陸化杰，趙懋林，武孝慈，王洪浩，何靜茹，陳新軍,2,3,4

(1.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.上海海洋大學(xué)，自然資源部海洋生態(tài)監(jiān)測與修復(fù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201306；3.上海海洋大學(xué)，國家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 201306；4.上海海洋大學(xué)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大洋漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，上海 201306)

鳶烏賊(Sthenoteuthis oualaniensis)隸屬柔魚科(Ommastrephidae)鳶烏賊屬(Sthenoteuthis)[1]，廣泛分布于印度洋熱帶和亞熱帶海域[2]。鳶烏賊是大洋性洄游種類，進(jìn)行深海區(qū)到淺海區(qū)的生殖洄游和淺海區(qū)到深海區(qū)的越冬洄游，壽命約為1年[1]。鳶烏賊是食物網(wǎng)中的關(guān)鍵角色，以小公魚(Anchoviella commersoniis)、爪烏賊(Onychoteuthis banksii)和武裝烏賊(Enoploteuthis leptura)等小型海洋生物為食，也被大型海洋食肉動物捕食[3]。西北印度洋鳶烏賊資源較豐富，總體資源量約為1 000萬t[1-2]，是我國燈光罩網(wǎng)漁業(yè)的重要捕撈對象。角質(zhì)顎體積大，是鳶烏賊重要的硬組織之一[4]，具有不易腐蝕和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)，蘊(yùn)含了大量的生活史信息[5]，較耳石也更易提取和保存[6]，已成為研究頭足類漁業(yè)生物學(xué)和生態(tài)學(xué)的重要材料。然而，目前針對西北印度洋鳶烏賊角質(zhì)顎的研究主要集中在外部形態(tài)[7]和色素沉積[8]，對其角質(zhì)顎的微結(jié)構(gòu)及其生長特性的研究尚未見報(bào)道。鑒于此，本實(shí)驗(yàn)根據(jù)2019 年3—5 月中國燈光罩網(wǎng)漁船在西北印度洋調(diào)查作業(yè)期間采集的鳶烏賊樣本，通過研磨，觀察其微結(jié)構(gòu)并獲取日齡數(shù)據(jù)，研究了角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)及外部形態(tài)的生長特性，旨在為后續(xù)深入研究西北印度洋鳶烏賊的年齡、生長和關(guān)鍵生活史等提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 樣本來源

樣本采集時(shí)間為2019 年3 月2 日—5 月17日，采集海域?yàn)?6°25′～17°10′N，63°38′～63°55′E。每天從每個站點(diǎn)的漁獲物中隨機(jī)抽取鳶烏賊樣本15～20 尾，整個調(diào)查期間共采集樣本1 009尾，經(jīng)低溫保藏運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。調(diào)查漁船為舟山寧泰遠(yuǎn)洋漁業(yè)公司所屬的燈光罩網(wǎng)漁船“欣海1223 號”，漁船參數(shù)：船長51.2 m，船寬8.3 m，型深4.1 m，總噸557 t，主機(jī)功率1 155 kW，副機(jī)功率600 kW。

1.2 研究方法

生物學(xué)測定 采集的鳶烏賊樣本經(jīng)實(shí)驗(yàn)室解凍后，對其胴長(mantle length,ML)、體重(body weight,BW)進(jìn)行測定，并對性別和性腺成熟度進(jìn)行目測和鑒定，其中，胴長測量精確至1 mm，體重測量精確至1 g。

角質(zhì)顎提取和測量 用鑷子將角質(zhì)顎從鳶烏賊頭部的口球中取出并依次進(jìn)行編號、提取，放入盛有70%乙醇溶液的離心管中保存[9]。本次實(shí)驗(yàn)共成功提取角質(zhì)顎990 對(雄性410 對、雌性580 對)。利用游標(biāo)卡尺，沿角質(zhì)顎的水平和垂直兩個方向?qū)ι项^蓋長 (upper hood length,UHL)、上脊突長 (upper crest length,UCL)、上喙長 (upper rostrum length,URL)、上喙寬 (upper rostrum width,URW)、上側(cè)壁長 (upper lateral wall length,ULWL)、上翼長 (upper wing length,UWL)、下頭蓋長 (lower hood length,LHL)、下脊突長 (lower crest length,LCL)、下喙長 (lower rostrum length,LRL)、下喙寬 (lower rostrum width,LRW)、下側(cè)壁長 (lower lateral wall length,LLWL)和下翼長 (lower wing length,LWL)共12 項(xiàng)外部形態(tài)參數(shù)進(jìn)行測量，測量結(jié)果精確至0.01 mm。

