方 舟,俞 駿,楊光明媚,韓霈武
東海外海金烏賊角質(zhì)顎與內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)特征及輪紋判讀
方 舟1,2,3,4,5,俞 駿1,楊光明媚1,韓霈武1
( 1.上海海洋大學海洋科學學院,上海 201306;2.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)教育部重點實驗室,上海 201306; 3.國家遠洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心,上海 201306;4.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大洋漁業(yè)開發(fā)重點實驗室,上海 201306;5.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大洋漁業(yè)資源環(huán)境科學觀測實驗站,上海 201306)
【目的】探究金烏賊()的日周期性,以及角質(zhì)顎和內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)在金烏賊年齡鑒定中的相關關系。【方法】根據(jù)2018年9月至2019年3月在東海外海海域(123°-127° E,28.0°-31.5° N)采集金烏賊132尾,對其角質(zhì)顎、內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)輪紋進行分析判讀,并通過線性擬合、差異化比較等非分析角質(zhì)顎、內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)的輪紋特征,探討兩者輪紋數(shù)間及其與胴長的相關關系?!窘Y(jié)果】金烏賊角質(zhì)顎喙部切面生長紋主要分布在頭蓋區(qū)與側(cè)壁區(qū),對稱分布于喙部截面縱軸的兩側(cè),其喙部頭蓋區(qū)的背側(cè)生長紋較為完整。角質(zhì)顎生長紋中還存在標記輪、亞日輪以及其他特殊生長紋結(jié)構(gòu);金烏賊內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)縱切面的生長紋,從頂端延續(xù)到底端,生長紋長度也隨之遞減。內(nèi)殼與角質(zhì)顎生長紋數(shù)目為56 ~ 137,二者線性相關系數(shù)= 0.947 1。內(nèi)殼、角質(zhì)顎輪紋數(shù)與對應樣本胴長分別線性相關。【結(jié)論】金烏賊角質(zhì)顎、內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)與日齡線性相關,可作為年齡鑒定材料,但應根據(jù)實際情況進行選擇。
金烏賊;角質(zhì)顎;內(nèi)殼;微結(jié)構(gòu);年齡鑒定
金烏賊()隸屬于頭足綱(Cephalopoda)烏賊目(Sepioidea)烏賊科(Sepiidae) 烏賊屬(),主要生活在日本列島、菲律賓群島海域,俄羅斯遠東地區(qū),我國的南海、東海、黃渤海等海域,在烏賊科種類中,年產(chǎn)量位居世界第二,有生命周期較短、世代更新快、經(jīng)濟價值高等優(yōu)點。金烏賊是北方海域經(jīng)濟價值較高的頭足類之一,曾是黃?;\捕的重點捕撈對象以及拖網(wǎng)、定置網(wǎng)具的兼捕對象[1]。但自20世紀70年代后期起,由于過度捕撈、自然災害頻發(fā)、沿岸水環(huán)境污染等諸多因素,金烏賊卵和幼體資源被持續(xù)破壞,金烏賊資源嚴重匱乏,漁獲量持續(xù)下降[2-4]。因此,該資源的合理開發(fā)與利用尤為重要。
