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基于耳石微化學(xué)的長江靖江段長頜鱭與短頜鱭生境履歷重建*

(1:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，無錫 214081)

(2:上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海201306)

(3:中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心院長江中下游漁業(yè)生態(tài)環(huán)境評價和資源養(yǎng)護重點實驗室，無錫214081)

摘要：為了解長江靖江段兩種刀鱭生態(tài)型長頜鱭與短頜鱭的生境履歷的不同，利用X射線電子探針微區(qū)分析技術(shù)研究采集自長江靖江江段的長頜鱭和短頜鱭個體耳石的鍶和鈣微化學(xué)特征.定量分析結(jié)果顯示，短頜鱭個體的耳石鍶、鈣比值(即Sr/Ca×103)穩(wěn)定在2.00左右，反映了其在純淡水生活的習(xí)性;而長頜鱭的鍶、鈣比值波動顯著，不僅具有對應(yīng)淡水生活的低值(1.18±0.48~2.11±0.94)，還具有對應(yīng)半咸水生活的高值(3.39±0.60~6.79±1.13)，反映了其溯河洄游的生活習(xí)性.短頜鱭因在淡水生活，其淡水系數(shù)(FC)值均為1.00，2013年和2014年長頜鱭的FC值分別為0.36±0.06和0.50±0.11，證明了長頜鱭與短頜鱭群體間存在差異，而且長頜鱭不同年份群體間也并不相同.長頜鱭和短頜鱭的洄游模式存在顯著差異，同時不同年份間的長頜鱭也存在生境履歷差異.靖江段長頜鱭資源群可能來自不同出生地起源及生活史背景不同的群體.該江段是兩類刀鱭的重要棲息地或洄游通道。

關(guān)鍵詞：長江;靖江;長頜鱭;短頜鱭;電子探針;微化學(xué);淡水系數(shù)

刀鱭(Coilianasus)屬鯡形目、鳀科、鱭屬.目前一般認為，長江刀鱭有溯河洄游型(即長頜鱭，C.nasus)和淡水定居型(即短頜鱭，C.brachygnathus)2類生態(tài)型[1].短頜鱭主要生活在長江中下游以及太湖、巢湖等附屬湖泊[2].前者的經(jīng)濟價值遠高于后者.與長頜鱭相比，短頜鱭上頜骨顯著較短，通常用上頜骨與頭長的比值是否大于1來判別兩者之間的差異[1].近年來，由于水質(zhì)污染、酷漁濫捕和水利工程等原因[3-4]，刀鱭的資源量在逐年下降，目前難以形成漁汛[5-9].迄今為止，對于長頜鱭與短頜鱭的分類學(xué)問題學(xué)術(shù)界仍有爭論[1，10-11].最新的研究發(fā)現(xiàn)短頜鱭中也存在像長頜鱭那樣溯河洄游的個體[12].這些都使得傳統(tǒng)上利用上頜骨長短來判斷刀鱭淡水定居或溯河洄游生境履歷群體的方法顯現(xiàn)出很大的不確定性。

江蘇段是長江刀鱭的主產(chǎn)區(qū)，而最主要的捕撈區(qū)在靖江江段(占全省捕撈量的40%以上)[3].調(diào)查發(fā)現(xiàn)，靖江江段同時分布有長頜鱭和短頜鱭[13].迄今，涉及該江段刀鱭的絕大部分研究都沒有明確地指出研究對象是否為長頜鱭或短頜鱭[2-9].由于沒有給出上頜骨長短的數(shù)據(jù)，無法判別其中是否混有短頜鱭個體;再由于上述短頜鱭中也可能存在溯河洄游個體，這使得簡單地從形態(tài)去區(qū)分刀鱭群體的洄游性存在偏差.此外，由于靖江江段一直以來為刀鱭重要的洄游通道，此水域不同群體或生態(tài)型組成復(fù)雜，如何了解其動態(tài)也是目前評價、保護和合理利用刀鱭資源的重要難題之一.因此，通過較為客觀的手段，把握長江靖江段長頜鱭和短頜鱭各自的洄游生態(tài)學(xué)特征無疑非常重要.然而由于刀鱭個體較小，溯河洄游的生活史復(fù)雜以及出水即死的強應(yīng)激特性，無法基于一些傳統(tǒng)的調(diào)查方法(如追蹤調(diào)查、標記放流等)來解決上述難題[14]。

