基于耳石微結(jié)構(gòu)的黃、渤海藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚日齡與生長

朱慶環(huán)，田永軍*，張弛，葉振江，徐賓鐸

( 1.中國海洋大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，山東 青島 266003)

1 引言

藍(lán)點(diǎn)馬鮫（Scomberomorus niphonius）隸屬鱸形目（Perciformes）鯖科（Scombridae），棲息于近海中上層[1]，是黃渤海重要的大型經(jīng)濟(jì)魚類[2]。藍(lán)點(diǎn)馬鮫孵化后個體在產(chǎn)卵場附近水域索餌，進(jìn)行育幼生長[3]。藍(lán)點(diǎn)馬鮫當(dāng)年幼魚即可作為補(bǔ)充群體加入到捕撈群體中，占藍(lán)點(diǎn)馬鮫秋汛漁獲物的90%以上[2]。

研究魚類生長規(guī)律，是資源動態(tài)評估和漁業(yè)管理的基礎(chǔ)[4–5]，幼魚的存活和生長很大程度上決定了補(bǔ)充強(qiáng)度，進(jìn)而影響世代強(qiáng)度和豐度[6–8]。過去對于藍(lán)點(diǎn)馬鮫生長的研究集中于仔稚魚[9–10]或成魚階段[11]，而對藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚生長的研究較少。邱盛堯等[12]根據(jù)1963 年至1991 年收集的樣本生物學(xué)信息，分析了黃、渤海藍(lán)點(diǎn)馬鮫當(dāng)年幼魚的Von Bertalanffy 生長方程及其生長參數(shù)的年代際波動，并提出其生長加快的趨勢。近年來隨著氣候變化、捕撈作業(yè)方式和捕撈管理策略的改變，藍(lán)點(diǎn)馬鮫年齡結(jié)構(gòu)、生長和繁殖生物學(xué)特性發(fā)生了變化，小型化和低齡化趨勢不斷加劇[2,13]，為了解藍(lán)點(diǎn)馬鮫補(bǔ)充群體現(xiàn)狀，有必要對其年齡和生長等基礎(chǔ)生物學(xué)進(jìn)行深入的研究。

通過耳石微結(jié)構(gòu)可以推算魚類的孵化日期，基于體長和日齡的關(guān)系可以建立起魚類的生長模型。耳石微結(jié)構(gòu)分析越來越多的用于仔稚魚及幼魚的日齡鑒定、孵化期推算和生長特性的研究[14–18]。本文利用2016 年和2017 年在黃、渤海近海采集的藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚樣本，通過耳石微結(jié)構(gòu)分析，推算藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚的日齡和孵化日期，建立生長方程，進(jìn)而研究其生長規(guī)律，以期為研究藍(lán)點(diǎn)馬鮫生物學(xué)及補(bǔ)充群體的保護(hù)和管理提供參考。

2 材料與方法

2.1 樣本采集和處理

本研究于2016 年9?10 月和2017 年8?10 月在萊州、威海、青島、呂四近海從商業(yè)刺網(wǎng)及拖網(wǎng)調(diào)查的漁獲物中獲取藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚（young-of-the-year，YOY）。其中萊州樣本來自海區(qū)37.0°～38.5°N，119°～1 2 1°E；威海樣本來自海區(qū)3 6.5°～3 8.0°N，121.5°～123.0°E；青島樣本來自海區(qū)35.5°～37.0°N，119.5°～121.5°E；呂四樣本來自海區(qū)32°～34°N，120.5°～122.5°E（圖1）。樣本冰凍保存后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

在實(shí)驗(yàn)室將藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚樣本解凍，參照《海洋調(diào)查規(guī)范.海洋生物調(diào)查》（GB/T 12763.6?2007）進(jìn)行生物學(xué)測定，包括叉長（Fork Length，F(xiàn)L）、體質(zhì)量（Body Weight，BW）、攝食強(qiáng)度及性腺成熟度等。叉長和體質(zhì)量的測定分別精確到1 mm 和0.1 g。

