营养富集与氨暴露下割草?（Salarias fasciatus）的食物选择性及摄食响应研究

《Journal of Fish Biology》：Food selectivity and grazing responses of the Lawnmower Blenny (Salarias fasciatus) to nutrient enrichment and ammonia exposure

　　

营养富集可改变附生藻席（epilithic algal matrix，EAM）的营养品质，并影响草食性及碎屑食性珊瑚礁鱼类的摄食环境。然而，废水输入亦可升高氨浓度，这可能干扰鱼类的生理过程，但氨暴露对摄食活动及食物选择性的影响仍知之甚少。在营养富集实验中，较高营养水平下EAM的营养价值有所提升，富营养化EAM含有更多脂质、碳水化合物和蛋白质。割草?（Salarias fasciatus）对这些营养富集瓷砖的摄食更多，表明其摄食偏好与EAM营养组成的差异相关。约10 μM以内的氨暴露在短期内未显著影响摄食率、食物选择性或食性组成。相反，在控制实测NH3浓度后，摄食率随实验进程增加，提示研究人员对实验条件和/或所提供食物存在行为驯化。这些结果表明，在短期及亚致死暴露条件下，S. fasciatus的摄食行为对富营养化与低营养EAM之间的差异反应强烈，而氨对摄食率无可检测的影响。该响应可能有助于解释为何小型底栖碎屑食性鱼类能在中度营养扰动下持续生存。仍需进一步研究以确定这些响应在更长暴露周期、更高氨浓度及多胁迫因子条件下是否得以维持。

营养富集与氨暴露对割草?摄食行为的影响：研究解读

一、研究背景与意义

全球范围内，珊瑚礁日益受到农业径流和废水污染的威胁。这些输入向沿海生态系统输送营养物质、病原体和有机物，对珊瑚礁生物群落和生态系统功能产生显著影响。污水排放会升高溶解无机氮浓度，包括氨（NH₃），该化合物可通过损害神经传导、离子调节和代谢途径扰乱鱼类细胞过程。氨的毒性受温度、pH值及盐度强烈影响，因为这些参数会改变离子化（NH₄⁺）与非离子化（NH₃）形态之间的平衡，其中非离子化形态易扩散穿过生物膜，是水生生物氨毒性的主要来源。鉴于热带海洋环境的典型温度、pH值和可变盐度，珊瑚礁鱼类可能比温带或淡水系统物种更易受到氨暴露的影响。

在污染珊瑚礁上，升高的营养浓度可能通过直接和间接途径影响?科鱼类的摄食活动。一方面，氨在高浓度下可致死，而亚致死暴露已被证明可减少鱼类食物摄入并损害生长相关性能，从而直接降低摄食效率。另一方面，栉齿?亚科鱼类是选择性摄食者，主要消耗EAM中的碎屑。营养富集可通过刺激藻类生产和微生物活动增加EAM中的碎屑含量，从而促进氮掺入碎屑颗粒。因此，营养富集可能同时产生正负效应：既改变食物可利用性，又使鱼类暴露于潜在有害的氨浓度中。

已有研究表明，慢性氨暴露常减少多种鱼类的摄食量和生长性能，但大多数证据来自水产养殖或商业重要物种，而关于在珊瑚礁生态系统中执行关键生态功能的珊瑚礁相关鱼类的信息仍然稀缺。本研究旨在探究营养富集和氨浓度升高如何影响常见碎屑食性珊瑚礁鱼类割草?（Salarias fasciatus）的底栖摄食行为。

二、研究内容与主要技术方法

研究人员于2022年11月至2023年5月在莱布尼茨热带海洋研究中心（ZMT）海洋生态实验设施（MAREE）开展实验。研究使用126块碳酸钙瓷砖置于两个500 L水族箱中，连接至含多种珊瑚和鱼类的3000 L珊瑚水族系统，经两个月让EAM在表面定殖发育。随后断开连接，使用f/2培养基进行三个月营养富集处理，获得63块低营养瓷砖（LNT）和63块高营养瓷砖（HNT）。实验使用21尾来自DeJong Marine Life的S. fasciatus个体，在45 L独立水箱中驯化十二天后，进行为期三周的摄食活动实验。第一周为基线条件，第二周12尾鱼暴露于约5 μM NH₃，第三周浓度升至约10 μM NH₃，其余9尾作为对照组。每周包含饥饿、摄食试验和休息三个阶段，摄食试验中同时提供一块LNT和一块HNT，使用GoPro高清摄像机记录每小时摄食活动。主要技术方法包括：EAM营养含量分析（脂质采用氯仿-甲醇萃取、蛋白质采用Bradford法、碳水化合物采用苯酚-硫酸法，基于标准化细胞能量分配（CEA）方案）；视频回放计数每尾鱼对各瓷砖类型的咬食次数；胃内容物分析采用数字显微镜，将食物项目分为碎屑、绿藻、褐藻、红藻、蓝藻和双壳类六类；统计分析采用广义线性混合效应模型（GLMM）和负二项分布模型，以及PERMANOVA和Pianka生态位重叠指数。

