《Animals》：Habitat-Associated Variation in Dietary Composition, Gut Microbiota, and Muscle Nutritional Characteristics of Hemibagrus guttatus in a Dam-Regulated River
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水电站调控可改变河流栖息地，并可能影响鱼类的食性、肠道菌群及营养特征。本研究以与红水河大藤峡水利枢纽工程相关联的坝控江段为研究区域，采用12S rRNA和COI宏条形码技术（metabarcoding）、16S rRNA基因测序及肌肉营养成分分析，对上游和下游
水电站调控可改变河流栖息地，并可能影响鱼类的食性、肠道菌群及营养特征。本研究以与红水河大藤峡水利枢纽工程相关联的坝控江段为研究区域，采用12S rRNA和COI宏条形码技术（metabarcoding）、16S rRNA基因测序及肌肉营养成分分析，对上游和下游的斑鳠野生种群进行了调查。来自两种栖息地的鱼类在食性组成上表现出显著差异，并伴随肠道微生物多样性、群落结构及预测微生物功能方面的显著不同。上游鱼类拥有更高的微生物多样性以及更丰富的厚壁菌门（Firmicutes）相关类群，包括若干潜在有益菌；而下游鱼类则富集了变形菌门（Proteobacteria）相关类群以及与适应环境相关的功能。两地鱼类的肌肉营养组成亦存在差异：上游鱼类水分和粗脂肪含量较高，而下游鱼类粗蛋白含量较高。这些与栖息地相关的差异表明，天然食性资源和肠道菌群与宿主的营养特征密切相关。上述发现强调了在评估斑鳠的食性、微生物及营养特征时，考虑上、下游栖息地来源的重要性，并为坝控河流中鱼类种群的资源管理和保护提供了生物学参考依据。
**斑鳠（Hemibagrus guttatus）栖息地关联变异的综合研究解读**
**1. 研究背景与科学问题**
河流筑坝与水电开发已成为全球范围内改变淡水生态系统的重要人为驱动因素之一。大型水坝的建设和运行会通过改变水流格局、水体滞留时间、沉积物输移、热力条件以及河流纵向连通性，显著改变自然水文情势。这些水文情势的改变通常在上游蓄水区与下游河段之间产生生态差异，进而影响生物群落结构和生态系统过程。上游河段往往由激流环境转变为相对缓流的生境，而下游河段则可能经历人工流量调节导致的排放制度和水动力波动变化。此种环境变化会进一步影响水生生态系统的栖息地特征、资源可利用性及营养互作关系。
已有研究表明，水电开发显著影响淡水生态系统的鱼类群落结构、种群动态和营养结构。大坝建设造成的栖息地破碎化可能限制鱼类移动并改变猎物资源的空间分布，从而导致栖居于不同江段的鱼类种群在摄食策略上产生差异。此外，河流调控产生的环境异质性能够影响底栖生物、浮游生物和碎屑有机物的丰度与组成，进而改变水生食物网中的能量传递途径。鱼类在淡水生态系统中通常占据较高的营养级，其食性组成的变化可为理解坝控河流中的栖息地条件和资源利用模式提供有价值的信息。
然而，过去的鱼类摄食生态研究大多依赖传统的胃含物形态学鉴定方法，该方法常因猎物组织在消化过程中高度降解而难以准确分类，并可能低估食性多样性。近年来，DNA宏条形码技术已成为重构水生生物食性组成与营养互作关系的有效手段，该技术通过对猎物DNA特定遗传标记进行扩增和高通量测序，能够以高灵敏度和高分类学分辨率检测猎物类群。肠道微生物群落在宿主消化、营养吸收、能量代谢、免疫调控及维持健康等方面发挥重要功能，其组成受饮食资源、环境条件和栖息地特征的强烈影响。然而，目前鲜有研究将野生鱼类种群的食性、肠道菌群与肌肉营养性状联合分析，以期为水产养殖和种群增殖的投喂管理策略提供参考。
斑鳠作为中国南方河流中重要的经济底栖淡水鱼类，主要摄食底栖无脊椎动物和小型水生动物，其生存与栖息地营养条件密切相关。红水河是珠江流域的重要支流，亦为斑鳠的重要自然栖息地，近年来经历了大规模水电开发，其中大藤峡水利枢纽是已建成的最大、最具影响力的水利工程之一。该工程形成的库区蓄水可能加剧上、下游栖息地的生态分化，进而影响斑鳠的饵料利用模式。因此，本研究以上下游斑鳠种群为研究对象，旨在验证其天然食性、肠道菌群组成及肌肉营养性状在两种栖息地间是否存在系统性差异，并评估这些种群特异特征对斑鳠养殖及增殖放流的潜在参考意义。
