楊 志 龔 云 朱 迪 潘 磊 董 純 劉宏高 陳小娟 唐會元

(1. 水利部中國科學院水工程生態(tài)研究所，水利部水工程生態(tài)效應與生態(tài)修復重點實驗室，武漢 430079;2. 湖北大學資源環(huán)境學院，區(qū)域開發(fā)與環(huán)境響應湖北省重點實驗室，武漢 430062)

繁殖作為魚類生活史周期中的一個重要組成環(huán)節(jié), 包括親魚的性腺發(fā)育、成熟、產(chǎn)卵或排精,到精卵結合孵出仔魚等一系列過程[1]。繁殖同生長、死亡等魚類的其他生命環(huán)節(jié)相互聯(lián)系, 保證了魚類種群的世代延續(xù)[1]。每種魚類都有與其生存環(huán)境相對應的繁殖策略。這些策略是在漫長的自然選擇過程中形成的, 它保證魚類種群在所生存的環(huán)境中有最大的適應性[1—4]。而依賴于魚類個體和種群的繁殖生物學特征, 則是這些繁殖策略實施的基礎前提[5]。研究魚類的繁殖生物學特征, 不僅能夠為自然種群的變動分析積累基礎參數(shù), 而且能夠直接服務于漁業(yè)生產(chǎn)和保護實踐, 對于自然水域魚類全人工繁殖實現(xiàn)以及資源保護具有十分重要的意義[1, 6, 7]。

圓口銅魚Coreius guichenoti(Sauvage & Dabry de Thiersant, 1874)是一種主要分布在長江上游及部分支流如雅礱江、烏江等的長江上游特有魚類[8]。20世紀90年代前, 圓口銅魚在長江上游的漁獲物重量組成中通常占據(jù)首位[8,9], 但是近年來隨著其產(chǎn)卵場和棲息地生境的縮小, 其資源量呈明顯的下降趨勢, 并已成為長江流域瀕危的魚類種類之一[10]。迄今為止, 有關圓口銅魚繁殖生物學(性比、繁殖力、初次性成熟年齡等)方面的研究很少, 僅在《長江魚類》[8]、丁瑞華[9]、程鵬[11]文獻中有零星報告,而對其系統(tǒng)的研究缺乏。特別地, 在圓口銅魚的最小或初次性成熟年齡、繁殖力分布范圍、最適宜的繁殖年齡等方面缺乏相關研究資料。本文擬通過2006—2014年5—7月在金沙江中、下游進行的圓口銅魚流動親魚收集, 獲得圓口銅魚繁殖力的相關資料, 并基于2013—2014年5—7月在圓口銅魚主要產(chǎn)卵場皎平渡產(chǎn)卵場的定點親魚收集, 獲得圓口銅魚在該產(chǎn)卵場的繁殖群體組成及性腺發(fā)育等基礎數(shù)據(jù)資料。本文旨在重點確定: (1)圓口銅魚最小性成熟個體的年齡、全長和體重及50%個體達到性成熟時的年齡和全長; (2)在自然條件下雌、雄個體性成熟系數(shù)最大時的年齡; (3)自然繁殖個體的絕對和相對繁殖力分布范圍。