探究物種群體的生長,年齡組成及結(jié)構(gòu)對種群群落,生態(tài)學,資源保護、管理與利用有重要參考作用[5]。耳石是典型的沉積型硬組織,廣泛應用于頭足類鑒年齡鑒定[6]。但目前利用耳石進行年齡、生長研究主要是柔魚科和槍烏賊科種類[7],它們的耳石均有同心圓結(jié)構(gòu)的周期性輪紋,已用以確定頭足類的準確年齡。而烏賊科耳石構(gòu)造與上述種類有很大不同,耳石沉積規(guī)律不同于后者,因此,在研磨過程中難以發(fā)現(xiàn)耳石的核心位置,無法確定研磨平面,從而不能推算準確年齡[8]。作為耳石替代材料,角質(zhì)顎已逐漸用于頭足類的生長年齡鑒定,有良好的生活史信息、形態(tài)特征穩(wěn)定[9],廣泛應用于分類[10]、種群鑒定[11]、日齡鑒定[12]與資源評估[13]等研究。烏賊類內(nèi)殼為石灰質(zhì),主要成分為碳酸鈣,有類似于耳石的沉積規(guī)律,且有清晰的生長紋[14]。目前,對于烏賊年齡、生長研究較少,且選取材料相對單一,即僅用角質(zhì)顎、內(nèi)殼或耳石中的一種作為研究材料,往往無法相互佐證年齡正確性。
迄今,金烏賊的研究往往集中于生長特征[15]、增殖放流[16]等方面,而有關年齡生長規(guī)律等基礎生物學內(nèi)容,特別是對東海外海海域金烏賊的研究較少。本研究分別運用計數(shù)、差異化分析等方法分析東海外海金烏賊角質(zhì)顎、內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)的輪紋特征,比較二者生長紋的沉積規(guī)律,探討角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)在烏賊科年齡估算上的可行性,為進一步了解該物種的基礎生物學及漁業(yè)資源管理提供科學依據(jù)。
實驗用金烏賊樣品132尾,于2018年9月至翌年3月,由“浙嶺漁23860號”拖網(wǎng)漁船每月在我國東海外海海域(123°-127° E,27.5°-32° N)隨機采樣捕獲。樣品置于-20℃冷庫冷凍保存,帶回實驗室進行分析。
1.2.1 生物學測定與內(nèi)殼、角質(zhì)顎的提取 金烏賊樣本解凍后,用電子秤稱量樣本體質(zhì)量,精確至0.1 g。用皮尺測量胴長(mm),精確至1 mm。根據(jù)樣本生殖系統(tǒng)特征判斷金烏賊的性別[17]。
剖取完整內(nèi)殼,清洗,裝袋,編號,放入-20℃冰箱中保存。剖取口球中的角質(zhì)顎(先取下顎,再取上顎),去除角質(zhì)顎表面的其他有機成分,用純水洗凈,置于含體積分數(shù)70%乙醇溶液的50 mL離心管保存。
1.2.2 角質(zhì)顎、內(nèi)殼切片制作 生長紋分布在金烏賊角質(zhì)顎喙部矢狀切面。依據(jù)劉必林等[18]方法制備角質(zhì)顎切片,包括切割、包埋、研磨和拋光。切割時僅保留與輪紋相關的角質(zhì)顎喙部脊突、頭蓋區(qū)域,使被切平面盡量與喙部矢狀切面平行。用鑷子向長方形的塑料模具中放入切割的角質(zhì)顎,并倒入體積比1∶1的冷埋樹脂與固化劑混合液進行包埋,靜置24 h,待混合液硬化。
內(nèi)殼切片制備包括切割、研磨、拋光。切割時被切面與縱截面盡量保持平行,對內(nèi)殼中心線及中心線右側(cè)1 cm平行線進行標記,沿右側(cè)標線切割。將包埋的角質(zhì)顎、切割的內(nèi)殼在Stuers研磨機上,從粗到細依次用120、600、1200、2400與4000型號的防水耐磨砂紙研磨,研磨過程中用電子光學顯微鏡觀察,直至該平面顯微鏡下出現(xiàn)較為清晰輪紋結(jié)構(gòu),研磨另一面,當兩面均磨至理想平面后,用0.05 μm氧化鋁劑在絨布上加水混合,拋光。制備的角質(zhì)顎、內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)切片分別在鱗片袋中保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.3 輪紋讀取 對研磨至矢狀切面的角質(zhì)顎,利用連接有電荷耦合元件的Olympus光學顯微鏡拍照(100倍視野);研磨的內(nèi)殼于解剖鏡下,用連接有電荷耦合元件的Olympus光學顯微鏡拍照(1倍視野,將內(nèi)殼切面每2 cm的前后標志拍入視野[19]),用Photoshop 7.0對所拍角質(zhì)顎縱截面、內(nèi)殼切片圖片依次疊加處理,得到完整內(nèi)殼、角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)照片。每張照片分別由兩位不同觀察者計數(shù),當兩者計數(shù)的日齡誤差小于均值的10%時,該均值年齡為準確年齡,取4次計數(shù)的平均值作為其年齡[20]。
