珠江口七丝鲚耳石微化学初报

姜 涛刘洪波黄洪辉杨 健

(1. 南京农业大学无锡渔业学院, 无锡 214081; 2. 长江中下游渔业生态环境评价与资源养护重点实验室, 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心, 无锡 214081; 3. 中国水产科学研究院南海水产研究所, 广州 510300)

珠江口七丝鲚耳石微化学初报

姜 涛1, 2刘洪波2黄洪辉3杨 健1, 2

(1. 南京农业大学无锡渔业学院, 无锡 214081; 2. 长江中下游渔业生态环境评价与资源养护重点实验室, 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心, 无锡 214081; 3. 中国水产科学研究院南海水产研究所, 广州 510300)

珠江属于我国三大河流之一, 其河口水域初级生产力高、饵料生物众多。该河口水域生态环境独特, 是许多鱼类的重要洄游通道[1]。七丝鲚(Coilia grayii)便是其中的一种,隶属于鲱形目、鳀 科、鲚属, 被认为是一种洄游型鱼类[2]。其在我国主要分布于福建、广东、广西沿岸, 在繁殖季节可由各通海河流(如闽江、九龙江、珠江等)河口进入淡水进行产卵繁殖[2]。目前对于七丝鲚的研究, 除了有零星的资源调查结果外[3, 4], 多为从遗传学等角度与其他鲚属鱼类的分类学比较方面[5—7]。和许多洄游性鱼类一样, 由于其生活史过程中生境的选择和利用模式复杂, 且传统捕捞调查方法很难获得全生活史各阶段标本的局限, 对于七丝鲚一生的生境履历及洄游特征至今尚缺乏详细地了解。

近年来由于耳石微化学研究的发展, 利用耳石微化学来把握洄游性鱼类生境和洄游动态的技术已日渐成熟;特别是耳石中锶、钙元素积累的变化常被用来客观地反演相关鱼类生活史各阶段所经历不同盐度水体时所留下的生境“指纹”[8]。由于耳石具有能够很好的保存源自生境的元素, 且元素浓度与不同盐度水体的相关性强, 判别生境的结果客观性好等独特优势, 所以即使仅有 1尾或数尾鱼标本, 其耳石也能很好的反演/重建生境履历特征[9—12]。迄今, 笔者实验室基于同属鲚属鱼类的刀鲚(C. nasus)和凤鲚(C. mystus)耳石微化学特征, 已建立了判别不同盐度生境特征的耳石锶钙比的标准[13, 14]。以此为基础, 本研究尝试首次对珠江口七丝鲚开展耳石微化学分析, 以期突破传统研究方法的局限, 较为客观地掌握其洄游履历和生境选择性特征, 从而为其渔业资源的可持续利用以及人工养殖提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

于2011年12月5日在珠江口十五涌水域采集到3尾七丝鲚标本用于本研究。其编号分别为 SWCG01、SWCG02和SWCG03(图1), 对应的全长依次为28.8、20.7 和20.6 cm, 相应的体重依次为28.75、24.81和21.20 g。所有标本在测量了生物学基本数据后, 统一摘取左耳石(以下简称耳石)作为元素微化学的分析对象。

图1 七丝鲚采样水域(·)及珠江口盐度分布情况Fig. 1 Map of the sampling site (·) of Coilia grayii and salinity distributions in the Pearl River Estuary

1.2 耳石前处理和微化学分析

耳石取出后, 先使用去离子水清洗并去除外套膜等杂质, 后使用酒精清洗。清洗完后, 所有耳石于室温下干燥24h待用。耳石微化学分析前, 所有样品需要使用环氧树脂包埋(Epofix; 丹麦 Struers公司)固定, 再使用500目砂纸粗磨, 1200目砂纸精磨至核心将要暴露。然后, 换用磨抛机(Roto Pol-35, 丹麦Struers公司)装备机织布抛光盘配合抛光液抛光, 直至核心完全暴露且表面无可见刮痕;耳石样品再放入Milli-Q超水中超声清洗5 min后, 自然晾干24h。待完全晾干后, 使用真空镀膜蒸镀机(JEE-420,日本电子株式会社)蒸镀碳膜(36 A, 25 S)。