三、研究结果

3.1 营养富集提升EAM营养品质

HNT上发育的EAM含有显著高于LNT的脂质、碳水化合物和蛋白质浓度（p < 0.001）。HNT中脂质、碳水化合物和蛋白质平均含量分别为6.28 ± 0.38、5.60 ± 0.47和9.07 ± 0.98 mg g^?1 WW，而LNT中分别为3.60 ± 0.13、3.29 ± 0.28和2.48 ± 0.28 mg g^?1。

3.2 营养价值和氨暴露对S. fasciatus摄食率的影响**

?鱼对HNT的摄食率显著高于LNT，瓷砖类型对摄食率有强烈正效应（β = 1.024，SE = 0.099，z = 10.37，p < 0.001），对应的率比为2.78（95% CI：2.29–3.38），即HNT上的预期摄食率约为LNT的2.8倍。NH₃浓度与摄食率无显著关联（β = 0.028，SE = 0.043，z = 0.65，p = 0.516），虽然每增加1 μM NH₃对应估计2.8%的摄食率增加，但置信区间包含无效效应。相反，摄食率随实验时间显著增加（β = 0.047，SE = 0.017，z = 2.72，p = 0.006），对应每经过一天估计增加4.8%。食物选择性模型中，活跃摄食试验中的咬食主要分配给HNT，估计概率为72%（95% CI：66–78%），该相对分配与NH₃浓度（p = 0.409）或实验时间（p = 0.423）均无显著关联。

3.3 S. fasciatus的胃内容物和体况

胃内容物中鉴定出六类食物：碎屑、绿藻、褐藻、红藻、蓝藻和双壳类。碎屑和绿藻在氨暴露鱼和对照鱼食性中均占主导。总体食性组成在处理间无显著差异（p = 0.324），但氨暴露鱼胃内容物中碎屑平均相对贡献（50.5 ± 8.0%）高于对照鱼（38.0 ± 6.7%），而对照鱼绿藻贡献（46.3 ± 8.7%）高于暴露鱼（39.6 ± 8.2%）。两组间Pianka生态位重叠指数为0.97，表明高度食性重叠。实验结束时，氨暴露鱼表现出显著更高的Fulton体况因子K（0.99 ± 0.04 vs. 0.87 ± 0.03；t检验，p = 0.026）。

四、讨论与结论

研究揭示三个主要模式：营养富集提高了EAM的生化品质；?鱼对HNT摄食更强烈，表明食物品质可能影响摄食活动；亚致死氨暴露（最高10 μM NH₃）与摄食率或相对咬食分配无显著关联，食性组成在氨暴露鱼和对照鱼间无差异。摄食率随实验时间显著增加，可能反映对实验条件和/或所提供食物的行为驯化。

营养富集提升EAM营养品质的机制可能涉及藻类、碎屑和微生物组分的综合变化。S. fasciatus对HNT的更高摄食率表明其可能基于能量价值区分摄食斑块，但营养富集也可能增加了HNT上可食用物质（尤其是碎屑）的数量。食物选择性对这些小型底栖鱼类可能具有功能重要性，因其具有高质量特异性代谢率，需要频繁摄食和高效能量获取，靶向营养密集且易消化组分可降低处理成本并最大化净能量收益。

氨暴露未引起摄食抑制，与初始预期相反。这可能反映物种特异性氨防御能力，或摄食增加是对维持氨稳态能量成本的补偿。然而，这不应被解释为?鱼不受氨影响或从中获益，更高浓度和/或更长暴露期仍可能抑制其摄食。氨暴露鱼更高的Fulton's K可能反映预先存在的个体差异，而非处理效应。

研究结果与废水影响珊瑚礁系统中基于性状的模式一致，即小型底栖低营养级鱼类对污染梯度的负面关联弱于大型捕食者和高营养级类群。S. fasciatus在中度短期氨暴露下维持摄食活动和相对咬食分配，为这一模式提供了潜在机制解释。但研究存在局限：短期实验室条件不同于珊瑚礁的复杂持续扰动；实验室发育的EAM群落可能代表自然珊瑚礁EAM的简化版本。未来研究应使用自然发育的EAM，并评估更高浓度、更长暴露期及多胁迫因子条件下的响应。

综上所述，营养富集通过提高蛋白质、脂质和碳水化合物含量提升了EAM的营养品质，S. fasciatus对HNT的摄食率显著高于LNT。摄食率随实验时间增加，可能反映行为驯化，而氨浓度与摄食率无显著关联。尽管S. fasciatus在短期中度氨暴露下维持了摄食活动，仍需进一步研究其在更高浓度、更长暴露期及额外污染物条件下的响应。