用均值檢驗(-test) 法對金烏賊的上角質(zhì)顎與內(nèi)殼生長紋數(shù)目進行差異化分析與檢驗。用典型相關分析法分析金烏賊角質(zhì)顎與內(nèi)殼輪紋數(shù)之間的相關關系。
圖1可見,金烏賊角質(zhì)顎喙部切面主要由頭蓋區(qū)、側(cè)壁區(qū)及兩區(qū)交匯的喙部截面縱軸組成,其中,生長紋明暗交替,主要分布在頭蓋區(qū)與側(cè)壁區(qū),位于喙部截面縱軸的兩側(cè),呈對稱分布,并由喙部頂端區(qū)域一直延伸至脊突和頭蓋的交匯處。此外,與鳶烏賊上角質(zhì)顎色素沉著不同[21],金烏賊上角質(zhì)顎中色素沉著較深的區(qū)域為頭蓋區(qū)與側(cè)壁區(qū),而在喙部截面縱軸附近沉著較淺(圖1(a))。
<
(a) 上角質(zhì)顎喙部矢狀切面微結(jié)構(gòu);(b) 標記輪結(jié)構(gòu);(c) 亞日輪結(jié)構(gòu);(d) 異常結(jié)構(gòu)
(a) the rostrum sagittal sections ofupper beak; (b) checks of upper beak microstructure; (c) sub-day increments of upper beak microstructure; (d) abnormal structure
圖1 金烏賊上角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)
Fig.1 Upper beak microstructure of
越接近于角質(zhì)顎喙部頭蓋區(qū)邊緣,金烏賊生長紋越細,相鄰兩條生長紋間距越小。喙部縱向生長紋是角質(zhì)顎喙部邊緣的生長紋中平行于邊緣、又細又密的輪紋;由于角質(zhì)顎是攝食器官,在日常捕食中會出現(xiàn)角質(zhì)顎腐蝕等情況,角質(zhì)顎喙部前端生長紋易出現(xiàn)缺失、模糊等現(xiàn)象,無法對其進一步計數(shù)分析。金烏賊角質(zhì)顎生長紋中還存在標記輪、亞日輪以及其他特殊生長紋結(jié)構(gòu):標記輪中,其暗帶輪紋色素沉著相比于其他輪紋更深,或明帶輪紋相比之下更淺(圖1(b));亞日輪的暗帶色素沉著與一般輪紋更淺(圖1(c))。所取樣本中還發(fā)現(xiàn)2尾雄性金烏賊角質(zhì)顎中存在與其他喙部輪紋分布不同的特殊輪紋結(jié)構(gòu):喙部頂端出現(xiàn)不同于一般生長紋的扭曲現(xiàn)象(圖1(d))。
圖2可見,金烏賊內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)的生長紋分布在縱切面上,從頂端延續(xù)到底端,生長紋長度也隨之遞減,并有明暗交替的輪紋結(jié)構(gòu)(圖2(a))。烏賊類石灰質(zhì)內(nèi)殼生長紋由一系列生長薄片疊加而成[22],且生長薄片在頂端至中部基本與其縱切面頂端平面平行,故在此范圍其生長紋基本平行于頂端,而在底端及其邊緣,由于內(nèi)殼形狀出現(xiàn)較大程度的彎曲,其生長薄片、生長紋隨之出現(xiàn)彎曲(圖2(b))。分析內(nèi)殼縱切面生長紋發(fā)現(xiàn),內(nèi)殼在頂端及底端邊緣生長薄片色素沉著較深,中部色素沉著較淺。此外,越接近金烏賊內(nèi)殼頂端與底端邊緣,其相鄰生長薄片間距越小,生長紋越密(圖2(c))。
(a) 拼接內(nèi)殼生長薄片縱截面;(b) 內(nèi)殼頂端生長薄片縱截面;(c) 內(nèi)殼底部生長薄片縱截面
分析可知,132尾東海外海海域金烏賊胴長為64 ~ 162 mm,而內(nèi)殼與角質(zhì)顎生長紋數(shù)目為56 ~ 137。通過線性擬合發(fā)現(xiàn),內(nèi)殼輪紋數(shù)、角質(zhì)顎輪紋數(shù)分別與對應樣本胴長線性相關(圖3)。對內(nèi)殼、角質(zhì)顎輪紋數(shù)關系進行典型相關分析、均值分析(-檢驗),結(jié)果表明,兩者間線性相關關系= 0.947 1。通過對內(nèi)殼與角質(zhì)顎輪紋進行方程擬合,發(fā)現(xiàn)兩者間線性斜率為0.979 2(圖4)。