魚類的耳石主要由碳酸鈣(CaCO3)構(gòu)成，一旦形成就不易被重新吸收，能夠準確地記錄魚類所經(jīng)歷過的生境過程[15].耳石中礦質(zhì)元素(特別是Sr、Ca)沉積的變化(被稱為耳石微化學(xué))常被用來作為反演不同生境條件的標記，具有客觀性且與生境良好相關(guān)的特點[16-19]，特別是耳石Sr/Ca常被用作微化學(xué)“指紋”來解決魚類生境反演的難題.迄今，利用電子探針微區(qū)分析技術(shù)(EPMA)獲取魚類耳石的Sr/Ca，進而有效重建生境“履歷”的研究已經(jīng)取得了很大的突破[18-22].其原理是運用不同鹽度水體Sr/Ca所存在的顯著差異(淡水低、河口居中、海水高)來客觀重建生境“履歷”[23-26].Yang等[23]研究鳳鱭、長江口刀鱭和太湖湖鱭的生活史后發(fā)現(xiàn)，長江口刀鱭耳石上對應(yīng)于海、淡水生境的Sr/Ca高低差異顯著，這與陸封型太湖湖鱭持續(xù)低值的現(xiàn)象截然不同;同時，也確定了對應(yīng)淡水、半咸水、海水不同生境“履歷”的藍色、綠黃色、紅色等不同顏色的可視化、圖像化標準.這也得到Dou等[26]研究長江刀鱭生境變化結(jié)果的支持.另外，Jiang等[24]通過微化學(xué)結(jié)合耳石年輪的研究，還發(fā)現(xiàn)了洄游性刀鱭幼魚需要在淡水生境中發(fā)育將近一年時間才入海的情況.其通過比較我國多個河口刀鱭的耳石生境“履歷”還發(fā)現(xiàn)，不同河口刀鱭群體各自具有相對獨特的生活史類型[22].然而靖江段刀鱭的相關(guān)研究尚很少.Zhong等[17]通過耳石微化學(xué)分析，初步報道了靖江段洄游型刀鱭的生境情況.徐鋼春等[12]基于長頜鱭和短頜鱭各1尾報道了靖江段短頜鱭也有洄游型個體的現(xiàn)象.靖江作為刀鱭的主產(chǎn)區(qū)和洄游通道，亟需開展更全面和更深入的研究調(diào)查;因此，本研究擬基于長江靖江段較為多量長頜鱭和短頜鱭的耳石標本，利用耳石微化學(xué)的手段，進一步較為全面地研究兩種刀鱭生態(tài)型個體間生活習(xí)性的異同;評價其生境履歷、資源組成的特征，以期為有效保護長江靖江段洄游性刀鱭的資源及江段的洄游通道功能提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

實驗所用魚均采自長江靖江段，所用網(wǎng)具為流刺網(wǎng).11尾的短頜鱭采樣時間為2013年4月24日.長頜鱭采樣時間分別為2013年4月25日和2014年5月19日，2次分別采到6尾和9尾.對魚體進行全長、體重、上頜骨長、頭長等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測量(其中上頜骨長和頭長利用游標卡尺測定).其年齡的鑒定采用魚鱗結(jié)合耳石調(diào)查讀取(表1).所有魚體標本經(jīng)測量稱重后解剖并取出耳石.耳石用去離子水清洗，自然晾干后待用。

1.2 分析方法

耳石先用丹麥Struers公司的Epofix環(huán)氧樹脂包埋固定，再用相同公司的Discoplane-TS碾磨機碾磨(第1階段用700目金剛砂輪粗磨，第2階段用1200目砂紙細磨至核心將要暴露)后，換用相同公司的裝有機織布拋光盤的Roto Pol-35磨拋機，配合拋光液將其拋光至核心完全暴露.耳石再用Milli-Q水超聲清洗后，晾干，真空鍍膜機(JEE-420，日本電子株式會社)鍍膜(36 A，25 s)。