参考Yang 等[13]的方法, 使用X射线电子探针微区分析仪(EPMA, JXA-8100型, 日本电子株式会社)分析耳石上锶、钙元素含量。定量线分析的测定自耳石核心沿最长径至耳石边缘的一条直线(耳石径)进行。此时EPMA使用的加速电压为15 kV, 电子束流为2.0×10–8A, 束斑直径为5 μm, 每点驻留时间为15s, 样品点分析间隔为10 μm。使用碳酸钙(CaCO3)和钛酸锶(SrTiO3)作为标准样品。定量线分析完成后, 进行元素面分布分析。此时 EPMA的加速电压为 15 kV, 电子束流为 5.0×10–7A, 束斑直径为5 μm, 像素为7 μm×7 μm, 每点驻留时间为30ms。

按惯例, 文中“Sr/Ca比值”将为“Sr/Ca×1000”的值。1.3 淡水指数FC

为进一步确定七丝鲚早期生活史过程中对淡水生境的利用程度, 本研究还引入和计算了耳石过核心截面的“淡水指数”[15]:其中 FC为淡水指数, 从耳石核心沿分析定量线至边缘第一阶段Sr/Ca比低值区径长和全径长分别Lf和LT表示。

1.4 数据处理

所有数据使用美国微软公司Excel 2007和IBM公司的SPASS 19.0进行统计学分析。差异显著水平判定使用Mann-Whitney U测验进行。

2 结果

珠江口七丝鲚不同个体间虽然 Sr/Ca比值波动较复杂(图 2), 但是所有样品在核心附近分别至 890 (SWCG01)、1400 (SWCG02)和900 μm (SWCG03), 比值均较低(Sr/Ca比值分别为2.4±0.7、1.8±0.6和1.4±0.9)(表1)。通过比较不同阶段的差异, 发现SWCG01和SWCG02个体耳石径上的Sr/Ca比值变化过程都可分为5个阶段(表1), 其分别在(890—1490)、(2290—2650)和(1400—1760)、(2000—2450) μm处有两个Sr/Ca比值的高值, 其余阶段的比值均较低。这反映在元素面分布分析的结果时, 就是从核心开始同心圆环呈现蓝、绿、蓝、绿、蓝的颜色变化模式(图3)。相比之下, SWCG03个体耳石Sr/Ca比值较为复杂, 其在经历了一段低值(0—900 μm)、一段高值(900—1400 μm)以及另一段低值(1400—1690 μm)之后, 高、低值频繁变动还可达6个阶段(表1)。

图 2 沿 3尾七丝鲚个体(SWCG01、-02、-03)的耳石矢状面从核心(0 μm)到边缘的定量线分析记录到的Sr/Ca比值变化Fig. 2 Fluctuation of otoliths Sr:Ca concentration ratios along line transects from the core (0 μm) to the edge in sagittal plane of otoliths from 3 individuals (SWCG01, -02, -03) of Coilia grayii

表1 三尾七丝鲚个体耳石中锶和钙元素微化学变化Tab. 1 Fluctuation of Sr and Ca microchemistry in otoliths from 3 individuals of Coilia grayii

根据前文 1.3所列淡水指数公式分别计算本研究中三尾个体的淡水指数, SWCG01、SWCG 02和SWCG 03 的FC值分别为0.32, 0.55和0.41。

3 讨论

3.1 七丝鲚生活史过程中生境“履历”的重建

洄游性鱼类本身复杂的生活史过程使得传统的捕捞调查方式在相关鱼类生境“履历”的研究上存在着很多局限, 如对凤鲚早期生活史中的淡水孵化[13]以及欧洲鳗鲡(Anguilla anguilla)美洲鳗鲡(A. rostrate)和日本鳗鲡(A. japonica)是否有洄游群体[16]的准确判别等。与之相比, 耳石微化学研究以其独特的优势被众多研究证明可以有效的反映鱼类生活史过程中生境“履历”的变化, 特别是其中的Sr/Ca比值和水体盐度的情况息息相关, 利用这点可以有效的反演其生境“履历”[16—18]。迄今为止, 关于鲚属鱼类的耳石元素分析和生境“履历”重建已有不少报道, 引证出相关方法在鲚属鱼类生活史研究中的可行性[10, 14, 19, 20]。

