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广东工业大学郭芬团队Biological Reviews：淡水生态系统中omega-3脂肪酸的重要性及其对全球变化的响应

时间：2023-12-05 来源：浏览：

广东工业大学郭芬团队Biological Reviews：淡水生态系统中omega-3脂肪酸的重要性及其对全球变化的响应

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第一作者： 鄢科恒、郭芬

通讯作者： 郭芬

通讯单位： 广东工业大学环境生态工程研究院

合作者： Martin Kainz 教授（奥地利伦茨水系统研究中心）、 Stuart Bunn 教授（澳大利亚科学院院士）、张远教授（广东工业大学）

成果简介

近日，广东工业大学环境生态工程研究院郭芬教授团队在生物学领域国际顶级期刊 Biological Reviews 上发表了题为“ The importance of omega-3 polyunsaturated fatty acids as high-quality food in freshwater ecosystems with implications of global change ”的综述论文。本文系统总结了基于 ω3-PUFAs 的淡水生食物网研究，量化了 ω3-PUFAs 对各类消费者（如底栖动物、浮游动物、鱼类和河湖滨带动物等）生长和繁殖的影响，评估了全球环境变化（如气候变暖和富营养化等）对淡水生态系统中 ω3-PUFAs 来源、分布和营养传输的影响，提出了未来水生食物网研究的潜在方向。

引言

早期关于淡水生态系统的研究多关注食物网中碳源的数量。例如，河流连续体理论（ River Continuum Concept ）和洪水脉冲理论（ Flood Pulse Concept ）等，这些理论大都强调大量输入的陆生碳源是淡水食物网的关键驱动力。近年来，随着生物化学示踪技术的发展，越来越多的研究开始强调淡水生态系统内部的碳源对水生消费者的重要性。

由于 omega-3 多不饱和脂肪酸（ ω3-PUFAs ）是水生动物生长和繁殖所必需的营养物质，且大多数水生动物无法自身合成或合成能力有限，只能从食物中获取。因此，依据不同基础碳源 ω3-PUFAs 组成的差异，可将基础碳源划分为高质量碳源和低质量碳源。碳源质量高低的差异可直接影响水生及陆生食物网的结构和功能。

图文导读

高质量碳对消费者的影响

Fig 1. Synthesis pathway of ω3 polyunsaturated fatty acids (ω3-PUFAs) by different organisms. ∆ 4, ∆ 5, ∆ 6, ∆ 9, ∆ 12, ∆ 15 = fatty acyl desaturases; Elovl = fatty acid elongases. Black box: ω3 LC-PUFA-rich algae, such as diatoms, cryptophytes and dinoflagellates; green box: terrestrial vascular vegetation, macrophytes, and ω3 LC-PUFA-deficient algae, such as cyanobacteria and chlorophytes; red box: Chironomus and Daphnia spp.; blue box: Salmo salar and Danio rerio ; purple text: mechanisms unclear

目前，关于高质量碳源富含的 ω3-PUFAs 对消费者的影响研究主要分为两方面：（ 1 ）对消费者脂肪酸组成的影响：对于浮游动物来说，其脂肪酸组成和含量随着食物中 ω3-PUFAs 的变化而变化；对于底栖动物来说，刮食者、撕食者等底栖动物的脂肪酸组成和含量通常随着生藻中 ω3-PUFAs 的变化而变化。对于鱼类来说，虽然小部分鱼类可调节其体内 ω3-PUFAs 的含量，但这种调节能力仍然受到食物中 ω3-PUFAs 含量的影响。当食物中 ω3-PUFAs 严重不足时，鱼类很难仅通过自身调节来维持 ω3-PUFAs 含量的相对稳定。