**2. 主要关键技术方法**
本研究于2025年9月在红水河流域大藤峡水利枢纽上、下游各3个采样点共采集12尾野生斑鳠个体（每栖息地6尾）。采用胃含物DNA宏条形码技术，利用线粒体12S rRNA基因通用引物对MiFish-U和COI基因通用引物对mlCOIintF/jgHCO2198进行PCR扩增，在Illumina NovaSeq 6000平台进行高通量测序，从分子水平解析食性组成。肠道组织样品则在无菌磷酸盐缓冲液（PBS）漂洗后提取微生物基因组DNA，针对细菌16S rRNA基因V3-V4高变区进行扩增测序，以剖析肠道菌群群落结构。肌肉营养成分分析则采用冷冻干燥法测水分、索氏抽提法测粗脂肪、凯氏定氮法测粗蛋白。测序数据经Trimmomatic、Cutadapt和DADA2流程进行质控和降噪，随后利用QIIME2平台进行物种注释及多种统计分析。
**3. 研究结果**
**3.1 测序数据概况**：12S rRNA数据集共获得2,878,733条原始读长，质控后保留2,721,808条高质量非嵌合读长；COI数据集获得1,919,322条原始读长，质控后保留1,733,737条非嵌合读长。16S rRNA数据集产生473,155条原始读长，经DADA2降噪后获得445,122条非嵌合读长和4,493个扩增子序列变异（ASVs）。12S和COI数据集的Good‘s coverage均超过99.98%，用于生态学分析的测序深度充分。
**3.2 基于胃含物12S宏条形码的食性组成**：Alpha多样性分析显示，上游斑鳠的ACE、Chao1、Shannon、Simpson和谱系多样性（PD whole tree）指数均显著高于下游（p < 0.05），表明上游鱼类猎物丰富度和食性多样性更高。Beta多样性分析中，主坐标分析（PCoA）沿第一轴形成明显分离集群（解释变异98.98%），非度量多维尺度分析（NMDS）亦显示两组间强分离（Stress = 0.002）。排序、分类组成和差异丰度分析一致表明食性谱存在显著空间结构化特征，但组内离散度也存在显著差异。分类学组成方面，鲤形目在全部样本中为最丰富猎物类群，上游相对丰度为78.4%–82.1%，下游为92.1%–95.7%。物种水平上，上游优势猎物为壮体沙鳅（*Sinibotia robusta*）（约75–80%），而下游则以鲤（*Cyprinus carpio*）为主要食物（84–89%）。LEfSe分析显示，壮体沙鳅、赤眼鳟和鳙在上游富集，而鲤、鲂、舌虾虎鱼和尼罗罗非鱼在下游富集。
**3.3 基于COI的食性组成**：COI数据集的Alpha多样性显示，下游鱼类多数指标显著高于上游。Beta多样性分析同样显示两组分离，但PERMANOVA结果可能同时反映组间位置差异和组内离散度差异，需谨慎解读。在目水平上，上游以Crassiclitellata（寡毛类）为优势类群，其次为十足目和鲤形目；下游则以十足目和虾虎鱼目占比较大，Crassiclitellata贡献显著降低。物种水平上，上游以未分类Crassiclitellata、日本沼虾和壮体沙鳅为主，下游以舌虾虎鱼和日本沼虾为主。LEfSe分析表明，上游富集环节动物相关类群，下游则富集多种鱼类相关类群，包括虾虎鱼目、鲤形目和鲇形目。
**3.4 肠道菌群特征分析**：Alpha多样性方面，上游组ACE、Chao1、PD whole tree、Shannon和Simpson指数均显著高于下游组（Student’s t-test，p < 0.001）。Beta多样性分析显示PCoA和NMDS图中上、下游样本沿第一轴形成分离集群，第一轴解释变异为89.61%，但PERMANOVA结果不显著（R2 = 0.894，p = 0.100），PERMDISP亦无显著差异，提示该分离应视为描述性空间分化趋势而非统计确认的群落差异。群落组成方面，在门水平上梭杆菌门和变形菌门为优势菌门，但下游组梭杆菌门、变形菌门和拟杆菌门相对丰度更高，上游组厚壁菌门和放线菌门占比更大。属水平上，鲸杆菌属（*Cetobacterium*）为所有样本中的优势属，占序列总数一半以上；下游鱼类中邻单胞菌属和未分类Barnesiellaceae相对丰度更高，而上游鱼类中乳球菌属、梭菌属和副梭菌属更常见。