本实验室曾在对淡水定居的太湖刀鲚、洄游的长江刀鲚以及凤鲚耳石的锶钙比值比较研究中所发现的不同盐度水体(淡水、半咸水和海水)所对应的Sr/Ca比值平均值一般趋势, 即3种盐度水体分别对应于≤3、3—7以及≥7的趋势, 反映到耳石面分布分析中分别显示为蓝色、绿色、黄—红色同心环区域)[13]。参考这些标准可以判断,在本研究中耳石微化学的 3尾七丝鲚应该均为溯河洄游型鱼类, 即其亲鱼在淇澳岛至宝安一线以北的淡水产卵场中产卵(盐度＜2), 受精卵在淡水中孵化后发育一段时间后, 幼鱼转而在河口较高盐度的内伶仃岛附近伶仃洋水域(盐度2‰—25‰)生长(图1)。而这点也和同属的刀鲚类似, 如徐刚春等[24]在研究刀鲚幼鱼运输过程发现将环境盐度设定为10要较纯淡水更能显著提高其成活率。与传统上认为的七丝鲚在河口半咸水水域产卵孵化[2, 21]相比, 即使只有 3尾鱼本研究较为客观的耳石微化学结果依旧完全可以对前人的观点和推论进行完善和补充。根据林霭亮[3]对珠江口七丝鲚的调查结果来看, 当年5月出生的幼鱼至翌年4月体长范围为170—180 mm, 且其在一龄即达到性成熟, 补充入产卵群体。与之相比本研究中个体最小为20.6 cm, 最长个体达28.8 cm, 据体长估算分别为1龄和2龄成鱼, 由此可见本研究所使用的七丝鲚个体已经能够反映其完整的生活史履历。值得注意的是, 3尾七丝鲚生长期间可以不断往返于淡水和半咸水水域, 却没有发现其耳石上有对应于大屿山一线以南的高盐度海水(盐度＞25‰)的“印痕”。这显示出这些个体未进入过高盐度海水生境中生活(图 4), 且根据图 1所示盐度情况, 很有可能这些个体在生活史过程中主要往返于龙穴岛至内伶仃岛附近水域。这与林越赳[21]所报道的七丝鲚卵在河口孵化后幼鱼会随水漂流到外海生活的情况不同(即本研究的七丝鲚全为在淡水和河口半咸水间生活的个体), 而与河口豹纹裸胸鳝(Gymnothorax polyuranodon)的情况相似[12]。3.2 七丝鲚洄游模式的特征

图 4 基于耳石锶元素浓度或锶钙比值分析的七丝鲚生境“履历”示意图(图中带黑色箭头的线示意其在非产卵洄游阶段时可能的活动模式)Fig. 4 Diagrammatic sketch of the life cycle of Coilia grayii based on the otolith Sr concentration or Sr:Ca ratio analyses along the life-history transects (The line with black arrows represents the possible dispersion patterns during the non-spawning migratory phases)

在本研究中七丝鲚耳石 Sr/Ca比值的结果反映出七丝鲚洄游模式的多样性和复杂性。七丝鲚不同个体核心的低值区十分明显且变化较大, 其中SWCG01和SWCG03较为接近分别为890和900 μm。与之相比, SWCG02个体的核心低值区要大很多(为1400 μm)。淡水指数FC的结果亦反映出 3个个体间早期生活史过程中淡水生境履历部分所占的比重不同, SWCG02(0.55)要大于另外两尾个体(SWCG01 为0.32, SWCG03为0.41)。考虑到七丝鲚的卵为浮性卵[21], 卵的移动基本受到江河水流的支配。这可能反映出本研究采自珠江口十五涌的三尾七丝鲚个体所起源的产卵场/孵化场为纯淡水区域, 应该离开河口一段距离(即不会受到潮汐所带来的河口半咸水的影响), 且SWCG01、SWCG03与SWCG02可能源自不同的产卵场。另一种可能性是本研究 3尾个体在早期生活史过程中,由于习性的不同导致其在淡水中栖息时间上的差异。综合考虑卵和幼鱼早期的移动能力, 本研究 3尾个体耳石核心低值区的差异更可能的还是和第一种情况相符。在下一步的研究中, 这些推论还有待调查和确认。

