南海北部潮間帶自由生活線蟲的生物量及生物多樣性初步研究

喬春艷，郝映東，陸 洋，黃 勇

(聊城大學 生命科學學院，山東 聊城 252059)

0 引言

南海，國際上稱南中國海，是位于中國大陸南部與菲律賓群島、加里曼丹島、蘇門答臘島、馬來半島和中南半島之間的太平洋邊緣海，由廣東南澳島至臺灣島南端鵝鑾鼻的連線使其與東海分界。南海為世界第三大陸緣海，僅次于南太平洋的珊瑚海和印度洋的阿拉伯海，面積約356萬km2，約等于渤海、黃海和東?？偯娣e的3倍，其中屬于中國管轄范圍的是九段線之內的210萬km2左右的海域。地處熱帶和亞熱帶地區(qū)，海域廣闊，生物多樣性豐富。小型底棲動物是海洋碎屑食物鏈中重要的中間環(huán)節(jié)，不僅是幼年魚、蝦和蟹的餌料[1]，調節(jié)著微生物的生產(chǎn)過程，同時還是有機碎屑和初級生產(chǎn)力以及水底-耦合的重要環(huán)節(jié)。近年來小型底棲動物作為海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)系統(tǒng)健康評價的一個重要指標，已被普遍運用于海洋環(huán)境監(jiān)測中[2]。

自由生活海洋線蟲是海洋中種類多、數(shù)量大、分布廣，分類較為困難的小型底棲動物中最優(yōu)勢的類群。世界上估計的海洋線蟲超過 2 萬余種，目前報道的種類只有 7000 種，而我國海域鑒定到種的只有500種。自由生活海洋線蟲耐污染、耐低氧、適應性強，在大多數(shù)生境，它們是底棲環(huán)境中數(shù)量最豐富的類群，占后生動物數(shù)量的 70%-90%，在某些生境中可達到 90%以上[3]。通常每平方米的軟底沉積物中含有上百萬條的線蟲，有時高達四百多萬條。它們以其特有的生殖對策，在水層-底棲生態(tài)系統(tǒng)的能量轉換中，在攝食和刺激微生物的生產(chǎn)方面具有全球性的效應[4]；是國際底棲生態(tài)學家重點研究的對象之一，也是當今世界深海和極端環(huán)境生命過程研究的熱點類群。其多樣性指數(shù)和群落分布格局可作為監(jiān)測底棲環(huán)境的工具[5]。由于種種原因，我國有關海洋線蟲方面的研究相對滯后，至今還缺乏我國海洋線蟲的基本數(shù)據(jù)，不清楚我國海洋線蟲的種類資源和多樣性情況，特別是有關南海線蟲的分類學研究更是薄弱。同時對南海北部潮間帶小型底棲動物多樣性和自由生活海洋線蟲的分類鑒定缺少系統(tǒng)整體的研究。

本研究選取南海北部潮間帶4個典型站位作為研究樣點，初步分析了南海潮間帶自由生活線蟲的種類組成和多樣性特征。隨著海洋強國和二十一世紀海上絲綢之路戰(zhàn)略的實施，海洋戰(zhàn)略地位更加突出，海洋經(jīng)濟地位加速提升。加強海洋科學研究，查清海洋生物資源底數(shù)，提高保護開發(fā)和利用海洋的能力，對建設海洋強國具有重大的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。

1 材料與方法

1.1 調查海域

2019年1月在南海北部沿岸潮間帶(北緯22°2′至22°23′，東經(jīng)113°24′至113°59′)選取4個典型站位(泥質、砂質、泥沙質、紅樹林)，采集未受擾動的沉積物樣品(圖1)。使用改造后的內徑為2.6 cm的注射器取樣，取樣深度為8 cm，每個樣芯按0-2 cm、2-5 cm、5-8 cm(或0-2 cm、2-8 cm)分層裝入100 mL已編號的采樣瓶，加入等量的10%海水福爾馬林溶液以固定樣品[6-9]，在每一個站位采集3-5個平行樣品。另外，刮取表層沉積物，標記后裝瓶存放，作為該站位的補充。

