珠江口七絲鱭耳石微化學初報

姜 濤劉洪波黃洪輝楊 健

(1. 南京農業大學無錫漁業學院, 無錫 214081; 2. 長江中下游漁業生態環境評價與資源養護重點實驗室, 中國水產科學研究院淡水漁業研究中心, 無錫 214081; 3. 中國水產科學研究院南海水產研究所, 廣州 510300)

珠江口七絲鱭耳石微化學初報

姜 濤1, 2劉洪波2黃洪輝3楊 健1, 2

(1. 南京農業大學無錫漁業學院, 無錫 214081; 2. 長江中下游漁業生態環境評價與資源養護重點實驗室, 中國水產科學研究院淡水漁業研究中心, 無錫 214081; 3. 中國水產科學研究院南海水產研究所, 廣州 510300)

珠江屬于我國三大河流之一, 其河口水域初級生產力高、餌料生物眾多。該河口水域生態環境獨特, 是許多魚類的重要洄游通道[1]。七絲鱭(Coilia grayii)便是其中的一種,隸屬于鯡形目、鳀 科、鱭屬, 被認為是一種洄游型魚類[2]。其在我國主要分布于福建、廣東、廣西沿岸, 在繁殖季節可由各通海河流(如閩江、九龍江、珠江等)河口進入淡水進行產卵繁殖[2]。目前對于七絲鱭的研究, 除了有零星的資源調查結果外[3, 4], 多為從遺傳學等角度與其他鱭屬魚類的分類學比較方面[5—7]。和許多洄游性魚類一樣, 由于其生活史過程中生境的選擇和利用模式復雜, 且傳統捕撈調查方法很難獲得全生活史各階段標本的局限, 對于七絲鱭一生的生境履歷及洄游特征至今尚缺乏詳細地了解。

近年來由于耳石微化學研究的發展, 利用耳石微化學來把握洄游性魚類生境和洄游動態的技術已日漸成熟;特別是耳石中鍶、鈣元素積累的變化常被用來客觀地反演相關魚類生活史各階段所經歷不同鹽度水體時所留下的生境“指紋”[8]。由于耳石具有能夠很好的保存源自生境的元素, 且元素濃度與不同鹽度水體的相關性強, 判別生境的結果客觀性好等獨特優勢, 所以即使僅有 1尾或數尾魚標本, 其耳石也能很好的反演/重建生境履歷特征[9—12]。迄今, 筆者實驗室基于同屬鱭屬魚類的刀鱭(C. nasus)和鳳鱭(C. mystus)耳石微化學特征, 已建立了判別不同鹽度生境特征的耳石鍶鈣比的標準[13, 14]。以此為基礎, 本研究嘗試首次對珠江口七絲鱭開展耳石微化學分析, 以期突破傳統研究方法的局限, 較為客觀地掌握其洄游履歷和生境選擇性特征, 從而為其漁業資源的可持續利用以及人工養殖提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

于2011年12月5日在珠江口十五涌水域采集到3尾七絲鱭標本用于本研究。其編號分別為 SWCG01、SWCG02和SWCG03(圖1), 對應的全長依次為28.8、20.7 和20.6 cm, 相應的體重依次為28.75、24.81和21.20 g。所有標本在測量了生物學基本數據后, 統一摘取左耳石(以下簡稱耳石)作為元素微化學的分析對象。

圖1 七絲鱭采樣水域(·)及珠江口鹽度分布情況Fig. 1 Map of the sampling site (·) of Coilia grayii and salinity distributions in the Pearl River Estuary

1.2 耳石前處理和微化學分析

耳石取出后, 先使用去離子水清洗并去除外套膜等雜質, 后使用酒精清洗。清洗完后, 所有耳石于室溫下干燥24h待用。耳石微化學分析前, 所有樣品需要使用環氧樹脂包埋(Epofix; 丹麥 Struers公司)固定, 再使用500目砂紙粗磨, 1200目砂紙精磨至核心將要暴露。然后, 換用磨拋機(Roto Pol-35, 丹麥Struers公司)裝備機織布拋光盤配合拋光液拋光, 直至核心完全暴露且表面無可見刮痕;耳石樣品再放入Milli-Q超水中超聲清洗5 min后, 自然晾干24h。待完全晾干后, 使用真空鍍膜蒸鍍機(JEE-420,日本電子株式會社)蒸鍍碳膜(36 A, 25 S)。