2.2 研究方法

2.2.1 耳石處理

摘取矢耳石清潔干燥，置于2 mL 離心管保存，選取右耳石，使用調(diào)配好的樹脂于圓筒形模具中進(jìn)行包埋。待硬化后，沿著經(jīng)過耳石原基的橫截面方向進(jìn)行切割，獲得厚度為800 μm 的橫截面切片，使用熱熔膠將其固定于載玻片。依次利用400 目、800 目和1 200目的防水砂紙研磨，直至耳石原基可見，利用0.3 μm氧化鋁水絨布拋光。切片進(jìn)行雙面研磨和拋光，以獲得清晰的耳石微結(jié)構(gòu)。

2.2.2 日齡和孵化日期

藍(lán)點(diǎn)馬鮫耳石輪紋形成的日周期性和第1 日輪（初次攝食標(biāo)記輪）形成的時間已經(jīng)得到確認(rèn)[19–20]，本實(shí)驗(yàn)將第1 日輪形成時間定為第5 日齡，藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚日齡以耳石日輪數(shù)加4 計算，孵化日期則由捕撈日期減去日齡確定。本實(shí)驗(yàn)將第 1 日輪形成時間定為第 5 日齡，藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚日齡(Daily age, D)以耳石日輪數(shù)加 4 計算，孵化日期則由捕撈日期減去日齡確定。

2.2.3 生長輪紋讀取

在Olympus BX53 顯微鏡（物鏡×20，目鏡×10）下采用透射光觀察耳石切片，調(diào)整焦距和亮度，使用CCD 拍攝耳石橫截面的全景圖像。利用ImageJ 軟件分析耳石橫截面微結(jié)構(gòu)圖像，沿著腹側(cè)日輪最清晰的生長軸從第1 日輪到近端面邊緣進(jìn)行計數(shù)，部分不清晰的生長輪紋數(shù)由鄰近區(qū)域的生長輪紋數(shù)推算。每一樣本由同一觀察者進(jìn)行3 次獨(dú)立計數(shù)[21]，時間間隔至少1 個月，若幾次計數(shù)的結(jié)果誤差在10%以內(nèi)則取其平均值，否則樣本被摒棄。

2.2.4 環(huán)境數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)NOAA AVHRR 資料，建立萊州、威海、青島和呂四近海（圖1）2016 年和2017 年的日平均海水表面溫度數(shù)據(jù)集，獲取藍(lán)點(diǎn)馬鮫孵化期的平均海水表面溫度。

2.3 統(tǒng)計分析

2.3.1 生長模型

本文采用以下幾種備選生長模型擬合藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚的生長：

線性生長模型：

式中，Yt為叉長（或體質(zhì)量），單位為mm（或g）；t 為日齡，單位為d；k 為相對生長速率的參數(shù)；Y∞表示漸近叉長（或體質(zhì)量）；t0表示魚類叉長（或體質(zhì)量）為0 時的理論日齡；a、b、h、g 為常數(shù)。

圖 1 藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚的采樣位置示意圖Fig. 1 Sampling locations of YOY Scomberomorus niphonius

應(yīng)用相關(guān)指數(shù)（即擬合度，R2）和赤池信息準(zhǔn)則（Akaike Information Criterion，AIC）選擇最適模型，R2越大、AIC 值越小表示模型的擬合效果越好。AIC值計算公式為式中，n 為樣本數(shù)；RSS 為殘差平方和；k 為模型中參數(shù)個數(shù)。

2.3.2 生長率

采用絕對生長率（Absolute Growth Rate，AGR）和特定生長率（Specific Growth Rate，SGR）[22–25]來分析藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚的生長，其計算方程分別為式中，Y2為t2時叉長（或體質(zhì)量）；Y1為t1時叉長（或體質(zhì)量）；SGR 代表每日生長率百分比, SGR 單位為%/d；AGR單位為mm/d 或g/d。本研究采用的時間間隔為10 d。

