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基于稳定同位素技术的鳀鱼食物链氨基酸传递研究

刘海珍  
【摘要】:随着对食物网的深入研究,人们认识到生物种间物质传递信息是食物网营养质量的重要评价依据,对多重自然和人为压力下的食物网种间物质传递进行研究对实现生态资源可持续利用有重要的现实意义。我国黄东海食物网种间关系复杂,食物网物质流动研究工作难度较大,简化食物网研究是突破本海区研究瓶颈的重要方式。本论文即采用简化食物网方法进行了食物链主线物质传递的研究:以各营养层次关键种为核心构建模拟食物链主线,在此基础上讨论模拟食物链主线生物组分的氨基酸(AA)营养成分及其碳氮稳定同位素组成的变化,以了解黄东海食物网关键种物质传递主线的氨基酸营养流动过程。论文的主要研究内容和成果如下:1.本论文采用受控生态实验与室内实验相结合的研究手段,进行了“小球藻(Chlorella spp.)→中华哲水蚤(Calanus sinicus)→鳀鱼(Engraulis japonicus)”关键种食物链的模拟研究。食物链模拟实验包含了以下实验内容:a、培养小球藻;b、分离纯化活体蚤种;c、采用小球藻培养蚤种;d、采用培养好的活体中华哲水蚤饲养鳀鱼。通过分析小球藻和中华哲水蚤的一般营养组分得出:小球藻碳水化合物含量高,粗蛋白含量比较低;浮游动物中华哲水蚤粗蛋白含量比较高,其粗脂肪含量居中,碳水化合物营养成分的含量比较低。2.分别采用氨基酸N-新戊酰基异丙酯(NPP)和氨基酸N-乙酰基正丙酯(NAP)方法对15种氨基酸标准样品进行了衍生化处理,采用EA-IRMS和GC-C-IRMS方法测定了15种标准氨基酸衍生化前后的碳、氮稳定同位素比值(δ~(13)C、δ~(15)N),对比了氨基酸δ~(13)C、δ~(15)N分馏作用的大小和测量值的重复性。结果显示:NPP法氨基酸δ~(13)C、δ~(15)N稳定同位素的重复性均接近于NAP法;NPP法氨基酸δ~(13)C、δ~(15)N的分馏作用都明显小于NAP法。通过比较可知NPP法是比较理想的氨基酸衍生化方法,本论文选择了NPP氨基酸衍生化法进行样品的衍生化制备。3.食物链各生物组分氨基酸的分析结果表明,在食物链中中华哲水蚤具有承上启下的关键作用,它不仅将小球藻的植物性蛋白转化为动物性蛋白,而且明显提高了谷氨酸的含量,并显著提高了氨基酸总含量。作为黄东海食物网的优势种和主要经济鱼类消费者的饵料,鳀鱼的多数非必需氨基酸含量低于中华哲水蚤,而多数必需氨基酸含量高于中华哲水蚤。营养层次间氨基酸相对组成存在明显相关性,必需氨基酸之间相关性相对更强。鳀鱼食性由合成饵料转为中华哲水蚤时,其肌肉氨基酸含量随饵料的改变而发生变化,氨基酸含量从与日清饵料相关转为与中华哲水蚤存在更加密切的相关性。研究结论还反映出新陈代谢的综合生理过程决定了鳀鱼粪便的氨基酸组成。4.食物链中生物样品氨基酸δ~(13)C的分析结果表明:食物链生物组织整体δ~(13)C呈富集趋势;必需氨基酸δ~(13)C在营养层次间分馏很少或没有分馏,营养层次间必需氨基酸δ~(13)C值之间具有较强的线性关系(r~2接近于1,P0.05),表明了食物链消费者必需氨基酸直接来自饵料蛋白质。非必需氨基酸δ~(13)C在食物链营养层次间的分馏作用非常明显,Δ~(13)C值显著偏离0‰,非必需氨基酸δ~(13)C值在营养层次间均具有显著的弱相关性,表明食物链消费者自身重新合成非必需氨基酸的可能性较大;营养层次间非必需氨基酸δ~(13)C的分馏模式可能取决于低营养级生物体的碳库和氨基酸组成的差异,这进一步表明了食物链非必需氨基酸营养传递的复杂性。5.通过分析食物链各生物组分的氮稳定同位素比率可知,食物链中整体δ~(15)N与氨基酸δ~(15)N随营养层次升高均呈富集趋势,营养层次间氨基酸δ~(15)N分馏作用明显,Δ~(15)N值显著偏离0‰。必需氨基酸δ~(15)N在3个营养层次间均具有显著相关性(P0.05),必需氨基酸之间分馏模式相近,这可能说明了食物链营养层次间必需氨基酸δ~(15)N具有相似的分馏途径。由必需氨基酸δ~(15)N和δ~(13)C的含量特征,得知食物链中必需氨基酸的δ~(13)C比δ~(15)N更加稳定一致。通过对比非必需氨基酸的Δ~(15)N值和Δ~(13)C值,进一步说明了中华哲水蚤自身合成某些非必需氨基酸的趋势明显,而鳀鱼从中华哲水蚤直接移动某些非必需氨基酸的趋势明显,表明氨基酸营养的运转机制在不同营养层次间存在较大的差异。


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