眼斑雙鋸魚仔稚魚發(fā)育異速生長

胡 靜周勝杰 楊 蕊 陳 旭 楊其彬 馬振華

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所,熱帶水產(chǎn)研究開發(fā)中心,三亞 572018;2.農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510300;3.三亞熱帶水產(chǎn)研究院,三亞 572018)

眼斑雙鋸魚(Amphiprion ocellaris),俗稱公子小丑,隸屬于雀鯛科(Pomacentridae)、海葵魚亞科(Amphiprioninae)、雙鋸魚屬(Amphiprion),廣泛分布于印度—西太平洋地區(qū),從印度洋東部延伸到印度尼西亞和菲律賓群島,從澳大利亞西北部海岸延伸到日本琉球群島[1]。20世紀(jì)50年代,眼斑雙鋸魚的人工規(guī)?；庇匆讶〉贸晒2],近年來隨著電影《海底總動(dòng)員》的播出,以眼斑雙鋸魚為代表的小丑魚家族知名度急劇上升,市場價(jià)值翻倍增長,供不應(yīng)求[3]。為降低成本、提高養(yǎng)殖效率,創(chuàng)造更多的價(jià)值,近幾十年不少學(xué)者開展了小丑魚的各項(xiàng)研究,內(nèi)容囊括早期胚胎發(fā)育、營養(yǎng)學(xué)、病害學(xué)及遺傳生物學(xué)等[4—7]。然而,在魚類早期發(fā)育過程中個(gè)體器官受環(huán)境因素影響而體現(xiàn)出不同的發(fā)育速率,進(jìn)而影響仔、稚魚的運(yùn)動(dòng)、攝食及存活生長等生理生態(tài)學(xué)活動(dòng),因此,研究仔魚發(fā)育對了解個(gè)體早期生活史、指導(dǎo)生產(chǎn)環(huán)境調(diào)控具有重要意義,目前未見對眼斑雙鋸魚發(fā)育異速生長的研究。

異速生長又稱相對生長,普遍存在于生物界,是動(dòng)植物適應(yīng)外界環(huán)境而產(chǎn)生的機(jī)體各個(gè)功能器官發(fā)育不同步的現(xiàn)象[8]。異速生長概念最早由Snell[9]提出,后D’arcy[10]、Huxley等[11]分別對其進(jìn)行了闡述。Huxley等[11]在研究招潮蟹蟹鉗生長發(fā)育時(shí)首次提出了量化異速生長指數(shù)的“簡單異速方程”,即冪函數(shù)y=axb(a為截距,b為異速生長指數(shù)),該方程廣泛運(yùn)用于機(jī)體異速生長研究,是目前分析研究魚類早期發(fā)育生長模式最常用手段[12]。有關(guān)魚類異速生長的研究,國內(nèi)外相關(guān)報(bào)道很多,如云紋石斑魚(Epinephelus moara)[13]、金眼短鯛(Nannacara anomala)[14]、牙鲆(Paralichthys olivaceus)[15]、紅鰭笛鯛(Lutjanus erythropterus)[16]及大鱗副泥鰍(Paramisgurnus dabryanus)[17]等。研究發(fā)現(xiàn),魚類早期發(fā)育各個(gè)功能器官的生長發(fā)育具有一定規(guī)律性[18—20],即個(gè)體早期優(yōu)先發(fā)育與生命活動(dòng)密切相關(guān)的器官,體現(xiàn)為正異速生長,后為保證以最小的能量獲得最優(yōu)的生存能力而轉(zhuǎn)為等速或慢速生長[20—23]。因此,通過對眼斑雙鋸魚仔、稚魚異速生長的研究,有助于了解其早期發(fā)育階段對環(huán)境的偏好及重要功能器官的發(fā)育特性,相關(guān)研究對育苗工作具有重要的實(shí)踐意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

眼斑雙鋸魚苗種由中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所熱帶水產(chǎn)研究開發(fā)中心人工繁育,來自同一對親魚同一批受精卵,親本為野生捕撈后、人工馴養(yǎng)2年個(gè)體,受精卵孵化日期為2018年5月16日。以2尾/L密度養(yǎng)殖于300 L水體玻璃鋼桶,水質(zhì)參數(shù): 溶氧量≥6.5 mg/L,鹽度為32±2,水溫為(28±1)℃,pH 8.0—8.2,亞硝酸鹽含量小于0.03 mg/L,氨氮含量小于 0.01 mg/L,自然光照。