圖3 金烏賊的胴長及其所對應的角質(zhì)顎和內(nèi)殼的輪紋數(shù)
圖4 金烏賊角質(zhì)顎和內(nèi)殼輪紋數(shù)的關系
Clarke[23-24]較早提出頭足類角質(zhì)顎存在生長紋結(jié)構(gòu)。近年來,越來越多關于烏賊類角質(zhì)顎及微結(jié)構(gòu)的研究。金烏賊主要生活在中下層海域,其角質(zhì)顎切面翼部及側(cè)壁的色素沉淀與其他頭足類不同,色素沉著在角質(zhì)顎喙部截面縱軸區(qū)域更深[25],生長紋較明顯,研磨后易于觀察計數(shù)。角質(zhì)顎是頭足類的攝食器官,在捕食等活動過程中,喙部常被外界腐蝕,由于頭蓋區(qū)邊緣與角質(zhì)顎第一生長紋的連接區(qū)域離喙部前端較近,研磨可能導致該區(qū)域生長紋喪失,不利于計數(shù)觀察,但因為角質(zhì)顎生長紋對稱分布,通過對頭蓋區(qū)邊緣生長紋觀察計數(shù),可消除喙部腐蝕的影響[26];喙部截面縱軸附近色素沉著較淺,研磨過程中可能出現(xiàn)切面偏差,導致輪紋間隔不清晰、交錯重疊等,進而導致觀察計數(shù)誤差;側(cè)壁區(qū)邊緣輪紋由于色素沉著較深、研磨時受力不均等原因,常出現(xiàn)缺失,并不能清晰地觀察出該區(qū)域的全部生長紋。因此,出現(xiàn)輪紋不清時還需通過對角質(zhì)顎頭蓋區(qū)附近的生長紋觀察計數(shù)得出。
本研究發(fā)現(xiàn),金烏賊角質(zhì)顎、內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)普遍存在亞日輪、標記輪及特殊輪紋結(jié)構(gòu)。亞日輪的形成主要由環(huán)境等因素的突變所致,并不具有日周期性、規(guī)律性的特征,故在觀察時需將其與日輪加以區(qū)分。標記輪可能與溫度突變、風暴等外界因素影響有關[27],因而可能會記錄個體生活史信息[28]。本研究中,個別雄性金烏賊的喙部前端出現(xiàn)不同于一般輪紋的扭曲現(xiàn)象,可能是由生長過程中外界環(huán)境的改變,導致喙部前端的輪紋沉積異常所致。
烏賊類內(nèi)殼主要成分為石灰質(zhì),內(nèi)部生長紋由諸多生長薄片疊加而成[22]。內(nèi)殼縱切面呈錐狀,生長紋在縱切面均勻分布,長度由頂端至底端依次遞減。與角質(zhì)顎相似,金烏賊內(nèi)殼縱切面生長紋在頂端及底端邊緣色素沉著較深,中間色素沉著較淺,加之研磨方式、研磨平面等不同,會出現(xiàn)內(nèi)殼切面的中部生長紋不清晰的狀況,對于內(nèi)殼生長紋模糊區(qū)域,可由已有輪紋推算,通過頂端、底端周圍較易觀察的生長紋可估算該個體大致年齡,但估算易產(chǎn)生計數(shù)誤差,影響最終結(jié)果[29]。Hermosilla等[30]研究發(fā)現(xiàn),如研磨完成未及時拍照,內(nèi)殼生長紋可能逐漸模糊并難以辨認,影響進一步計數(shù)、分析。
受金烏賊內(nèi)殼本身形態(tài)結(jié)構(gòu)的限制,頂端及周圍生長薄片基本平行于該平面生長,底部生長薄片、生長紋則出現(xiàn)較大彎曲,越靠近底端,生長薄片彎曲程度越大。此外,受金烏賊生長、溫度等環(huán)境因素的影響,越接近金烏賊內(nèi)殼頂端、底端,相鄰生長薄片間距越小。
已證實烏賊屬的科氏烏賊()[31]、西非烏賊()[14]等內(nèi)殼可用作研究頭足類年齡的材料,日周期性也基本得到證實。此外,Arkhipkin等[32]及Bizikov等[33]對比分析內(nèi)殼與耳石生長紋后認為,內(nèi)殼角質(zhì)層生長紋和內(nèi)殼腹面生長紋分別適用于鑒定貝烏賊()和科氏烏賊()的年齡。因此可認為,金烏賊內(nèi)殼具有日周期性,可用來研究與鑒定年齡。
