西藏雙須葉須魚早期發(fā)育特征

劉海平 劉孟君 牟振波 劉艷超, 次仁羅杰 劉書蘊(yùn) 劉樂樂 饒昌偉

(1. 西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院, 水產(chǎn)科學(xué)研究所, 拉薩 850002; 2. 西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院, 畜牧獸醫(yī)研究所, 拉薩 850000; 3. 西藏農(nóng)牧學(xué)院, 林芝 860000; 4. 西藏自治區(qū)山南市扎囊縣阿扎鄉(xiāng), 山南 856000; 5. 西藏自治區(qū)拉薩市林周縣唐古鄉(xiāng), 拉薩 850000;6. 西藏自治區(qū)農(nóng)牧廳畜牧總站, 拉薩 850000; 7. 西藏自治區(qū)拉薩市林周縣旁多鄉(xiāng), 拉薩 850000)

近幾十年來, 隨著西藏經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展,西藏魚類資源也面臨著國內(nèi)其他水域漁業(yè)發(fā)展所出現(xiàn)的一些共性問題, 如部分流域過度捕撈[1,2—5]、水利設(shè)施建設(shè)導(dǎo)致的大壩阻隔、棲息地喪失、生境片段化等[6]。而且由于西藏特殊的地理位置和社會經(jīng)濟(jì)特點(diǎn), 它還面臨著更為嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題和挑戰(zhàn), 如外來物種入侵[7—9]、全球氣候變化[10]等,加之高原生態(tài)環(huán)境脆弱、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)力低下[11]以及魚類生長緩慢、早期資源發(fā)育周期較長[12]、對生境高度適應(yīng)和依賴等特點(diǎn)[2—5], 西藏水生生態(tài)更容易受到外界的影響。雙須葉須魚處于這種生存環(huán)境中, 本身的種群結(jié)構(gòu)是不容樂觀的, 對于這種生態(tài)系統(tǒng)的擾動, 都將造成魚類資源的不同程度上的破壞, 恢復(fù)過程都將是十分緩慢的,甚至無法恢復(fù)[11]。雙須葉須魚(Ptychobarbus dipo-gonRegan), 隸屬裂腹魚亞科, 葉須魚屬, 為雅魯藏布江中游的特有魚類[1]。2016年雙須葉須魚列入中國脊椎動物紅色名錄[13]。因此, 必須加快推動雙須葉須魚的養(yǎng)護(hù)工作[14]。目前, 有關(guān)雙須葉須魚的研究報(bào)道, 見于漁業(yè)資源調(diào)查[15]、營養(yǎng)價(jià)值評定[16]、攝食器官與食性[17]、繁殖策略[18]、染色體多樣性[19]、性腺發(fā)育[20]、年齡和生長及死亡率的關(guān)系[21]、年齡鑒定[22]、染色體數(shù)目[23]、體長體重關(guān)系[24,25]、線粒體序列[26]等。

