湖南沅水下游繁殖期內繁殖力和卵徑的變化研究

黃艷飛 彭林平 陳麗媛 曾慧琳 劉良國

(1.湖南文理學院生命與環(huán)境科學學院,常德 415000;2.水產高校健康生產湖南省協同創(chuàng)新中心,常德 415000;3.環(huán)洞庭湖水產健康養(yǎng)殖及加工湖南省重點實驗室,常德 415000)

魚類的繁殖力和卵徑是魚類繁殖策略的重要組成部分,繁殖力決定著后代的數量,卵徑決定后代初孵時的體長及其存活率。研究魚類的繁殖力和卵徑是了解種群補充和準確評估種群數量變動的重要基礎,也是確定種群受到人類活動影響恢復能力的基礎[1,2]。魚類繁殖力和卵徑不僅受到種的遺傳特性、外界環(huán)境條件和營養(yǎng)因素影響,還與生物學特征比如體長、體重、年齡等存在顯著性相關[3—5]。魚類卵徑頻率分布圖表現為單峰、雙峰和多峰,與產卵類型、卵子發(fā)育是否同步相關[2,6]。大量的研究發(fā)現分布于不同緯度、不同生境類型和同一河流不同江段的同一物種,各個種群的繁殖力和卵徑可能存在差異[5,7]。大多數熱帶和亞熱帶魚類都有較長的繁殖期,繁殖期內環(huán)境條件經常發(fā)生改變,繁殖群體的個體大小不同,繁殖力和卵徑也可能有差異,但目前,對繁殖期內繁殖力和卵徑的變化了解還非常少[6]。由于分批產卵魚類整個繁殖期內各批繁殖力可能存在差異,如果只算繁殖期內某個時期的繁殖力,所得的結果跟實際的情況就會出現很大的偏差。因此,研究繁殖期內繁殖力的變化對準確評估種群的繁殖潛能及了解種群繁殖力間的差異具有重要的作用。

1 材料與方法

1.1 樣品采集和處理

樣品采自沅水下游常德江段(29o1′N,111o36′E),從2017年4月份到2018年4月份逐月采用流刺網(網目為20和40 mm)和拖網(網目為10和20 mm)進行樣品采集。野外采到的樣品冰凍保存帶回實驗室,首先測量每條魚體長(Standard length,SL,0.1 mm)和體重(Body weight,BW,0.1 g),然后解剖,鑒定性別,用目測等級法判定性腺發(fā)育分期(包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ期),稱性腺的重量(Gonad weight,GW,0.01 g)和去除內臟后的魚體重量即空殼重(Clean weight,CW,0.1 g),計算性體指數(Gonadosomatic index,GSI),按如下公式計算:GSI=GW/CW×100,即性腺重除以空殼重。

在Ⅳ期和Ⅴ期雌性個體的卵巢中,剪取前、中、后部各0.2—0.5 g重的卵巢樣品(Oocytes weight,OW,0.01 g),放入5%的甲醛溶液中固定,用于繁殖力分析。將固定好的樣品放置在培養(yǎng)皿中,分離卵巢中的卵粒,放置在體視顯微攝像系統(Leica M250)下拍照,利用測量軟件對樣品進行卵粒(N)計數和卵徑測量(0.01 mm)。每條魚隨機測量100個卵粒的卵徑。的卵巢里存在各個時相的卵子,預實驗顯示卵徑分布有2個高峰,處于大卵徑峰值(＞0.55 mm)的卵子是即將產出的成熟卵子,本實驗只統計這些成熟卵子的數量,計算分批繁殖力[18]。

1.2 數據分析

絕對繁殖力(Absolute fecundity,AF)是一個成熟個體成熟卵子的總數,相對繁殖力(Relative fecundity,RF)為體重相對繁殖力,即絕對繁殖力除以空殼重,絕對繁殖力(粒)和相對繁殖力(粒/g)的計算公式如下:

式中,N為取樣的卵粒數,GW為性腺重,OW為取樣的樣品重量。

式中,CW為空殼重。

在比較4—10月的絕對繁殖力和相對繁殖力之前,先用Kolmogorov-Smirnov和Shapiro-Wilk法檢驗數據的正態(tài)性,兩者都滿足統計所需的正態(tài)性,接著進行方差分析的比較。絕對繁殖力與體長、空殼重具有顯著的線性關系,利用協方差分析比較4—10月絕對繁殖力的差異,以體長和空殼重作為協因子,月份作為影響因子,當月份間具有顯著性差異時,再進行兩兩比較。相對繁殖力與體長、空殼重沒有明顯的線性關系,利用單因素方差分析比較4—10月份相對繁殖力的差異,在有顯著性差異情況下,繼續(xù)進行兩兩比較。

