中國沿海藍點馬鮫繁殖群體的耳石形態(tài)差異

楊林林，姜亞洲，劉尊雷，林 昱，凌建忠，李圣法

（中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室，上海 200090）

耳石是真骨魚類生長過程中沉淀在內(nèi)耳中的一種鈣質(zhì)硬組織，其形態(tài)特征具有顯著的種間差異和物種特異性［1］。耳石形態(tài)分析可以定量地解釋魚類種間和群體間的差異，是物種鑒定和群體區(qū)分的一種重要工具，在魚類種間和種內(nèi)判別方面具有良好效果［2-4］。耳石形態(tài)學分析方法主要有可量性狀比較法［5］、橢圓傅里葉分析法［6-7］、耳石形態(tài)指標法等［8］。同一物種的不同生態(tài)群體因受到各自生存環(huán)境的脅迫，在生長和發(fā)育方面存在一定差異，進而影響耳石沉積，造成群體耳石形態(tài)的特異性。

藍點馬鮫（Scomberomorus niphonius）屬鱸形目（Perciformes）鯖科（Scombridae）馬鮫屬，是一種暖水性大型中上層經(jīng)濟魚類，廣泛分布于西北太平洋［9］，中國的渤海、黃海和東海是其重要產(chǎn)區(qū)，近年來的年漁獲量超過40萬t［10］。藍點馬鮫具有長距離洄游習性，每年在產(chǎn)卵場、索餌場和越冬場之間做季節(jié)性洄游。每年的4—6月，藍點馬鮫繁殖群體陸續(xù)從越冬場進入河口、港灣、海島周圍等中國沿海的各個產(chǎn)卵場。分節(jié)特征和量度測定的形態(tài)學研究將中國沿海的藍點馬鮫劃分為黃渤海種群和東海種群［11-13］；線粒體DNA和COⅠ序列分析表明東、黃海群體之間沒有明顯的種群遺傳分化［14-15］；而核基因組多樣性數(shù)據(jù)（AFLP）分析則顯示東、黃海群體之間有顯著的地理種群分化［16］。藍點馬鮫經(jīng)濟價值較高，是中國沿海流刺網(wǎng)和拖網(wǎng)作業(yè)的重要捕撈對象?？茖W判定中國沿海各產(chǎn)卵場藍點馬鮫繁殖群體的種群歸屬，實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用，成為當前研究的首要任務(wù)。本研究以2016—2018年4—6月在萊州灣、海州灣、呂四漁場、象山港、沙埕港等中國沿海藍點馬鮫主要產(chǎn)卵場采集的繁殖群體為研究對象，闡述了中國沿海藍點馬鮫繁殖群體耳石形態(tài)的特異性，探討了耳石形態(tài)在中國沿海藍點馬鮫種群判別方面的應(yīng)用，旨在豐富藍點馬鮫的漁業(yè)生物學研究，為中國沿海藍點馬鮫資源的合理利用和科學管理提供理論材料。

1 材料和方法

1.1 樣本獲取

藍點馬鮫樣本于2016—2018年每年的4—6月采集于萊州灣、海州灣、呂四漁場、象山港、沙埕港等產(chǎn)卵場，均為流刺網(wǎng)作業(yè)漁獲。樣本在冰鮮冷藏條件下帶回實驗室內(nèi)進行生物學測定。生物學測定的內(nèi)容包括叉長（fork length，F(xiàn)L，精確到1 mm）、體質(zhì)量（body weight，BW，精確到 1 g）、性腺成熟度等。實驗期間共獲得性腺成熟度Ⅳ期以上的藍點馬鮫性成熟個體322尾，叉長范圍在400～1 450 mm，體質(zhì)量范圍在640～8 220 g。生物學測定后摘取樣本的左、右矢耳石，清洗表面后保存于耳石盒中。共獲得完整的藍點馬鮫性成熟個體矢耳石301對。因藍點馬鮫繁殖群體左、右耳石形態(tài)及雌、雄個體耳石形態(tài)不存在顯著差異［17］，本研究統(tǒng)一采用左耳石，雌、雄樣本合并分析。

