《Microorganisms》：Grazing Responses of Distinct-Sized Tropical Cladocerans to Different Filamentous Sizes of the Cyanobacterium Dolichospermum planctonicum
Luciana Machado Rangel,
Larissa Ramos Ribeiro,
Jo?o Paulo Santana Valério,
Marcelo Manzi Marinho and
Marcella Coelho Berjante Mesquita
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本研究通过单食与混合食物实验，系统评估了两种丝状尺寸的长孢鱼腥藻（D. planctonicum）菌株对不同体型（大型溞Daphnia gessneri、小型僧帽溞Ceriodaphnia silvestrii、小型裸腹溞Macrothrix paulensis）及摄食方式的热带枝角类过滤率（Clearance Rate, CR）和选择性的影响。结果发现，摄食效率与食物浓度呈负相关，大型的D. gessneri是最高效的滤食者，但对长丝状菌株（DPJ-07）的摄食抑制最严重，而小型的M. paulensis对长丝菌株的耐受性更高。混合食物背景下，枝角类对短丝菌株（DPJ-01）的摄食量反转，表明食物情境（优质食物可得性）显著改变了限制摄食的机制。所有枝角类对两种食物均表现出正选择性，但高比例蓝藻存在时选择性降低。本文为理解热带淡水生态系统蓝藻水华期间的食物网能量转移和下行调控机制提供了新见解。
1. 引言
人类活动的加剧使水生生态系统面临全球性环境危机，其中富营养化与气候变化共同促进了淡水系统中蓝藻水华的频发。蓝藻水华直接影响浮游动物群落的结构与功能，但小型热带枝角类与蓝藻（特别是鱼腥藻属Dolichospermum）之间的营养相互作用仍不明确。Dolichospermum因其代谢多样性、产生多种蓝藻毒素（如微囊藻毒素、柱孢藻毒素、类毒素-a等）以及形态多变（如从直丝到螺旋状）而备受关注。在热带生态系统中，毒性水华会导致浮游动物群落结构向小型物种（如轮虫和小型枝角类）转变。这些小型物种可能对水华的有害影响表现出不同的生态响应和逃避机制。本研究旨在评估三种具有不同体型和摄食谱的热带枝角类物种（Daphnia gessneri, Ceriodaphnia silvestrii, Macrothrix paulensis），对两种不同丝状体长度的Dolichospermum planctonicum菌株（DPJ-01和DPJ-07）在单食及与优质绿藻Monoraphidium capricornutum混合食物条件下的摄食率变异性，以填补对热带地区下行控制机制的认识空白。
2. 材料与方法
2.1. 浮游植物培养
研究使用了两株Dolichospermum planctonicum（DPJ-01和DPJ-07），均分离自巴西的Juturnaíba水库。两菌株均为直丝状，但平均丝状体尺寸存在显著差异：DPJ-01平均长224.67 (±196.7) μm，宽8.97 (±1.2) μm；DPJ-07平均长636.55 (±665.1) μm，宽9.97 (±0.8) μm。优质食物源为单细胞绿藻Monoraphidium capricornutum（直径2-4 μm，长9-18 μm）。所有培养均在24 °C，光照强度≈40 μmol photons m-2s-1，光暗周期12:12 h的条件下进行。
2.2. 浮游动物培养
研究使用了三种热带枝角类的克隆：Daphnia gessneri（分离自有蓝藻水华记录的Funil水库）、Ceriodaphnia silvestrii和Macrothrix paulensis（分离自Juturnaíba水库）。其中D. gessneri和C. silvestrii是泛食性浮游滤食者，而M. paulensis则表现出碎屑食性倾向，通常与底栖基质和大型植物表面相关。三种枝角类的体型（长×宽）存在显著差异：D. gessneri为1280 (±93) μm × 682 (±70) μm；C. silvestrii为660 (±76) μm × 520 (±63) μm；M. paulensis为636 (±66) μm × 356 (±56) μm。它们以M. capricornutum为食，在24 °C、12:12 h光暗循环下培养。
2.3. 摄食实验
2.3.1. 不同浓度下的单食实验
实验旨在评估三种枝角类对不同浓度（0.125, 0.25, 0.5, 1.0, 2.0 mg C L-1）的两种D. planctonicum菌株及M. capricornutum悬浮液的摄食行为。实验在24孔培养板中进行，每孔加入2.5 mL食物悬浮液，在黑暗、24 ± 1 °C条件下孵育3小时，以尽量减少非摄食引起的叶绿素变化。每个处理设置4个重复，每孔包含3只成体枝角类。通过Phyto-PAM荧光仪测量孵育前后叶绿素a浓度的差异，计算枝角类的过滤率。
2.3.2. 混合饮食实验
实验旨在评估蓝藻在食物中的相对优势度对浮游动物摄食的影响。混合食物由不同比例（25%, 50%, 75%）的D. planctonicum菌株（DPJ-01或DPJ-07）与M. capricornutum组合而成，总食物浓度恒定在0.5 mg C L-1。分别计算了对蓝藻的过滤率、对绿藻的过滤率以及总过滤率。
2.3.3. 选择性指数
