拟穴青蟹对饵料中稳定同位素富集效应的初步研究

DOI: 10.12131/20200227
文章编号： 2095 − 0780 −（2021）03 − 0019 − 08
拟穴青蟹对饵料中稳定同位素富集效应的初步研究
黄国强1
，曹素会1
，刘旭佳2
，彭银辉3
，刘永宏1
，黄亮华1
，钟声平
1
（1. 广西中医药大学海洋药物研究院，广西 南宁 530200； 2. 广西科学院广西北部湾海洋研究中心/广西近海海洋环境科学重点实验室，广西 南宁 530007； 3. 北部湾大学海洋学院/广西海洋生物多样性养护重点实验室，广西 钦州 535011）
摘要： 稳定同位素分析技术已成为生态学中营养来源研究的重要手段，但前提需获得动物对不同饵料中稳定同位素的富集效应数据。

该实验以从红树林和邻近滩涂收集的犬牙珠鰕虎鱼 (Acentrogobius caninus )、李氏䲗 (Cal-lionymus richardsoni )、须赤虾 (Metapenaeopsis barbata )、杂色蛤 (Ruditapes philippinarum )、多齿围沙蚕 (Peri-nereis nuntia )，以及养殖的双齿围沙蚕 (P. aibuhitensis ) 为饵料，投喂拟穴青蟹 (Scylla paramamosain ) 幼蟹66 d 。

结果显示，杂色蛤、双齿围沙蚕和须赤虾对青蟹的养殖效果较好。

不同饵料的氮稳定同位素 (δ15
N) 和碳稳定同位素 (δ13
C) 含量均显著高于初始青蟹，青蟹摄食不同饵料后体内δ15
N 和δ13
C 含量显著提高，判别值∆13
C 分别为0.7、−0.19、0.22、2.58、−0.12、2.75，∆15
N 介于−2.98~0.21，大多数与普遍采用的作为判断直接捕食者与食物的差值标准判别值∆13
C (0‰~1‰) 和∆15
N (3‰~4‰) 有一定差距，这种差别可能是因为滩涂生物与其他生物对同位素的富集效应差别较大，也可能由于实验后期水温较低，青蟹生长慢、体质量增长率低，使体内碳 (C) 和氮(N) 未能充分更新引起。

关键词： 拟穴青蟹；稳定同位素；富集效应；饵料中图分类号： Q 178.1
文献标志码： A 开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：
A preliminary study on enrichment of stable isotope from diets by
mud crab (Scylla paramamosain )
HUANG Guoqiang 1
, CAO Suhui 1
, LIU Xujia 2
, PENG Yinhui 3
, LIU Yonghong 1
,
HUANG Lianghua 1, ZHONG Shengping
1
(1. Institute of Marine Drug , Guangxi University of Chinese Medicine , Nanning 530200, China ; 2. Guangxi Academy of Sciences/Guangxi Key Laboratory of Marine Environmental Science/Guangxi Beibu Gulf Marine Research Center ,
Nanning 530007, China ; 3. Ocean College , Beibu Gulf University/Guangxi Key Laboratory of Beibu Gulf
Marine Biodiversity Conservation , Qinzhou 535011, China )
Abstract: Stable isotope analysis technology has become an important means in the study of nutrition sources in ecology, but the
premise is to obtain the data of stable isotope enrichment effect of animals in different diets. In this experiment, Acentrogobius caninus , Callionymus richardsoni , Metapenaeopsis barbata , Ruditapes philippinarum , Perinereis nuntia and cultured P. aibuhitensis were collected from mangroves and adjacent beaches and used as baits to feed Scylla paramamosain for 66 d. The results indicate that R. philippinarum, P. aibuhitensis and M. barbata had better culture effects on S. paramamosain . The stable isotope abundances
第 17 卷第 3 期南 方 水 产 科 学
Vol.17，No.32021 年 6 月
South China Fisheries Science
Jun. ，2021
收稿日期：2020-10-26；修回日期：2021-01-18
资助项目：广西自然科学基金项目 (2017GXNSFAA198022)；广西重点研发计划项目 (桂科AB16380105)；广西中医药大学博士启动经费课题
(2018BS034)；广西中医药大学2018年海洋药物研究院团队科研启动经费项目 (2018ZD005)；广西八桂学者专项经费 (05019055)
作者简介：黄国强 (1973—)，男，博士，研究员，从事水产养殖生态学研究。