2.3.3 數(shù)據(jù)分析

采用相關(guān)分析檢驗(yàn)叉長（體質(zhì)量）與日齡之間的關(guān)系，顯著性水平P=0.01。數(shù)據(jù)采用Excel2016 軟件進(jìn)行分析，生長模型和生長率用OriginPro9.0 進(jìn)行分析。

3 結(jié)果

3.1 耳石微結(jié)構(gòu)

矢耳石橫截面中心為一暗色的耳石原基，所有耳石均只有一個原基，自第一日輪開始的明暗相間的環(huán)紋即為日生長輪，暗帶的形成定義為日輪沉積的標(biāo)志。從原基到耳石邊緣依次為核心區(qū)、不透明區(qū)和透明區(qū)。核心區(qū)內(nèi)日輪由圓形逐漸變?yōu)闄E圓形，輪紋間距逐漸增大；不透明區(qū)顏色較暗，生長輪相對較寬；透明區(qū)主要沿背腹軸和內(nèi)側(cè)面方向繼續(xù)沉積，日輪相對較窄，寬度多變（圖2）。

3.2 日齡和孵化日期

實(shí)驗(yàn)獲得了215 尾藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚的耳石日齡數(shù)據(jù)，日齡范圍為64～151 d，平均日齡為（98.0±23.1）d，優(yōu)勢日齡組為71～90 d，占總體的55%，日齡最小的為64 d，叉長197 mm，體質(zhì)量63.0 g，最大的151 d，叉長452 mm，體質(zhì)量706.1 g（表1，表2）。推定的孵化日期為2016 年5 月8 日至6 月15 日以及2017 年5月3 日至6 月10 日。兩年的平均孵化高峰期為5 月20 日至6 月3 日，平均孵化日期在4 個采樣區(qū)域間呈由南向北依次推遲趨勢（表1）。平均孵化期顯示出2017 年早于2016 年（P＜0.01），孵化時海水表面溫度平均為17.3℃，兩年間沒有顯著差異（P＞0.05，圖3）。

3.3 生長模型

相關(guān)分析表明，叉長與日齡存在顯著相關(guān)性（r=0.893，P＜0.01）。對比備選生長模型（表3），Logistic 生長模型的AIC 值最小且R2最大，叉長與日齡的關(guān)系符合Logistic 生長模型（圖4），漸近叉長FL∞為439.7 mm，其關(guān)系式為

圖 2 藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚矢耳石橫截面微結(jié)構(gòu)（紅線表示日輪計數(shù)軸）Fig. 2 Microstructure of transverse section of sagittal otolith from YOY Scomberomorus niphonius (red line indicates the counting axis)

圖 3 黃、渤海藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚孵化日期頻率分布直方圖及其對應(yīng)的海水表面溫度變化曲線Fig. 3 Frequency distribution histogram of calculated hatching date of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea and its corresponding change carve of sea surface temperature

表 1 各采樣區(qū)域藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚的叉長、體質(zhì)量、日齡和孵化日期Table 1 Fork length, body weight, daily age and calculated hatching date of YOY Scomberomorus niphonius in each sampling region

表 2 黃、渤海藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚日齡組成Table 2 Age composition of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

相關(guān)分析表明，體質(zhì)量與日齡存在極顯著相關(guān)性（r=0.856，P＜0.01）。研究發(fā)現(xiàn)（表4），Logistic 生長模型的AIC 最小且R2最大，體質(zhì)量與日齡的關(guān)系符合Logistic 生長模型（圖5），漸近體質(zhì)量BW∞為506.6 g，其關(guān)系式為