角質(zhì)顎研磨和微結(jié)構(gòu)觀察 由于頭足類角質(zhì)顎的喙部矢狀切面(rostrum sagittal section，RSS)的生長紋最易被觀察[10]，根據(jù)Liu 等[11]的方法處理鳶烏賊上角質(zhì)顎，依次經(jīng)過剪裁、包埋、切割、研磨和拋光5 個步驟。將制作成功的角質(zhì)顎切片放在顯微鏡下進(jìn)行觀察和拍照。

日齡的判讀 采用劉必林等[12]的研究方法對鳶烏賊的日齡數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀。用Photoshop 2020 軟件對拍照獲得的照片進(jìn)行處理，沿生長紋的垂直方向讀取頭蓋區(qū)的生長紋數(shù)目，并用臨近的生長紋寬度推算喙部邊緣空白處的生長紋數(shù)目。計(jì)數(shù)時(shí)，由2 個實(shí)驗(yàn)員讀取，當(dāng)差值小于5%時(shí)方可認(rèn)定，并取二者均值。結(jié)合捕撈日期，推測其孵化季節(jié)。本實(shí)驗(yàn)過程中操作人員嚴(yán)格遵守動物實(shí)驗(yàn)倫理規(guī)范，并按照相關(guān)的規(guī)章制度執(zhí)行。

1.3 數(shù)據(jù)分析

何靜茹等[7]的研究表明，西北印度洋鳶烏賊角質(zhì)顎的UCL、UHL、ULWL、LCL、LWL 和LLWL 可代替12 項(xiàng)外部形態(tài)參數(shù)來描述角質(zhì)顎的外形生長。

利用協(xié)方差分析法分析不同性別間的角質(zhì)顎外部形態(tài)參數(shù)與日齡間是否存在性別間顯著差異[13]。

分析角質(zhì)顎相對尺寸(角質(zhì)顎主要形態(tài)參數(shù)值與胴長之比)與日齡的關(guān)系[7]。

分別采用線性、指數(shù)、冪函數(shù)和對數(shù)生長模型擬合日齡與角質(zhì)顎外部形態(tài)參數(shù)的生長關(guān)系[14]：

式中，L為外形參數(shù)，單位為mm。t為年齡，單位為d。a、b 為常數(shù)。

采用最大似然法估計(jì)模型參數(shù)，應(yīng)用(Akaike’s information criterion，AIC)進(jìn)行生長模型比較和選取[15-17]：

式中，σ2為誤差項(xiàng)方差，其初始值設(shè)定為總體樣本平均體長的15%。最大似然法取自然對數(shù)后估算求得，生長參數(shù)在Excel 2016 軟件中利用規(guī)劃求解擬合求得[17]。t0和ti分別表示胴長為0 和胴長為i時(shí)對應(yīng)的年齡，K為自變量個數(shù)，N代表樣本數(shù)量。

采用瞬時(shí)相對生長率(instantaneous relative growth rate，IRGR)和絕對生長率(absolute growth rate，AGR)來分析鳶烏賊角質(zhì)的顎外形生長[18]。

式中，R2為t2齡時(shí)角質(zhì)顎外形參數(shù)長度(UCL、UHL、ULWL、LCL、LWL 和LLWL)；R1為t1齡時(shí)角質(zhì)顎外形參數(shù)長度(UCL、UHL、ULWL、LCL、LWL 和LLWL)，IRGR 為相對生長率。

