去除碳氮元素)過濾，用過量的1 mol·L-1鹽酸酸化去除可能影響δ13C的碳酸鈣等碳酸鹽，酸化后的濾膜用蒸餾水沖洗去除可能殘留的鹽酸，所得樣品即為水相顆粒有機(jī)物(POM)[11]，然后將含有POM的濾膜用鋁箔紙包裹，放入聚乙烯封口袋內(nèi)冷凍保存.

1.2 樣品處理

① 切取鮑魚腹足部肌肉(1 cm×1 cm×1 cm)，與其他所有樣品放入烘箱中在60 ℃恒溫條件下烘干48 h直至恒重；

② 烘干后的樣品都經(jīng)研磨成粉末后用0.154 mm(100 目)篩絹過篩，然后放入2 mL凍存管中密封干燥保存： 鮑魚樣品用研缽粉碎研磨呈均勻粉末，用0.154 mm(100 目)篩絹過篩，編號并保存待測； 植物樣品用震蕩研磨器研磨約2 min，得到粉末樣品，編號并保存待測； 顆粒有機(jī)物(POM)樣品從濾膜上刮下，用小號研缽研磨過篩，編號并保存待測.

1.3 穩(wěn)定性同位素分析

分析所用儀器為CE公司的Carlo Erba NC 2500元素分析儀和Finnigan MAT公司的Delta Plus同位素質(zhì)譜儀聯(lián)用儀. 將樣品粉末盛入合適的錫杯中，然后經(jīng)元素分析儀燃燒、 還原、 色譜分餾、 除去水分，最終所得的純凈的CO2和N2氣體與氣體鋼瓶中的參比氣體CO2和N2分別送入同位素比值質(zhì)譜儀上測定，可同時(shí)測出δ13C和δ15N值. 測定碳氮穩(wěn)定同位素的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別為VPDB(NBS-19方解石)和N2，參比氣體分別使用國際上通用的IAEA-USGS24和IAEA-USGS26進(jìn)行標(biāo)定. 儀器設(shè)定參數(shù)如表1.

用分析天平(精度為0.001 mg)稱取(1.6±0.2)mg鮑魚粉末樣品，記錄質(zhì)量，將樣品加入元素分析儀中，通過元素分析儀和質(zhì)譜儀聯(lián)用，得到鮑魚的δ13C，δ15N值； 大型藻類樣品稱取(1.8±0.2)mg，懸浮的顆粒有機(jī)物稱取(20±2)mg，附著藻類和底棲絲狀藻類稱取(20±2)mg，飼料樣品稱取(1.8±0.2)mg. 20%的樣品被分析兩次或兩次以上，以此作為重復(fù)，樣品δ13C和δ15N重復(fù)測量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為±0.03%. 為了確保儀器分析的一致，每隔5～10個(gè)測量后分析一至兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[12].

表1 分析所用儀器的設(shè)定參數(shù)

分析測試結(jié)果以δ形式表示，定義為：

式中：Rsample為所測得的同位素比值，碳同位素是13C/12C，氮同位素是15N/14N；Rstandard為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(VPDB和N2)的同位素比值.X是13C或15N，δX值用于衡量樣品中重同位素的含量，越小表示樣品重同位素(13C或15N)含量越低，越大表示樣品重同位素(13C或15N)含量越高. 測量結(jié)果輸入Excel中做ANOVA分析，在R軟件中求算出鮑魚食性比例.

2 結(jié)果分析

2.1 穩(wěn)定同位素特征

通過穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀測出黃岐半島、 南日島和古雷半島的鮑魚和食物源的δ13C和δ15N值，然后求得其平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，見表2. 并對黃岐半島、 南日島和古雷半島鮑魚、 廣東龍須菜和海帶進(jìn)行差異性評價(jià)，見表3.

表2 鮑魚和食物源的δ13C和δ15N值比較

通過表3可以看出黃岐半島和南日島的廣東龍須菜和POM的碳、 氮穩(wěn)定同位素值無顯著差異，南日島和古雷半島的海帶的氮穩(wěn)定同位素值、 廣東龍須菜的碳穩(wěn)定同位素值、 POM的碳、 氮穩(wěn)定同位素值無顯著差異，黃岐半島和古雷半島的鮑魚的氮穩(wěn)定同位素值、 海帶和廣東龍須菜的碳穩(wěn)定同位素值、 以及POM的碳、 氮穩(wěn)定同位素值無顯著差異. 喂養(yǎng)餌料中還有本地的龍須菜，其碳穩(wěn)定同位素值無顯著差異.

表3 鮑魚、 廣東龍須菜和海帶的差異性評價(jià)

注： *有顯著差異, **有極顯著差異, -無數(shù)據(jù); A黃岐半島, B南日島, C古雷半島.