1日齡(2.97±0.12) mm開始投喂輪蟲(Brachionus rotundiformis),密度保持在10—20個(gè)/mL直至5日齡(4.36±0.27) mm,于3日齡(3.75±0.25) mm混合投喂豐年蟲,輪蟲密度不變,豐年蟲密度范圍保持在20—30個(gè)/mL直至9日齡(5.52±0.22) mm。之后僅投喂豐年蟲,密度保持在50—60個(gè)/mL直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

1.2 研究方法

使用體視顯微鏡(XTL-165-VT-45X系列連續(xù)變倍體視顯微鏡,鳳凰光學(xué)股份有限公司)進(jìn)行觀察、拍照,后使用配套軟件ToupCam以平行或垂直于魚體水平軸為基準(zhǔn)進(jìn)行長度測量(精確度0.01 mm)。初孵仔魚1日齡開始每隔一天取樣至29日齡,取樣時(shí)間為每日上午10:00,每次取樣10尾,用25 mg/L濃度的丁香酚 (New Zealand Ltd)麻醉后,在體視顯微鏡下觀察其外部各個(gè)器官的形態(tài)變化并拍照,剔除畸形苗、保留骨骼健康個(gè)體待數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。測量指標(biāo)包括頭部部分(吻長、吻至鰓裂前緣長、眼徑、眼間距、口寬、頭高)、身體部分(頭長、體高、軀干長、尾長、尾柄長、尾柄高、體厚)及游泳器官(尾鰭、背鰭、胸鰭、腹鰭和臀鰭)(主要測量參數(shù)直觀圖如圖1)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

全長、體質(zhì)量與日齡的關(guān)系采用Brody’s生長方程擬合:y=aebx來表達(dá),x為日齡,y為相應(yīng)日齡的全長、體質(zhì)量,a為常數(shù),b為Brody’s系數(shù)。魚類異速生長模型以Huxley等[11]提出的方程y=axb來構(gòu)建,其中b為異速生長指數(shù),b=1為等速生長,b＞1為快速增長(正異速生長);b＜1為慢速增長(負(fù)異速生長)[24]。仔稚魚的劃分及生長拐點(diǎn)的確定分別按照Stroband等[25]和van Snik等[26]的方法進(jìn)行,均得出11日齡為臨界點(diǎn),以此將眼斑雙鋸魚仔、稚魚生長曲線方程定為應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對模型進(jìn)行非線性回歸參數(shù)擬合,并應(yīng)用EXCEL 2016進(jìn)行分段回歸模型擬合,以決定系數(shù)R2的最大值和殘差平方和的最小值為曲線擬合標(biāo)準(zhǔn),運(yùn)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件,采用單因素方差分析方法(ANOVA)進(jìn)行顯著性檢測。

2 結(jié)果

2.1 眼斑雙鋸魚仔稚魚全長、體質(zhì)量與日齡的關(guān)系

眼斑雙鋸魚仔稚魚全長、體質(zhì)量與日齡的關(guān)系指數(shù)方程分別為y=2.97e0.06x(R2=0.957)、y=0.001e0.16x(R2=0.952),擬合可靠性均較高(圖2和圖3)。眼斑雙鋸魚初孵仔魚全長為(2.86±0.00) mm,經(jīng)過30d生長,全長達(dá)到(16.31±1.08) mm,平均增長率為0.448 mm/d;眼斑雙鋸魚初孵仔魚體質(zhì)量為(0.697±0.00) mg,經(jīng)過30d生長,體質(zhì)量達(dá)到(86.1±5.69) mg,平均增重率為2.85 mg/d。

圖1 眼斑雙鋸魚仔稚魚形態(tài)學(xué)量度指標(biāo)Fig.1 Measurements of morphometrics of A. ocellaris larvae and juveniles

圖2 眼斑雙鋸魚仔、稚魚日齡與全長的關(guān)系(從1日齡至29日齡)Fig.2 Total length of A. ocellaris larvae and juveniles from 1 to 29 days post-hatching

圖3 眼斑雙鋸魚仔、稚魚日齡與體質(zhì)量的關(guān)系(從1日齡至29日齡)Fig.3 Body weight of A. ocellaris larvae and juveniles from 1 to 29 days post-hatching

圖4 眼斑雙鋸魚仔、稚魚頭部各器官異數(shù)生長曲線Fig.4 Allometric growth curve of head organs in larval and juvenile A. ocellaris