式中，AGR 為絕對生長率，單位為mm/d 。

2 結(jié)果

2.1 胴長、日齡和角質(zhì)顎外部形態(tài)參數(shù)分布

實(shí)驗(yàn)共成功研磨出260 尾西北印度洋鳶烏賊角質(zhì)顎樣本(其中雄性141 尾，雌性119 尾)，對應(yīng)胴長為118～398 mm，平均胴長為219 mm，優(yōu)勢胴長組為151～350 mm，占總數(shù)的91.2 %；對應(yīng)的日齡范圍為104～291 d，平均日齡為197 d，優(yōu)勢日齡組為151～270 d，占總數(shù)的90.0 %。結(jié)合捕撈日期，反推其孵化期范圍為2018 年5 月—2019 年1 月，孵化高峰期為8—11 月，占總體的84.2 %，判斷樣本為秋生群體。經(jīng)過測量，樣本的角質(zhì)顎外部形態(tài)參數(shù)范圍，UHL 為7.33～29.83 mm，UCL 為9.33～36.20 mm，URL 為2.34～13.61 mm，ULWL 為7.38～29.86 mm，URW為2.29～11.71 mm，UWL 為1.75～13.39 mm，LHL為2.27～12.21 mm，LCL 為4.21～19.78 mm，LRL為 2.05～12.60 mm，LLWL 為 6.58～26.42 mm，LRW 為2.59～12.33 mm，LWL 為2.89～16.63 mm。

2.2 角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)

觀察發(fā)現(xiàn)，西北印度洋鳶烏賊角質(zhì)顎背側(cè)頭蓋區(qū)和腹側(cè)脊突區(qū)的分界線從喙端一直伸至叉口，構(gòu)成內(nèi)軸。兩個區(qū)的生長紋呈“一明一暗”的排列方式，從叉口延伸到喙端，均以內(nèi)軸為界，呈“V”型。頭蓋區(qū)與脊突區(qū)的生長紋排列方式、間距寬度均存在差異，頭蓋區(qū)的生長紋越接近內(nèi)軸間距則越寬，且該區(qū)生長紋間距總體寬于脊突區(qū)，與內(nèi)軸的夾角較大；脊突區(qū)的生長紋排列較為緊密，與內(nèi)軸的夾角較小，且重疊現(xiàn)象嚴(yán)重。頭蓋區(qū)的生長紋較脊突區(qū)的生長紋更易分辨，因此本研究利用頭蓋區(qū)的生長紋讀取日齡數(shù)據(jù)(圖1-a)。觀察還發(fā)現(xiàn)，上角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)也存在日輪、亞日輪和標(biāo)記輪(圖1-b，d)，且亞日輪顏色較淺，不易觀察；標(biāo)記輪顏色較日輪深，更容易讀取。除生長紋外，喙部截面還存在與其相交的紋狀結(jié)構(gòu)(圖1-c)，該結(jié)構(gòu)生長紋細(xì)密不易讀取。有些樣本喙端部分存在腐蝕現(xiàn)象(圖1-d)，造成頭蓋區(qū)的色素沉積相對較深，脊突區(qū)的色素沉積相對較淺。

圖1 鳶烏賊上角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)(a)鳶烏賊角質(zhì)顎上顎喙部矢狀切面微結(jié)構(gòu)，(b)日輪與亞日輪結(jié)構(gòu)，(c)與生長紋相交的紋狀結(jié)構(gòu)，(d)標(biāo)記輪結(jié)構(gòu)和磨蝕的喙端。Fig.1 Upper beak microstructure of S.oualaniensis(a) the rostrum sagittal sections of S.oualaniensis upper beak,(b) day increments and sub-day increments of upper beak microstructure,(c) the bands which intersect with growth increments,(d) checks of upper beak microstructure and corroded rostral tip.