魚類的早期發(fā)育研究, 一方面為魚類的繁殖生物學(xué), 魚類資源保護(hù)與利用提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。另一方面, 魚類早期發(fā)育研究為魚類的規(guī)?；a(chǎn)提供技術(shù)支持。魚類的受精卵在不同的發(fā)育時(shí)期對外界環(huán)境的反應(yīng)也不一樣, 在生產(chǎn)實(shí)踐過程中, 應(yīng)該密切關(guān)注外界環(huán)境, 規(guī)避風(fēng)險(xiǎn), 減少損失。陳禮強(qiáng)等[27]指出細(xì)鱗裂腹魚的早期發(fā)育過程, 原腸期對外界環(huán)境變化最為敏感。在原腸期, 由于細(xì)胞的分裂迅速和流動量大, 代謝旺盛, 耗氧多, 對環(huán)境要求高, 處在這個時(shí)期的胚胎如果遇到水溫突變等異常情況都可能導(dǎo)致細(xì)胞重排時(shí)間和空間程序的混亂, 容易造成胚胎的死亡或器官出現(xiàn)畸形[28]。關(guān)于裂腹魚類的早期發(fā)育研究, 主要有： 四川裂腹魚(Schizothorax kozlovi)[29]、青海湖裸鯉(Gymnocypis przewalskii)[30]、松潘裸鯉(Gymnocypris potanini)[31]、齊口裂腹魚(Schizothorax prenanti)[32]、小裂腹魚(Schizothorax parvus)[33]、新疆扁吻魚(Aspiorhynchus laticeps)[34,35]、塔里木裂腹魚(Schizothorax(Racoma)biddulphi)[36]、寶興裸裂尻魚(Schizopygopsis malacanthus baoxingensis)[37]、昆明裂腹魚(Schizothorax grahami)[38]、細(xì)鱗裂腹魚(Schizothorax chongi)[27]、黃河裸裂尻魚(Schizopygopsis pylzovi)[39,40]、伊犁裂腹魚(Schizothorax pseudaksaiensis)[41], 異齒裂腹魚(Schizothorax o’connori)[42]、尖裸鯉(Oxygymnocypris stewartii)[43]、光唇裂腹魚(Schizothorax lissolabiatus)[44]、厚唇裸重唇魚(Gymnodiptychus pachycheilus)[45]、祁連山裸鯉(Gymnocypris chilianensis)[46]、短須裂腹魚(Schizothorax wangchiachii)[47—49]等。未見雙須葉須魚早期發(fā)育的研究報(bào)道。因此, 開展雙須葉須魚胚胎和仔魚發(fā)育的時(shí)序與特點(diǎn)研究就顯得尤為重要, 進(jìn)而為雙須葉須魚的人工繁育技術(shù)、資源保護(hù)和增殖提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 雙須葉須魚親魚獲取及孵化

2014年2月, 將采自位于拉薩市墨竹工卡縣扎雪鄉(xiāng)拉薩河段的雙須葉須魚親魚運(yùn)至西藏農(nóng)牧學(xué)院藏魚繁育基地。其中, 雌性1尾(體重599.5 g, 體長374 mm), 雄性1尾(體重327 g, 體長310 mm)。通過干法人工授精, 自然產(chǎn)卵, 得到3314粒受精卵。平均分為3組, 將受精卵移入孵化框(55 cm×33 cm×9 cm), 孵化框置于塑料缸(85 cm×65 cm×75 cm) 中,采用上海海圣控溫養(yǎng)殖系統(tǒng)控制水溫在10℃左右,溶解氧8 mg/L以上。用吸管及時(shí)剔除死卵, 死魚苗。

1.2 雙須葉須魚的早期發(fā)育觀察

使用Nikon SMZ1500體式顯微鏡(生產(chǎn)商： 日本尼康株式會社)進(jìn)行觀察, ScopePhoto 3.0圖像測量軟件進(jìn)行測量、Adobe Photoshop CS6軟件處理圖片?？紤]到各發(fā)育期的時(shí)間存在個體差異, 將半數(shù)以上個體出現(xiàn)新的特征作為發(fā)育時(shí)期的劃分標(biāo)準(zhǔn),依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)對雙須葉須魚的胚胎發(fā)育過程進(jìn)行判別[29, 43]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Matlab 2011軟件的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類算法(Self Organizing Maps, SOM)對已有的裂腹魚亞科和鲃亞科魚類的相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集[29—55], 如卵徑、初孵仔魚長度、吸水卵徑、卵周隙、總積溫等, 進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果