參考Yang等[23]的方法，使用日本電子株式會社的JXA-8100型X射線電子探針微區(qū)分析儀(EPMA)分析耳石微化學(xué).自耳石核心沿最長徑至耳石邊緣的一條直線進行定量線分析.EPMA加速電壓和電子束電流分別為15 kV和2.0×10-8A，束斑直徑為5 μm，每點駐留時間為15 s，以10 μm為間隔連續(xù)打點測定.標準樣品取用CaCO3和鈦酸鍶(SrTiO3).之后，再對耳石進行面分布分析.此時EPMA加速電壓和電子束電流分別為15 kV和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30 ms.下文中所出現(xiàn)的“Sr/Ca”均按慣例使用耳石中鍶元素濃度與鈣濃度的比乘以103的標準化值(即“Sr/Ca×1000”)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

淡水系數(shù)(FC)計算參考Jiang等[22]的定義，即FC=Lf/LT.其中Lf為基于EPMA測定結(jié)果的自耳石核心沿最長半徑方向至對應(yīng)淡水生境(低Sr含量或低Sr/Ca)區(qū)域結(jié)束時的徑長(亦對應(yīng)于耳石Sr面分布分析圖像中耳石中心藍色區(qū)域的半徑);LT為定量線分析時所沿耳石從核心到邊緣的最長半徑。

數(shù)據(jù)使用Excel 2003軟件進行匯總處理.耳石不同區(qū)域Sr/Ca的趨勢用平均值±標準差表示，使用SPSS 19.0軟件進行非參數(shù)檢驗(P<0.05，Mann-WhitneyU-test).淡水系數(shù)進行單因素方差分析(P<0.01，One-way ANOVA)判別不同群體。

2 結(jié)果與討論

短頜鱭(上頜骨長:16.15±3.96 mm，上頜骨長/頭長:0.88±0.07)的全長為120.00±2.10 mm，體重為5.54±2.70 g，年齡為1齡+.2013年所采長頜鱭(上頜骨長:47.69±2.91 mm，上頜骨長/頭長:1.11±0.02)的全長為309.80±2.23 mm，體重為127.60±34.85 g，年齡為2齡+.2014年所采長頜鱭(上頜骨長:45.10±3.08 mm，上頜骨長/頭長:1.12±0.06)的全長為271.00±2.07 mm，體重為92.27±25.58 g，年齡為2齡+.11尾短頜鱭耳石的微化學(xué)分析結(jié)果顯示耳石從核心到邊緣的Sr/Ca均較低(表1)，各測定點的比值幾乎不超過3；從核心到邊緣比值的平均值最大為2.32±0.93(個體jjcb17)，最小為1.13±0.58(個體jjcb16)(表1).與定量分析的結(jié)果相一致，面分布分析結(jié)果顯示短頜鱭的Sr含量的面分布圖均為藍色(圖1)，說明其耳石上Sr元素的分布呈穩(wěn)定低值，這與Yang等[23]所記錄到的陸封于太湖、全生活史淡水生活的刀鱭耳石Sr類型一致，表明本研究的短頜鱭僅生活在純淡水環(huán)境.淡水中極低的Sr濃度會導(dǎo)致耳石中的Sr含量極低.本實驗中短頜鱭年齡為1齡+，其耳石Sr/Ca穩(wěn)定在2.00，符合淡水生活特征，不具有溯河洄游“履歷”[12，28].根據(jù)Jiang等[24]對黃海刀鱭的研究發(fā)現(xiàn)鱭屬魚類在淡水環(huán)境中孵化生長不足1齡時就會進行入海洄游，可以認為本研究中所采短頜鱭均為純淡水生活個體.沈林宏等[13]發(fā)現(xiàn)，當幼魚全長達到8 cm時，長頜鱭與短頜鱭的上頜骨已經(jīng)形成，前者上頜骨達到或超過胸鰭基部(即上頜骨/頭長大于1)，后者上頜骨則不到.本研究中短頜鱭全長范圍為8.6~14.9 cm，上頜骨已經(jīng)發(fā)育，可以區(qū)分判定為典型的短頜鱭個體.值得注意的是，徐鋼春等[12]對2013年4月同樣在靖江段采集到的長頜鱭和短頜鱭進行耳石微化學(xué)分析時發(fā)現(xiàn)，所采1尾典型短頜鱭耳石Sr/Ca可以分為低值區(qū)(平均1.59±0.80)和高值區(qū)(平均4.38±1.33)2個階段，與Yang等[23]所記錄到長江溯河洄游刀鱭耳石的Sr類型一致，表明短頜鱭中的一些個體也可以像長頜鱭一樣參與溯河洄游.本研究中的短頜鱭未發(fā)現(xiàn)有洄游型，這可能反映出：(1) 洄游型短頜鱭并不常見，(2) 短頜鱭的洄游和定居生態(tài)型資源情況只能由耳石微化學(xué)等手段來區(qū)分，傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)方法容易導(dǎo)致誤判.沈林宏等[13]在研究長江刀鱭幼魚的采集時發(fā)現(xiàn)，在靖江段采集的漁獲物中有不少短頜鱭，且在不同時間段刀鱭和短頜鱭的幼魚捕撈所占比例不同，這表明靖江段短頜鱭的資源量亦不能忽視.如果不加以區(qū)分，很難做到合理地評價長江靖江段短頜鱭中較高價值的洄游型和較低價值的定居性資源量現(xiàn)狀.鑒于目前刀鱭研究論文很少有上頜骨長數(shù)據(jù)以及刀鱭中長頜鱭、短頜鱭復(fù)雜生態(tài)型的現(xiàn)狀，建議在今后相關(guān)論文中將提供上頜骨長等數(shù)據(jù)作為規(guī)范，以便更有效地把握所研究個體的生態(tài)型并提高結(jié)果的可比性。

