軒中亞 姜 濤 劉洪波 邱 晨 陳修報(bào) 楊 健,

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無(wú)錫漁業(yè)學(xué)院,無(wú)錫 214081;2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心,中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江中下游漁業(yè)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與資源養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,無(wú)錫 214081)

刀鱭(Coilia nasus)是長(zhǎng)江中一種傳統(tǒng)的名貴溯河洄游型魚(yú)類。春季時(shí)親魚(yú)可自海區(qū)入江開(kāi)始溯河繁殖洄游,并選擇平緩的河流或者通江湖泊進(jìn)行產(chǎn)卵,受精卵在淡水中孵化后順流進(jìn)入河口或近海較高鹽度海區(qū)生長(zhǎng)發(fā)育[1]。距離長(zhǎng)江口約1400 km的洞庭湖等地曾經(jīng)是刀鱭重要的產(chǎn)卵場(chǎng)[1,2]。20世紀(jì)80年代以來(lái),由于酷漁濫捕、生境破壞和水利工程導(dǎo)致洄游通道受阻等原因,長(zhǎng)江洄游型刀鱭的資源接近枯竭[3,4],已成為長(zhǎng)江生態(tài)大保護(hù)的重要保護(hù)對(duì)象之一。因長(zhǎng)江漁業(yè)資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)在岳陽(yáng)設(shè)立的監(jiān)測(cè)點(diǎn)自20世紀(jì)90年代以來(lái),始終未發(fā)現(xiàn)有溯河洄游型刀鱭[3],故刀鱭親魚(yú)被認(rèn)為已無(wú)法再上溯進(jìn)入洞庭湖水域繁殖[3,5]。然而,洞庭湖中是否存仍在溯河洄游型刀鱭還需進(jìn)一步的調(diào)查和確認(rèn)。盡管如此,由于傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)(如上頜骨長(zhǎng)等)[6,7]和分子生物學(xué)[6,8]的調(diào)查方法難以有效分辨刀鱭的溯河洄游和淡水定居生態(tài)型個(gè)體,該項(xiàng)工作受到研究技術(shù)“瓶頸”的制約。因此,亟需更直觀、客觀和準(zhǔn)確的研究方法來(lái)突破上述刀鱭生態(tài)學(xué)和保護(hù)生物學(xué)難題。

耳石微化學(xué)方法可為相關(guān)探索提供一條有針對(duì)性的途徑。由于耳石具有從魚(yú)體胚胎期開(kāi)始形成后持續(xù)沉積,并不會(huì)被重吸收等特征,其中積累的元素動(dòng)態(tài)記錄著該魚(yú)體一生所經(jīng)歷過(guò)的生境履歷[9,10],特別是耳石中鍶(Sr)的含量及其和鈣(Ca)含量比值的變化能夠有效反演魚(yú)類生活史中不同鹽度水生境的轉(zhuǎn)換過(guò)程,常被用于魚(yú)類生態(tài)學(xué)研究中[11,12]。因元素來(lái)自魚(yú)類生活環(huán)境,其在硬組織耳石中的積累具有穩(wěn)定性和生境相關(guān)性,即使僅有1至數(shù)尾魚(yú)樣本,其耳石也能客觀、準(zhǔn)確地“復(fù)原”出該魚(yú)類生境變化的全過(guò)程[12—14]。基于這種“有”與“無(wú)”的客觀性,筆者實(shí)驗(yàn)室在前期的研究中,已經(jīng)建立了可以重建刀鱭淡水、半咸水和海水生境履歷的耳石鍶鈣比標(biāo)準(zhǔn)及鍶含量圖譜[15];且利用這種方法,姜濤等[16]利用2尾刀鱭耳石微化學(xué)的結(jié)果確認(rèn)了鄱陽(yáng)湖中依然存在溯河洄游型個(gè)體;并通過(guò)隨后進(jìn)一步的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)了鄱陽(yáng)湖中溯河洄游型刀鱭的一個(gè)產(chǎn)卵場(chǎng)[17]。盧明杰等[18]基于7尾刀鱭耳石微化學(xué)的研究,實(shí)證在鄱陽(yáng)湖水系的信江下游江段(距長(zhǎng)江口約1000 km)分布有溯河洄游型刀鱭個(gè)體。在此基礎(chǔ)上,本研究首次對(duì)采自洞庭湖畔水產(chǎn)市場(chǎng)的刀鱭標(biāo)本開(kāi)展耳石元素微化學(xué)研究,以期在客觀確認(rèn)其溯河洄游性或淡水定居性的同時(shí),為有效評(píng)價(jià)和保護(hù)洞庭湖刀鱭資源提供急需的基礎(chǔ)資料和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