1.2 研究方法

在實驗室，將樣品用0.1% 虎紅溶液染色24 h，倒入500 μm和42 μm疊加放置的網(wǎng)篩內，用自來水反復沖洗。用比重為1.15的Ludox-TM對截留的沉積物樣品進行離心[10]。將上清液沖去Ludox-TM后轉移到培養(yǎng)皿上，重復操作三次，解剖鏡下分選[11,12]，將小型底棲生物各類群分別保存在盛有5%福爾馬林溶液的青霉素瓶中。將線蟲置于盛有5%甘油，5%純乙醇，90%純水[13]的細胞培養(yǎng)皿中放在干燥箱兩周，制成永久裝片，觀察、測量和繪圖在微分干涉顯微鏡下進行[14]。根據(jù) Lorenzen(1981)[15]建立的線蟲的分類系統(tǒng)和相關文獻，進行線蟲的分類鑒定至分類實體或種的水平[5,16,17]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

通過分選獲得4個典型站位小型底棲動物各類群的個體數(shù)量，利用Excel對這些數(shù)據(jù)進行計算分析，得出小型底棲動物各類群的豐度、生物量、生產(chǎn)量等，并作圖示意。使用PRIMER 6.0進行海洋線蟲豐度的CLUSTER等級聚類分析和MDS分析，并對其進行多樣性分析，如物種豐富度指數(shù)(d)、香農-威納多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J′)和優(yōu)勢度指數(shù)(D)[18]。

圖2 南海北部潮間帶4個站位自由生活線蟲豐度的柱狀圖

圖3 南海北部潮間帶4個站位自由生活線蟲生物量的柱狀圖

2 研究結果

2.1 自由生活線蟲的豐度、生物量和生產(chǎn)量

2019年1月南海北部潮間帶4個站位的線蟲的平均豐度為1217±479(ind·10 cm-2)，占小型底棲動物總豐度的96.6%。自由生活線蟲的豐度在小型底棲動物中占絕對優(yōu)勢，故其分布趨勢與小型底棲動物豐度的分布趨勢一致[9]。線蟲豐度最高值為SZFT站，為1871±1079(ind·10 cm-2)；豐度最低值在SZWGY站，為624±17(ind·10 cm-2)，JDDM站和QANT站的平均豐度居中，分別為1595.7±726.7(ind·10 cm-2)和775.4±235(ind·10 cm-2)(圖2)。4個站位線蟲的平均生物量為487±192(μgdwt·10 cm-2)，自由生活線蟲的生物量是由其豐度乘以經(jīng)驗系數(shù)0.4 g·ind所得，因而其分布趨勢與豐度完全相同(圖3)。

4個站位線蟲的平均生產(chǎn)量為4379.6 ±1725.2(μg·10 cm-2·a-1)。

2.2 線蟲群落的營養(yǎng)結構

Wieser(1953)[19]將線蟲分為四種功能類群，不同的口腔結構代表了不同的攝食機制(圖4)。1A型代表選擇性沉積食性者，1B型代表非選擇性沉積食性者，2A型代表為刮食者，2B型代表捕食者。本研究中，以1B型優(yōu)勢度最高，有31種，占總物種數(shù)的54.4%；2A型優(yōu)勢度次之，有18種，占31.6%；1A型6種，2B型2種，分別占10.5%和3.5%(圖5)。按個體數(shù)量統(tǒng)計，1B型優(yōu)勢度仍最高，占線蟲總數(shù)的63%；2A型優(yōu)勢度次之，占34.1%；1A型和2B型最低，分別占1.8%和1.1%。

圖4 常見海洋線蟲四種攝食類型口腔結構示意圖(引自Warwick et al.1998)