表1 長頜鱭和短頜鱭耳石中鍶和鈣的微化學(xué)變化

*同一樣本中不同字母代表差異顯著，P<0.05， Mann-WhitneyU-test。

與短頜鱭耳石的Sr/Ca結(jié)果不同，靖江段所采長頜鱭耳石的Sr/Ca大致可分為2~3個階段(P<0.05, Mann-WhitneyU-test)(表1).個體jjce02、jjce04、jjce06、jjce07、jjce08與14jjce12、14jjce13、14jjce16、14jjce17、14jjce18、14jjce20從耳石核心到邊緣的Sr/Ca可以分為第1階段(Sr/Ca<3，藍色同心環(huán)區(qū)域，對應(yīng)于低Sr淡水生境)和第2階段(32齡才進行溯河生殖洄游.進長江前，它們主要在河口附近鹽度較高的水環(huán)境中棲息，且捕獲前剛回到淡水環(huán)境.個體jjce05、14jjce11和14jjce19的生境“履歷”較復(fù)雜，從耳石核心到邊緣可以分為3個階段，即Sr/Ca從低到高又降低，各部分的Sr/Ca平均值分別為1.50±0.68(對應(yīng)藍色同心環(huán)區(qū)域)、3.92±5.02(對應(yīng)藍綠同心環(huán)區(qū)域)和2.42±1.74(對應(yīng)藍色同心環(huán)區(qū)域)(圖1)，這顯示其亦在淡水孵化并生長后入海，被采到前已溯河回淡水生活了一段時間.個體14jjce15的生境履歷最為復(fù)雜，其從核心到邊緣甚至可以分為5個Sr/Ca階段，平均值依次為1.61±0.51、3.51±0.54、2.27±0.63、3.39±0.60和2.41±0.85，對應(yīng)的Sr面分布圖中亦可明顯看出藍色、藍綠色、藍色、藍綠色及藍色5個變化階段(圖1).雖然導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因尚不清楚，但可能原因為該個體在被捕獲前已經(jīng)經(jīng)歷了1次溯河生殖洄游，且在第2次上溯過程中被捕獲.袁傳宓等[2]對長江中下游刀鱭研究發(fā)現(xiàn)，有些刀鱭性成熟較早，1齡魚即參加溯河生殖洄游.由此可見，14jjce15個體為2齡+并已依次相間地經(jīng)歷了淡水、河口、淡水、河口、淡水生境“履歷”.結(jié)合其年輪情況，分別對應(yīng)于第1年輪前早期生活史階段幼魚的降海過程、第1年輪和第2年輪間成魚的溯河洄游和降海過程以及第2年輪外的上溯過程。