2.1 雙須葉須魚的胚胎發(fā)育過程

雙須葉須魚各階段胚胎發(fā)育特征見表 1和圖版Ⅰ。

2.2 雙須葉須魚仔稚魚發(fā)育過程

雙須葉須魚仔稚魚各發(fā)育時(shí)期的發(fā)育特征見表 2和圖版Ⅱ。

3 討論

Hora[56]指出, 裂腹魚亞科起源于鲃亞科, 喜馬拉雅山北面的魚類區(qū)系, 可能是在一個較早的時(shí)期,由具有共同的性狀的祖先分化而來的。據(jù)曹文宣等[57]對骨骼的比較研究, 裂腹魚類與鲃亞科中一些原始的屬, 如四須鲃屬、突吻魚屬和鲃屬等的顱骨結(jié)構(gòu)非常相似。這進(jìn)一步證實(shí)了, 裂腹魚類的祖先,是近似于鲃亞科中原始屬的種類。裂腹魚亞科和鲃亞科魚類在生態(tài)上的區(qū)別, 正如它們目前的分布區(qū)域的自然條件所顯示, 前者是適應(yīng)寒冷的氣候,后者是適應(yīng)于溫暖的氣候(表 3)。但是, 在氣候比較寒冷的青藏高原地區(qū)在晚第三紀(jì)分布有鲃亞科魚類, 這說明, 裂腹魚類的出現(xiàn)和發(fā)展, 是與青藏高原的急劇隆起, 及隨之發(fā)生的自然條件的顯著改變息息相關(guān)的[57]。

因此, 通過對24種裂腹魚類和3種鲃亞科魚類的5種早期發(fā)育特征參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類分析(圖 1),發(fā)現(xiàn)鲃亞科魚類(3種魚類)與之演化較為接近的裂腹魚亞科魚類(裂腹魚屬, 扁吻魚屬)聚為F1、F2兩類(不包括裸鯉屬魚類), 此類群較其他裂腹魚亞科魚類早期發(fā)育具有如下特點(diǎn)： 卵徑較小(2 mm左右)、初孵仔魚長度較短(8 mm左右), 吸水后卵徑小(3 mm左右), 卵周隙較大(＞1 mm), 總積溫較少(2000h·℃左右)。卵徑大小對魚的早期發(fā)育和存活具有重要的生物學(xué)意義[54], 同一個物種, 小卵死亡率更高, 而大卵具備更高的生存潛力[55]。裂腹魚類卵徑的變化和演化, 是對分布區(qū)域自然環(huán)境的不斷適應(yīng)。卵徑比較小的裂腹魚類, 其分布海拔較低,以部分裂腹魚屬魚類為例, 主要分布在海拔1250—2500 m之內(nèi)[57], 海拔低, 氣候較為溫和, 適合卵徑較小的裂腹魚類的發(fā)育, 能夠保證物種的延續(xù)。而卵徑比較大的裂腹魚類, 其分布海拔較高,以裸裂尻屬魚類和裸鯉屬魚類為例, 主要分布海拔在3750—4750 m內(nèi)[57], 海拔高, 氣候較為惡劣, 大的卵徑, 可以提供較多卵黃等營養(yǎng)物質(zhì), 從而保證物種的延續(xù)。另外一個佐證就是, 卵徑最大的一個類別的魚類(F3), 與其他3個類別存在顯著差異(P＜0.05), 其初孵仔魚長度不是最大, 卻小于卵徑次之的F4的裂腹魚類(表 4), 可以推斷, 為了適應(yīng)高海拔的惡劣環(huán)境, 卵黃一部分作為內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行消化, 另外一部分則用于適應(yīng)環(huán)境的能量消耗。同時(shí), 卵徑究竟與早期發(fā)育哪些關(guān)鍵參數(shù)存在關(guān)系？發(fā)現(xiàn)與總積溫對數(shù)值存在線性相關(guān), 也就是說卵徑越大, 總積溫越大(圖 2), 可以推斷, 卵徑大的裂腹魚類, 其自然分布水域的溫度較低, 相關(guān)數(shù)據(jù)有待進(jìn)一步搜集。

表 1 雙須葉須魚胚胎發(fā)育特征描述Tab. 1 The embryonic development features of Ptychobarbus dipogon

續(xù)表 1

在一定溫度范圍內(nèi), 水溫升高可以加快胚胎的發(fā)育速度; 相反, 水溫降低會減緩胚胎發(fā)育速度, 超過溫度范圍可能引起胚胎發(fā)育停滯、畸形或死亡[35,58,59]。通常在一定的溫度范圍內(nèi), 溫度越高,發(fā)育越快, 但并非總是呈線性增加[43]。因此, 在不影響胚胎正常發(fā)育的前提下, 提高孵化的溫度, 這對于提高生產(chǎn)效率、降低管理成本和風(fēng)險(xiǎn)、減少疾病感染的機(jī)會有著積極的意義[32]。新疆扁吻魚在適宜溫度范圍下, 高溫(18—21℃)較常溫(13—19℃)不僅胚胎發(fā)育快(發(fā)育速度4倍有余), 而且孵化率高[35]。祁連山裸鯉孵化率隨水溫升高呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢, 畸形率隨水溫的升高呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢[46]。松潘裸鯉的孵化和幼魚飼養(yǎng)水溫不宜超過23℃[31], 而齊口裂腹魚的孵化水溫可高達(dá)24℃而不出現(xiàn)異常和畸形[32]。細(xì)鱗裂腹魚在水10.4—22.8℃的條件下能夠正常發(fā)育[27]。伊犁裂腹魚自然產(chǎn)卵孵化水溫在 18—22℃ 左右,平均為20℃[41]。