1.2 研究方法

1.2.1 耳石形態(tài)學測定

耳石超聲波清洗后在50℃烘箱中干燥12 h，然后置于室內(nèi)冷卻至恒重。耳石在電子天平上進行稱重（精確到1 mg）。因藍點馬鮫耳石屬于曲面非對稱型耳石，耳石圖像采集因角度不同會產(chǎn)生誤差，本研究統(tǒng)一將耳石凸面向上、凹面向下置于解剖鏡（Nikon SMZ800，ACT-2）下拍攝二維輪廓圖形（圖1）。利用Image Pro-plus 6.0軟件分析耳石輪廓圖像，篩選出面積、周長、耳石長、耳石寬、幾何中心最長半徑、幾何中心最短半徑等6個尺寸參數(shù)，結(jié)合耳石質(zhì)量，計算得出環(huán)率、圓度、橢圓率、矩形趨近率、縱橫比、形態(tài)因子、半徑比和面密度等8個形狀指標［18-19］。計算方法同文獻［17］。這8個形狀指標在一定程度上可以消除耳石位置、大小等因素對分析結(jié)果的影響。

圖1 藍點馬鮫矢耳石形態(tài)照片F(xiàn)ig.1 Sagittal otolith of Scomberomorus niphonius

1.2.2 耳石年齡鑒定

在完成耳石二維輪廓采集后，將耳石磨片，置于Nikon SMZ800型顯微鏡下，透射光觀察可見明帶和暗帶相間的年輪。為避免年齡因素對藍點馬鮫耳石形態(tài)的影響，實驗統(tǒng)一選取2齡的性成熟個體，共計242尾。根據(jù)采集海域的不同，將藍點馬鮫樣本分為5個繁殖群體組，分別為渤海的萊州灣組（G1）、黃海的海州灣組（G2）和呂四漁場組（G3）、東海的象山港組（G4）和沙埕港組（G5）。

1.2.3數(shù)據(jù)分析

將耳石形狀指標平方根轉(zhuǎn)化及標準化后計算Bray-Curtis相似性系數(shù)構(gòu)建矩陣，利用非參數(shù)多維標度（NMDS）排序技術(shù)分析藍點馬鮫不同繁殖群體組的耳石形態(tài)特征。脅強系數(shù)（Stress）為NMDS分析結(jié)果的評價標準，當Stress＜0.2時，說明可以用NMDS的二維點圖表示，且有一定的解釋意義［20］。

采用單因子相似性分析（ANOSIM）進行不同繁殖群體組間耳石形態(tài)差異的顯著性檢驗。運用相似性百分比分析方法（SIMPER）分析造成繁殖群體內(nèi)相似性的耳石形態(tài)典型指標以及造成繁殖群體間相異性的耳石形態(tài)分歧指標，計算各形態(tài)指標對不同繁殖群體組內(nèi)相似性和組間相異性的貢獻度。通過逐步判別函數(shù)分析（DFA）方法篩選測量指標后建立判別函數(shù)，計算判別準確率和綜合判別率。

統(tǒng)計分析主要通過SPSS 19、PRIMER 7.0等軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣本組成及耳石形態(tài)指標

實驗期間，獲得的 G1、G2、G3、G4、G5的樣本量分別為 54、46、38、72、32尾，平均叉長分別為（568.8±24.2）mm、（534.8±27.1）mm、（539.5±30.3）mm、（583.2±31.9）mm、（587.1±43.9）mm，平均體質(zhì)量分別為（1 462.3±440.2）g、（1 140.6±409.2）g、（1 268.5±403.4）g、（1 532.6±518.6）g和（1 554.1±566.2）g。5個繁殖群體組耳石形狀指標的均值如表1所示。

2.2 耳石形態(tài)的差異性

ANOSIM分析結(jié)果顯示，5個藍點馬鮫繁殖群體的耳石形態(tài)存在顯著性差異（R＝0.105，P＝0.002）。對繁殖群體進行兩兩比較后發(fā)現(xiàn)，G2和G3的耳石形態(tài)不存在顯著性差異（P＞0.05）；G4和G5的耳石形態(tài)不存在顯著性差異（P＞0.05），其他兩兩之間耳石形態(tài)的差異均達到極顯著水平（P＜0.01）（表2）。

對藍點馬鮫繁殖群體的耳石形態(tài)數(shù)據(jù)進行NMDS排序，結(jié)果顯示，脅強系數(shù)為0.12，這說明NMDS圖能較好地反映各年齡組間耳石形態(tài)的相似關(guān)系（圖2）。