建立絕對繁殖力與體長、體重之間的關系,分別用線性方程(y=a+bx)、冪函數(y=axb)、指數方程式(y=aebx)擬合,應用赤池信息準則(AIC)選取最佳擬合函數,判別系數較高及AIC值較小者為最適合函數,AIC的計算公式如下所示:

式中,n為樣本數目,RSS為殘差平方和,k為模型參數個數。

每條魚測量成熟卵子(Ⅳ、Ⅴ期)的卵徑,計算成熟卵子卵徑的平均值,建立卵徑與體長、空殼重的關系,沒有顯著性關系(P＞0.05)。利用單因素方差分析比較4—10月成熟卵子卵徑的差異,比較之前先利用Kolmogorov-Smirnov和Shapiro-Wilk檢驗正態(tài)性,如果有顯著性差異就繼續(xù)進行兩兩比較。

統計分析和圖形建立用SPSS16.0和STATISTICS進行,結果中各變量總數用平均值±標準差(Mean±SD)表述,顯著水平為P＜0.05。

2 結果

總共分析81條雌性性成熟個體的繁殖力,體長81.4—190.1 mm,體重8.0—120.0 g(圖2)。絕對繁殖力是2245—77764粒,平均值±標準差為(30116±19390)粒,以10000—30000粒為主;體重相對繁殖力范圍是100—1551粒/g,平均值±標準差為(650±324)粒/g,以400—800粒/g為主(圖3)。

4—10月每個月的絕對繁殖力和相對繁殖力平均值如表1,協方差分析結果表明每個月之間的絕對繁殖力具有顯著差異(表2),方差齊性,多重比較顯示4和10月的絕對繁殖力顯著小于其余所有月份(P＜0.05),6月的絕對繁殖力顯著大于其余所有月份(P＜0.05),5、7—9月和4、10月的絕對繁殖力無顯著差異(P＞0.05)。4和10月的絕對繁殖力和體長、空殼重無顯著關系(P＞0.05),5—9月絕對繁殖力和體長、空殼重具有顯著關系(P＜0.05)。擬合體長和絕對繁殖力關系的線性、冪函數和指數方程式的判別系數相等,AIC值分別為1329、1330和1332,三種方程式的擬合結果無顯著差異,選擇冪函數方程擬合,關系式為:AF=0.009SL3.009(n=70,r2=0.56;圖4)。擬合空殼重和絕對繁殖力關系的線性、冪函數和指數方程式的判別系數分別為0.51、0.44和0.52,AIC值分別為1497、1334和1505,冪函數為最佳擬合方程,關系式為:AF=1392CW0.833(n=70,r2=0.52;圖4)。

圖1 沅水下游4—10月性體指數(GSI)的變化圖Fig.1 The gonadosomatic index(GSI)of female Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

圖2 沅水下游雌性性成熟個體體長(a,mm)與體重(b,g)的頻率分布圖Fig.2 The standard length(a,mm)and body weight(b,g)frequency distributions of matured female Hemiculter leucisculus in the lower reaches of the Yuanshui River

圖3 沅水下游絕對繁殖力(a)和相對繁殖力(b)的頻率分布圖Fig.3 The absolute fecundity(a)and relative fecundity(b)frequency distributions of Hemiculter leucisculus in the lower reaches of the Yuanshui River

方差分析結果表明月份之間的相對繁殖力具有顯著差異(F(6,74)=7.95,P＜0.05),采用方差不齊性時的兩兩比較(Dunnett's T3)法,結果顯示:相對繁殖力4月顯著小于5和6月(P＜0.05),10月顯著小于5—8月(P＜0.05),5—9月的相對繁殖力沒有顯著差異(P＞0.05)。相對繁殖力和體長、相對繁殖力和空殼重沒有顯著關系(P＞0.05)。

圖4 沅水下游絕對繁殖力與體長(a)和絕對繁殖力與空殼重(b)的關系Fig.4 Relationships of absolute fecundity to standard length(a)and clean weight(b)of Hemiculter leucisculus in the lower reaches of the Yuanshui River