參考Yang 等[13]的方法, 使用X射線電子探針微區分析儀(EPMA, JXA-8100型, 日本電子株式會社)分析耳石上鍶、鈣元素含量。定量線分析的測定自耳石核心沿最長徑至耳石邊緣的一條直線(耳石徑)進行。此時EPMA使用的加速電壓為15 kV, 電子束流為2.0×10–8A, 束斑直徑為5 μm, 每點駐留時間為15s, 樣品點分析間隔為10 μm。使用碳酸鈣(CaCO3)和鈦酸鍶(SrTiO3)作為標準樣品。定量線分析完成后, 進行元素面分布分析。此時 EPMA的加速電壓為 15 kV, 電子束流為 5.0×10–7A, 束斑直徑為5 μm, 像素為7 μm×7 μm, 每點駐留時間為30ms。

按慣例, 文中“Sr/Ca比值”將為“Sr/Ca×1000”的值。1.3 淡水指數FC

為進一步確定七絲鱭早期生活史過程中對淡水生境的利用程度, 本研究還引入和計算了耳石過核心截面的“淡水指數”[15]:其中 FC為淡水指數, 從耳石核心沿分析定量線至邊緣第一階段Sr/Ca比低值區徑長和全徑長分別Lf和LT表示。

1.4 數據處理

所有數據使用美國微軟公司Excel 2007和IBM公司的SPASS 19.0進行統計學分析。差異顯著水平判定使用Mann-Whitney U測驗進行。

2 結果

珠江口七絲鱭不同個體間雖然 Sr/Ca比值波動較復雜(圖 2), 但是所有樣品在核心附近分別至 890 (SWCG01)、1400 (SWCG02)和900 μm (SWCG03), 比值均較低(Sr/Ca比值分別為2.4±0.7、1.8±0.6和1.4±0.9)(表1)。通過比較不同階段的差異, 發現SWCG01和SWCG02個體耳石徑上的Sr/Ca比值變化過程都可分為5個階段(表1), 其分別在(890—1490)、(2290—2650)和(1400—1760)、(2000—2450) μm處有兩個Sr/Ca比值的高值, 其余階段的比值均較低。這反映在元素面分布分析的結果時, 就是從核心開始同心圓環呈現藍、綠、藍、綠、藍的顏色變化模式(圖3)。相比之下, SWCG03個體耳石Sr/Ca比值較為復雜, 其在經歷了一段低值(0—900 μm)、一段高值(900—1400 μm)以及另一段低值(1400—1690 μm)之后, 高、低值頻繁變動還可達6個階段(表1)。

圖 2 沿 3尾七絲鱭個體(SWCG01、-02、-03)的耳石矢狀面從核心(0 μm)到邊緣的定量線分析記錄到的Sr/Ca比值變化Fig. 2 Fluctuation of otoliths Sr:Ca concentration ratios along line transects from the core (0 μm) to the edge in sagittal plane of otoliths from 3 individuals (SWCG01, -02, -03) of Coilia grayii

表1 三尾七絲鱭個體耳石中鍶和鈣元素微化學變化Tab. 1 Fluctuation of Sr and Ca microchemistry in otoliths from 3 individuals of Coilia grayii

根據前文 1.3所列淡水指數公式分別計算本研究中三尾個體的淡水指數, SWCG01、SWCG 02和SWCG 03 的FC值分別為0.32, 0.55和0.41。

3 討論

3.1 七絲鱭生活史過程中生境“履歷”的重建

洄游性魚類本身復雜的生活史過程使得傳統的捕撈調查方式在相關魚類生境“履歷”的研究上存在著很多局限, 如對鳳鱭早期生活史中的淡水孵化[13]以及歐洲鰻鱺(Anguilla anguilla)美洲鰻鱺(A. rostrate)和日本鰻鱺(A. japonica)是否有洄游群體[16]的準確判別等。與之相比, 耳石微化學研究以其獨特的優勢被眾多研究證明可以有效的反映魚類生活史過程中生境“履歷”的變化, 特別是其中的Sr/Ca比值和水體鹽度的情況息息相關, 利用這點可以有效的反演其生境“履歷”[16—18]。迄今為止, 關于鱭屬魚類的耳石元素分析和生境“履歷”重建已有不少報道, 引證出相關方法在鱭屬魚類生活史研究中的可行性[10, 14, 19, 20]。