筆者2018年8月在湖南省洞庭湖進(jìn)行刀鱭資源調(diào)查的過(guò)程中,于湖畔岳陽(yáng)市街河口魚(yú)巷子水產(chǎn)市場(chǎng)的干魚(yú)銷售店發(fā)現(xiàn)了2尾干制的刀鱭個(gè)體。其上頜骨長(zhǎng)度明顯長(zhǎng)于頭長(zhǎng)。因上頜骨長(zhǎng)超過(guò)頭長(zhǎng)為推測(cè)溯河洄游型刀鱭的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)[19],筆者先假定其為疑似洄游型刀鱭個(gè)體,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行本研究來(lái)確認(rèn)。

按慣例,在該水產(chǎn)市場(chǎng)所銷售漁獲野生刀鱭的捕撈區(qū)為東洞庭湖水域,漁具為絲網(wǎng)。據(jù)這2尾刀鱭標(biāo)本的提供者告知,其由2018年6月中旬在岳陽(yáng)市街河口魚(yú)碼頭收自東洞庭湖捕魚(yú)漁民所售同一批刀鱭(幾乎全為上頜骨短于頭長(zhǎng)的短頜鱭)鮮魚(yú)干制。另外,根據(jù)筆者連續(xù)多年于該水產(chǎn)碼頭采樣調(diào)查的經(jīng)驗(yàn),到該碼頭出售漁獲的漁民,作業(yè)地點(diǎn)基本為東洞庭湖內(nèi),少數(shù)漁民有可能在岳陽(yáng)市城陵磯附近水域作業(yè),這與漁民可承受的作業(yè)和燃油成本及新鮮刀鱭易腐爛不易保存有關(guān)。再由于該水產(chǎn)市場(chǎng)每年都有大量淡水定居型刀鱭(絕大多數(shù)為短頜鱭)出售,而當(dāng)?shù)匾矝](méi)有像長(zhǎng)江下游一樣追求消費(fèi)昂貴“長(zhǎng)江三鮮”之首的溯河洄游型刀鱭的習(xí)慣,無(wú)論是新鮮還是干制刀鱭售價(jià)都很便宜(較大新鮮個(gè)體約9—20元/500 g,干制的約10元/500 g),故漁民或店主也無(wú)必要和可能從其他水域,特別是從已發(fā)現(xiàn)有溯河洄游型刀鱭分布的長(zhǎng)江下游鄱陽(yáng)湖[17]、江西[18]、安徽[20]、江蘇[21]及長(zhǎng)江口江段[22]大量收購(gòu)刀鱭來(lái)曬制售價(jià)如此之低的魚(yú)干。因此,本研究所獲2尾刀鱭樣本被捕獲的地點(diǎn)應(yīng)該確為在與長(zhǎng)江相連通的東洞庭湖水域。

本研究中的1尾刀鱭個(gè)體編號(hào)為18DTCE01,體長(zhǎng)25 cm,上頜骨長(zhǎng)42.78 mm,上頜骨長(zhǎng)/頭長(zhǎng)比率1.26;另1尾刀鱭個(gè)體編號(hào)為18DTCE02,體長(zhǎng)22 cm,上頜骨長(zhǎng)39.6 mm,上頜骨長(zhǎng)/頭長(zhǎng)比率1.3。測(cè)量后解剖魚(yú)體標(biāo)本,將矢耳石取出,使用去離子水洗凈耳石上黏附的組織,置于室溫下,待干燥后收入48孔板中待用。