2.2 食性分析

表4 鮑魚食性比例

通過利用R軟件中的SIAR包分析測得的鮑魚和各種食物的碳、 氮穩(wěn)定同位素值，分別求得黃岐半島、 南日島和古雷半島的鮑魚的食性比例(見表4)和食性比例概率箱形圖(見圖2). 發(fā)現(xiàn)3個(gè)點(diǎn)位鮑魚的食性完全不同，其中黃岐半島的鮑魚食物來源有3種，按其比例大小排序?yàn)椋?廣東龍須菜

圖2 鮑魚食性比例概率箱形圖Fig.2 Box plot of the feeding habits ratio of the abalones

3 討論

根據(jù)貝葉斯混合模型得出三個(gè)點(diǎn)位的鮑魚的食性比例，通過比較發(fā)現(xiàn)，黃岐半島(A)的皺紋盤鮑比較偏愛海帶，攝食的POM次之，廣東龍須菜最少. 南日島的雜交鮑食性比較廣泛，海帶和本地龍須菜占食物的比例差不多，但是較黃岐半島鮑魚吃的海帶比例要小得多，原因是南日島海區(qū)還有較多的自然生長的本地龍須菜和石莼，這部分食物替代了部分海帶的餌料作用[12]. 同時(shí)可以看出南日島的鮑魚之所以能成為地理標(biāo)志產(chǎn)品，除了品種的差異，也與其能獲取的新鮮食物種類較多有關(guān).

位于最南方的古雷半島的雜交皺紋盤鮑，廣東龍須菜與海帶的投餌比例為1∶1，與推算出的廣東龍須菜占18.1%、 海帶占32.7%不符，得出其廣東龍須菜投餌過量，可以適當(dāng)減少廣東龍須菜的投餌，從而控制養(yǎng)殖成本. 而且通過對三個(gè)采樣地點(diǎn)的鮑魚食性聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)，相較于其他餌料，鮑魚更傾向于取食海帶. 同樣南非的鮑魚養(yǎng)殖業(yè)所用餌料主要是海帶[13]，日本、 澳大利亞、 印度、 美國的鮑魚養(yǎng)殖都同樣提到了海帶的重要地位. 所以在減少龍須菜投餌比例的同時(shí)，適當(dāng)增大海帶的投餌比例. 科學(xué)合理的投喂，是促進(jìn)養(yǎng)殖動物快速生長，提高飼料轉(zhuǎn)化率，降低飼料成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵[14].

在南日島和古雷半島的鮑魚食物中，本地龍須菜和石莼也占了一定的比例，可以看出野生藻類餌料也可以有巨大的作用，所以在鮑魚養(yǎng)殖海區(qū)開展大型藻類的養(yǎng)殖是個(gè)值得嘗試的方案，尤其是海帶的養(yǎng)殖: 一是海帶的養(yǎng)殖技術(shù)在我國已經(jīng)十分純熟，可以源源不斷地為鮑魚提供新鮮的餌料，減少了餌料成本; 二是這樣也可以凈化周圍海水水質(zhì)[15]，增產(chǎn)減排，讓鮑魚養(yǎng)殖科學(xué)發(fā)展. 所得出的三種鮑魚的食性比例也可以為鮑魚配合飼料廠家優(yōu)化飼料原料配比提供一定的借鑒與指導(dǎo).

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(責(zé)任編輯： 蔣培玉)

Research on spatial difference of diet of cultured abalone by stable carbon and nitrogen isotope

XU Jun1，WANG Shen1，HUANG Hongxia2，YAO Xiaoyan1，ZHAO Kangshun1，QIU Bing3，DAI Ming2

(1. Institute of Hydrobiology, Chinese Academy Science, Wuhan, Hubei 430072，China; 2. Fujian Inspection and Research Institute for Product Quality, Fuzhou, Fujian 350002，China; 3. College of Chemistry, Fuzhou University, Fuzhou, Fujian 350116，China)

We choose 3 different kinds of abalones which are collected from Huangqi Peninsula, Nanri Island and Gulei Peninsula in Fujian Province, and analyse the stable carbon and nitrogen isotope ratios of them and their food resources.Then we use Bayesian mixture model to get the abalone’s feeding habits. We find that the feeding habits of the 3 kinds of abalones are all different from each other. Their food sources are 3, 5 and 4，respectively. We put forward a proposal that we should decrease the asparagus and increase the kelp in abalone farming.

abalone; stable isotope; diet analysis; aquaculture

10.7631/issn.1000-2243.2017.03.0454

1000-2243(2017)03-0454-05

2016-11-04

戴明(1977-)，博士，高級工程師, 主要從事食品安全檢測技術(shù)方面的研究, 48030910@qq.com

福建省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目(2013Y6002)

Q178.1

A