1 材料與方法

1.1 樣本采集

2006—2014年在金沙江中下游巧家至金安橋江段開展流動親魚收集, 并與2013—2014年在皎平渡圓口銅魚產(chǎn)卵場開展定點親魚收集(圖1), 其中流動親魚采集主要為盡可能多的采集性成熟個體以獲得繁殖力數(shù)據(jù), 而定點親魚收集主要為對金沙江下游最重要的圓口銅魚產(chǎn)卵場-皎平渡產(chǎn)卵場的圓口銅魚的繁殖現(xiàn)狀進行了解。當?shù)貙I(yè)漁民的缺乏以及急流、峽谷的生境決定了定點親魚收集難以采集到較多的Ⅳ和Ⅴ期性成熟樣本以獲得其繁殖力信息。所有樣本均由手釣和刺網(wǎng)收集, 其中刺網(wǎng)包括定置刺網(wǎng)和流刺網(wǎng)。在樣本采集后, 現(xiàn)場測量其全長、體長(精確到mm)和體質量(精確到0.1 g), 然后解剖測量其空殼重和性腺重(精確到0.1 g)并判別其性別和性腺發(fā)育期。性別和性腺發(fā)育期的判別參考文獻殷名稱[1]和王劍偉[12]中的描述進行。性腺發(fā)育期處于Ⅳ期及其以上的個體被認為性成熟的個體, 在Ⅳ期卵巢的前、中、后段分別取2—3 g卵巢, 并固定于7%—8%的福爾馬林溶液中, 然后帶回實驗室進行卵粒計數(shù)[13]。同時, 選取3尾典型的Ⅳ期卵巢, 隨機選取約300顆卵粒, 用0.6%的生理鹽水浸泡10h后測定其卵粒直徑。此外, 在每尾樣本背鰭基部起點下方與側線中間采取6—8枚形狀規(guī)則、環(huán)片輪紋清晰的鱗片用來作為年齡鑒定的材料。

圖1 圓口銅魚親魚采集江段示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the monitor sections

1.2 數(shù)據(jù)分析

使用2013—2014年在皎平渡產(chǎn)卵場進行定點采樣調查獲得的數(shù)據(jù)進行圓口銅魚繁殖群體組成和性腺與性腺發(fā)育研究(n=206尾), 使用2006—2014年在金安橋至巧家江段流動親魚采集以及2013—2014年在皎平渡產(chǎn)卵場定點采樣獲得的Ⅳ期及Ⅴ期雌性樣本進行圓口銅魚繁殖力研究(n=111尾, 其中流動采集獲得70尾, 定點采樣獲得41尾)。對上述兩套樣本數(shù)據(jù)進行分析(表1)。

繁殖群體組成首先, 性成熟個體比例P與年齡T、全長TL的關系采用下列公式進行擬合[14]:

年齡:P=1/[1+exp (a+b×T)];

全長:P=1/[(1+exp (a+b×lgTL]

式中, a和b為評估參數(shù)。

然后, 50%個體達到性成熟的年齡PT50%和全長PTL50%采取下列公式進行評估[14]:

雕塑的動態(tài)是指被封閉在雕塑造型中的動態(tài)幻覺，是通過造型的結構、趨勢、節(jié)奏、秩序等形態(tài)的張力串聯(lián)、制造出一種視覺上的運動感受。

PT50%= –a/b

PTL50%=10(–a/–b)

隨后, 采用獨立樣本的t檢驗比較圓口銅魚繁殖群體的平均全長、平均體重和平均年齡在雌雄之間的差異, 以及采用卡方檢驗判別雌性性比是否偏離理論比值1∶1[15]。

性腺與性腺發(fā)育首先, 采用下列公式計算性成熟系數(shù)(Gonadosomatic index,GSI)[1,3,12—14]:

表1 不同采樣方法獲得的樣本數(shù)及對不同樣本集合進行分析的內容和指標Tab. 1 Sample number collected by different sampling methods,and analysis content and metric of different sample sets

GSI=性腺重(g)/空殼重(g)×100

然后, 使用單因素方差分析(One-way ANOVA)比較不同年齡個體之間的GSI差異, 并基于單因素方差分析結果, 使用最小顯著性差異法(Least-Significant Difference)判別兩組年齡個體之間的GSI差異是否顯著[15]。

最后, 基于對3個典型Ⅳ期卵巢卵粒卵徑的測量, 繪制卵徑分布圖[3,12—14]。

繁殖力首先, 采用下列公式計算絕對和相對繁殖力[1,12—14]:

絕對繁殖力(AF)=每克卵巢卵粒數(shù)×卵巢重(g)

相對繁殖力(RF)=絕對繁殖力/體質量(g)