成熟卵子卵徑的平均值為0.60—0.77 mm,卵徑平均值數據滿足正態(tài)性和方差齊性(P＞0.05),方差分析顯示4—10月的卵徑具有顯著差異[F(6,45)=4.45,P＜0.05],兩兩比較(Tukey HSD法)結果顯示:4月的卵徑顯著小于5、9和10月(P＜0.05),與6—8月無顯著差異(P＞0.05),5—10月的卵徑無顯著差異(P＞0.05)。

表1 沅水下游4—10月絕對繁殖力、相對繁殖力和成熟卵子卵徑的平均值±標準差及月份間的多重比較Tab.1 Monthly comparisons of absolute fecundity,relative fecundity,and oocyte diameter of matured eggs and Mean±SD for Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

表1 沅水下游4—10月絕對繁殖力、相對繁殖力和成熟卵子卵徑的平均值±標準差及月份間的多重比較Tab.1 Monthly comparisons of absolute fecundity,relative fecundity,and oocyte diameter of matured eggs and Mean±SD for Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

注:平均值上標的小寫字母表示月份之間比較的結果;同一列內平均數不同的上標字母表示差異顯著,顯著水平P=0.05Note:Letters attached to the means indicated the results from pairwise comparisons;different superscript letters attached to the means in the same column indicate significant difference at P=0.05 level

月份Month 數量N絕對繁殖力(粒)Absolute fecundity相對繁殖力(粒/g)Relative fecundity 卵徑Oocyte diameter(mm)平均值Mean標準差SD 平均值Mean 標準差SD 數量N 平均值Mean標準差SD 4 Apr. 7 15763a 6563 267ac 105 7 0.64a 0.04 5 May 18 41238b 14124 677b 247 9 0.71b 0.03 6 Jun. 30 30280c 22799 843b 322 10 0.69ab 0.05 7 Jul. 6 34656b 15761 618ab 218 6 0.69ab 0.04 8 Aug. 11 30576b 19702 585ab 245 10 0.68ab 0.01 9 Sep. 5 17341b 6576 503abc 185 6 0.74b 0.04 10 Oct. 4 11848a 6050 156ac 74 4 0.72b 0.02

表2 沅水下游4—10月絕對繁殖力的協方差分析Tab.2 Analysis of covariance(ANCOVA)of relative fecundity of Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

表2 沅水下游4—10月絕對繁殖力的協方差分析Tab.2 Analysis of covariance(ANCOVA)of relative fecundity of Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

效應Effect 自由度df 均方MS F P月份Month 6 1.643×109 14.07＜0.05體長SL 1 5.007×108 4.29 ＜0.05空殼重CW 1 7.798×108 6.68 ＜0.05誤差Error 72 1.168×108總數Total 81

3 討論

魚類的卵徑頻率分布圖已廣泛應用于確定魚類產卵類型和了解卵子補充的過程,卵徑頻率分布圖具有一個高峰,表明卵巢內所有卵子都處于同一發(fā)育期,同批同時產出;具有雙峰或多峰,表明卵巢內存在不同發(fā)育階段的卵子,在同一批不同時間產出或分批產出[1,5,19]。在本研究中,的卵徑頻率分布圖具有雙峰,卵徑之間連續(xù)沒有間斷,表明卵巢內同時具有各個時相的卵子;兩個高峰值代表兩個主要時相的卵子,分別在不同批次產出,卵徑最大的第一個高峰值卵子最先產出,卵徑較小的第二高峰值卵子在下一批次產出[19,20]。除了2個高峰值的卵子,5—10月卵徑頻率分布圖還出現更小的卵子,可能是剛在卵巢里出現的卵子,說明在卵巢里一直有新卵子產生,補充已經排出來的成熟卵子[1,6]。