相比于內(nèi)殼,角質(zhì)顎有如下優(yōu)點:處理過程相對便捷[34],形態(tài)學測量更為簡單,對形態(tài)學方面的研究分析更加有利[35];受外界環(huán)境因素影響較小、生理作用對輪紋生長速率作用較小;角質(zhì)顎喙部切面生長紋的產(chǎn)生受溫度、鹽度等因素的影響,可能富含該個體生活史信息[28];日周期性晝夜變化引起其有規(guī)律的生活模式也可能在角質(zhì)顎上反映[36]。目前,對頭足類角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)鑒定年齡與生長的研究較多[33],與內(nèi)殼相比,角質(zhì)顎更有利于下一步的分析。但由于捕食競爭、生境的突變等諸多因素影響,角質(zhì)顎喙部前端生長紋可能缺失,產(chǎn)生計數(shù)誤差[21];金烏賊生活在大洋中下層,導致其角質(zhì)顎側(cè)壁與翼部的色素沉著較深[25],矢狀切面輪紋相較于其他頭足類不明顯;金烏賊角質(zhì)顎中還存在亞日輪結(jié)構(gòu),觀察者需對日輪與亞日輪仔細辨別,否則可能影響年齡估算的準確性[21],可通過內(nèi)殼等其他年齡鑒定材料進行對比驗證,使數(shù)據(jù)更加精確。內(nèi)殼耐腐蝕、形態(tài)穩(wěn)定,更易研磨[37]。相比于角質(zhì)顎,其色素沉著影響相對較小,生長薄片更清晰易讀,且已證實可通過估算等方式推算出生長紋不清晰區(qū)域的輪紋數(shù)[29]。此外,烏賊科內(nèi)殼與其生活史密切相關[14];但其石灰質(zhì)內(nèi)殼易受生理、環(huán)境特別是溫度影響,輪紋的生長速率可能改變[38],影響日周期性。此外,研磨后的內(nèi)殼若不及時拍照,可能導致內(nèi)殼輪紋模糊等現(xiàn)象,造成一定的計數(shù)誤差[30]。
本研究通過典型相關性法、均值分析法(t-test)分析金烏賊內(nèi)殼與角質(zhì)顎輪紋數(shù)相關關系,發(fā)現(xiàn)二者間具有線性相關關系,相關系數(shù)2接近于1,并得出,金烏賊胴長與年齡有正相關關系,可通過胴長大小估算其年齡組成;通過角質(zhì)顎、內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)研究金烏賊的長發(fā)育,在本研究海域環(huán)境條件下,二者輪紋數(shù)差異不大,作為年齡生長鑒定材料均有可行性,且可相互佐證,通過對比,減少人為因素產(chǎn)生的計數(shù)誤差。此外,本研究還認為,金烏賊角質(zhì)顎輪紋沉積有日周期性。劉必林等[25]曾研究真蛸() 角質(zhì)顎生長紋,結(jié)果表明實際日齡與角質(zhì)顎微結(jié)構(gòu)的生長紋差異不顯著,證明頭足類角質(zhì)顎生長紋有日周期性。但由于角質(zhì)顎、內(nèi)殼在可獲取性以及實驗便捷性等方面各有優(yōu)劣,在不同情況下選用烏賊科年齡鑒定材料時需考慮:在對海域溫度變化較大、中下層海域的金烏賊進行研究時應優(yōu)先選用內(nèi)殼,對外界環(huán)境較為復雜、生活史及形態(tài)學研究時,應首選角質(zhì)顎。目前,角質(zhì)顎、內(nèi)殼均未廣泛應用于烏賊科的年齡鑒定,因此,應不斷改進微結(jié)構(gòu)在年齡、生活史研究中的估算、分析方法,通過輪紋分析及微化學等手段,使角質(zhì)顎、內(nèi)殼應用于分析烏賊科更多種類年齡及生長。
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Microstructure of Beak and Cuttlebone and Determination of Growth Increments foroff Coast of East China Sea
FANG Zhou1,2,3,4,5, YU Jun1, YANG Guang-ming-mei1, HAN Pei-wu1
(1.201306,; 2.,,,201306,; 3,,201306,; 4.,,201306,; 5,,201306,)