根据混合饮食的实验结果，使用基于叶绿素a浓度变化的归一化Ivlev比值，计算了每种食物的选择性系数α。α > 0.5表示对该食物有正选择性，α = 0.5表示无选择性，α < 0.5表示拒绝该食物。
2.4. 统计分析
使用广义线性模型评估了枝角类物种、食物类型、浓度/比例对过滤率的影响。通过三因素方差分析研究了选择性指数。
3. 结果
3.1. 不同浓度下的单食实验
单食实验中的过滤率变化很大。Daphnia gessneri在0.125 mg C L-1浓度的M. capricornutum上获得了最高的过滤率（0.37 ± 0.16 mL ind-1h-1），而Macrothrix paulensis在2 mg C L-1浓度的相同食物上获得了最低的过滤率（0.03 ± 0.02 mL ind-1h-1）。
统计分析显示，浮游动物物种、蓝藻菌株和食物浓度均对过滤率起着决定性作用。Daphnia gessneri是最高效的摄食者，显著优于Ceriodaphnia silvestrii和Macrothrix paulensis。在所有组别中，随着食物浓度增加，个体摄食率均稳步下降。与M. capricornutum或DPJ-07菌株相比，浮游动物对D. planctonicum DPJ-01的摄食量明显较少。
3.2. 不同蓝藻比例下的混合饮食实验
混合饮食实验显示，对D. planctonicum的过滤率主要受浮游动物物种和特定菌株驱动。Daphnia gessneri的过滤率显著高于Ceriodaphnia silvestrii。在蓝藻食物中，DPJ-01的过滤率显著高于DPJ-07。对于混合食物中的M. capricornutum，仅在浮游动物物种间观察到显著差异，其中Macrothrix paulensis的过滤率显著低于其他枝角类。总过滤率在浮游动物物种和菌株间存在显著差异，Daphnia gessneri的总过滤率最高，且对DPJ-01的总摄食量显著高于DPJ-07。
3.3. 选择性指数
对M. capricornutum和D. planctonicum菌株的正选择性（α > 0.5）主要发生在蓝藻比例较低（25%和50%）的饮食中。相反，在75%蓝藻比例下，对两种食物类型主要观察到负选择性。D. planctonicum和M. capricornutum的选择性均显著受特定菌株和饮食中蓝藻比例的影响。具体而言，摄食者对D. planctonicum DPJ-01表现出更高的选择性，但这种偏好随着蓝藻比例增加而减弱。对于M. capricornutum，选择性在涉及D. planctonicum DPJ-07的处理中更高，同样受到蓝藻比例增加的负面影响。此外，在D. planctonicum和M. capricornutum的选择性上，均观察到浮游动物物种、菌株和比例之间存在显著的三向交互作用，表明摄食偏好是复杂且依赖于情境的。
4. 讨论
本研究发现热带枝角类对D. planctonicum的摄食是菌株特异性且依赖于消费者物种的。食物浓度和蓝藻的饮食比例显著调节了摄食行为。
最大的物种Daphnia gessneri是摄食绿藻M. capricornutum最高效的物种，但其对长丝状D. planctonicum菌株（DPJ-07）的过滤率在单食中受到严重抑制。相反，最小的物种Macrothrix paulensis对这种蓝藻表现出更高的耐受性和最高的过滤率。Ceriodaphnia silvestrii则表现出中间的过滤率和更易被DPJ-01菌株抑制的倾向。所有物种的过滤率均随食物浓度增加而下降，这与富营养化会降低食物网能量转移效率的概念模型一致。这些结果支持了大型滤食者更易受长丝机械干扰（如堵塞滤食器官）的理论，而M. paulensis的优异表现可能与其操纵和切割丝状体的能力有关。
混合饮食实验揭示了摄食行为的复杂转变。在单食中被摄食较少的短丝菌株DPJ-01，在与绿藻M. capricornutum的混合饮食中却被显著更多地摄食。这种逆转表明，限制对丝状蓝藻摄食的机制可能因食物情境（有无其他食物来源）而发生巨大变化。长丝菌株不仅是摄食障碍，还可能干扰对优质绿藻细胞的捕获。短丝引起的机械干扰较小，处理起来能量成本更低，因此在滤食绿藻时被附带更高地摄入。虽然蓝藻比例在统计分析中不显著，但视觉趋势表明，随着D. planctonicum优势度增加，总过滤率呈下降趋势。
摄食选择性分析揭示了热带枝角类具备食物辨别能力，它们优先摄食营养价值高、大小合适的食物，并主动避免低质量食物。菌株、饮食比例和形态是食物选择性的决定性因素。枝角类对M. capricornutum表现出强烈的正选择性，在蓝藻比例较低时对蓝藻本身也有正选择性。在优质食物存在时辨别和避免低质量食物的能力是水华期间关键的生存策略。然而，这种选择性模式会随着蓝藻优势度增加而减弱。Daphnia gessneri表现出最强的选择性，强烈排斥D. planctonicum丝状体，但这使其在水华期间因机械干扰导致总食物摄入量低而变得脆弱。Macrothrix paulensis则展示了更灵活的策略，其对蓝藻（特别是短丝菌株）的排斥不那么明显，这可能与其适应利用竞争者无法获取的低质量资源的机制有关。
总之，本研究结果表明，对D. planctonicum的摄食是一个多方面的相互作用，受枝角类体型、蓝藻形态（丝状体大小）和饮食组成的共同调控。研究强调了在热带生态系统中，浮游植物质量和形态可以塑造浮游动物群落结构，这对水华事件期间的能量转移和潜在的下行控制具有直接意义。小型热带枝角类表现出的摄食选择性可能是其在蓝藻占优势的热带环境中的关键适应策略。