然后, 采用線性方程、二次項方程、立方方程、復合方程、生長方程、指數(shù)分布方程、S型方程、冪方程和logistic方程對不同年齡下絕對繁殖力和相對繁殖力與全長、體質量的關系進行擬合,選取R2值高的擬合方程為最優(yōu)擬合模型[16]。

最后, 使用單因素方差分析比較絕對繁殖力和相對繁殖力在不同年齡組之間的差異[15]。

本文采用CorelDRAW 12.0以及r軟件3.0.1版(R i386 3.0.1)進行統(tǒng)計分析和繪圖。本文的顯著性水平P設置為0.05。

圖2 年齡、全長與性成熟個體比例的關系Fig. 2 Relationships between age (left), total length (right) and proportions of individual numbers of sexual mature

2 結果

2.1 繁殖群體組成

最小性成熟和50%個體達到初次性成熟的個體大小與年齡2013—2014年定點采集期間, 皎平渡產(chǎn)卵場圓口銅魚雌性最小性成熟個體全長330 mm,體長256 mm, 體質量441.0 g, 年齡4齡, 卵巢Ⅳ期(n=106); 雄性最小性成熟個體全長352 mm, 體長295 mm, 體質量396.6 g, 年齡3齡, 精巢Ⅳ期(n=100)。

雌性和雄性性成熟個體比例P與年齡T的關系式分別為P=1/[1+exp (18.01–4.17×T)]和P=1/[1+exp(7.10–1.60×T)](R2=1.00和R2=0.99)(圖2)。按照上述關系式計算, 可知圓口銅魚50%個體達到性成熟的年齡分別為雌性4.32齡和雄性4.44齡。雌性和雄性性成熟個體比例P與全長TL的關系式分別為P=1/[1+exp (199.01–76.30×lgTL)]和P=1/[1+exp(89.31–34.15×lgTL)](R2=0.99和R2=0.98)(圖3)。按照上述關系式計算, 可知圓口銅魚50%個體達到性成熟的全長分別為雌性406 mm和雄性412 mm。

全長、體重和年齡結構2013—2014年在皎平渡產(chǎn)卵場采集到圓口銅魚個體, 其全長分布為247—590 mm, 平均全長為393 mm, 全長主要分布在300—450 mm; 體質量分布為147.8—2300.0 g, 平均體質量為673.1 g, 體質量主要分布在500.0—1000.0 g; 年齡范圍為2—7齡, 平均年齡為4.00齡,年齡主要分布在3—5齡(圖3)。

在206尾個體中, 有71尾為性成熟個體, 占總樣本數(shù)的34.47%。在71尾性成熟個體中, 雌性個體全長、體質量和年齡分別為330—590 mm、441.0—2300.0 g和4—7齡, 平均全長、體質量和年齡分別為461 mm、1072.1 g和5.24齡; 雄性個體全長、體質量和年齡分別為352—564 mm、396.6—2177.7 g和3—7齡, 平均全長、體質量和年齡分別為430 mm、869.2 g和4.63齡(表1)。獨立樣本的t檢驗顯示:2013—2014年采自皎平渡產(chǎn)卵場的圓口銅魚性成熟個體的平均體長和平均年齡在雌雄之間具有顯著性差異, 但平均體重在雌雄之間則無顯著性差異(表2)。

性比2013—2014年在皎平渡產(chǎn)卵場采集到的206尾標本中, 性比為♀:♂=1.06∶1, 在統(tǒng)計學上與1∶1 的理論比值不存在顯著性的偏離(χ2=0.175,P=0.676)。性成熟的71尾標本, 性比為♀:♂=1.37∶1,在統(tǒng)計學上與1∶1的理論比值也不存在顯著性的偏離(χ2=1.704,P=0.192)。

圖3 2013—2014年皎平渡產(chǎn)卵場圓口銅魚繁殖群體的全長、體重和年齡組成Fig. 3 The total length, body weight and age compositions for reproductive population of Coreius guichenoti at the Jiaopingdu spawning ground from 2013 to 2014