2.2 眼斑雙鋸魚仔、稚魚發(fā)育過程中各器官的異速生長

頭部各器官異速生長眼斑雙鋸魚的吻長

(圖4a)、吻至鰓裂前緣長(圖4b)、眼徑(圖4c)、眼間距(圖4d)、口寬(圖4e)和頭高(圖4f)在仔、稚魚期均表現(xiàn)出了異速生長。異速生長指數(shù)b1分別為1.236、0.748、0.768、1.342、1.340和1.517,6個(gè)異速生長指數(shù)與1均具有顯著性差異(P＜0.05),即吻長、眼間距、口寬和頭高表現(xiàn)為正異速生長,吻至鰓裂前緣長和眼徑表現(xiàn)為負(fù)異速生長;b2分別為0.454、0.453、0.337、0.748、0.744和0.509,各異數(shù)生長指數(shù)均具有顯著性差異(P＜0.05),即頭部各器官于稚魚期均表現(xiàn)為負(fù)異速生長。故在11日齡前,眼斑雙鋸魚仔魚的頭部器官中吻長、眼間距、口寬和頭高均為快速生長,11日齡后,頭部各器官均為慢速生長。在11日齡時(shí),眼斑雙鋸魚仔魚全長為(6.12±0.63)mm,此時(shí)吻、眼間距、口寬和頭高均存在生長拐點(diǎn)(P＜0.05)。

圖5 眼斑雙鋸魚仔、稚魚身體部分異數(shù)生長曲線Fig.5 Allometric growth curve of body parts in larval and juvenile A. ocellaris

身體部分的異速生長眼斑雙鋸魚的頭長(圖5a)、體高(圖5b)、軀干長(圖5c)、尾長(圖5d)、尾柄長(圖5e)、尾柄高(圖5f)和體厚(圖5g)在仔、稚魚期均表現(xiàn)出了異速生長。頭長異速生長指數(shù)b1為0.837(P＜0.05),表現(xiàn)為負(fù)異速生長,其他部分的異數(shù)生長指數(shù)分別為1.429、1.415、1.136、1.171、1.888和1.332,與1差異顯著(P＜0.05),表現(xiàn)為正異速生長。稚魚期各部分的異速生長指數(shù)b2分別為0.620、0.492、0.452、0.347、0.509、0.445和0.617,與1之間存在顯著性差異(P＜0.05),均表現(xiàn)為負(fù)異數(shù)生長。這說明在身體部分中,眼斑雙鋸魚頭長在仔、稚魚期均為慢速生長,其他僅在仔魚期表現(xiàn)為快速生長,稚魚期均為慢速生長。體高、軀干長、尾長、尾柄長、尾柄高和體厚在11日齡時(shí)存在生長拐點(diǎn)(P＜0.05)。

游泳器官異速生長眼斑雙鋸魚的外部游泳尾鰭(圖6a)、背鰭(圖6b)、胸鰭(圖6c)、腹鰭(圖6d)和臀鰭(圖6e),在仔、稚魚期均表現(xiàn)出了異速生長。仔魚期的尾鰭、背鰭、胸鰭、腹鰭和臀鰭的異速生長指數(shù)b1分別為1.887、2.466、3.406、2.679和2.408,與1均存在差異顯著(P＜0.05),均表現(xiàn)為正異速生長。稚魚期各鰭條異速生長指數(shù)b2分別為0.395、0.856、0.822、0.622和0.724,與1差異顯著(P＜0.05),均表現(xiàn)為負(fù)異速生長。眼斑雙鋸魚的游泳器官在仔、稚魚的發(fā)育存在顯著差異,各鰭條于仔魚期均快速生長,稚魚期均慢速增長,且各鰭條在11日齡時(shí)均存在生長拐點(diǎn)(P＜0.05)。

圖6 眼斑雙鋸魚仔、稚魚游泳器官異數(shù)生長曲線Fig.6 Allometric growth curve of swimming organs in larval and juvenile A. ocellaris

3 討論

魚類發(fā)育的早期階段是育苗成功的關(guān)鍵時(shí)期,常因開口餌料、機(jī)械沖擊、捕食者及各種環(huán)境因素而產(chǎn)生較高死亡率[27—29],因此,在人工養(yǎng)殖條件下,探究魚類的發(fā)育模式,以此尋找合適的飼養(yǎng)環(huán)境,使兩者相協(xié)調(diào),對提高存活率、確保育苗成功至關(guān)重要[30,31]。魚類早期發(fā)育過程極其重要而復(fù)雜,各器官經(jīng)歷劇烈、迅速的形態(tài)變化,以適應(yīng)環(huán)境條件變化和攝食、避敵等生理活動(dòng)需求[32,33],包括捕食、呼吸和運(yùn)動(dòng)器官等[19,34]。魚類的異速生長現(xiàn)象是一種自我保護(hù)機(jī)制,體現(xiàn)為仔魚孵化后,對早期存活發(fā)揮積極作用的重要功能器官優(yōu)先發(fā)育,表現(xiàn)出快速生長。與本研究結(jié)果一致,同時(shí)也被大量研究證實(shí)[20,35,36]。