E-mail: ****************通信作者：刘永宏 (1972—)，男，博士，研究员，从事海洋天然药物化学研究。

E-mail: ********************.cn
of δ13C and δ15N in the six natural diets were obviously higher than that in initial crabs. Compared with the initial crabs, the contents of stable isotope δ13C and δ15N of final crabs increased significantly. The enrichment effects of the 13C (∆13C) were 0.7, −0.19, 0.22, 2.58, −0.12 and 2.75 for the six diets, respectively, while the ∆15N varied from −2.98 to 0.21. Most of these values were inconsistent with the judgment baselines (discrimination) of direct predator and prey, which were 0‰−1‰ for ∆13C and 3‰−4‰ for ∆15N, re-spectively. This may be due to the huge difference of stable isotope enrichment between beach dwelling organisms and land organ-isms. It is also possible that low water temperature, slow growth and low weight gain rate of S. paramamosain at later stage of the ex-periment lead to insufficient renewal of carbon and nitrogen in the body.
Key words: Scylla paramamosain; Stable isotope; Enrichment effects; Diets
我国大陆东南沿海分布有锯缘青蟹 (Scylla ser-rata)、紫螯青蟹 (S. tranquebarica)、拟穴青蟹(S. paramamosain)、榄绿青蟹 (S. olivacea) 4种青蟹，其中拟穴青蟹分布最广且数量最多[1]。

青蟹既是我国东南沿海重要的养殖蟹类[2]，也是红树林和河口区域的重要捕食者。

红树林生态系统不仅可以为拟穴青蟹提供栖息和庇护场所，红树林内及周边生长的动植物还能为其提供丰富的饵料。

已有研究表明，红树林区域野生青蟹的饵料主要由海洋来源的碎屑、贝类、甲壳类、鱼类组成，不同组分的占比在不同地点有明显差异[3]。

国内对拟穴青蟹天然饵料来源的报道较少，主要原因可能是青蟹摄食时将食物用大螯抱握或夹碎后，再经过大颚切碎后摄入，大部分饵料的外形结构已经被破坏，因而难以用传统的方法进行鉴定和定量。

相比之下，稳定同位素技术由于不需要对难以辨认的饵料碎片进行鉴定分类，被广泛应用于水生生物的饵料组成和营养来源研究[4-8]，进而应用于海洋和淡水生态系统的食物网构建[9-13]和营养级分析[9-10,14-16]，也用于分析水产养殖系统中养殖生物的饵料组成和营养来源[17-20]。

应用稳定同位素技术分析饵料和营养来源，需要一个判别值用于模型计算。

一般而言，动物与其食物之间存在较为明确的判别值，碳稳定同位素判别值 (∆13C) 介于0‰~1‰，氮稳定同位素判别值(∆15N) 介于3‰~4‰[21-22]，但不同生物类群或生活环境之间存在较大差异，例如在红树林及近海滩涂，由于其环境独特且复杂，稳定同位素的富集与其他区域可能有较大差别。

Yokoyama等[23]对河口大型底栖动物的研究结果表明动物-食物的∆13C达到2‰~2.2‰。

而澳大利亚红树林中的底栖动物稳定碳同位素 (δ13C) 甚至比红树植物还低3‰~ 4‰[24]。

因此，如果要利用稳定同位素研究动物食物来源和营养关系，需要通过更多的室内喂养控制实验来测定动物与其食物之间的稳定同位素判别值[25]。

拟穴青蟹对不同饵料的稳定同位素富集效应尚未见报道，因此，本实验采用稳定同位素技术，测定北海近海拟穴青蟹对红树林及邻近滩涂5种近海天然饵料和养殖的双齿围沙蚕 (Perinereis aibuhitensis)的富集效应，获得拟穴青蟹与不同生物饵料的稳定同位素判别值，为开展青蟹在红树林近海的食物链与营养来源分析提供基础数据。

1 材料与方法
1.1 实验设施
实验采用60个透明塑料整理箱 (长、宽和高分别为50、40和40 cm)，在室内车间将养殖青蟹、经过消毒的塑料整理箱用淡水清洗后加入1/3深度的沙滤海水，每个养殖箱配置1个气石保持微量充气。

1.2 实验用水
实验用水是经过砂滤和紫外线消毒的育苗用海水，盐度26~30，pH 7.9~8.3，持续充气保持溶解氧质量浓度>5.0 mg·L−1。

1.3 蟹苗来源
实验以广西壮族自治区海洋研究所繁育的2期拟穴青蟹仔蟹为材料，挑选健康仔蟹200只，用容量为2 L的塑料桶，底部铺沙1 cm，经单独隔离用对虾饲料投喂30 d，体质量达到0.5~1.2 g后作为实验用蟹苗。