1.2 微化學(xué)分析

本研究統(tǒng)一選擇左矢耳石(以下簡(jiǎn)稱“耳石”)進(jìn)行微化學(xué)分析。耳石樣品包埋、碾磨、拋光、清洗、鍍膜等前處理參照J(rèn)iang等[17]的方法,在耳石樣品前處理完成后,參考Jiang等[17]的方法,使用X射線電子探針微區(qū)分析儀(EPMA)(JXA-8100,日本電子株式會(huì)社)對(duì)耳石樣品進(jìn)行Sr和Ca含量的定量線分析和Sr含量的面分布分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2013以測(cè)定點(diǎn)距耳石核心的半徑長(zhǎng)度(以下簡(jiǎn)稱“徑長(zhǎng)”)為X軸,以對(duì)應(yīng)測(cè)定點(diǎn)Sr/Ca比值(Sr:Ca×1000)為Y軸繪制折線圖。為了更直觀地觀察刀鱭耳石Sr/Ca比值變化的趨勢(shì),參照Liu等[23]的方法使用STARS (SequentialT-test Analysis of Regime Shifts)對(duì)定量線分布分析的結(jié)果進(jìn)行趨勢(shì)轉(zhuǎn)換,設(shè)定截?cái)嚅L(zhǎng)度為5、Huber 權(quán)重為1、置信度P為0.1。為檢測(cè)不同階段的耳石Sr/Ca比值組之間的差異的顯著性,使用SPSS 23.0分析軟件進(jìn)行非參數(shù)Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。參考李孟孟等[20]引入的公式FC=Lf/LT,計(jì)算淡水系數(shù)(FC),其中Lf表示從耳石核心開(kāi)始Sr/Ca比值一直低于3(對(duì)應(yīng)淡水生境)的第一個(gè)階段的徑長(zhǎng),也就是核心附近第一個(gè)藍(lán)色區(qū)域的徑長(zhǎng);LT為整個(gè)耳石的分析徑長(zhǎng)。淡水系數(shù)表示的是魚(yú)類個(gè)體早期生活史中生活在淡水環(huán)境中的時(shí)間占魚(yú)類個(gè)體整個(gè)生活史時(shí)間的比率[20,22]。

根據(jù)筆者實(shí)驗(yàn)室前期研究的總結(jié),不同生境(淡水生境、河口半咸水生境、海水生境)的鹽度差異與刀鱭耳石Sr/Ca比值范圍具有對(duì)應(yīng)的特征: 在淡水生境中,該Sr/Ca比值一般小于3,對(duì)應(yīng)面分析結(jié)果中Sr含量的藍(lán)色圖譜;在半咸水生境中,Sr/Ca比值一般在3至7之間,對(duì)應(yīng)面分析結(jié)果中Sr含量的綠-黃色圖譜;在海水生境中,Sr/Ca比值一般大于7,對(duì)應(yīng)面分析結(jié)果中Sr含量的紅色圖譜[15,16,22]。

2 結(jié)果

2.1 基于線分析的耳石Sr/Ca比值

定量線分析的結(jié)果(圖1)清晰地反應(yīng)了洞庭湖2尾刀鱭個(gè)體18DTCE01和18DTCE02耳石上Sr/Ca比值顯著的波動(dòng)情況。在18DTCE01個(gè)體中,從耳石核心到邊緣的Sr/Ca比值變化過(guò)程可以分為3個(gè)具有顯著差異的階段(表1,P＜0.05,Mann-WhitneyU-test): 第1階段的范圍為0徑長(zhǎng)(即核心)至1180 μm徑長(zhǎng),共包含了119個(gè)微化學(xué)分析測(cè)定點(diǎn)(以下簡(jiǎn)稱測(cè)定點(diǎn)),該階段Sr/Ca比值平均值為1.65±0.61;第2階段的范圍為1190 μm徑長(zhǎng)至1920 μm徑長(zhǎng),共包含了74個(gè)測(cè)定點(diǎn),該階段Sr/Ca比值平均值為4.03±0.98;第3階段的范圍為1930 μm徑長(zhǎng)至耳石邊緣,共包含了4個(gè)測(cè)定點(diǎn),其Sr/Ca比值平均值為2.6±0.27。

同樣,在18DTCE02個(gè)體中,從耳石核心到邊緣的Sr/Ca比值變化過(guò)程也可以分為3個(gè)具有顯著差異的階段(表1,P＜0.05,Mann-WhitneyU-test): 第1階段的范圍為0徑長(zhǎng)(即核心)至950 μm徑長(zhǎng),共包含了96個(gè)測(cè)定點(diǎn),該階段Sr/Ca比值平均值為1.73±0.78;第2階段的范圍為960 μm徑長(zhǎng)至1660 μm徑長(zhǎng),共包含了71個(gè)測(cè)定點(diǎn),該階段Sr/Ca比值平均值為3.82±0.85;第3階段的范圍為1670 μm徑長(zhǎng)至耳石邊緣,共包含了4個(gè)測(cè)定點(diǎn),其Sr/Ca比值平均值為2.12±0.5。

根據(jù)定量線分析的結(jié)果得到刀鱭個(gè)體18DTCE01和18DTCE02的淡水系數(shù)(FC值)分別為0.60和0.56。

圖1 洞庭湖2尾刀鱭 (18DTCE01,18DTCE02)耳石Sr/Ca比值的變化Fig.1 The fluctuation of Sr/Ca ratios of two Coilia nasus(18DTCE01,18DTCE02) from Dongting Lake,China

表 1 洞庭湖2尾刀鱭耳石Sr/Ca比值變化及相關(guān)動(dòng)態(tài)參數(shù)Tab.1 Fluctuation phases of Sr/Ca ratio across the otolith and the corresponding dynamic parameters in otoliths of two Coilia nasus from the Dongting Lake,China