本實驗室曾在對淡水定居的太湖刀鱭、洄游的長江刀鱭以及鳳鱭耳石的鍶鈣比值比較研究中所發現的不同鹽度水體(淡水、半咸水和海水)所對應的Sr/Ca比值平均值一般趨勢, 即3種鹽度水體分別對應于≤3、3—7以及≥7的趨勢, 反映到耳石面分布分析中分別顯示為藍色、綠色、黃—紅色同心環區域)[13]。參考這些標準可以判斷,在本研究中耳石微化學的 3尾七絲鱭應該均為溯河洄游型魚類, 即其親魚在淇澳島至寶安一線以北的淡水產卵場中產卵(鹽度＜2), 受精卵在淡水中孵化后發育一段時間后, 幼魚轉而在河口較高鹽度的內伶仃島附近伶仃洋水域(鹽度2‰—25‰)生長(圖1)。而這點也和同屬的刀鱭類似, 如徐剛春等[24]在研究刀鱭幼魚運輸過程發現將環境鹽度設定為10要較純淡水更能顯著提高其成活率。與傳統上認為的七絲鱭在河口半咸水水域產卵孵化[2, 21]相比, 即使只有 3尾魚本研究較為客觀的耳石微化學結果依舊完全可以對前人的觀點和推論進行完善和補充。根據林靄亮[3]對珠江口七絲鱭的調查結果來看, 當年5月出生的幼魚至翌年4月體長范圍為170—180 mm, 且其在一齡即達到性成熟, 補充入產卵群體。與之相比本研究中個體最小為20.6 cm, 最長個體達28.8 cm, 據體長估算分別為1齡和2齡成魚, 由此可見本研究所使用的七絲鱭個體已經能夠反映其完整的生活史履歷。值得注意的是, 3尾七絲鱭生長期間可以不斷往返于淡水和半咸水水域, 卻沒有發現其耳石上有對應于大嶼山一線以南的高鹽度海水(鹽度＞25‰)的“印痕”。這顯示出這些個體未進入過高鹽度海水生境中生活(圖 4), 且根據圖 1所示鹽度情況, 很有可能這些個體在生活史過程中主要往返于龍穴島至內伶仃島附近水域。這與林越赳[21]所報道的七絲鱭卵在河口孵化后幼魚會隨水漂流到外海生活的情況不同(即本研究的七絲鱭全為在淡水和河口半咸水間生活的個體), 而與河口豹紋裸胸鱔(Gymnothorax polyuranodon)的情況相似[12]。3.2 七絲鱭洄游模式的特征

圖 4 基于耳石鍶元素濃度或鍶鈣比值分析的七絲鱭生境“履歷”示意圖(圖中帶黑色箭頭的線示意其在非產卵洄游階段時可能的活動模式)Fig. 4 Diagrammatic sketch of the life cycle of Coilia grayii based on the otolith Sr concentration or Sr:Ca ratio analyses along the life-history transects (The line with black arrows represents the possible dispersion patterns during the non-spawning migratory phases)

在本研究中七絲鱭耳石 Sr/Ca比值的結果反映出七絲鱭洄游模式的多樣性和復雜性。七絲鱭不同個體核心的低值區十分明顯且變化較大, 其中SWCG01和SWCG03較為接近分別為890和900 μm。與之相比, SWCG02個體的核心低值區要大很多(為1400 μm)。淡水指數FC的結果亦反映出 3個個體間早期生活史過程中淡水生境履歷部分所占的比重不同, SWCG02(0.55)要大于另外兩尾個體(SWCG01 為0.32, SWCG03為0.41)?？紤]到七絲鱭的卵為浮性卵[21], 卵的移動基本受到江河水流的支配。這可能反映出本研究采自珠江口十五涌的三尾七絲鱭個體所起源的產卵場/孵化場為純淡水區域, 應該離開河口一段距離(即不會受到潮汐所帶來的河口半咸水的影響), 且SWCG01、SWCG03與SWCG02可能源自不同的產卵場。另一種可能性是本研究 3尾個體在早期生活史過程中,由于習性的不同導致其在淡水中棲息時間上的差異。綜合考慮卵和幼魚早期的移動能力, 本研究 3尾個體耳石核心低值區的差異更可能的還是和第一種情況相符。在下一步的研究中, 這些推論還有待調查和確認。