對于不同地理種群魚類繁殖力和卵徑大小差異的研究已有較多報道[7,21,22],而關于不同繁殖時期繁殖力和卵徑大小變化的研究則較少[23]。在繁殖期內可產16次卵,不同繁殖時期產的卵代表著不同批次的繁殖力[8]。本研究分析了在4—10月的分批繁殖力和卵徑大小的變化,結果發(fā)現4和10月的絕對繁殖力和相對繁殖力均最小,6月的絕對繁殖力最大,其余月份次之,5月和6月的相對繁殖力最高,其余月份次之。卵徑頻率分布圖除了4月有一個高峰值外,其他月份都有兩個高峰值,最大高峰為成熟卵子的卵徑(0.60—0.80 mm),無顯著差異。第二高峰為補充卵子的卵徑,在5月和6月最大,然后隨著月份逐漸變小,補充卵子的卵徑越大,發(fā)育到成熟所需的時間越短,距離上一批產卵的時間間隔越短,反之,分批產卵的時間間隔越長[19]。因此,5和6月的繁殖頻率最高,繁殖次數最多,此后,繁殖次數逐漸減少。在的繁殖期內繁殖力和繁殖次數的變化趨勢為:繁殖高峰期(5月和6月)的個體繁殖力最高,繁殖次數最多;繁殖中期(7—9月)的個體繁殖力次之,繁殖次數減少;繁殖初期(4月)和末期(10月)的繁殖力最小,末期的繁殖次數最少。由此表明,分批產卵魚類的分批繁殖力和繁殖次數是隨著繁殖期而改變的,這個結果提示在比較不同種群繁殖力時,應該比較同一個繁殖時期內的繁殖力,而在估算一個種群的總繁殖力時,應該分別計算不同繁殖分期的總繁殖力,從而提高結果的準確性。

圖5 沅水下游4—10月的卵徑頻率分布圖Fig.5 Monthly frequency distribution of oocyte diameter of Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

魚類的繁殖力決定著種群出生個體的多少,魚類卵徑與孵化時個體大小以及孵化后的存活率相關[20,24]。在成熟卵子的卵徑相似的情況下,繁殖高峰期5月和6月的繁殖個體最多,繁殖力最高,繁殖批次較多,產出來的后代最多;繁殖中期7—9月的繁殖個體較多,繁殖力較高,但持續(xù)的繁殖時間較長,產出來的后代較多;繁殖初期和末期,繁殖個體變少,繁殖力最低,繁殖批次少,產出后代數量少。由此推斷,對種群補充貢獻最多的是5和6月出生的個體,其次是7—9月,最少的是4和10月出生的個體。類似地,龔望寶等[22]發(fā)現三峽水庫太湖新銀魚(Neosalanx taihuensisChen,1956)有2個群體分別在春天和秋天繁殖,春群的性體指數、繁殖力和卵徑都大于秋群,對種群補充貢獻也較高。

3.3 不同水系的繁殖力及其與生物學特征的關系

繁殖力和卵徑隨著棲息地而發(fā)生變化已在很多魚類中被發(fā)現[7,21,23]。在不同水域環(huán)境下對的繁殖力和卵徑的研究已有廣泛報道[3,4,8,10—15,25—28],我們對不同水系生境及入侵地伊朗的繁殖力進行比較(表3),發(fā)現的絕對繁殖力在緯度高的地區(qū)普遍大于緯度低的地區(qū)。的絕對繁殖力隨著體長和體重的增加而增加,緯度高的地區(qū)魚類成熟晚,個體大,可能就導致了緯度高地區(qū)的絕對繁殖力較高。的相對繁殖力跟體長和體重的關系不顯著,因此可利用相對繁殖力來比較不同地理種群的個體繁殖力。表3顯示在水庫和湖泊種群的相對繁殖力大于江河種群的相對繁殖力,本研究中沅水種群的相對繁殖力(650±324)粒/g與湖泊和水庫種群的相似,這與采樣點具有類似湖泊和水庫的緩流水或靜水生境相關,沅水下游常德江段往上分別被桃源、凌津灘和五強溪等梯級電站阻隔,往下緊連洞庭湖,河流水體主要為緩流水靜水。在沅水、桂林和北江的卵徑頻率分布圖具有兩個高峰,在東江和汾河水庫的卵徑頻率分布圖表現為單峰和多峰,無論是單峰、雙峰或者多峰,成熟卵子的卵徑都在0.60—0.80 mm,表明不同水系的成熟卵子具有相似的卵徑[3,9,10]。以上比較表明,不同水系的繁殖投入差異主要表現為個體繁殖力的差異。魚類的個體繁殖力受到攝食和環(huán)境條件的影響,攝食條件好,環(huán)境條件適宜,魚類生長快,投入到繁殖的能量多,個體繁殖力高[21,23]。在湖泊和水庫的個體繁殖力相對較高,主要跟湖泊和水庫中餌料豐富,魚類營養(yǎng)條件好相關;而一般河流的營養(yǎng)物質較貧乏,餌料較少,魚類的營養(yǎng)條件較低,繁殖力就較低[29,30]。