2.2 基于面分布分析的刀鱭耳石Sr含量

本研究中2尾刀鱭個(gè)體的耳石面分布分析顯示,耳石面分布圖譜分為2個(gè)顏色差異明顯的同心環(huán)區(qū)域(由內(nèi)到外為藍(lán)色、黃綠色),另外在耳石的邊緣還有一部分藍(lán)色區(qū)域。最內(nèi)部為核心及其附近區(qū)域,在圖譜上均為藍(lán)色,表明該區(qū)域的Sr含量較低;較外圍為黃綠色環(huán),表明該區(qū)域的Sr含量較高;黃綠色環(huán)之外的耳石邊緣再為藍(lán)色,表明耳石邊緣的Sr含量較低。耳石面分析中的這2個(gè)顏色差異明顯的同心環(huán)區(qū)域的面積與耳石定量線分析Sr/Ca比值的前2個(gè)階段的徑長(zhǎng)范圍相近,耳石邊緣的藍(lán)色區(qū)域與耳石定量線分析Sr/Ca比值的第3階段的徑長(zhǎng)范圍接近,故可相互印證(表1和圖2)。本研究中兩個(gè)刀鱭耳石的核心及附近的藍(lán)色區(qū)域面積占整個(gè)耳石矢狀面的比例較大,這與其較高的淡水系數(shù)也相互對(duì)應(yīng)。

圖2 洞庭湖2尾刀鱭(18DTCE01,18DTCE02)耳石Sr含量圖譜Fig.2 The maps of otolith Sr concentration of two Coilia nasus(18DTCE01,18DTCE02) from Dongting Lake,China

3 討論

基于EPMA的耳石微化學(xué)分析結(jié)果,本研究較為客觀而直觀地反演了采自洞庭湖2尾刀鱭個(gè)體的生活史生境履歷的變化過(guò)程。參照前述不同生境鹽度差異與刀鱭耳石Sr/Ca比值范圍及Sr含量圖譜的對(duì)應(yīng)特征可以發(fā)現(xiàn),洞庭湖2尾刀鱭耳石微化學(xué)類型變化狀況與Yang等[15]、Jiang等[17]所描述的典型溯河洄游性刀鱭的生境履歷相一致,即表明該2尾刀鱭的孵化和早期發(fā)育均在淡水中進(jìn)行(耳石Sr/Ca比值變化的第1階段,平均1.65,1.73),在發(fā)育到一定程度后出長(zhǎng)江口入海進(jìn)行發(fā)育和生長(zhǎng)。這對(duì)應(yīng)于本研究中2尾魚(yú)Sr/Ca比值變化第2階段的高Sr/Ca比值(平均4.03,3.82)。在春夏季,生活在近海的刀鱭進(jìn)入性成熟階段往往開(kāi)始上溯,進(jìn)入江河上游的河道、湖泊等水域產(chǎn)卵[24]。這可以在本研究耳石Sr/Ca比值變化第3階段又低于3(對(duì)應(yīng)邊緣藍(lán)色較窄的同心環(huán)區(qū)域),下降到淡水生境水平的現(xiàn)象中得到印證。因此,基于耳石微化學(xué)技術(shù)在魚(yú)類洄游生態(tài)學(xué)方面客觀、圖譜化的優(yōu)勢(shì),本研究首次發(fā)現(xiàn)刀鱭仍可長(zhǎng)距離溯江近1400 km進(jìn)入洞庭湖。

洞庭湖曾是溯河洄游型刀鱭重要的產(chǎn)卵場(chǎng)[1,2]。在近20年后于湖區(qū)再次發(fā)現(xiàn)該生態(tài)型刀鱭有其合理性。另外,與該型刀鱭在形態(tài)與線粒體遺傳特征上都相似的短頜鱭(Coilia brachygnathus,淡水定居生態(tài)型)目前已廣布于洞庭湖中且成為優(yōu)勢(shì)物種[25]。與之相類似,在鄱陽(yáng)湖中短頜鱭大量繁殖,且也處于優(yōu)勢(shì)地位[26]。鄱陽(yáng)湖也是溯河洄游型歷史上及目前的重要產(chǎn)卵場(chǎng)[17]。這也反映了兩種生態(tài)型刀鱭繁殖環(huán)境要求的相似性。故此推測(cè),洞庭湖目前的環(huán)境可能仍適合溯河洄游型刀鱭的繁殖。再者,該2尾刀鱭樣本的捕獲時(shí)間約為6月中旬,也與歷史上刀鱭溯河進(jìn)入洞庭湖的時(shí)間(4月初至8月底)是相符的[1]。