3.1 頭部器官的發(fā)育

水產(chǎn)動(dòng)物包括魚類的頭部發(fā)育與個(gè)體視覺、神經(jīng)及信息處理等的功能行使有關(guān),是攝食、游泳器官發(fā)育的基礎(chǔ)[37],眼斑雙鋸魚短期內(nèi)頭部(頭高)快速生長,為其他器官的發(fā)育提供了可能性[38],吻、眼間距及口寬仔魚期的快速生長印證了該結(jié)論。仔、稚魚攝食能力的強(qiáng)弱與口、吻的發(fā)育和完善程度密切相關(guān),眼斑雙鋸魚仔魚的卵黃囊于孵化當(dāng)天即消耗殆盡,故需立即進(jìn)行開口餌料的投喂,避免死亡率的迅速增高。吻、眼間距和口寬在11日齡時(shí)出現(xiàn)生長拐點(diǎn),即眼斑雙鋸魚在開口后短期內(nèi)以上攝食相關(guān)器官需繼續(xù)發(fā)育,以適應(yīng)不同食物大小、提高攝食能力、降低死亡率[39]。

一般來說,由于視覺與個(gè)體攝食、避敵間顯著的相關(guān)性,視覺器官在大多數(shù)魚類早期發(fā)育中應(yīng)均為正異速生長[16,38,40—42],稚魚期均為慢速生長,與席丹等[43]對許氏平鲉(Sebastes schlegelii)的研究結(jié)果相似,孵化初期即進(jìn)入慢速生長階段,這表明眼斑雙鋸魚胚胎發(fā)育的器官形成期,其眼部發(fā)育即已基本完成[44,45],具備完善攝食、避敵功能,胚后的慢速發(fā)育為其他器官發(fā)育提供了更多能量與空間。不同物種眼部發(fā)育快慢的差異,可能與其眼睛發(fā)育史差異有關(guān)[34]。許氏平鲉為卵胎生生殖,其眼球可能在親本體內(nèi)已發(fā)育完善,孵化初期既體現(xiàn)為慢速生長,眼斑雙鋸魚孵化周期長,胚胎期眼睛即已得到良好發(fā)育。眼斑雙鋸魚仔、稚魚的吻、眼間距、口寬和頭高在11日齡時(shí)均出現(xiàn)拐點(diǎn),表明了吻、眼間距、口寬和頭高的生長已完成了優(yōu)先發(fā)育,進(jìn)入次要發(fā)育階段。

3.2 身體部分的發(fā)育

研究表明,大部分魚類身體部分的早期模式為頭長、尾長呈正異速生長而軀干長呈負(fù)異數(shù)生長,如西伯利亞鱘(Acipenser baerii)[46]、鱸鯉(Percocypris pingi)[47]、赤眼鱒(Spualiobarbus curriculus)[48]、珍珠龍膽石斑魚(E. fuscoguttatus♀×E. lanceolatus♂)[49]及卵形鯧鲹(Trachinotus ovatus)[40]等,與此不同的是,本研究中眼斑雙鋸魚拐點(diǎn)前頭長為負(fù)異速生長、軀干長為正異數(shù)生長,其身體部分這種異數(shù)生長模式與許氏平鲉[43]相似,對比兩者生殖方式發(fā)現(xiàn),許氏平鲉為卵胎生、在親魚體內(nèi)停留時(shí)間較長,而眼斑雙鋸魚孵化周期長(7—10d)、孵化過程親本具護(hù)卵行為,推測在此過程中,兩者頭部已得到較好發(fā)育,而兩者頭高與頭長的異數(shù)生長情況相反,這可能與物種間外部形態(tài)差異有關(guān)[50]。多數(shù)魚類軀干部的負(fù)異速生長顯示了對動(dòng)力學(xué)和低能耗的適應(yīng),如鮸(Miichthys miiuy)[51]、西伯利亞鱘[46]及赤眼鱒[48]等,該生長特征有效的減少了頭部和尾部距離,而減少了攝食運(yùn)動(dòng)負(fù)擔(dān)、促進(jìn)了身體平衡。在該研究中,眼斑雙鋸魚軀干長、體高和體厚均為快速生長,與加利福尼亞牙鲆(P. californicus)[52]結(jié)果相似。這和消化系統(tǒng)的發(fā)育及卵黃囊消失時(shí)間相關(guān),消化道占據(jù)體腔絕大多數(shù)空間,使得立體結(jié)構(gòu)縱、橫向拉升,確保0日齡卵黃囊即消失的眼斑雙鋸魚個(gè)體具備足夠的消化外源性食物的能力[16]。眼斑雙鋸魚尾長、尾柄長和尾柄高于仔魚期均處于快速生長狀態(tài),一方面,尾部的快速發(fā)育為重要游泳器官尾鰭的發(fā)育提供了空間,為捕食動(dòng)力提供了組織基礎(chǔ)[46],另一方面,使得眼斑雙鋸魚的后部體型婀娜、搖曳生姿,奠定了其觀賞價(jià)值高、經(jīng)濟(jì)效益顯著的基調(diào)[50]。