比較整個生活史模式, 3尾七絲鱭個體在早期的生活史履歷較為相似, 均有一個從藍色到綠的過程。其中SWCG01和SWCG02個體在整個生活史模式中十分相似,都表現為淡水孵化后進入河口半咸水乃至近岸水域生活然后再回到淡水、又回到河口半咸水最后回到淡水(十五涌)水域的過程。雖然對于七絲鱭群體的生境履歷尚存在很多不明和不確定的情況, 但是本研究耳石微化學的類型顯示出七絲鱭個體可能主要生活在河口半咸水水域的趨勢, 且在非生殖洄游的過程中還具有可以同時利用淡水和半咸水水域的能力。這可能反映出一些七絲鱭不同于刀鱭、鳳鱭生境選擇性/依存性的種間差異。孵化后的刀鱭一般在接近 1年時間的淡水生活史后, 才會進入較高鹽度的河口半咸水或海水生活直至較長時間(2齡以上);之后才會回到淡水產卵繁殖。鳳鱭產卵可能需要淡水的刺激, 但孵化后主要在河口半咸水發育生長, 并不溯河深入淡水環境[2, 13]。

為了更好地比較鱭屬三種魚在早期生活過程中淡水環境的依賴情況, 本研究計算了相應的淡水指數。其中長江口鳳鱭的FC根據Yang等[13]的報道約為0.01, 遠小于本研究珠江口七絲鱭3尾個體的FC值(0.32—0.55)。與鳳鱭相比, 珠江口七絲鱭可能在早期生活史過程中需要更多的時間棲息于鹽度較穩定的淡水環境。而這一點與長江口及其臨近水域的刀鱭相似(崇明刀鱭為 0.48±0.16), 錢塘江口刀鱭為 0.48±0.16[15]。其中長江口刀鱭更是需要在淡水中生活到將近第一冬齡形成前, 才會離開半咸水生活[14]?？紤]到長江刀鱭目前最遠的產卵場可達距長江口800 km的鄱陽湖水域, 從而保證了其仔稚魚早期生活史過程中必要的淡水生活史時間[22], 那么珠江七絲鱭勢必也需要一個距離河口有一定距離的產卵場或者能夠為仔稚魚提供穩定淡水環境的水灣或河汊。

4 結論

本研究選擇珠江口十五涌所采集的七絲鱭作為研究對象, 首次開展了其耳石元素鍶、鈣的微化學特征研究。定量線分析和面分布分析的結果顯示, 珠江口七絲鱭洄游活動的多樣化。其孵化和早期生活史較長的一段時間需要在淡水生境中完成, 而在隨后的生長和發育階段, 其還具有同時利用河口半咸水和淡水生境的能力。個體之間的生活史生境“履歷”存在著差異, 反映出了七絲鱭個體間可以具有多樣性和復雜性的生存策略, 以適應珠江口復雜的鹽度水文條件[23]。今后, 有必要采集更多的七絲鱭標本, 從耳石微化學、微結構、日/年齡和珠江口鹽度變化等方面開展綜合研究, 以期更全面地掌握七絲鱭全生活史過程中的時間和空間動態, 為這種經濟漁業資源的保護和人工繁殖提供重要的基礎資料。

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OTOLITH MICROCHEMISTRY OF COILIA GRAYII FROM THE PEARL RIVER ESTUARY, CHINA

JIANG Tao1, 2, LIU Hong-Bo2, HUANG Hong-Hui3and YANG Jian1, 2
(1. Wuxi Fisheries College, Nanjing Agricultural University, Wuxi 214081, China; 2. Key Laboratory of Fishery Eco-environment Assessment and Resource Conservation in Middle and Lower Reaches of the Yangtze River, Freshwater Fisheries Research Center, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuxi 214081, China; 3. South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China)

七絲鱭; 珠江口; 耳石微化學

Coilia grayii; Pearl River Estuary; Otolith microchemistry

S965.227

A

1000-3207(2015)04-0816-06

10.7541/2015.107

2014-09-23;

2015-02-12

國家自然科學基金項目(31372533); 廣東省漁業生態環境重點實驗室開放基金(LFE-2011-06); 江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目(CXLX12_0266)資助

姜濤(1984—), 男, 上海人; 博士研究生; 主要從事漁業生態環境監測與保護研究。E-mail: billow_jiang@yeah.net

楊健, 研究員; E-mail: jiany@ffrc.cn