1.4 饵料
实验采用犬牙珠鰕虎鱼 (Acentrogobius caninus)、李氏䲗 (Callionymus richardsoni)、须赤虾 (Metapen-aeopsis barbata)、杂色蛤 (Ruditapes philippinarum)、多齿围沙蚕 (P. nuntia) 和双齿围沙蚕作为饵料，这6种饵料除了双齿围沙蚕为养殖种类外，其余为北部湾近海分布的底栖性海洋生物，均是拟穴青蟹潜在的饵料来源。

选择养殖的双齿围沙蚕作为实验饵料，是由于其稳定同位素含量可能与天然饵料差别较大，对青蟹稳定同位素富集可能产生影响。

所
20南 方 水 产 科 学第 17 卷
有饵料在实验开始前从沿海同一地点收集足够实验
期间使用的数量，用经砂滤的海水养殖24 h后，根据每天投喂量分袋分装后冷冻保存待用。

1.5 实验设计
实验用60个塑料整理箱进行，采用完全随机排列方式分配至6种饵料处理，每种饵料分别用10 个整理箱作为10个重复，每个箱养殖青蟹1只。

1.6 青蟹放养与采样
养殖箱准备安排完成后，从培育的200只蟹苗中随机抽取60只，称体质量后放入养殖箱，并做好相关数据记录。

剩余的青蟹按每袋15只随机抽取6袋作为初始样品。

1.7 日常管理
青蟹每天投喂1次。

把饵料从冰箱取出，自然解冻后，鱼类去除头部和骨骼的整个躯体肌肉作为饵料，虾类饵料取去除头部和外壳的整个躯体肌肉作为饵料，贝类去壳后的整个软体部作为饵料，沙蚕取整条作为饵料，根据青蟹每天摄食量将饵料剪成适当的小块，称质量后投喂。

每天投饵前将拟穴青蟹残饵从水中捞出。

隔天换水1次，每次换水100%。

海水在室内水泥池储存，以保持与养殖箱温度基本一致。

1.8 样品处理与测定
66 d实验养殖期结束后，青蟹经24 h停食，用纱布吸干表面水分，称体质量并记录数据。

然后每只青蟹作为一个结束样品。

青蟹初始样品和所有结束样品在烘箱中以70 ℃烘干至恒质量，然后用粉碎机粉碎，将粉碎后的样品过100目筛后，再用浓盐酸熏蒸除去无机碳。

鱼类饵料以去除头部和骨骼的整个躯体肌肉作为样品，每份样品取15尾，每种鱼取6份样品；虾类饵料取去除头部和外壳的整个躯体肌肉作为样品，每份样品为30尾，共取6份样品；贝类饵料取去壳后的整个软体部作为样品，每份样品取30只，共取6份样品；沙蚕取整条作为样品，每份由样品30条沙蚕混合，每种沙蚕取6份样品。

饵料样品与青蟹样品的烘干、粉碎、过筛和盐酸熏蒸处理方法一致。

处理好的样品送中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所用稳定同位素质谱仪 (Isoprime-100同位素质谱仪) 测定碳和氮稳定同位素含量。

1.9 数据计算与分析
青蟹成活率 (Survival rate, SR, %)和体质量增
式中I W和F W分别为实验开始和实验结束时青蟹体质量 (g)。

青蟹对不同饵料中稳定碳和氮同位素的富集效
式中δC和δN为样品中稳定碳和氮同位素的比值 (‰)。

√
x
数据采用SPSS 13.0软件进行统计分析。

因本文计算的成活率、生长率和特定生长率均为百分数且变动范围较大，故进行反正弦 (sin−1) 转换后再进行方差分析。

2 结果
2.1 体质量、成活率和体质量增长率
养殖实验结束时，由于摄食同一种饵料的青蟹体质量差异也较大，青蟹体质量未出现统计学显著差异 (图1-a)。

不同饵料对青蟹的成活率有显著影响，投喂双齿围沙蚕的青蟹成活率为100% (图1-b)。

不同饵料投喂的青蟹体质量增长率差异显著，其中投喂须赤虾的青蟹体质量增长率最大，投喂须赤虾和双齿围沙蚕的青蟹体质量增长率分别为189.35%和167.92%，投喂犬牙珠鰕虎鱼的青蟹体质量增长率最低，仅74.36% (图1-b)。

