马尼拉蛤（Ruditapes philippinarum）的体型相关及栖息地依赖性的营养动态研究：通过整体成分和氨基酸同位素特征进行分析

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Size-related and habitat-dependent trophic dynamics of Manila clam, Ruditapes philippinarum, via bulk and amino acid isotopic signatures

通过稳定同位素分析（SIA）和氨基酸特异性同位素比值，研究了不同生境（Pado少沙地与Hwangdo多沙地）中马氏蛤蜊个体大小对食性及营养级的影响，发现其存在显著的位点特异性营养基础和大小依赖性食性变化，验证了草食性滤食动物的营养级动态模型。

　　

Minhwa Gu|Hee Young Yun|Hyuntae Choi|Jun-Ho Koo|Kyung-Hoon Shin

韩国汉阳大学海洋科学与融合技术系，安山15588

摘要

个体体型在塑造大型海洋捕食者的营养动态中起着基础性作用，这些捕食者以不同营养级的猎物为食。然而，对于那些依赖时间和空间上变化的、营养级相似的食物来源的滤食性动物来说，这一现象很少被研究。我们通过分析壳聚糖蛤（Ruditapes philippinarum）的碳和氮同位素比值（包括整体和氨基酸（AA）特异性比值），来探讨其营养动态是否与不同环境中的体型梯度存在显著关联：一个沙质较少的地点（Pado）和一个沙质较多的地点（Hwangdo）。研究结果表明，除了整体同位素值、苯丙氨酸（Phe）-δ¹⁵N值以及基于氨基酸的营养位置（TP_AA）外，两地之间存在显著的差异，这表明存在特定的营养基准。在两个地点，较大的个体表现出更高的同位素值和更高的TP_AA（调整后的R² = 0.21 - 0.44），苯丙氨酸-δ¹⁵N值除外，这表明滤食性蛤的营养状态依赖于体型。根据必需氨基酸的δ¹³C模式，与现场共采样的微藻底栖生物相似，壳聚糖蛤主要依赖于微藻类（如甲藻）作为营养来源。我们的数据表明，个体体型谱，即环境差异，影响了以底栖藻类为食的草食性蛤的营养变化。这些发现强调了需要采用基于生态系统的渔业管理方法，考虑底栖消费者的体型依赖性营养动态，而不仅仅是依赖于体型一致的消费者。

引言

壳聚糖蛤（Ruditapes philippinarum，帘蛤科）是五种最具商业价值的双壳类动物之一[1]，[2]。它在全球半封闭的海湾中分布，被认为是草食性动物（营养级2），依靠当地可获得的有机物质为食，如浮游植物、微藻底栖生物和碎屑（通常被认为是营养级1）。随着养殖区域的扩大，壳聚糖蛤的养殖通过滤食、呼吸、排泄和营养再生影响浮游植物（如硅藻和甲藻）和初级生产，进而影响中型和大型动物群落[3]，[4]，[5]，[6]，[7]，[8]。然而，在水产养殖环境中，滤食性动物的营养动态相对较少被研究（参见Suh和Shin [9]）。这阻碍了评估双壳类水产养殖实践在底栖生态系统中的生态功能，以及它们如何应对环境变化（如气候变化、潮滩填海、传染病、过度捕捞）。

在渔业科学中，个体体型和生物量是基本测量指标，因为它们影响种群动态、营养相互作用、饮食变化以及目标物种的经济价值。与个体体型相关的营养生态变化称为营养异速生长，这在海洋和水生捕食者（营养级>3）中得到了广泛研究，包括鱼类[10]，[11]和头足类[12]。例如，随着鱼类和头足类的体型和体力活动梯度的增加，它们的营养位置在物种内部趋于变化。相反，由于发育过程中的饮食变化，它们的营养位置变得更加多变或升高。这种饮食变化与捕食者个体体型之间的相互作用已被纳入体型结构化的生态系统模型中，以理解海洋消费者的生态功能和能量流动[12]，[13]。然而，在这类模型中很少考虑双壳类动物，因为它们是非捕食性的，仅仅是草食性的。