表2 皎平渡產(chǎn)卵場圓口銅魚繁殖群體的平均全長、平均體重和平均年齡在雌雄之間的差異Tab. 2 Differences in average total length, average body weight and average age between female and male for reproductive population of Coreius guichenoti at the Jiaopingdu spawning ground

2.2 性腺與性腺發(fā)育

性腺形態(tài)與發(fā)育分期圓口銅魚的性腺成對分, 通常為大小相等的兩葉, 但少數(shù)個體的性腺略有差異。在繁殖期, 發(fā)育較好的雌性性腺通常充滿整個腹腔, 而雄性性腺則通常僅占腹腔較小的體積。圓口銅魚的性腺可以分為6個發(fā)育期, 其中Ⅰ期性腺呈細線狀, 難以分辨; Ⅱ期性腺呈細帶狀,其中雄性個體性腺略呈圓筒形, 帶淺白色, 而雌性個體性腺略透明, 略帶淺紅色; Ⅲ期雄性性腺呈明顯的白色而雌性則呈較為明顯的肉紅色, 其體積均較之Ⅱ期有較大的增加; Ⅳ期的魚類個體為開始性成熟的個體, 其精巢通常呈明顯的乳白色, 前中段扁平而后端略圓, 而雌性卵巢則呈近似圓筒狀, 其幾乎充滿整個腹腔, 呈明顯的肉紅色, 卵巢膜較不透明, 但膜內可見卵粒飽滿, 卵徑較為均勻的卵粒(圖4); Ⅴ期時擠壓親魚腹部可以發(fā)現(xiàn)精液或卵粒流出, 該階段卵粒透明飽滿, 且已游離在卵巢腔中; Ⅵ期性腺為繁殖后的性腺, 該階段精巢體積已明顯縮小,且變得松軟而缺乏韌性, 卵巢也已明顯變小, 卵巢膜透明, 可以清晰看見卵巢腔內卵徑大小不等的卵粒。

性成熟系數(shù)在不同年齡組之間的差異不同性別圓口銅魚個體在不同年齡的性成熟系數(shù)(GSI)變動如圖5所示(雌魚: 106尾; 雄魚: 100尾)。在雌性個體中, 2—7齡個體的GSI變動范圍分別為0.085%—0.15%、0.07%—0.47%、4.52%—13.4%、1.75%—14.95%、6.07%—21.11%和8.85%—13.27%,平均值分別為0.12%、0.25%、8.56%、9.67%、12.35%和10.55%; 雄性個體中, 2—7齡個體的GSI變動范圍分別為0.01%—0.04%、0.01%—0.43%、0.20%—6.95%、1.74%—2.95%、2.65%—4.40%和1.21%—5.07%, 平均值分別為0.02%、0.12%、1.81%、2.29%、3.45%和2.86%。單因素方差分析顯示: 雌性和雄性個體的GSI在不同年齡間存在極其顯著的差異(雌性:F=51.415,P＜0.001; 雄性:F=34.538,P＜0.001)。多重比較的結果則顯示: 在雌性個體中, 7齡個體的GSI與4—6齡個體的GSI不存在顯著性的差異(P=0.254、0.585和0.268), 但6齡個體的GSI與2—5齡個體的GSI存在極其顯著性的差異(P均＜0.001); 在雄性個體中, 3齡個體的GSI與4—7齡個體的GSI存在顯著性的差異(P＜0.001), 但4—7齡個體之間的GSI不存在顯著性的差異(P＞0.05)。

卵徑分布圓口銅魚的卵徑變動范圍為0.13—0.2 cm, 平均卵徑為0.16 cm, 卵徑分布呈雙峰型(圖6)。

圖4 性腺Ⅳ期的圓口銅魚樣本Fig. 4 Samples of Coreius guichenoti with gonads having developed to Ⅳ stage

圖5 不同性別圓口銅魚個體在不同年齡間的性成熟系數(shù)(箱體內直線表示平均值; A. 雌性; B. 雄性)Fig. 5 Gonadosomatic indices at different ages for different genders of Coreius guichenoti individuals (Straight lines in boxes represent the means; left: female; right: male)