Fig 2. Responses of Daphnia spp. to the availability of ω3 long-chain polyunsaturated fatty acids (ω3 LC-PUFAs) in food sources. (A) Growth rates (data from Wenzel et al . (2021) extracted from Figure 2 by using Origin 2022) ; (B) Survival rates (data from Wenzel et al . (2012, 2021) extracted from Figure 1 by using Origin 2022 ); (C) Number of offspring (data from Brett et al . (2009a) and Wenzel et al . (2012) extracted from Figure 1 by using Origin 2022) ; (D) Individuals with clutch (data from Wenzel et al . (2012) extracted from Figure 1 by using Origin 2022 ). High-quality food, cryptophytes (enriched in ω3 LC-PUFAs ); T-POM, terrestrial particulate organic matter

（ 2 ）对消费者生长和繁殖的影响：富含 ω3-PUFAs 的高质量碳源显著促进大多数消费者的生长和繁殖。例如，水蚤面对充足的高质量碳源时，其生长速度大幅提高 8 倍；对于河岸带水鸟而言，食物中充足的 ω3-PUFAs 可大幅提高其生长速率、基础代谢速率和免疫能力等。

环境变化对高质量碳及其传输的影响

Fig 3. Conceptual model depicting how climate change, land-use change and aquatic pollution could affect high-quality of ω3 long-chain polyunsaturated fatty acids (ω3 LC-PUFAs)-containing food sources and their consumers. (+) represents positive changes, whereas (–) shows a negative effect

高质量碳源富含的 ω3-PUFAs 对环境变化十分敏感。光照强度增加、富营养化、气候变暖和人类活动等都可能会影响高质量碳源中 ω3-PUFAs 含量，进而通过食物网传输影响各营养级消费者。然而，目前大部分研究仅关注单一环境变化对 ω3-PUFAs 来源和传输的影响。在全球变化和人类活动的共同作用下，淡水食物网同时受到多种环境因子的共同影响，目前鲜有研究探究多种环境因子对高质量碳源 ω3-PUFAs 的联合影响。

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小结

尽管近年来学者对淡水生态系统中ω3-PUFAs的功能研究已取得了重大进展，但仍存在许多研究空白，需进一步探究：

（1）通过构建概念模型，量化温度、光照、营养盐等多环境压力对ω3-PUFAs的协同影响，探究不同环境条件下维持水生生物正常生长所需的ω3-PUFAs阈值。

（2）探究ω3-PUFAs极端低的条件下，部分水生生物仍能生存繁殖的适应机理，为保护濒危物种和生物多样性维持提供新视角。

（3）基于ω3-PUFAs对动物生长的必需性，探究水陆生态系统间的能量交互过程。

（4）开发ω3-PUFAs在生态系统层面的新功能，如评估淡水生态系统健康评估、指示气候变化或探究水生生物入侵机制等。

本研究受到国家自然科学基金优秀青年科学基金（海外）项目、国家重点研发项目课题、广东省国际科技合作项目的支持。

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作者简介

郭芬： 广东工业大学教授，博士生导师，国家优秀青年科学基金（海外）项目获得者，澳大利亚格里菲斯大学博士、奥地利伦茨水系统研究中心博士后、香港中文大学博士后，长期从事全球变化对水生食物网的影响、蓝碳碳循环过程等研究，主持国家优秀青年科学基金（海外）项目、国家重点研发项目子课题、广东省科技国际合作项目等，在 Trends in Ecology and Evolution 、 Biological Reviews 、 Journal of Animal Ecology 、 Limnology and Oceanography 等发表 SCI 论文 50 余篇，含高被引论文 2 篇。担任淡水生态学国际 top 期刊 Freshwater Biology 编委，担任 Science 伙伴期刊 Ecosystem Health and Sustainability 青年编委、 Subject Editor 。相关研究工作曾获奥地利国家广播公司报道， 2017 年获奥地利科学学会项目资助， 2018 年入围澳大利亚 - 中国校友奖（研究与科学分奖项）， 2022 年获广东工业大学暑期 “ 三下乡 ” 社会实践活动优秀指导老师。

文章链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/brv.13017

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