稳定同位素分析（SIA）通过分析整体组织的δ¹³C和δ¹⁵N，广泛用于生态学研究，以揭示食物网中消费者的饮食资源和营养位置[14]，[15]，[16]，[17]，[18]。SIA适用是因为消费者的同位素模式通常反映了饮食的同位素组成加上在代谢过程中产生的2 - 5‰（对于整体δ¹⁵N [19]）或< 1‰（对于整体δ¹³C [20]）[21]。然而，SIA的结果表现出个体间的变异性，特别是不同体型或生长阶段之间的差异[22]。具体来说，壳长< 25mm的双壳类动物摄入的食物颗粒大小范围与壳长> 25mm的双壳类动物不同[9]。Watanabe [23] 明确展示了体型依赖性的饮食变化：最小的群体（< 5mm）吸收了大量的底层悬浮颗粒有机物，而较大的蛤群体（>5mm）主要依赖于富含微粒有机物的沉积物表面。同样，Houki [24] 提出，当个体从≤ 2 mm（足食）生长到≥ 8 mm（滤食）时，食物来源从底栖微藻变为浮游微藻。这些与体型相关的饮食模式表明，某些体型类别可能对特定环境条件更具抵抗力或更脆弱[25]。通常，关于环境条件（如盐度、温度、食物可用性和沉积物特性）以及与渔业生产力相关的主要变量的可靠和一致的数据并不总是可获得或标准化的。影响渔业生产力的复杂环境因素使得在现场全面评估饮食和控制蛤产量的关键因素变得具有挑战性。目前，仍然难以描述体型一致的双壳类动物的营养动态，并理解它们对消费者表现——相关生产力的影响。

氨基酸（AAs）特异性SIA相比整体SIA具有几个潜在优势，可以区分可变同位素基准（例如，受周围环境影响的浮游植物群落的同位素组成）与营养动态[28]，[29]，[30]，特别是在代谢和生长方面[28]，[31]。在营养转移过程中，“营养”氨基酸（如谷氨酸（Glu）显示出¹⁵N富集（4 - 8‰），而“来源”氨基酸（如苯丙氨酸（Phe）的¹⁵N富集几乎可以忽略不计（0.4‰）[32]，[33]，[34]。这些氨基酸（营养来源）的差异可用于确定营养位置（TP），而无需基础生产者[32]。

然而，消费者组织中营养氨基酸（δ¹⁵N）与来源氨基酸之间的同位素差异与饮食质量、蛋白质含量以及饮食与消费者之间的氨基酸不平衡呈负相关[28]，[31]。在一项针对Fundulus heteroclitus鱼类的饮食控制研究中，当鱼类食用植物性饲料（约10‰）时，δ¹⁵N差异较大，而食用鱼粉时较小（约6 - 7‰）[35]。相比之下，初级生产者中Glu和Phe的¹⁵N模式是恒定的，C3植物为-8.4 ±?1.6‰[36]，[3]，微藻和大型藻类为3.4 ± 0.9‰[32]。因此，氨基酸的化合物特异性稳定同位素分析（SIA-AA）能够有效地从单个组织样本中表征营养变化、饮食质量和生长特征[35]，[37]，即使在水产养殖环境中也能检测到个体水平的生理反应。然而，SIA在渔业中阐明营养变化与这些特征之间关系的潜力尚未得到充分研究（包括双壳类动物）。

几种消费者氨基酸的δ¹³C组成与饮食氨基酸非常相似，特别是必需氨基酸（EAAs），这些氨基酸不能由消费者自身合成，只能通过饮食获得，而不需要同位素修饰——只有初级生产者能够合成这些化合物[30]，[37]。因此，δ¹³C-EAA值是多种消费者饮食资源的可靠指标[38]，[39]，[40]。此外，多种EAAs的δ¹³C模式[38]，[41]，[42]可以传递到生态系统中的更高营养级。值得注意的是，生产者EAAs的δ¹³C模式可以区分不同的初级生产者群体（如大型藻类、微藻、细菌、盐生植物），因为它们的合成途径独特[38]，[43]。当初级生产力随时间变化时，这些变化会反映在消费者EAAs的δ¹³C模式中[44]，[45]。因此，EAA-SIA是理解不同时间和地点的初级生产者群落变化如何影响饮食资源（从而影响目标物种）的有效工具。尽管EAA-SIA在生态学研究中应用广泛，但在底栖生态系统中将微藻底栖生物（MPB）作为营养基准的做法通常被忽视。