LEfSe分析显示上游富集厚壁菌门相关类群，包括乳球菌属、乳球菌*garvieae*、致密梭菌和双发酵副梭菌；下游则富集变形菌门和拟杆菌门类群，其中邻单胞菌属和*Plesiomonas shigelloides*为主要判别菌种。网络分析显示肠道菌群以正相关为主，鲸杆菌属、邻单胞菌属、乳球菌属等多个属处于网络核心位置。功能预测方面，PICRUSt2预测下游富集氨基酸代谢、膜转运、脂质代谢、环境适应及外源物质降解通路，上游则更丰富于糖生物合成与代谢、次级代谢产物生物合成、复制修复、核苷酸代谢等通路；FAPROTAX预测下游富集好氧化学异养、芳香族化合物降解、碳氢化合物降解、氮呼吸及硫氧化等生态功能，上游则突出发酵和化学异养功能。
**3.5 肌肉营养成分分析**：肌肉营养组成显示上游鱼体水分和粗脂肪含量显著高于下游，而下游鱼体粗蛋白含量显著更高。这表明不同江段的鱼类种群在能量储存和营养分配模式上存在栖息地相关差异。
**4. 讨论与结论**
本研究利用12S rRNA和COI双标记宏条形码技术揭示了斑鳠上、下游种群间食性组成具有显著的空间分化。两种分子标记呈现的食性多样性模式有所不同，这应归因于两个标记在引物亲和力、分类覆盖范围、扩增效率、扩增子特征及参考数据库代表性方面存在差异，而非生态信号的内在矛盾：12S标记对鱼类猎物具有较高分辨率，COI标记则能更广泛地覆盖无脊椎动物猎物。值得注意的是，高PERMANOVA R2值应结合显著离散度差异（PERMDISP结果）谨慎解释，食性差异证据应综合排序、分类学和差异丰度分析综合判断。上游鱼类食性更偏向多样化的鱼类猎物，下游则呈现更广泛的非鱼类后生动物猎物多样性以及更高的组内离散度，这与两江段水动力学环境差异及其对猎物可获得性的潜在影响相符。但本研究未量化环境中猎物丰度、水文条件和水质变量，因此观察到的差异应解释为采样位置的空间关联，而非水坝调控的直接因果效应。
肠道菌群方面，上游斑鳠的微生物多样性显著更高，并富集厚壁菌门相关类群，包括乳球菌属、梭菌属等潜在有益菌。下游斑鳠则以变形菌门相关类群为特征，尤其以邻单胞菌属为优势判别菌。PICRUSt2和FAPROTAX功能预测进一步表明，上游菌群偏向于稳定的代谢功能（如复制修复、核苷酸代谢、发酵），而下游菌群则富集环境适应、外源化合物降解及与潜在致病性相关的功能。上述功能差异提示栖息地相关菌群不仅存在分类组成变化，也存在代谢潜能的差异。但需强调，功能预测结果属于推断而非实验验证，且PERMANOVA未达到统计显著水平，菌群β多样性的空间分化应视为描述性趋势。网络分析表明鲸杆菌属、乳球菌属等核心属在维持菌群稳定中发挥重要作用，上游富集的多个菌群可作为未来功能验证的候选，但其益生特性不能仅依据相对丰度推断，还需分离培养、功能表征和受控喂养实验验证。
肌肉营养组成的差异——上游粗脂肪含量高、下游粗蛋白含量高——与食性和菌群的空间变化相呼应，但由于研究设计为观察性研究且关键环境变量和个体生物学特征未记录，其因果关系无法确定。在应用层面，不同栖息地来源的斑鳠在食性、菌群和营养特征上的差异，提示在未来人工繁殖、亲鱼驯化、增殖放流和营养管理中应重视种群的栖息地来源。上游鱼类较高的微生物多样性和有益菌群丰度可作为微生物导向型饲料开发的参考，但尚需受控实验验证。本研究也存在若干局限：样本量有限（受保护物种采样限制）、采样时间单一（仅9月）、环境变量未测量、个体水平数据未匹配、分子标记可能受引物偏好和数据库限制影响。未来应结合个体层面样本追踪、环境监测、宏基因组学、代谢组学及受控喂养实验，以阐明栖息地变化、食性转变、肠道菌群动态和肌肉营养特征之间的机制关系。
综上所述，大藤峡坝控河流系统中的上、下游斑鳠种群在食性利用模式、肠道微生物组成及预测功能、以及肌肉营养分配方面均表现出显著的栖息地关联性差异。上游鱼类普遍具有更高的肠道微生物多样性和肌肉粗脂肪含量，下游鱼类则具有不同的食性特征、更高的变形菌门相关类群丰度以及更高的肌肉粗蛋白含量。该研究证明，在同一个受调控的河流系统中，上游和下游栖息地的斑鳠种群代表了生物学上不同的来源群体。因此，在评估坝控河流中鱼类的生态和营养特征时，应分别考虑上、下游种群，并在选择野生个体用于人工繁殖、亲鱼培育、种群增殖或保护项目时考虑栖息地来源。