2.3 外部形態(tài)參數(shù)與日齡的關(guān)系

協(xié)方差分析表明，UCL (F=3.517，P=0.897＞0.05)、UHL (F=0.525，P=0.469＞0.05)、ULWL (F=1.054，P=0.306＞0.05)、LCL (F=1.996，P=0.159＞0.05)、LWL (F=1.569，P=0.212＞0.05)和LLWL (F=1.132，P=0.288＞0.05)與日齡的生長關(guān)系均不存在性別間顯著差異，故將雌雄樣本合并擬合生長模型。經(jīng)最小值A(chǔ)IC 篩選(表1)，UCL、ULWL、LCL、LWL 和LLWL 與日齡的生長關(guān)系最適用線性生長模型表示，而UHL 則最適用對數(shù)生長模型表示(圖2)：

表1 鳶烏賊角質(zhì)顎外形參數(shù)與日齡生長模型的參數(shù)比較Tab.1 Comparison of morphometric parameters of beak and age growth models of S.oualaniensis

圖2 鳶烏賊角質(zhì)顎形態(tài)參數(shù)與日齡的關(guān)系Fig.2 Relationships between morphometric parameters of beak and age of S.oualaniensis

UCL=0.073+2.873t(R2=0.670 6，n=260)

ULWL=0.062+1.519t(R2=0.698 3，n=260)

LCL=0.038+0.934t(R2=0.614 5，n=260)

LWL=0.033+0.592t(R2=0.678 5，n=260)

LLWL=0.046+3.715t(R2=0.681 8，n=260)

UHL=13.106lnt-54.557 (R2=0.677 6，n=260)

2.4 角質(zhì)顎相對尺寸與日齡的關(guān)系

協(xié)方差分析表明，UCL/ML (F=3.712，P=0.912＞0.05)、UHL/ML (F=5.616，P=0.433＞0.05)、ULWL/ML(F=4.810，P=0.369＞0.05)、LCL/ML (F=4.171，P=0.679＞0.05)、LWL/ML (F=7.459，P=0.499＞0.05)和LLWL/ML (F=8.394，P=0.531＞0.05)與日齡的生長關(guān)系也均不存在性別間顯著差異，故將雌雄樣本合并，研究角質(zhì)顎相對尺寸與日齡的關(guān)系。

研究表明，隨著日齡的增加，鳶烏賊各角質(zhì)顎外形特征參數(shù)與胴長的比值變化不大，在21～150 d 前呈下降趨勢，150 d 后相對平穩(wěn)。其中，UCL/ML、UHL/ML、LCL/ML 和LWL/ML隨著日齡的增加存在小范圍的波動，但總體趨勢基本保持平穩(wěn)，僅在121～150 d 時(shí)較低。ULWL/ML 和LLWL/ML 的趨勢則始終保持平穩(wěn)(圖3)。

圖3 鳶烏賊角質(zhì)顎外形特征參數(shù)與胴長的比值和日齡的關(guān)系Fig.3 Relationship between ratio of morphological characteristic parameters to mantle length and age for S.oualaniensis beak

2.5 生長率

結(jié)果顯示，UCL、UHL、ULWL、LCL、LLWL和LWL 的AGR 范圍分別為0.040～0.083、0.016～0.083、0.042～0.073、0.021～0.049、0.016～0.071 和0.008～0.044 mm/d，IRGR 范圍分別為0.246～0.461、0.149～0.567、0.236～0.669、0.179～0.638、0.152～0.560和0.085～0.642 %/d。ULWL、LCL 的AGR 呈先減少后增加再減少的趨勢，分別在181～210 d 和211～240 d 處達(dá)到最大(分別為0.073 和0.049 mm/d)，總體呈下降趨勢，其IRGR 也呈現(xiàn)相似的趨勢(圖4)。UCL、UHL、LLWL 的AGR 呈先增加后減少的趨勢，均在211～240 d 處有最大值(分別為0.083、0.083 和0.071 mm/d)，其IRGR 也呈現(xiàn)相似的趨勢，并均在181～210 d 處有最大值(分別為0.461、0.567 和0.560 %/d)。LWL 的AGR 呈先增加后減少的趨勢，并在181～210 d 處達(dá)到最大值(0.044 mm/d)，整體呈下降趨勢，其IRGR 也有類似的趨勢，在181～210 d 處達(dá)到最大(為0.641%/d) (圖4)?？傮w來說，鳶烏賊角質(zhì)顎的AGR 均在211～240 d 后呈現(xiàn)下降趨勢，而IRGR均在181～210 d 后呈現(xiàn)下降趨勢。

圖4 鳶烏賊角質(zhì)顎外形參數(shù)生長率與日齡的關(guān)系Fig.4 Relationships between growth rate of morphometric parameters of beak and age for S.oualaniensis