2.2 不同饵料的δ13C和δ15N
实验中使用的6种饵料δ13C和δ15N都存在显著差异。

6种饵料的δ15N介于7.78‰~15.38‰，其中鱼类和多齿围沙蚕的δ15N显著高于其他饵料，杂色蛤和双齿围沙蚕的δ15N较低 (图2-a)。

6种饵料的δ13C介于−22.90‰~−14.96‰，其中杂色蛤和双齿围沙蚕的δ13C较低，李氏䲗和须赤虾的δ13C 较高 (图2-b)。

2.3 摄食不同饵料青蟹的δ13C和δ15N
实验开始时青蟹的δ13C和δ15N分别为−21.13‰和5.24‰。

实验结束时摄食不同饵料的青蟹体内δ13C和δ15N也出现显著差异，δ15N有较大幅度的提高 (图3-a)，δ13C也有不同幅度的增加 (图3-b)。

摄食李氏䲗、须赤虾和多齿围沙蚕的青蟹δ13C最高 (图3-b)，摄食李氏䲗和须赤虾的青蟹δ15N最高(图3-a)。

实验结束时青蟹的δ13C与初始相比有显著提
第 3 期黄国强等: 拟穴青蟹对饵料中稳定同位素富集效应的初步研究21
图1 投喂不同饵料的青蟹的初始体质量、结束体质量、成活率和体质量增长率
方柱上不同字母表示差异显著 (P<0.05)，后图同此
Figure 1 Initial mass, final mass, survival rate and weight gain rate of S. paramamosain fed with different diets Different lowercase letters on the columns indicate significant difference (P<0.05). The same case in the following figures.
图2 不同饵料的稳定碳和氮同位素
Figure 2 δ13C and δ15N of different diets
于摄食其余4种饵料的青蟹。

摄食不同饵料的青蟹体内δ15
N 较初始时也有大幅度提高，其中摄食杂色蛤和双齿围沙蚕的升幅较小 (图4)。

2.4 青蟹对饵料中δ15N 和δ13
C 的富集效应
青蟹对所摄饵料的δ15
N 和δ13
C 表现出不同的富集效应。

摄食6种饵料的青蟹∆13
C 分别为0.7、−0.19、0.22、2.58、−0.12、2.75，∆15N 介于−2.98~0.21 (图5)。

其中摄食犬牙珠鰕虎鱼、李氏䲗和多
应，摄食杂色蛤和双齿围沙蚕的青蟹对δN 表现出小幅度的富集效应；摄食杂色蛤和双齿围沙蚕的青蟹对δ13
C 的富集幅度较大，摄食其余4种饵料的富集效应较小或表现为小幅度的负富集。

2.5 ∆15N 和∆13
C 与体质量增长率的关系
对本实验获得的稳定同位素富集效应与体质量增长率的关系进行相关性分析，未发现δ13
C 的富集效应与体质量增长率有明显关系，但δ15N 的富
图3 初始和摄食不同饵料青蟹的稳定碳和氮同位素
Figure 3 δ13
C 和δ15
N of initial S. paramamosain and S. paramamosain fed with different diets
图4 实验结束时青蟹稳定碳和氮同位素含量与初始青蟹的差值
Figure 4 Difference of δ13
C 和 δ15
N of S. paramamosain at end and beginning of experiment
集效应与体质量增长率有显著相关性，其关系可用对数函数∆15N=3.496 6 ln(WGR)−17.934 (R 2
=0.857)来描述 (图6)，表明实验期间δ15
N 的富集效应随着体质量增长率的增加呈非线性的增长。

3 讨论
3.1 养殖效果
本实验提供的6种近海滩涂天然饵料中，杂色蛤、双齿围沙蚕和须赤虾对青蟹的养殖效果较好，体质量增长率明显高于2种鱼类，表明双壳类、多毛类和小型甲壳类更符合拟穴青蟹的营养需求。

有研究表明，红树林区域野生青蟹的饵料中甲壳类、贝类、多毛类占比居前三位[3]。

青蟹的这种生长表现表明这几类饵料能够较好地满足其营养需求，这可能是天然环境中青蟹以双壳类、甲壳类和多毛类为主要饵料的原因之一。

3.2 稳定同位素的富集效应
红树林及近海滩涂是多种底栖鱼类、甲壳类、贝类、多毛类等小型动物的栖息场所，可为青蟹提供丰富的饵料。

近年，国内学者也尝试研究拟穴青
蟹的稳定同位素特征，并据此为分析红树林与拟穴青蟹间的相互作用提供参考。

Wang 等
[26]
通过分析
红树叶和青蟹体内的δ13
C ，发现海南岛的红树林为拟穴青蟹提供了重要的营养来源。

由于青蟹养殖过程中投喂的饵料种类较单一，而野生青蟹的饵料种类多样，这可能导致养殖青蟹的碳、氮稳定同位素
组成与野生青蟹有明显的差异[27]
，因此可以通过分
析青蟹的碳、氮稳定同位素组成来鉴别野生青蟹和
养殖青蟹。