3.4 生長率

叉長平均絕對生長率和特定生長率分別為2.45 mm/d和0.85 %/d，最大絕對生長率（5.20 mm/d）和最大特定生長率（1.89 %/d）出現(xiàn)在91～100 d，整體來看，絕對生長率和特定生長率隨著日齡增大微弱減小，但變化不明顯。體質(zhì)量平均絕對生長率和特定生長率別為5.33 g/d 和2.68 %/d，最大絕對生長率（16.56 g/d）和最大特定生長率（6.22 %/d）分別出現(xiàn)在111～120 d 和91～100 d，整體上，絕對生長率隨日齡增大先增大后減小，特定生長率隨著日齡增大而減小（圖6，圖7）。

4 分析與討論

圖 4 黃、渤海藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚叉長與日齡的關(guān)系Fig. 4 The relationship of FL and daily age of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

表 3 黃、渤海藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚叉長生長模型的參數(shù)與AIC 的比較Table 3 The comparison of R2 and AIC of FL growth of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

表 4 黃、渤海藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚體質(zhì)量生長模型的參數(shù)與AIC 的比較Table 4 The comparison of R2 and AIC of BW growth model of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

耳石的形態(tài)變化和魚體形態(tài)發(fā)育特征存在對應(yīng)關(guān)系，劉志遠(yuǎn)等[26]根據(jù)大黃魚（Larimichthys crocea）仔稚魚不同發(fā)育階段矢耳石形態(tài)發(fā)育和微結(jié)構(gòu)特征，反演了大黃魚早期生活史階段的生長發(fā)育特征。藍(lán)點(diǎn)馬鮫卵黃囊期、前彎曲期的矢耳石形態(tài)最初近似圓形，隨后前后方向拉伸逐漸變?yōu)闄E圓形，幼魚和成魚耳石形狀相對固定。對于較高日齡的幼魚，耳石橫向的或斜向的截面最適合顯示矢狀耳石的生長模型[27–28]。耳石和魚體生長具有一定的協(xié)同性[29–30]，日輪寬度通常可以用作生長的代表，反映個體生長史[31]。從核心至耳石邊緣，藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚耳石日輪呈現(xiàn)出先增寬后變窄的趨勢。

產(chǎn)卵期和孵化期的遲早主要是以水溫為轉(zhuǎn)移[32–33]，導(dǎo)致了物候現(xiàn)象的緯度差異和年際波動，4 個區(qū)域的藍(lán)點(diǎn)馬鮫產(chǎn)卵期的差異反映了各地春季海水升溫的遲早。兩個年份之間進(jìn)行比較，2017 年春季升溫較快，平均孵化時間較2016 年提前約1 周。本研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)馬鮫的平均孵化時間對應(yīng)的海水表面溫度為17.3℃，這與姜屹倩等[34]報道的藍(lán)點(diǎn)馬鮫胚胎發(fā)育的最適水溫范圍（15～21℃）相吻合。藍(lán)點(diǎn)馬鮫的產(chǎn)卵和孵化與其餌料生物有著密切聯(lián)系。藍(lán)點(diǎn)馬鮫魚卵仔稚魚階段的死亡率極高（一般超過95%），快速的生長有利于縮短仔稚魚階段的持續(xù)時間[10,20,35]。日本鳀（Engraulis japonicus）、斑鰶（Konosirus punctatus）等鯡形目（Clupeiformes）魚類在5 月中、下旬進(jìn)入產(chǎn)卵期，為藍(lán)點(diǎn)馬鮫仔稚魚提供了餌料生物環(huán)境[9,33,36]。本文通過耳石日輪計數(shù)推定藍(lán)點(diǎn)馬鮫孵化高峰期為5 月下旬至6 月初，該時間適宜的溫度和豐富的食物條件有利于藍(lán)點(diǎn)馬鮫仔稚魚的積極覓食和快速生長，利于提高存活率[37]。

藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚的生長受餌料、溫度、光照、鹽度、溶解氧等方面的影響，不同地理區(qū)域、性別、生長發(fā)育階段所適合的生長方程也有差異。在本文所研究的4 個海區(qū)，藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚的生長模式呈現(xiàn)出一定的差異，以所有樣本的平均生長曲線為基準(zhǔn)，呂四近海的幼魚生長較慢，在60～100 日齡區(qū)間，青島近海的幼魚個體生長較慢，120 日齡后，個體生長高于平均生長（圖4，圖5）。不同海域間藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚生長的差異可能是由食物條件的差異引起的。北黃海和渤海比南黃海具有更高的磷酸鹽濃度[38]，夏季山東半島南岸近海初級生產(chǎn)力高于黃海南部近海海域[39]。因此相較于呂泗海域，山東近海的3 個采樣地浮游動植物餌料條件更加優(yōu)越，通過食物鏈和食物網(wǎng)作用于藍(lán)點(diǎn)馬鮫魚的生長。本研究中藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚性腺成熟度均為Ⅰ期，不能分辨雌雄。在幼魚階段，隨著日齡增大，藍(lán)點(diǎn)馬鮫魚的叉長生長減慢，體質(zhì)量的主要生長期在120 日齡前（圖5 至圖7）。

一般在擬合魚類早期生長時，Gompertz 模型使用較多，宋超[10]發(fā)現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)馬鮫仔稚魚叉長和日齡比較符合指數(shù)模型或Gompertz 模型?；谒{(lán)點(diǎn)馬鮫叉長?體質(zhì)量的勻速生長，牟秀霞等[13]采用Von Bertalanffy 模型描述成魚的生長規(guī)律。本研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚叉長和體質(zhì)量均適合Logistic 生長模型。Logistic 模型不僅適用于魚類整個生命周期的生長，而且能夠描述對應(yīng)于季節(jié)性溫度變化的階段性生長，尤其適用于描述魚類體質(zhì)量的“S 型”（圖4）生長特征[24]。

圖 5 黃、渤海藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚體質(zhì)量與日齡的關(guān)系Fig. 5 The relationship of BW and daily age of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

圖 6 黃、渤海藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚叉長及體質(zhì)量的絕對生長率Fig. 6 AGR of FL and BW of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

圖 7 黃、渤海藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚叉長及體質(zhì)量的特定生長率Fig. 7 SGR of FL and BW of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

邱盛堯等[40]將藍(lán)點(diǎn)馬鮫資源開發(fā)利用劃分為4 個階段，即原始階段（1962 年以前）、發(fā)展階段（1962–1976 年）、充分利用階段（1977–1989 年）和過度利用階段（1990 年以后），這4 個階段對應(yīng)的藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚生長至9 月下旬時平均叉長分別為169 mm、174 mm、322 mm 和362 mm。本研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚9 月下旬時平均叉長可達(dá)400 mm，早期生長較以往進(jìn)一步加快。據(jù)報道野生藍(lán)點(diǎn)馬鮫初孵仔魚培育20～25 d就能得到全長50 mm 以上的藍(lán)點(diǎn)馬鮫魚苗[41]，表現(xiàn)出巨大的生長潛力。在本研究所取的幼魚階段（2～5月齡），藍(lán)點(diǎn)馬鮫叉長日平均絕對生長率為2.45 mm/d，比大多數(shù)野生海洋魚類生長更快。在日齡為131～140 d發(fā)現(xiàn)了叉長和體質(zhì)量的負(fù)增長，可能是采樣地的差異造成的，該日齡組的藍(lán)點(diǎn)馬鮫幼魚樣本大多數(shù)（89%）來自呂四近海（圖4，圖5）。

捕撈強(qiáng)度的增加和競爭種（其他高營養(yǎng)級捕食者）的資源衰退，促進(jìn)了藍(lán)點(diǎn)馬鮫生長的加快[12]。全球變暖背景下，溫度升高也有利于藍(lán)點(diǎn)馬鮫早期生長加快[10,42]，這也可能是幼魚生長速率發(fā)生年代際變化的原因[43–44]。捕撈進(jìn)化、氣候環(huán)境變化的影響以及個體發(fā)育特征，可能是今后深入研究藍(lán)點(diǎn)馬鮫生長需要進(jìn)一步探討的重要因素。