2.3 繁殖力

絕對和相對繁殖力圓口銅魚雌魚的絕對繁殖力變動范圍為4055—137900粒/尾, 平均值為22817粒/尾; 相對繁殖力變動范圍為5—73粒/g, 平均值為20粒/g (圖7,n=111尾)。在各個卵巢中, 多數(shù)個體的絕對繁殖力在10000—30000粒/尾, 共84尾, 占總抽樣樣本的75.68%, 相對繁殖力在15—20粒/g之間, 共78尾, 占70.27%。

絕對繁殖力與全長、體質量和年齡的關系

如圖8所示, 在不同年齡下, 圓口銅魚絕對繁殖力隨著全長和體重的增加而增加, 其中全長、體質量與絕對繁殖力均呈指數(shù)分布函數(shù)正相關, 其表達式分別為AF=392.742×exp (TL×0.008)和AF=4773.123×exp (BW×0.001)(R2=0.58和0.73,P均＜0.001)。同時,絕對繁殖力隨年齡的增加而增加, 其在4—7齡的平均值分別為13466、16928、23552和82230粒/尾。單因素方差分析顯示各齡組的絕對繁殖力在統(tǒng)計學上差異極顯著(F=31.656,P＜0.001)。

相對繁殖力與全長、體質量和年齡的關系

如圖9所示, 在不同年齡下, 圓口銅魚相對繁殖力隨著全長和體質量的增加而增加, 其中全長、體質量和相對繁殖力均呈二次項函數(shù)正相關, 其表達式分別為RF=79.166–0.307×TL+0.0004×TL2和RF=33.743–0.036×TL+0.00002×TL2)(R2=0.12和0.29,P均＜0.001)。同時, 相對繁殖力隨年齡的增加而增加, 其在4—7齡的平均值分別為17、18、21和45粒/g。單因素方差分析顯示各齡組的相對繁殖力在統(tǒng)計學上差異極顯著(F=9.619,P＜0.001)。

圖6 圓口銅魚3個典型Ⅳ期卵巢內卵粒的卵徑分布Fig. 6 Distributions of egg granule diameter in three typical Ⅳstage ovaries of Coreius guichenoti

3 討論

3.1 初次性成熟年齡

通過文獻調研, 劉成漢[17]描述圓口銅魚的初次性成熟年齡為2—3齡。采取同樣方法, 丁瑞華[9]也指出圓口銅魚的初次性成熟年齡為2—3齡?；谠诮鹕辰邢掠蔚膶嵉卣{查, 程鵬[11]發(fā)現(xiàn)圓口銅魚的初次性成熟年齡為4齡。在本文中, 基于2013—2014年在皎平渡圓口銅魚產(chǎn)卵場的實地調查, 圓口銅魚50%個體達到性成熟的年齡(即初次性成熟年齡)在雌雄個體之間存在一定差異, 其中雌性個體為4.32齡而雄性為4.44齡(圖2), 該結果與程鵬[11]的結果基本一致, 但與劉成漢[17]和丁瑞華[9]的結果存在較大差異。研究表明, 許多魚類的初次性成熟年齡在雌雄之間存在較大的差異, 通常表現(xiàn)為雄性個體的初次性成熟年齡小于雌性個體的初次性成熟年齡[1,18,19]。然而, 本文的結果表明圓口銅魚雄性個體的初次性成熟年齡略大于雌性個體的初次性成熟年齡。造成這種現(xiàn)象的原因除受遺傳因素的影響和外部環(huán)境(食物可獲得性、漁業(yè)捕撈強度等)影響以外[1,20,22], 采樣的局限性(樣本數(shù)量有限)也有可能是造成圓口銅魚初次性成熟年齡在雌雄個體之間差異的重要因素。圓口銅魚親魚采集區(qū)域為急流峽谷河道, 兩岸十分陡峭, 漁業(yè)捕撈較為困難, 難以捕獲大量親魚個體[23], 很可能導致統(tǒng)計結果與實際情況仍存在一定偏差, 因此圓口銅魚雌性個體初次性成熟年齡的差異仍需要在以后做進一步的研究進行證實。