【Objective】To explore the correlation between the diurnal periodicity and the microstructure of upper beaks and cuttlebones in determining the age of.【Method】132 upper beaks and cuttlebones were extracted based on of the data from fishing vessels in the East China Sea (123°–127° E, 28°–31.5° N) from September 2018 to March 2019.Byembedding and grinding methods, the growth increments was determined.The differences were also studied by stimulation of mathematical model and differentiation comparison.【Result】The growth increments ofwere mainly distributed in lateral wall and hood region of upper beaks, which were symmetric distribution in the internal rostral axis.The increments in the dorsal region of the beak’s hood were more complete.Besides, checks, sub-day increments and other abnormal structures could be found.The increments of cuttlebones occurred from bottom to top, with the length decreasing.The amount of growth increments on the upper beaks and cuttlebones ranged from 56 to 137.In addition, values ofequaled 0.947 (or use 0.95).Number of beak and cuttlebone increments are linearly correlated with the mantle length .【Conclusion】The upper beak had the diurnal periodicity, there was a linear correlation between the cuttlebone and upper beak when referring to the number of growth increments.Based on the results, the upper beaks and cuttlebones are better determining materials that can be used to determinethe age and growth.of
; beak; cuttlebone; microstructure; age determining
Q954.5;Q959.216+.1
A
1673-9159(2022)02-0046-07
10.3969/j.issn.1673-9159.2022.02.006
2021-09-16
國家重點研發(fā)計劃(2019YFD0901404);國家自然基金面上項目(NSFC41876141);農(nóng)業(yè)部外海漁業(yè)開發(fā)重點實驗室開放課題 (LOF 2021-01)
方舟(1988―),男,博士,講師,研究方向為頭足類漁業(yè)生物學。E-mail: zfang@shou.edu.cn
方舟,俞駿,楊光明媚,等.東海外海金烏賊角質(zhì)顎與內(nèi)殼微結(jié)構(gòu)特征及輪紋判讀[J].廣東海洋大學學報,2022,42(2):46-52.
(責任編輯:劉慶穎)