滤食性贝类养殖生态系统微食物环的结构与功能

Being considered as one of the essential topics on marine ecosystem, the microbial loop is an important way to better understand the micro-biological ecosystem processes in the ocean. At present, most of the studies on microbial loop are mainly focus on natural ocean ecosystem, the structure and function microbial loop in mariculture system is not being paid much attention. Evidence from fatty acid biomarkers of our preliminary studies showed that protists are one of the important food sources for Yesso scallop Patinopecten yessoensis, which indicated that the microbial loop may play a very important role in nutrient cycling and energy flow in mariculture ecosystem as well. In this context, this proposal will try to integrate the concept of microbial loop with filter-feeding bivalves’ mariculture system. With the support of fluorescence labeling and PCR-DGGE technology, the potential trophic linkage of the main components including dissolved organic carbon, picoplankton, protist and filter-feeding bivalves will be considered as the key research issue. As a result, a microbial loop numerical model special for mariculture system will be built so that to reveal the contribution and mechanism of microbial loop on the food requirement of filter-feeding bivalves. The findings will be very helpful to reveal the ecological process of mariculture system and also to the accurate assessment on carrying capacity of bivalves’ mariculture.

微食物环是深入认识海洋微型生物生态过程重要性的前沿领域和研究热点。目前，微食物环结构和功能的研究主要集中在自然海域生态系统，在养殖生态系统开展较少。申请人前期利用脂肪酸标志技术对虾夷扇贝食物来源示踪结果表明，原生动物出现在虾夷扇贝食谱中，表明微食物环在养殖生态系统的能量流动和物质循环过程中也可能担当着非常重要的作用。因此，本项目拟以溶解有机碳、微微型浮游生物、原生动物、滤食性贝类这条潜在的营养通道为研究主线，利用变性梯度凝胶电泳、荧光标记等技术手段，全景勾勒长牡蛎、栉孔扇贝等滤食性贝类养殖周期的食谱组成，系统分析养殖生态系统微食物环主要组分的时空变化特征，细致解读不同营养层次生物类群间的相互关系，构建微生物环生态模型，揭示滤食性贝类作为消费终端的养殖生态系统中微食物环的结构和功能。研究结果对于深入认识海水养殖系统微型生物的生态过程、准确评估滤食性贝类的养殖容量具有重要的理论和现实意义。

微食物环是深入认识海洋微型生物生态过程重要性的前沿领域和研究热点。目前，微食物环结构和功能的研究主要集中在自然海域生态系统，在养殖生态系统开展较少。本研究综合利用走航观测、室内实验、现场实验、模型模拟等多种手段，掌握了三个典型规模化贝类养殖海域（桑沟湾、胶州湾、獐子岛）微微型浮游植物的现存量及其季节变化，解析了桑沟湾养殖海域微食物环主要组分（微微型浮游生物、鞭毛虫、纤毛虫）丰度及生物量的时空变化特征；明确了三种经济滤食性贝类对不同粒径颗粒物的截留效率，量化了微食物环主要组分对长牡蛎和栉孔扇贝碳需求的生态贡献；基于高通量测序技术甄别了长牡蛎的食物来源；通过构建Ecopath模型，从生态系统水平上阐明了滤食性贝类养殖生态系统微食物环的作用和功能。结果表明，微微型浮游植物在三个典型滤食性贝类养殖海湾都存在一定的现存量，桑沟湾秋季表、底层水体中微微型浮游植物对总浮游植物的贡献率分别可达35.88%和40.77%；桑沟湾表层水体微食物环的主要组分中，微型鞭毛虫贡献最大，占51.69%（异养鞭毛虫贡献37.31%, 自养鞭毛虫贡献14.38%）；微微型浮游生物的贡献次之（45.97%，其中异养细菌贡献了39.03%的生物量）；纤毛虫贡献较小，仅为2.31%；三种经济贝类（栉孔扇贝、长牡蛎、厚壳贻贝）中，栉孔扇贝对<2μm颗粒物的截留效率最低，仅为9.60%；高通量测序分析结果证实了原生动物对长牡蛎食物来源的贡献；原生动物（鞭毛虫和纤毛虫）对栉孔扇贝和长牡蛎碳需求的贡献率分别为48.78%和12.97%；养殖生态系统水平上微食物环的生态贡献分别为12.1%和12.2%。研究结果对于深入认识海水养殖系统微型生物的生态过程、准确评估滤食性贝类的养殖容量提供了基础数据和科学依据。