表3 不同水系的絕對繁殖力(粒)和相對繁殖力(粒/g)比較Tab.3 Comparison of absolute fecundity(oocytes)and relative fecundity of Hemiculter leucisculus(eggs/g)among rivers and lakes

表3 不同水系的絕對繁殖力(粒)和相對繁殖力(粒/g)比較Tab.3 Comparison of absolute fecundity(oocytes)and relative fecundity of Hemiculter leucisculus(eggs/g)among rivers and lakes

采樣點Site 經緯度Latitude,longitude時間Date數量N絕對繁殖力(粒)Absolute fecundity相對繁殖力(粒/g)Relative fecundity 參考文獻Reference范圍Range平均值Mean 范圍Range 平均值Mean達賚湖,中國Dalai Lake,China 49o12′N,119o44′E 6—7—3552—16420 9944 — — [25]遼河二龍山水庫,中國Erlongshan Reserve,China 45o43′N,127o25′E 6—7 15 1342—69312 30317 341—934 668 [14]清河水庫,中國Qinghe Reserve,China 42o30′N,124o13′E 5—6 32 8235—164850 30860 32—1433 624 [13]鴨綠江水豐水庫,中國Shuifeng Reserve,China 40o18′N,124o17′E 6 44 11428—32100 18632 278—601 456 [4]汾河水庫,中國Fenhe Reserve,China 38o5′N,111o53′E 5—7 87 3766—72353 20775 347—1572 788 [10]白洋淀,中國Baiyangdian,China 38o50′N,115o58′E 4—5 16 4486—31534 14995 — — [26]Adji-Gol湖,伊朗Adji-Gol Lake,Iran 37o25′N,54o38′E 3—4 18 12040—45085 30266 451—783 654 [27]Alma-Gol湖,伊朗Alma-Gol Lake,Iran 37o24′N,54o40′E 3—4 61 15058—44665 31934 499—823 692 [27]Ala-Gol湖,伊朗Ala-Gol Lake,Iran 37o20′N,54o35′E 3—4 54 14142—48692 31711 462—872 648 [27]Sefid River,伊朗Sefid Rive,Iran 36o59′N,49o34′E 4—8 30 2740—58028 19979 14—1273 607 [28]洛河洛陽江段,中國Luoyang in Luohe,China 34o37′N,112o25′E 4—5 44 1937—39563 8436 110—865 383 [12]嘉陵江南充江段,中國Nanchong in Jialingjiang,China 30o49′N,106o8′E 5—8 15 3780—26928 15699 306—492 378 [15]洱海,中國Erhai,China 25o43′N,100o11′E 6 40 3099—33050 11934 249—826 560 [8]北江韶關,中國Shaoguan in Beijiang,China 24o48′N,113o35′E 4—8 63 3724—85670 20440 106—1226 396 [11]東江楓樹壩水庫,中國Fengshuba Deserve,China 24o27′N,115o24′E — 33 3277—18045 8069 201—1040 580 [3]

魚類繁殖力通常與體長、體重具有顯著的關系,可用多種數學模型表達,最常見的擬合模型為線性、冪函數和二項式等方程[4,31]。的絕對繁殖力與體長在鴨綠江水系、汾河水庫、洱海、北江、嘉陵江呈冪函數關系,在洛河呈二項式關系,在伊朗Sefid River、東江楓樹壩水庫呈線性關系,本研究發(fā)現線性、冪函數是擬合絕對繁殖力和體長關系的最佳方程,冪函數關系式的參數a和b值跟汾河、嘉陵江和北江種群的值相似,不同于鴨綠江種群的值[3,4,8,10,11,15,28]。在本研究中,冪函數也是擬合絕對繁殖力與體重關系的最佳方程,鴨綠江、北江和洱海種群的絕對繁殖力和體重也呈冪函數關系,沅水種群參數a值低于鴨綠江和洱海種群高于北江種群,b值高于鴨綠江種群,小于北江和洱海種群[4,8,11]。跟洛河和汾水水庫的種群一樣,本研究中的相對繁殖力與體長、體重沒有顯著關系[10,12]。