本研究中兩尾刀鱭的耳石Sr含量面分布圖譜顯示,核心及其周圍的藍(lán)色區(qū)域較大 (圖2)。這反映出該2尾刀鱭在早期生活史時(shí)利用淡水生境的時(shí)間(從孵化到進(jìn)入鹽度較高的河口海區(qū)之前)較長(zhǎng)。定量線分析(圖1)還顯示出這2尾刀鱭的淡水系數(shù)(FC)較高,反映出這2尾刀鱭早期生活史利用淡水生境的時(shí)間占整個(gè)生活史周期的比率較高[22]。本研究中2尾刀鱭18DTCE01和18DTCE02的FC值分別為0.60和0.56。與盧明杰等[18]在信江下游江段發(fā)現(xiàn)溯河洄游型刀鱭的耳石FC值相近(信江刀鱭FC值分別為0.52、0.39、0.69、0.54、0.45、0.46、0.56),顯示出本研究的2尾刀鱭的早期生活史中利用淡水環(huán)境中的時(shí)間占魚(yú)類個(gè)體整個(gè)生活史時(shí)間的比率與遠(yuǎn)離長(zhǎng)江口的信江(距長(zhǎng)江口1000 km以上)刀鱭相似。刀鱭的卵是浮性卵,可隨水流而移動(dòng)[27],而早期生活史的仔稚魚(yú),由于自主活動(dòng)能力弱,亦隨水而動(dòng),很難自主選擇棲息地[22];因此,刀鱭早期生活史過(guò)程在淡水環(huán)境中停留時(shí)間的長(zhǎng)短,可能主要取決于其親魚(yú)產(chǎn)卵場(chǎng)距離河口的遠(yuǎn)近[22]。因而,本研究中2尾刀鱭高FC值的現(xiàn)象支持其應(yīng)是孵化起源于一個(gè)距離長(zhǎng)江口較遠(yuǎn)的產(chǎn)卵場(chǎng),并很可能就在洞庭湖中。

魚(yú)類溯河洄游的目的即為產(chǎn)卵繁殖[28]。為提高繁殖成功率,長(zhǎng)距離溯河洄游魚(yú)類有能準(zhǔn)確回歸(Natal homing)其起源的產(chǎn)卵場(chǎng)繁殖的生態(tài)習(xí)性[28,29]。Jiang等[30]基于耳石核心元素分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn),刀鱭也具有這種能力準(zhǔn)確回歸鄱陽(yáng)湖產(chǎn)卵;且刀鱭從入江洄游到抵達(dá)鄱陽(yáng)湖產(chǎn)卵場(chǎng)之前并不攝食大型游泳動(dòng)物,而是主要利用自身積累的能量快速上溯[1,31]。洞庭湖距離長(zhǎng)江口約1400 km,是歷史上溯河洄游型刀鱭所能到達(dá)距長(zhǎng)江口最遠(yuǎn)的產(chǎn)卵場(chǎng)[1]。因此,本研究2尾溯河洄游型刀鱭進(jìn)入洞庭湖的緣由可能也是繁殖。雖然已有近20年未能在湖區(qū)發(fā)現(xiàn)該生態(tài)型刀鱭,但本研究的發(fā)現(xiàn)表明,與鄱陽(yáng)湖一樣[17],洞庭湖作為溯河洄游型刀鱭產(chǎn)卵場(chǎng)的功能可能并未喪失,急需進(jìn)一步加強(qiáng)研究和保護(hù)。

4 結(jié)論

基于魚(yú)類耳石微化學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),本研究較為直觀和準(zhǔn)確地反演了采自洞庭湖2尾刀鱭個(gè)體全生活史中所經(jīng)歷過(guò)不同鹽度生境的生活史履歷,發(fā)現(xiàn)了其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程有過(guò)淡水-海水-淡水生境轉(zhuǎn)換現(xiàn)象,確證了其均為典型溯河洄游的個(gè)體。這表明目前在距長(zhǎng)江口約1400 km的洞庭湖中仍應(yīng)該存在洄游型刀鱭個(gè)體。在長(zhǎng)江生態(tài)大保護(hù)的格局下,需要在漁業(yè)管理部門的重視下,搶救性地開(kāi)展洞庭湖溯河洄游刀鱭的分布區(qū)、資源量及產(chǎn)卵場(chǎng)定位的調(diào)查,以便盡早制定有效的資源養(yǎng)護(hù)和產(chǎn)卵場(chǎng)生境保護(hù)措施。