基于高速、高倍摄像技术的浮游桡足类摄食选择性研究

Pelagic copepods play key roles in linking marine food web. However, study in copepod's complex selective feeding still is a problem in pelagic ecology area. Copepods have fast feeding behavior and tiny food particles, but the application of high-speed and high-magnification photography technology allows scientist to observe visually their feeding behavior process and the food items as well. In this project, optimum high-speed and high-magnification combined camera system would be used. Based on the three feeding behavior modes of copepods, we intend to take their feeding behavior videos using different phyto-/zoo-plankton food items. By building a normative analysis process and method for feeding-behavior video, the selective feeding factors for copepods will be extracted and calculated, and then the selective feeding characteristic will be explained. Moreover, based on the feeding behavior videos, a new method to calculate the feeding rate will be established. Combining the selective feeding characteristic and feeding rate, we'll define the key impact factors for feeding selection of copepods, and then try to explore the selective feeding mechanism in terms of copepod feeding behavior. This will be helpful to assess precisely the transfer function of copepods in pelagic ecology.

浮游桡足类在海洋食物网中起关键的链接作用，但其复杂的摄食选择性一直是浮游生态学研究的难题。桡足类摄食速度快、饵料个体小，而高速、高倍摄像技术的应用实现了直观地观察桡足类的摄食微行为过程及饵料类型。本项目应用优化组合的高速、高倍摄像系统，基于3种桡足类摄食行为类型，拍摄典型桡足类对浮游植物/动物饵料的摄食微行为视频。通过构建规范的摄食微行为视频分析流程和方法，提取、计算摄食选择性参数，解释不同类型桡足类的摄食选择特点；并基于桡足类摄食微行为视频建立一种计算摄食率的新方法；结合摄食选择特点和摄食率，明确摄食选择关键影响因素，探索从微行为角度阐明桡足类的摄食选择性机制，以准确评估其生态传递功能。

桡足类是海洋浮游动物中种类和数量最多的一类，在海洋食物网中起着承上启下的关键作用，不仅摄食微小型浮游生物以控制赤潮的爆发，还是海洋鱼类幼体重要的饵料来源。桡足类的摄食研究一直是海洋生态领域的热点，已有研究结果普遍认为桡足类具有摄食选择性，但由于桡足类种类多、个体小、摄食速度快、其饵料粒径级更小且种类繁多，关于其摄食特点的研究一直进展缓慢。本项目利用显微高速摄像法研究了多种桡足类的运动特征和摄食生态学，并对其中两种关键的桡足类的摄食选择性进行了深入研究，通过观察摄食视频分析其摄食特点、提取运动轨迹、颚足摆动频率、摄食时长等参数分析桡足类的摄食类型、摄食选择倾向及对特定饵料的摄食速率。研究结果表明：与传统的显微观察桡足类的运动特征相比，显微高速摄像法可以更准确地对其运动和摄食进行分类。对日本虎斑猛水蚤的视频分析结果表明该种类在水中只是进行运动，并不进行摄食，其在水中的运动也会根据其停留时间长短而分为迁移运动和探测运动。该结果对于进一步分析猛水蚤的生态习性及生态功能提供了重要依据。对两种哲水蚤-中华哲水蚤和背针胸刺水蚤的视频分析结果表明这两种桡足类都是滤食性桡足类，其通过颚足摆动滤食水中的饵料。综合分析两种桡足类的摄食频率和摄食时长，表明中华哲水蚤最倾向于摄食>250um粒径范围的饵料，而背针胸刺水蚤最倾向于摄食小于250um粒径范围的饵料；两者都表现出不倾向摄食0.7-10um粒径范围的饵料，且两者对20-50um粒径范围的饵料都有较低的摄食倾向但表现方式不同。这两种桡足类对不同粒径范围饵料的摄食选择性，证明其有不同的生态位，基于颚足摆动频率和摄食时长还可以进一步计算其摄食率从而评估其能量转化功能。通过显微高速摄像法拍摄桡足类的摄食微行为，结合科学的视频分析流程，可以对桡足类的摄食特点进行分类，研究它们对自然饵料的摄食选择，从而为后续深入研究桡足类的摄食选择性机制提供理论基础与方法指导，进而为评估桡足类的生态功能提供科学依据。