2.3 耳石形態(tài)的相似性和相異性百分比

SIMPER分析結(jié)果顯示，G1、G2、G3、G4和G5組內(nèi)的平均相似性分別為98.56%、98.48%、98.27%、98.05%和98.26%。對 G1組內(nèi)相似性貢獻較大的耳石形態(tài)指標為半徑比、縱橫比、面密度、矩形趨近率、形態(tài)因子和圓度，累積相似性貢獻率為90.31%；對G2和G3組內(nèi)相似性貢獻率較大的耳石形態(tài)指標為半徑比、縱橫比、面密度、矩形趨近率、形態(tài)因子、圓度和橢圓率，累積相似性貢獻率分別為97.49%和97.75%；對G4和G5組內(nèi)相似性貢獻率較大的耳石形態(tài)典型指標為半徑比、縱橫比、面密度、矩形趨近率、形態(tài)因子和橢圓率，累積相似性貢獻率分別為90.24%和90.00%。半徑比、縱橫比、面密度和矩形趨近率是對各繁殖群體組內(nèi)相似性貢獻度較高的耳石形態(tài)典型指標（表3）。

G1＆G2、G1＆G3、G1＆G4、G1＆G5、G2＆G3、G2＆G4、G2＆G5、G3＆G4、G3＆G5、G4＆G5組間的平均相異性分別為 2.79%、2.78%、2.23%、2.09%、1.61%、2.57%、2.19%、2.54%、2.17%、1.79%。各個繁殖群體組間相異性貢獻較大的耳石形態(tài)分歧指標不盡相同，主要為面密度、形態(tài)因子和半徑比（表4）。各組間相異性貢獻百分比在一定程度上反映了藍點馬鮫不同繁殖群體耳石形態(tài)的特異性。

圖2 基于Bray-Curtis相似性系數(shù)的各繁殖群體耳石形態(tài)的NMDS排序Fig.2 NMDS results for otolith shape of different spawning populations based on Bray-Curtis sim ilarity

表1 不同繁殖群體的耳石形狀參數(shù)Tab.1 Shape indices of different spawning populations

表2 不同繁殖群體間耳石形態(tài)的相似性分析Tab.2 Analysis of sim ilarity test for the otolith shape of different spawning populations

表3 繁殖群體內(nèi)相似性累積貢獻率大于90%的耳石形態(tài)典型指標Tab.3 Typifying shape indices w ith cumu lative contributionsm ore than 90%to the w ithin-group sim ilarity

表4 繁殖群體間相異性累積貢獻率大于90%的耳石形態(tài)分歧指標Tab.4 Discrim ination shape indices w ith cum ulative contributionsmore than 90%to every two spawning populations dissim ilarity

2.4 耳石形態(tài)的判別分析

對5個藍點馬鮫繁殖群體的8個耳石形狀指標進行逐步判別分析，根據(jù)對模型的預(yù)測貢獻力逐步剔除不相關(guān)變量，結(jié)果7個變量納入判別分析，各繁殖群體的判別函數(shù)方程如下：

式中X1～X7分別代表耳石形態(tài)指標環(huán)度、圓度、橢圓率、形態(tài)因子、縱橫比、半徑比、面密度。

采用交叉驗證法對建立的判別函數(shù)進行回判，結(jié)果顯示，判別準確率在55.26%～92.59%，綜合判別正確率為71.07%。其中，G1的判別效果較好，僅有 4尾錯判成 G4；而 G2有 8尾（17.39%）錯判成 G3，G3有 17尾（44.74%）錯判成 G2；G4有27尾（37.5%）錯判成 G5，G5有10尾（31.25%）錯判成 G4。G2和 G3、G4和 G5存在較大程度的相互誤判。

3 討論

3.1 耳石形態(tài)的群體差異

耳石形態(tài)特征主要受魚類個體自身的遺傳信息和所處環(huán)境因素的影響，而性別、年齡、生長等生理特征也能夠影響耳石發(fā)育及形態(tài)特征的形成［21-23］。已有的研究顯示，藍點馬鮫繁殖群體雌、雄個體的耳石形態(tài)不存在顯著差異，未達到雌雄二型水平，而不同年齡組的耳石形態(tài)則存在顯著差異［17］。本研究統(tǒng)一采用2齡的性成熟個體，在一定程度上避免了不同發(fā)育階段或年齡組的魚類個體因自身生理條件及生活履歷差異對耳石形態(tài)可能造成的影響。