圖5 南海北部潮間帶4個站位線蟲四種攝食類型種類數(shù)目百分比

2.3 線蟲群落的年齡結構和性別比例

成熟雌體具有卵細胞或發(fā)育良好的卵巢且雌孔可見，成熟雄體具有交接刺，幼體指無明顯雌性和雄性特征的個體。本研究對線蟲群落中成熟雌體、成熟雄體和幼體的數(shù)目進行統(tǒng)計，得到線蟲群落的年齡結構和性別比例。4個典型站位線蟲群落中雌雄比平均為1.42:1，幼體所占比為13.3%-30.7%，平均值為20.2%(表1)。另外統(tǒng)計了雌體、雄體以及幼體所占比(圖6)。

表1 南海北部潮間帶4個站位線蟲性別比例表

2.4 種類組成

對4個站位沉積物樣品進行分析，共鑒定出了自由生活線蟲57種，隸屬于34個屬，19科，3目，其中包括2個新種(LeptolaimusholovachoviQiao，Jia & Huang，2020[20]，Daptonemabrevicaudatussp.Nov.[21])。4個站位中排名前8位的優(yōu)勢種依次為SteineriaampullaceaWieser & Hopper，1967、TheristuspertenuisBresslau & Schuurmans Stekhoven，1935、PseudolellamajorWang & Huang，2016、Parodontophorasp2、Daptonemaalternum(Wieser，1956) Lorenzen，1977、Paragnomoxyalamacrostoma(Huang & Xu，2013) Sun & Huang，2017、Parodontophorasp1、Pseudolellasp3、Theristussp3。

屬水平上的統(tǒng)計顯示，Steineria屬是本研究海域最為優(yōu)勢的屬，個體數(shù)量占4個站位線蟲總數(shù)的18.18%，其次為Daptonema屬，占線蟲總數(shù)的17.33%，其它優(yōu)勢屬(個體數(shù)量大于線蟲總數(shù)的2%)依次為屬Theristus、Parodontophora、Pseudolella、Paragnomoxyala、Oncholaimus、Leptolaimus、Pseudochromadora。Xyalidae和Axonolaimidae為第一和第二大科，分別占線蟲總數(shù)的57.48%和25.71%，其他優(yōu)勢科(個體數(shù)量大于線蟲總數(shù)的1%)依次為Oncholaimidae、Leptolaimidae和Desmodoridae等(表2)。

圖6 南海北部潮間帶4個站位線蟲雌雄比和幼體比柱狀圖

表2 南海北部潮間帶優(yōu)勢屬和優(yōu)勢科及其優(yōu)勢度

2.5 自由生活線蟲豐度的CLUSTER等級聚類分析

利用PRIMER 6.0對南海北部潮間帶4個典型站位進行自由生活線蟲豐度的CLUSTER等級聚類分析(圖7)。在40%相似水平上，主要分為三組，組1包括JDDM站，JDDM站屬于砂質的沉積物類型；組2包括SZWGY站位于深圳灣公園觀鳥亭附近，沉積物類型為泥質；組3包括SZFT站和QANT站，SZFT站位于深圳福田紅樹林保護區(qū)，紅樹林生長于陸地與海洋交界灘涂淺灘，是陸地向海洋過度的一種特殊的生態(tài)系統(tǒng)，QANT站位于淇澳島，屬于泥沙質的沉積物類型，且人類活動頻繁，有機質污染程度較高。

圖7 南海北部潮間帶線蟲豐度的CLUSTER等級聚類分析

2.6 線蟲的非度量多維標度(non-metric Multi-Dimensional Scaling，MDS)分析

對線蟲進行了豐度的CLUSTER等級聚類分析后，接著進行了線蟲的非度量多維標度(MDS)分析(圖8)，結果與CLUSTER等級聚類分析結果一致，由圖8可知，SZFT站和QANT站更相似，SZWGY站和JDDM站與以上兩個站位的相似性較低。