国外学者通过测定红树林中3种拟相手蟹(Parasesarma erythrodactyla 、Paragrapsus laevis 、Helograpsus haswellianus ) 的稳定碳和氮同位素比率发现，这3种蟹的碳和氮主要来源不是红树林初级生产力[23]
，而其他的研究发现红树林的初级生产
力能够为其中生活的蟹类提供较多的碳和氮营养来
源
[28-29]
，不同研究所得结论不一致，可能是由不同区域红树林生态系统存在较大差别所致，也可能与不同研究采用的判别值是根据文献报道的数值而不是实验实测值有关。

在应用稳定同位素技术研究食物链和食物网时，动物与其食物之间的判别值∆13
C 介于0‰~1‰，∆15
N 介于3‰~4‰
[20-21]
，也有学者认为捕食
者对食物的碳、氮稳定同位素富集效应分别为：Δ13
C 为1‰~2‰，Δ15
N 为2‰~3‰
[30-31]。

但对河口
动物而言，∆13
C 超过2‰甚至比河口红树植物低也有报道
[22-23]
，如Yokoyama 等
[23]
对河口大型底栖动
物的研究结果表明动物-食物的∆13
C 介于2‰~2.2‰，而相手蟹 (Episesarma singaporense 和E. versicolor ) 对红树植物叶子的Δ13
C 甚至可以达到5.1‰和4.1‰
[29]。

本实验结束时拟穴青蟹体内
δ13
C 和δ15
N 含量相比人工饲料投喂的初始青蟹有
图5 青蟹对不同饵料中稳定碳和氮同位素的富集效应
Figure 5 Enrichment of δ13
C 和 δ15
N in S. paramamosain fed with different diets
图6 氮稳定同位素的富集效应与体质量增长率的关系Figure 6 Regression relation between ∆15
N and weight gain
rate of S. paramamosain
大幅提高，但从对δ13
C 的富集效应看，摄食李氏䲗和多齿围沙蚕的青蟹∆13
C 为负数，摄食杂色蛤和双齿围沙蚕的青蟹∆13
C 明显高于2‰，仅摄食犬牙珠鰕虎鱼和须赤虾的青蟹∆13
C 介于0‰~1‰。

青蟹对15
N 的∆15
N 则与2‰~3‰的差距更大，大多数种类的富集效应为负数。

导致这一现象的主要原因可能是由于本实验在冬季进行，温度较低，青蟹生长较慢，体质量增长率不高，体内碳和氮尚未能从饵料中得到完全更新，尽管青蟹δ13
C 和δ15
N 有大幅度增加，但与饵料相比，其富集效应未能得到与以往经验数据一致的结果。

本实验中摄食杂色蛤和双齿围沙蚕的青蟹对δ13
C 的富集效应明显大于2‰，而摄食其余饵料的青蟹对δ13
C 的富集效应很小或为负数，表明栖息于潮间带和浅海的拟穴青蟹与其他河口动物相似，对稳定同位素的富集表现有较大的变动范围。

2种相手蟹摄食红树叶后，δ15
N 含量随喂养时间延长表现出较为稳定的上升趋势，但δ13
C 则无这种趋势
[29]。

本实验发现了类似的现
象，∆15N 与青蟹体质量增长率表现出明显的对数函数关系，未发现∆13
C 与体质量增长率之间存在明显相关性。

日本和美虾 (Nihonotrypaea japonica )、四角蛤蜊 (Mactra veneriformis )、菲律宾蛤仔 (Ruditapes philippinarum ) 的δ15
N 和δ13
C 含量随着体质量增长率的升高，以幂函数方式朝饵料的稳定同位素含量接近，但达到一定水平后升降趋于平缓
[22]。

稳定同
位素的富集效应在不同研究中表现出较大差异，这可能与河口和滩涂生物适应多变的环境有关。

本文为评估红树林及邻近滩涂栖息的小型动物对拟穴青蟹的营养贡献进行了实验，发现青蟹对不同饵料的稳定同位素具有富集效应，但要获得可用于红树林及近海滩涂食物网和食物链研究的稳定同位素富集参数，还需要根据拟穴青蟹的生态习性和近海滩涂环境条件进一步优化实验条件，开展更多的实验研究。

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