圖7 圓口銅魚的絕對繁殖力(粒/尾)和相對繁殖力(粒/g)分布圖Fig. 7 Histograms of absolute fecundity (eggs/ind.) and relative fecundity (eggs/g) of Coreius guichenoti

圖8 不同年齡圓口銅魚個體的絕對繁殖力與全長、體質量的關系(圖中圖例顯示年齡, 曲線為擬合曲線)Fig. 8 Relationships between absolute fecundity and total length, body weight for the Coreius guichenoti individuals with different ages(Numbers in legend represent the ages, and curves in plots are the fitted curves)

圖9 不同年齡圓口銅魚個體的相對繁殖力與全長、體質量的關系(圖中圖例顯示年齡, 曲線為擬合曲線)Fig. 9 Relationships between relative fecundity and total length, body weight for the Coreius guichenoti individuals with different ages(Numbers in legend represent ages, and curves in plots are the fitted curves)

3.2 性成熟系數(shù)

性成熟系數(shù)(GSI)是描述性腺相對大小的指標,其能夠反映性腺發(fā)育的周年變化過程, 從而獲得魚類的具體繁殖時間以及具有最好繁殖潛力的年齡組或體長、體質量組[1,3,12—14]。該指標的大小通常與魚類的年齡和體長(或體質量)[1,3,12—14,24]有直接聯(lián)系。在本文中,GSI通常隨著年齡的增加而增加(圖5), 表明更大規(guī)格個體的圓口銅魚通常具有較大的性成熟系數(shù), 該結果與程鵬[11]的結果基本一致。進一步地, 本文結果還指出, 在雌性中, 6齡個體的平均GSI顯著高于4—5齡個體的平均GSI, 但與7齡個體的平均GSI無顯著差異, 表明雌性圓口銅魚在6齡及其以上年齡時具有更好的繁殖潛力和更好的性腺發(fā)育程度, 選擇6齡及其以上年齡的雌性個體進行人工繁殖時出苗的效果很可能最好。與雌性個體不同, 雄性個體的平均GSI盡管在總體上隨著年齡的增加而增加, 但其平均GSI在4—7齡之間無顯著性差異, 表明在3齡后, 增加雄性個體的規(guī)格也不能明顯增加圓口銅魚雄魚的性成熟系數(shù)(或繁殖力), 因此選擇4齡及其以后年齡的雄性個體進行人工繁殖很可能都是合適的。盡管如此, 由于人工飼養(yǎng)條件與自然條件的差異, 因此在人工圈養(yǎng)條件下, 選擇多大年齡或規(guī)格個體作為親魚進行人工繁殖最為合適, 仍需在未來進行進一步的研究。

3.3 繁殖力

《長江魚類》[8]曾經(jīng)描述在金沙江下游屏山縣江段采集到的少數(shù)性成熟個體中, 圓口銅魚的絕對繁殖力為13000—40300粒。程鵬[11]也曾經(jīng)描述在金沙江中游攀枝花江段采集到的5尾性成熟個體中,圓口銅魚的絕對懷卵量為4464—131920粒, 平均值為46386粒。在本文中, 根據(jù)2006—2014年在金沙江中下游采集到的110尾Ⅳ期雌性圓口銅魚個體,可知圓口銅魚的絕對繁殖力為4055—137900粒/尾,平均值為22817粒, 該結果中絕對繁殖力的平均值

低于程鵬[11]所描述結果, 但絕對繁殖力的分布范圍包括了《長江魚類》[8]和程鵬[11]所描述的結果。此外, 就同樣體長和體質量個體而言, 圓口銅魚的絕對繁殖力通常小于銅魚Coreius heterodon(都屬于銅魚屬)[8]的絕對繁殖力, 但通常明顯高于同亞科