圖1 本研究中長頜鱭和短頜鱭耳石矢狀面二維Sr含量的面分布(樣品14jjce15面分布結(jié)果上所標紅色箭頭對應(yīng)年輪)Fig.1 Two-dimensional imaging using mapping analysis of the Sr in otoliths of C. nasus and C. Brachygnathus in the present study (the red arrowheads on 14jjce15 showed the annuli)

雖然2013年和2014年所捕獲的標本都有長頜鱭，但這兩批魚耳石微化學(xué)也存在差異.2013年刀鱭耳石的Sr含量區(qū)可分為兩部分：中心藍區(qū)對應(yīng)的Sr/Ca為2.12±0.83，其它部分對應(yīng)值為4.24±1.32;而2014年耳石的情況更復(fù)雜，中心藍區(qū)對應(yīng)的Sr/Ca為1.71±0.93，其它部分對應(yīng)值為4.37±3.36.兩者耳石其它部分Sr/Ca差異明顯(P<0.05)(圖1).這顯示出2014年長頜鱭以及2013年長頜鱭有可能來自于兩個生活史背景(即洄游生境“履歷”)不同的資源群體。

圖2 短頜鱭與長頜鱭的淡水系數(shù)(不同字母代表差異極顯著，P<0.01， One-way ANOVA)Fig.2 The freshwater coefficient of C. nasus and C. brachygnathus (those with different alphabet letters are significantly different at P<0.01, One-way ANOVA)

為進一步探討這個觀點的合理性及討論該水域不同刀鱭群體的洄游模式、早期淡水生境履歷特征，筆者引入了淡水系數(shù)法來進行分析.Jiang等[22]基于對中國沿海刀鱭生活史的研究，提出了刀鱭耳石淡水系數(shù)(FC)的概念，對應(yīng)于受精卵孵化到幼魚入海過程淡水棲息時間的長短或早期生活史階段中淡水生活史在整個生活史過程中所占的比例.本研究結(jié)果顯示(圖2),2014年長頜鱭(0.50±0.11)與2013年長頜鱭(0.36±0.06)的FC間存在極顯著差異(P<0.01)，這反映出前者相關(guān)過程的持續(xù)時間要長于后者，可能與長江中前者所起源的出生地(亦對應(yīng)于其親魚的產(chǎn)卵場)距長江口的距離要遠于后者有關(guān).短頜鱭的FC均為1.00，這與其全生活史都在淡水環(huán)境中完成相符.本研究中長頜鱭與短頜鱭間FC的差異極顯著(P<0.01)，這可充分對應(yīng)于兩者自然選擇的溯河洄游、淡水定居的不同生活習(xí)性。

長頜鱭具有溯河洄游的習(xí)性，每年2-5月從海洋溯河洄游到長江[2]，有的甚至?xí)в蔚骄嚅L江口約800 km[27]的鄱陽湖.本研究結(jié)果中Sr/Ca的顯著變化正是這種溯河洄游的反映.然而，近年來靖江段長頜鱭的資源卻在不斷衰退，小型化和低齡化明顯，繁殖群體中補充群體和低齡剩余群體比例增加[28]，再加上環(huán)境污染、水利工程等原因，上游的產(chǎn)卵場遭到破壞，洄游通道的功能也在喪失[4].由此可見，加大保護靖江段作為刀鱭(長頜鱭)洄游通道的功能對整個長江刀鱭資源量將具有十分重要的意義.同時，由于刀鱭的長頜鱭、短頜鱭兩種生態(tài)類型的經(jīng)濟價值截然不同，加強該江段刀鱭資源群中溯河洄游型、淡水定居型個體組成演替的監(jiān)測，客觀評價前者的可捕撈量，也將對有效管理和可持續(xù)利用江蘇靖江江段寶貴的刀鱭資源起到極大的促進作用。

