基于多DNA标记宏条形码技术揭示香港米埔湿地四种越冬鸭类的食性生态位分化

《Environmental DNA》：Omnivorous Diets of Sympatric Duck Species in a Subtropical East Asia Wetland Unveiled by Multi-Marker DNA Metabarcoding

　　本文利用18S rDNA、trnL和COI三种分子标记，通过粪便DNA宏条形码技术系统解析了香港米埔湿地越冬的绿翅鸭（Anas crecca）、赤颈鸭（Mareca penelope）、琵嘴鸭（Spatula clypeata）和针尾鸭（Anas acuta）的食性组成。研究发现绿翅鸭以植物性食物为主（尤其是菊科植物），表现出特化食性；而赤颈鸭和琵嘴鸭则为广食性，其植物与无脊椎动物摄入比例相近且个体间食性变异较大。研究揭示了同域分布鸭类通过食性分化实现生态位分隔的适应策略，为湿地水鸟保护管理提供了重要的科学依据。

　　

基于多DNA标记宏条形码技术揭示香港米埔湿地越冬鸭类的食性生态位分化

研究方法与技术路线

本研究聚焦于在香港米埔内后海湾拉姆萨尔湿地越冬的四种鸭类：绿翅鸭（Anas crecca）、赤颈鸭（Mareca penelope）、琵嘴鸭（Spatula clypeata）和针尾鸭（Anas acuta）。研究团队通过非侵入性方法收集其新鲜粪便样本，并创新性地联合应用18S rDNA、叶绿体trnL内含子和线粒体COI三种分子标记进行DNA宏条形码分析。这种多标记策略克服了单一标记的局限性，能够全面解析从植物、藻类到无脊椎动物等不同生物类群的食性组成。数据分析采用严格的生物信息学流程，包括序列质量控制、操作分类单元（ASV）划分、污染物过滤以及基于相对读长丰度（RRA）和加权出现频率（wPOO）的定量分析。此外，研究还运用希尔多样性指数（Hill numbers）评估了样本内（α多样性）、种群水平（γ多样性）及样本间（β多样性）的食性多样性，并通过主坐标分析（PCoA）、相似性百分比分析（SIMPER）等方法深入探讨了种间和种内的食性差异。

四种越冬鸭类的食性组成特征

对18S rDNA数据的分析揭示了不同鸭类在食物类群构成上的宏观差异。绿翅鸭的食性表现出高度的特化性，其食物中链型植物（Streptophytes）占绝对主导地位（RRA高达94%），而无脊椎动物的比例相对较低。trnL标记的进一步分析表明，这些植物性食物主要来源于菊科（Asteraceae）植物（占植物部分的83% RRA）以及禾本科（Poaceae）植物如芦苇（Phragmites australis）。COI数据则显示其摄入的无脊椎动物以节肢动物门（Arthropoda）为主，包括双翅目（Diptera，如库蚊Culex）、鳞翅目（Lepidoptera）和鞘翅目（Coleoptera）昆虫。

相比之下，赤颈鸭和琵嘴鸭则表现出典型的杂食性特征。赤颈鸭的食性中，链型植物（主要为禾本科植物）和藻类各占约40%和36%的RRA，无脊椎动物（以节肢动物为主，包括昆虫和十足目甲壳动物如Metopograpsus frontalis）约占12%。琵嘴鸭的植物性食物（36% RRA，以禾本科和菊科为主）与动物性食物（36% RRA）比例相当，其无脊椎动物食谱尤为丰富，包含介形纲（Ostracoda）、桡足纲（Hexanauplia）等多种水生甲壳动物以及昆虫。针尾鸭因样本量较少，其结果显示也以植物性食物为主（62% RRA），特别是禾本科植物和菊科植物，无脊椎动物则仅检测到昆虫。

种内变异与种间生态位分化

一个重要的发现是不同鸭种种内食性变异程度的差异。绿翅鸭个体间的食性组成相对一致，变化较小，表明其取食策略较为专一。而赤颈鸭和琵嘴鸭则表现出显著的种内变异，不同个体间的食物组成差异较大，这反映了它们能根据生境中食物资源的可用性灵活调整取食策略，具有较强的生态适应性。

多样性分析结果进一步印证了食性分化。在样本水平（α多样性）上，琵嘴鸭的植物食性多样性最高，绿翅鸭最低；而在无脊椎动物食性方面，绿翅鸭的样本内多样性最高，琵嘴鸭最低。在种群水平（γ多样性）上，赤颈鸭和琵嘴鸭的整体食物类群丰富度相近且高于绿翅鸭。主坐标分析和PERMANOVA统计检验均表明，三种鸭类的食性组成存在显著分离。其中，绿翅鸭的食性生态位与赤颈鸭、琵嘴鸭重叠较少，呈现出明显的分化；而后两者的食性虽有重叠，但SIMPER分析揭示了一些关键差异类群，例如琵嘴鸭相对更多地摄食菊科植物、 Acanthaceae植物、 Pseudodiaptus桡足类等，而赤颈鸭则消耗更多的禾本科植物和藻类。

研究意义与保护启示

本研究通过多DNA标记宏条形码技术，首次系统、深入地揭示了同域越冬鸭类的食性生态位分化格局。结果表明，即使在相同的湿地环境中，亲缘关系相近的鸭类也可能演化出不同的取食策略，从特化到泛化，从而减少种间竞争，实现共存。绿翅鸭偏向植食性的特化策略，与赤颈鸭和琵嘴鸭的杂食性、高适应性策略形成鲜明对比。

这些发现对于湿地保护管理具有重要的实践意义。维持越冬水鸟种群的稳定性，需要保护其栖息地的生物多样性，特别是关键食物资源。对于绿翅鸭，保护菊科等草本植物资源至关重要；而对于赤颈鸭和琵嘴鸭，则需要同时保障水生无脊椎动物群落和多样化水生植物的丰富度。因此，对米埔湿地及其周边区域的管理，应注重池塘水体的维护、草本植物（尤其是菊科、禾本目、唇形目植物）群落的恢复与促进，以及健康水生生态系统的维系，以确保为这些迁徙水鸟提供充足且多样的食物来源。本研究不仅增进了我们对水鸟生态学的理解，也为制定针对性的湿地生物多样性保护策略提供了科学依据。