對不同海域5個藍點馬鮫繁殖群體的耳石形態(tài)差異進行顯著性檢驗，結(jié)果表明，渤海、黃海、東海3個不同海區(qū)間的繁殖群體存在極顯著差異，而同一海區(qū)繁殖群體的差異并不顯著。這與黃海藍點馬鮫群體鑒別的研究結(jié)果一致［24］。半徑比、縱橫比、面密度和矩形趨近率對繁殖群體組內(nèi)的相似性貢獻度較高，而面密度、形態(tài)因子和半徑比對不同繁殖群體組間的相異性貢獻度較高。這些耳石形態(tài)指標有大小變量，也有輪廓變量。這說明，不同海區(qū)之間藍點馬鮫繁殖群體的耳石在長寬、輪廓、厚薄等方面存在較大差異，這可能與海區(qū)之間的不同生境條件有關(guān)。有研究顯示，海流、水團對上層魚類群體的空間分布、運動遷移和隔離起著重要作用［25-26］。渤海、黃海和東海擁有不同的海洋水文條件，由此帶來的不同溫鹽度可能直接或間接造成不同海區(qū)藍點馬鮫的耳石發(fā)育差別。此外，魚類的攝食活動或營養(yǎng)條件也能影響耳石的沉積比率和形式，進而造成耳石形態(tài)的差異［27-29］。中國沿海的藍點馬鮫存在多個越冬場及產(chǎn)卵場，產(chǎn)卵后即分散索餌［30］。不同海區(qū)的餌料豐富程度和組成不盡相同，這可能造成了不同海區(qū)藍點馬鮫的耳石在長寬、厚薄等形態(tài)方面的沉積差異。

表5 不同繁殖群體的逐步判別分析結(jié)果Tab.5 Results of stepw ise discrim inant analysis of spawning populations

3.2 基于耳石形態(tài)的群體判別

判別分析的結(jié)果顯示，渤海萊州灣藍點馬鮫繁殖群體的識別成功率最高，達到82.59%；黃海呂四漁場繁殖群體的識別成功率最低，僅為55.26%。黃海和東海群體的識別成功率較低是因為相同海區(qū)內(nèi)的群體誤判比例較高。如黃海的海州灣群體和呂四漁場群體存在較大比例相互誤判，而東海的象山港群體和沙埕港群體也存在同樣情況。總體上，通過耳石形態(tài)指標可以有效地將渤海群體、黃海群體與東海群體區(qū)分開。渤海由于其半封閉的特性，海流及水團的影響較弱，海洋水文條件不易受外部條件的影響，加之膠東半島的天然阻隔，極大限制了渤海群體與外界的交流，造成耳石形態(tài)的特異性較高，這可能是渤海群體耳石形態(tài)識別率較高的原因。黃海群體與東海群體因受不同海流或水團的影響，環(huán)境和攝食條件差異較大，加之長江徑流的注入極大限制了藍點馬鮫群體的南北向移動，因此群體在耳石形態(tài)方面存在一定差異和較大區(qū)分度。而黃海和東海的內(nèi)部群體因所處海洋水文條件和餌料條件近似，耳石形態(tài)的差異性較小，內(nèi)部交流也不存在障礙，因此識別成功率較低，進而存在較大比例的相互誤判。

藍點馬鮫在中國沿海的產(chǎn)卵場眾多，種群結(jié)構(gòu)復(fù)雜，種群內(nèi)部甚至分化為不同的地理群系［15］。耳石形態(tài)分析的結(jié)果表明，渤海、黃海和東海藍點馬鮫繁殖群體的耳石形態(tài)差異顯著，存在較大的區(qū)分度，這與黃海、東海藍點馬鮫繁殖群體為2個種群的研究結(jié)果相一致［13］。有研究顯示，渤海與黃海的藍點馬鮫繁殖群體為同一種群［11］，本研究從耳石形態(tài)分析上顯示出兩者存在較大差別，ZHANG等［31］在一定體長范圍內(nèi)也得出了類似結(jié)果。盡管3個海區(qū)5個繁殖群體的地理隔離較遠，但均有個體在海區(qū)間相互誤判。這說明中國沿海的藍點馬鮫種群可能存在小比例的個體交流和混合，這在標記放流的研究結(jié)果中也有所反映［10，32］。還有一種可能的解釋是，部分個體經(jīng)歷的環(huán)境史類似致使耳石形態(tài)的群體間差異降低，群體判別的正確率下降。研究結(jié)果證明，耳石形態(tài)學分析方法可以簡單高效地區(qū)分魚類群體，但識別成功率和正確率受環(huán)境因素的影響較大。耳石微化學分析可以推演魚類生活史所處水域的環(huán)境狀況［33-35］，是一種進行魚類種群劃分和鑒定的有效輔助手段。中國沿海藍點馬鮫的種群劃分，特別是渤海與黃海群體，還需要結(jié)合耳石微化學分析技術(shù)進一步確認。