3.3 游泳器官的發(fā)育

眼斑雙鋸魚仔、稚魚尾鰭、背鰭、胸鰭、腹鰭和臀鰭均于11日齡出現(xiàn)生長拐點(diǎn),且11日齡前均處于快速生長,11日齡后為慢速生長,與多數(shù)魚類游泳器官發(fā)育模式相似,如紅鰭笛鯛、鱸鯉及赤眼鱒[16,47,48]等,拐點(diǎn)前各鰭條生長迅速,而拐點(diǎn)后顯著減慢,這表明眼斑雙鋸魚的各外部游泳器官于稚魚期均已完成了快速生長,能夠滿足眼斑雙鋸魚的快速游泳能力,之后的慢速生長為機(jī)體其他部位的發(fā)育提供了更多能量[38]。與多數(shù)魚類孵化后游泳能力弱不同的是,在實(shí)驗(yàn)觀察中發(fā)現(xiàn),眼斑雙鋸魚孵化后活動(dòng)較強(qiáng),受觸動(dòng)刺激后游散迅速,聚光效果明顯,這可能與其發(fā)達(dá)的鰭條尤其是尾鰭優(yōu)勢發(fā)育有關(guān),是適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果[53]。孵化時(shí),眼斑雙鋸魚個(gè)體卵黃囊即已消耗殆盡,發(fā)達(dá)的外部游泳器官為外源營養(yǎng)的攝取提供了足夠前進(jìn)動(dòng)力,對適應(yīng)外界環(huán)境起著積極作用。通過眼斑雙鋸魚主要游泳器官(背鰭、胸鰭、腹鰭、臀鰭和尾鰭)的全面分析發(fā)現(xiàn),眼斑雙鋸魚孵化初期既具備較強(qiáng)游泳能力,為提升攝食、避敵能力短期內(nèi)繼續(xù)快速發(fā)育,11日齡游泳器官已經(jīng)基本完善,運(yùn)動(dòng)能力大幅度增加,而美洲鰣(Alosa sapidissima)、許氏平鲉、鱸鯉及珍珠龍膽石斑魚[34,43,47,49]等分別需13—44d、12—46d、24—4d5及14—23d才進(jìn)入慢速發(fā)育階段,從發(fā)育時(shí)間來看,眼斑雙鋸魚游泳器官具備顯著發(fā)育優(yōu)勢。這充分證明了游泳器官在仔魚早期生長發(fā)育中的重要地位,游泳能力的顯著提升與對外源營養(yǎng)的需求呈正相關(guān),對自身捕食能力大有裨益。

在外部游泳器官中,尾鰭在魚類早期發(fā)育中最為重要,該結(jié)論在多種鯛科魚類[54—57]的研究中得以體現(xiàn),在本研究中亦得到相似結(jié)果,尾鰭較其他鰭條優(yōu)先發(fā)育,各鰭條初始長度分別為: (0.45±0.03、0.02±0.00、(0.98±0.01)×10-2、0.02±0.00和0.03±0.00) mm,平均增長速度分別為: (6.857、0.964、0.865、0.893、1.143)×10-2mm/d。

本研究對眼斑雙鋸魚仔、稚魚的異速生長特征進(jìn)行了較為詳細(xì)的敘述,亦初步探討了異速生長對其體型的影響,研究表明,眼斑雙鋸魚頭部、軀干及游泳器官均呈現(xiàn)出異速生長,并且根據(jù)其生理、繁殖特性及各器官功能差異,既存在與其他魚類相似的生長模式,又存在自身獨(dú)特模式,從而根據(jù)自身情況選擇合適的生長發(fā)育模式,以提高自身主動(dòng)攝食、躲避敵害等能力。有關(guān)眼斑雙鋸魚異速生長模式的研究,不僅有助于人為營造合適生長環(huán)境、提供適宜餌料,最大限度提高存活率、攝食率,還能在形態(tài)上進(jìn)行人為篩選,提供優(yōu)質(zhì)魚苗,為眼斑雙鋸魚高效養(yǎng)殖提供理論依據(jù)。