了解不同时间和栖息地背景下目标物种的种群水平营养动态与采用高效的渔业策略同样重要。需要考虑将营养动态与环境、双壳类动物生理学和生产力相结合的综合方法，尽管一些先前的现场研究已经评估了相似或平均体型个体的同位素变化[5]，[27]。然而，这种方法可能会过度概括目标物种的生理变化和生态功能。通过结合同位素数据与种群特征（如体型、分布和密度），可以更好地理解目标消费者的营养动态。在这项研究中，我们使用整体和氨基酸（AA）特定的碳和氮同位素比值来研究环境变异性和个体体型对壳聚糖蛤（R. philippinarum）种群营养动态的交互影响。为此，我们同时监测了两个地点的双壳类种群动态（总丰度和个体体型）的时间变化，并分析了该物种的同位素变化模式。此外，我们通过使用室内实验设置中蛤的Glu和Phe的营养差异因子（TDF）以及现场收集的微粒有机物的β值，估算了壳聚糖蛤的营养位置。最终，确定主要饮食资源和营养位置可能有助于我们更好地理解壳聚糖蛤的种群动态，并为底栖生态系统的可持续管理策略提供指导。

采样地点

本研究在韩国半岛黄海的泰安潮滩上的Pado（36°43′N, 126°09′E）和Hwangdo（36°35′N, 126°23′E）进行，两地相距25.6公里。泰安潮滩是一个半封闭的潮间带区域，受半日潮的影响，平均潮差为5.4 - 5.9米（春潮时为8.3 - 9.8米，退潮时为1.2 - 2.7米）。本研究的地点展示了这一温带区域的典型季节性模式，温度范围

丰度

图1和表S1展示了两个采样地点四次采样的壳聚糖蛤的丰度数据和统计结果。Pado的整体平均丰度（±标准差）为119.3（±83.1），显著低于Hwangdo的264.5（±166.6）（Mann-Whitney检验，p = 0.019）（表S1）。Hwangdo的密度在9月（411.0 ± 127.3）和10月（384.0 ± 123.0）显著增加，而3月（168.3 ± 98.2）和5月（94.7 ± 31.6）则较低。5月时Hwangdo的密度最低。

讨论

我们使用整体和AA特异性碳和氮同位素分析来研究个体异速生长特征（尤其是壳长和湿重）如何影响滤食性草食性动物R. philippinarum（壳聚糖蛤）的营养动态。此外，我们通过分析从两个对比地点收集的壳聚糖蛤种群来评估异速生长效应对环境变化的幅度：一个沙质较少的地点（Pado）和一个沙质较多的地点（Hwangdo）。

结论

在生态学中，通常假设体型与营养位置之间存在强烈或弱的关系[13]，[78]，但确认这种关系在底栖消费者中的普遍性的努力产生了混合结果。我们的结果表明，滤食性蛤的营养动态与个体体型显著相关，其程度可与生理或生长状态以及时空变化的效应相当或更大

CRediT作者贡献声明

Hyuntae Choi：研究。Jun-Ho Gu：研究。Kyung-Hoon Shin：写作——审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金获取。Minhwa Gu：写作——审稿与编辑、初稿撰写、研究。Hee Young Yun：写作——审稿与编辑、初稿撰写

利益冲突声明

没有声明利益冲突。

资助

本研究得到了韩国海洋科学技术促进院（KIMST）通过“基于蓝碳科学的气候变化适应型活岸线技术开发”项目（KIMST-20220526）、韩国国家研究基金会（NRF）（由科学技术信息通信部资助）（NRF-2023R1A2C3005315）以及韩国国家渔业科学研究所（NIFS）（R2025047）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

培养的壳聚糖蛤由国家渔业科学研究所西海渔业研究所的Jung-Ha Kang博士提供。