雙須葉須魚卵徑在已報(bào)道裂腹魚類卵徑最大,其分布水域海拔從2900 m (林芝縣)到4700 m (薩嘎縣)均有分布, 我們的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示, 在水溫高于15℃的水域, 就沒有該魚類的分布, 這也是我們控制繁殖水溫在10℃的原因所在。

Lake[60]和Matsuura[61]認(rèn)為在一些魚類受精卵吸水膨脹后有較大的卵周隙, 可以更好地抗擊外界環(huán)境的沖擊, 提高受精卵的成活率。而卵周隙大小,直接決定卵的性質(zhì), 沉性卵或者漂浮性卵。我們統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn), 雖然第二類別和第三類別的卵周隙較第一類別和第四類別大, 存在顯著差異(P＜0.05), 但是裂腹魚亞科魚類和鲃亞科魚類的卵周隙未超過2.0 mm,而四大家魚卵周隙均超過了2.0 mm。這也從另外一個角度說明, 裂腹魚類屬沉性卵, 而四大家魚則

屬于漂浮性卵。裂腹魚亞科魚類區(qū)別于鲃亞科的主要形態(tài)差異在于肛門和臀鰭基部的兩側(cè)各具有一列變形的大鱗片, 稱為臀鱗, 其產(chǎn)生與裂腹魚類適應(yīng)流水環(huán)境繁殖習(xí)性有關(guān)[57]。裂腹魚類產(chǎn)卵前,雄魚通過尾部的擺動, 以臀鰭和尾鰭在河底掘出小坑, 產(chǎn)出的沉性卵粒便聚集在小坑內(nèi)進(jìn)行胚胎發(fā)育,從而避免了被水流沖到河流下游的不適宜環(huán)境中去[57]。除裸鯉屬魚類外, 大部分裂腹魚類產(chǎn)卵集中在3—5月份, 如實(shí)驗(yàn)對象雙須葉須魚產(chǎn)卵集中在3月中下旬, 其水域在這個時(shí)期恰逢枯水期, 水體較為溫和, 相對于底質(zhì)平坦的淺水灘而言, 沉積在小坑或者鵝卵石縫隙里的裂腹魚類受精卵在較為穩(wěn)定水體中發(fā)育, 減少了魚卵被水沖涮和減弱了光線的照射強(qiáng)度。而四大家魚繁殖期正值漲水季節(jié), 受水流的沖擊, 卵周隙大對于卵的保護(hù)起著至關(guān)重要的作用。

表 2 雙須葉須仔稚魚發(fā)育特征描述Tab. 2 The larvae and juveniles development features of Ptychobarbus dipogon

表 3 裂腹魚亞科與鲃亞科魚類胚胎發(fā)育比較Tab. 3 Comparison of embryonic development between Schizothoracinae fish and Barbinae fishes

圖 1 裂腹魚亞科與鲃亞科魚類胚胎發(fā)育重要參數(shù)SOM聚類Fig. 1 SOM cluster of key parameters of embryonic development about Schizothoracinae fish and Barbinae fishes

表 4 基于SOM聚類出四個類別魚類胚胎發(fā)育特征分析Tab. 4 Characteristics of SOM clusters for four groups fish embryonic development

圖 2 裂腹魚亞科魚類與鲃亞科魚類卵徑和總積溫時(shí)間關(guān)系Fig. 2 The relationship between egg diameter and accumulated temperature about Schizothoracinae fish and Barbinae fishes