3 討論

3.1 角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)

研究發(fā)現(xiàn)，西北印度洋鳶烏賊角質(zhì)顎上顎生長紋排列方式與中國近海槍烏賊(Uroteuthis chinensis)[19]、西北太平洋柔魚(Ommastrephes bartramii)[12]和智利外海莖柔魚(Dosidicus gigas)[20]相似，均對稱地分布在內(nèi)軸兩側(cè)，明暗排列呈“V”型，符合頭足類角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)正常規(guī)律[21]。觀察表明，雖然色素沉積相對較弱的脊突區(qū)生長紋便于觀察，但該區(qū)生長紋排列緊密且大多重疊，邊緣處的生長紋也不夠完整，因此進(jìn)行日齡判讀時(shí)均以色素沉積較深的頭蓋區(qū)生長紋為準(zhǔn)[19]。由于鳶烏賊在攝食時(shí)其角質(zhì)顎喙部易折斷和腐蝕，所以喙端有時(shí)存在一定程度的缺損，容易對日齡讀取造成偏差，這時(shí)可選取頭蓋背區(qū)生長紋進(jìn)行計(jì)數(shù)。觀察發(fā)現(xiàn)，西北印度洋鳶烏賊角質(zhì)顎內(nèi)軸截面的中部生長紋較寬，近喙端和叉口處較窄，這可能是因?yàn)椴煌瑫r(shí)期樣本角質(zhì)顎的生長速率不同[4]。本研究還發(fā)現(xiàn)，在鳶烏賊上顎喙部截面中存在日輪、亞日輪和標(biāo)記輪，其中，標(biāo)記輪較清晰，但亞日輪會造成偏差，所以在統(tǒng)計(jì)日齡時(shí)應(yīng)注意區(qū)分亞日輪。有學(xué)者認(rèn)為，產(chǎn)卵和交配等自身生理變化、溫度變化和臺風(fēng)等外界環(huán)境的刺激均會生成標(biāo)記輪[22-23]，故標(biāo)記輪的形成可能與鳶烏賊所經(jīng)歷的生活史事件有關(guān)[3,9]。本研究還發(fā)現(xiàn)，西北印度洋鳶烏賊上角質(zhì)顎喙部截面中不僅存在生長紋，還存在著更細(xì)密的紋狀結(jié)構(gòu)，可能與角質(zhì)顎生長過程中不同方向的沉積有關(guān)[24]。

3.2 角質(zhì)顎外形參數(shù)與日齡的關(guān)系

本研究中，UCL、ULWL、LCL、LWL 和LLWL 與日齡的生長關(guān)系最適用線性生長模型表示，而UHL 的生長關(guān)系最適用對數(shù)生長模型表示。對比各外形參數(shù)的最適生長方程，發(fā)現(xiàn)上顎生長方程的斜率均大于下顎生長方程的斜率，說明上顎生長速率較快，這和北太平洋東部柔魚角質(zhì)顎的外形生長特性較為相似[25]。本研究表明，所有特征參數(shù)與日齡的生長關(guān)系均不存在性別間顯著差異，這與北太平洋東部柔魚[25]和西南大西洋阿根廷滑柔魚(Illex argentinus)[26]的研究結(jié)果完全相同。本研究的角質(zhì)顎外形特征參數(shù)除UHL 外，其余參數(shù)與日齡的生長均最適用線性生長模型表示，而UHL 則最適用對數(shù)函數(shù)表示，這與其他學(xué)者[4]的研究結(jié)果有一定的差異，這可能與樣本采集方式有關(guān)，本研究的樣本使用燈光罩網(wǎng)漁船進(jìn)行采集，個體大小全面、雌雄樣本比例適中(約為1∶1)，而后者通過魷釣作業(yè)方式采集，小個體偏少、雌雄比例差距也較大，可能會導(dǎo)致研究結(jié)果不同；也可能與樣本屬于不同的孵化群體有關(guān)，后者為春季產(chǎn)卵群，而本研究樣本為秋季孵化群。一些學(xué)者通過研究認(rèn)為，柔魚角質(zhì)顎的其外形特征參數(shù)與日齡的生長均呈指數(shù)生長關(guān)系[25]，西南大西洋阿根廷滑柔魚秋季產(chǎn)卵群體角質(zhì)顎外部形態(tài)呈指數(shù)生長，冬季產(chǎn)卵群則呈線性生長，與本研究結(jié)果也有所差異[26]。相關(guān)研究表明頭足類的生長極易受到海洋環(huán)境的影響，不同的海洋環(huán)境和不同的種類屬性均會導(dǎo)致角質(zhì)顎外形生長的差異[27]，甚至相同種類不同孵化群體角質(zhì)顎外形生長也存在差異[8]，這種差異為利用角質(zhì)顎外部形態(tài)研究頭足類群體劃分和資源評估提供了依據(jù)[25]。