圖8 南海北部潮間帶線蟲的非度量多維標度(MDS)分析

2.7 自由生活線蟲群落多樣性分析

通過PRIMER 6.0對4個站位自由生活線蟲群落多樣性進行了分析(表3)，結果表明，物種豐富度指數(shù)與線蟲種類數(shù)基本一致，QANT站物種豐富度指數(shù)最高，為6.819，JDDM站最低，為4.529，但SZFT站和SZWGY站相反，SZFT站種類數(shù)多，物種豐富度指數(shù)較低。香農-威納指數(shù)從高到低依次為QANT站(3.279)、SZWGY站(2.981)、JDDM站(2.966)和SZFT站(2.899)。均勻度指數(shù)介于0.8443-0.9103之間，物種分布均勻，說明南海北部潮間帶自由生活線蟲穩(wěn)定性強。該海域自由生活線蟲群落優(yōu)勢度指數(shù)較低，介于0.0485-0.0766之間，物種豐富度指數(shù)較高，在4.529-6.819之間，具有低優(yōu)勢度和較高多樣性的特點。

表3 南海北部潮間帶線蟲群落多樣性指數(shù)

3 結論與分析

在豐度上自由生活線蟲是小型底棲生物中最優(yōu)勢的類群，與王家棟等[24]中國近海秋季開展的研究結果一致。SZFT站和SZWGY站均位于深圳灣，與2017年譚文娟等[25]和2020年郭玉清等[30]深圳灣福田紅樹林區(qū)研究相比，所選采樣區(qū)域相同，站位相近，從豐度上分析，SZFT站和SZWGY站海洋線蟲的平均豐度百分比為97.4%，譚文娟等研究為97.26%，郭玉清等研究為97.28%；從生物量上分析，SZFT站和SZWGY站線蟲的平均生物量百分比為65.6%，譚文娟等研究為71.58%，這與譚文娟等結果相近，郭玉清等研究未涉及線蟲生物量的分析。

與2014年劉曉收等[23]南海北部深海自由生活線蟲的研究比較(表4)，本研究中潮間帶海洋線蟲的平均豐度要遠高于南海北部深海，且高于南海其他有關研究[22,24,26-30]，這可能與采樣季節(jié)、站位和網(wǎng)篩孔徑有關。自由生活線蟲始終在小型底棲動物中占據(jù)最優(yōu)勢地位。

本研究對海洋線蟲物種數(shù)和個體數(shù)進行了統(tǒng)計，根據(jù)物種數(shù)或是個體數(shù)，4種食物類型的線蟲比例的順序都是一致的：1B型最多，2A型次之，1A型和2B型最少。

綜上，沉積食性者(1A+1B)無論是在物種數(shù)(64.9%)還是個體數(shù)(64.8%)上均最占優(yōu)勢。線蟲群落的營養(yǎng)結構與食物類型密切相關，本研究中沉積食性者最占優(yōu)勢且以有機碎屑為食，故推測有機碎屑是南海北部潮間帶冬季的主要食物來源。

蔡立哲等[28]、王家棟等[24]、郭玉清等[30-32]和唐玲等[26，27]對南海近海和淺海的小型底棲動物生態(tài)學進行了研究，另外，劉曉收等[23]對南海北部深海小型底棲動物豐度和生物量等進行了分析，而分類方面尤其是海洋線蟲分類鑒定的研究相對較少。本研究對南海北部潮間帶冬季沉積物樣品進行分析，4個站位共鑒定出了57個種或分類實體，由于自由生活線蟲分類難度較大，加之分類資料缺乏，分類經(jīng)驗不足，目前真正鑒定到種的只有十余種。因此，自由生活海洋線蟲的分類鑒定仍然是我國小型底棲生物研究的重要基礎性工作。

表4 本文研究與相關研究對照表

本研究利用PRIMER 6.0對4個典型站位自由生活線蟲進行了豐度的CLUSTER等級聚類分析、非度量多維標度(MDS)分析以及群落多樣性分析，結果表明，SZFT站和QANT站更相似，SZWGY站和JDDM站與以上兩個站位的相似性較低，南海北部潮間帶自由生活線蟲群落穩(wěn)定性較強，具有低優(yōu)勢度和較高多樣性的特點。

致謝本研究中樣品采集得到聊城大學賈素素同學的幫助，自由生活線蟲豐度的CLUSTER等級聚類分析、非度量多維標度(MDS)分析以及群落多樣性分析得到中國海洋大學趙美紅同學的幫助，在此表示衷心感謝！