3 結(jié)論

1) 基于耳石微化學(xué)手段證實長江靖江段同時存在有淡水定居和溯河洄游的刀鱭個體。

2) 靖江段所研究刀鱭的長頜鱭個體表現(xiàn)為溯河洄游型，而短頜鱭個體表現(xiàn)為淡水定居型.此外，前者資源可能存在來自長江中不同產(chǎn)卵場個體起源的可能性。

3) 基于耳石微化學(xué)技術(shù)能夠突破傳統(tǒng)上利用上頜骨長短來判斷淡水定居或溯河洄游刀鱭的局限，對采自靖江江段的長頜鱭和短頜鱭客觀地進行生境履歷重建.其結(jié)果對準確把握該江段淡水定居和溯河洄游刀鱭的資源組成，更好地保護靖江水域作為刀鱭的重要洄游通道的生態(tài)功能提供很好的理論支撐。

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J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2016， 28(1)： 149-155

?2016 byJournalofLakeSciences

Microchemistry analysis of otoliths ofCoilianasusandCoiliabrachygnathusfrom the Jingjiang section of the Yangtze River

CHEN Tingting1, JIANG Tao1, LU Mingjie2, LIU Hongbo3& YANG Jian1,3**

(1:WuxiFisheriesCollege,NanjingAgriculturalUniversity,Wuxi214081,P.R.China)

(2:CollegeofFisheriesandLifeScience,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,P.R.China)

(3:KeyLaboratoryofFisheryEcologicalEnvironmentAssessmentandResearchConservationinMiddleandLowerReachesoftheYangtzeRiver,FreshwaterFisheriesResearchCenter,ChineseAcademyofFisheryScience,Wuxi214081,P.R.China)

Abstract：In order to explore the different ecotypes in the life history of tapertail anchovy between its Coilia nasus and C. brachygnathus which live in Jingjiang section of the Yangtze River, an electronic probe microanalyzer was applied to analyze the micro-chemistry patterns of element Sr and Ca in otoliths of these two fishes collected from the Jingjiang section of the Yangtze River. Analysis results on the line transect showed that the Sr/Ca ratio (i.e., Sr/Ca×103) in the otolith of C. brachygnathus was consistently low (around 2.00), indicating that these individuals experienced in freshwater habitat during its whole life. In contrast, C. nasus had a fluctuation pattern of Sr/Ca ratio in the otolith from low to high, suggesting the individuals experienced not only in the freshwater, but also in the brackish water at different stages in their life history. All these differences could be well confirmed by the freshwater coefficient (FC). The value of FCin the C. brachygnathus was 1.00, and in contrast, the values of FCin the C. nasus for the individuals collected in 2013 and 2014 were 0.36±0.06 and 0.50±0.11, respectively. It confirmed an obvious difference of life history between C. nasus and C. brachygnathus, as well as C. nasus collected between different years. The present study demonstrated that the migration patterns were significantly different between C. nasus and C. brachygnathus, as well as C. nasus collected in 2013 and 2014. The resource of C. nasus in Jingjiang section might originate from different stocks with different natal waters and life history background. The water ecotypes in Jingjiang section of the Yangtze River must be the important habitat or migration channel for both tapertail anchovy。

Keywords：Yangtze River; Jingjiang section; Coilia nasus; Coilia brachygnathus; electronic probe microanalyzer; microchemistry; freshwater coefficient

通信作者*;E-mail: jiany@ffrc.cn。

基金項目收修改稿. 陳婷婷(1990~),女,碩士研究生;E-mail:emily928@163.com。;陳婷婷1，姜濤1，盧明杰2，劉洪波3，楊健1,3

DOI10.18307/2016.0117