3.3 角質(zhì)顎相對尺寸與日齡的關(guān)系

本研究表明，角質(zhì)顎相對尺寸和日齡的生長關(guān)系均不存在性別間的顯著差異，并隨著日齡的增加，外形特征參數(shù)與胴長的比值呈下降趨勢，且均在121～150 d 后保持平穩(wěn)。這可能是與該海域鳶烏賊自身的生長特性有關(guān)，即仔稚魚期間，鳶烏賊個體的生長率較大，進(jìn)入亞成魚期后開始下降[28]，說明樣本群體的亞成魚階段為121～150 d。對比相同日齡段上下顎的外形參數(shù)與胴長比值發(fā)現(xiàn)，上顎均大于下顎，且上顎脊突長較下顎生長快，符合鳶烏賊角質(zhì)顎的外形生長特性[29]。對比相對尺寸，發(fā)現(xiàn)上顎脊突長與胴長的比值相對較大，說明在水平方向上，脊突生長快速增長，以便為捕食咬合時(shí)提供強(qiáng)大的力量支撐點(diǎn)。下顎側(cè)壁長與胴長的比值相對較大，說明下顎側(cè)重于側(cè)壁長的生長，以便快速撕裂食物[30]，這與梁佳偉等[31]的研究結(jié)果相一致。研究還發(fā)現(xiàn)，盡管相對尺寸隨著日齡的增加存在小幅度波動，但從整體來看，比值基本保持在一個定值，表明鳶烏賊的生長過程中，角質(zhì)顎各區(qū)域增長相對穩(wěn)定，基本形態(tài)無明顯變化，這與陳子越等[32]的研究結(jié)果保持一致，說明在不同海域，鳶烏賊角質(zhì)顎生長有一定的規(guī)律性，也為利用其進(jìn)行種群鑒定和資源評估提供了一定的科學(xué)支撐。

3.4 生長率

本研究顯示，西北印度洋鳶烏賊角質(zhì)顎的UCL、UHL、LLWL 和LWL 的生長率呈先增加后減少的趨勢，且均在181～240 d 處達(dá)到最大值，這與北太平洋西部柔魚[25]和西南大西洋阿根廷滑柔魚[26]生長率變化規(guī)律相似，即在生命開始階段，角質(zhì)顎生長較為迅速，在性成熟階段達(dá)到最大值，之后隨著日齡的增加生長率逐漸變小。對于短生命周期的柔魚類，在生命初期生長較快，性成熟后生長速率逐漸減慢[33]，故181～240 d 可能是西北印度洋鳶烏賊的性成熟日齡段。ULWL、LCL 的生長率呈波動趨勢，這與北太平洋西部柔魚[34]和西南大西洋阿根廷滑柔魚[27]生長率變化趨勢不完全相同，這可能與其本身的生長特性有關(guān)。研究表明，即使處于相同生命階段但不同棲息海域的鳶烏賊，其角質(zhì)顎外形參數(shù)生長率也不完全相同，可能因?yàn)閬啛釒ШＳ虻念^足類生長率極易受到食物組成、孵化季節(jié)和水溫等因素的影響[34-35]。不同頭足類角質(zhì)顎生長率不同，為后續(xù)利用角質(zhì)顎生長率的差異性進(jìn)行種群鑒定提供了科學(xué)依據(jù)。

（作者聲明本文無實(shí)際或潛在的利益沖突）