比较整个生活史模式, 3尾七丝鲚个体在早期的生活史履历较为相似, 均有一个从蓝色到绿的过程。其中SWCG01和SWCG02个体在整个生活史模式中十分相似,都表现为淡水孵化后进入河口半咸水乃至近岸水域生活然后再回到淡水、又回到河口半咸水最后回到淡水(十五涌)水域的过程。虽然对于七丝鲚群体的生境履历尚存在很多不明和不确定的情况, 但是本研究耳石微化学的类型显示出七丝鲚个体可能主要生活在河口半咸水水域的趋势, 且在非生殖洄游的过程中还具有可以同时利用淡水和半咸水水域的能力。这可能反映出一些七丝鲚不同于刀鲚、凤鲚生境选择性/依存性的种间差异。孵化后的刀鲚一般在接近 1年时间的淡水生活史后, 才会进入较高盐度的河口半咸水或海水生活直至较长时间(2龄以上);之后才会回到淡水产卵繁殖。凤鲚产卵可能需要淡水的刺激, 但孵化后主要在河口半咸水发育生长, 并不溯河深入淡水环境[2, 13]。

为了更好地比较鲚属三种鱼在早期生活过程中淡水环境的依赖情况, 本研究计算了相应的淡水指数。其中长江口凤鲚的FC根据Yang等[13]的报道约为0.01, 远小于本研究珠江口七丝鲚3尾个体的FC值(0.32—0.55)。与凤鲚相比, 珠江口七丝鲚可能在早期生活史过程中需要更多的时间栖息于盐度较稳定的淡水环境。而这一点与长江口及其临近水域的刀鲚相似(崇明刀鲚为 0.48±0.16), 钱塘江口刀鲚为 0.48±0.16[15]。其中长江口刀鲚更是需要在淡水中生活到将近第一冬龄形成前, 才会离开半咸水生活[14]。考虑到长江刀鲚目前最远的产卵场可达距长江口800 km的鄱阳湖水域, 从而保证了其仔稚鱼早期生活史过程中必要的淡水生活史时间[22], 那么珠江七丝鲚势必也需要一个距离河口有一定距离的产卵场或者能够为仔稚鱼提供稳定淡水环境的水湾或河汊。

4 结论

本研究选择珠江口十五涌所采集的七丝鲚作为研究对象, 首次开展了其耳石元素锶、钙的微化学特征研究。定量线分析和面分布分析的结果显示, 珠江口七丝鲚洄游活动的多样化。其孵化和早期生活史较长的一段时间需要在淡水生境中完成, 而在随后的生长和发育阶段, 其还具有同时利用河口半咸水和淡水生境的能力。个体之间的生活史生境“履历”存在着差异, 反映出了七丝鲚个体间可以具有多样性和复杂性的生存策略, 以适应珠江口复杂的盐度水文条件[23]。今后, 有必要采集更多的七丝鲚标本, 从耳石微化学、微结构、日/年龄和珠江口盐度变化等方面开展综合研究, 以期更全面地掌握七丝鲚全生活史过程中的时间和空间动态, 为这种经济渔业资源的保护和人工繁殖提供重要的基础资料。

[1] Peng S Y, Lai Z N, Jiang W X, et al. Study on community structure of macrozoobenthos and impact factors in Pearl River Estuary [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2010, 34(6): 1170—1189 [彭松耀, 赖子尼, 蒋万祥, 等. 珠江口大型低栖动物的群落结构及影响因子研究. 水生生物学报, 2010, 34(6): 1170—1189]

[2] Yuan C M, Qin A L, Liu R H, et al. On the classification of the anchovies, Coilia, from the lower Yangtze River and the southeast coast of China [J]. Journal of Nanjing University (Natural Science), 1980, 3: 67—77 [袁传宓, 舲秦安 , 刘仁华, 等. 关于长江中下游及东南沿海各省的鲚属鱼类种下分类的探讨. 南京大学学报(自然科学版), 1980, 3: 67—77]

[3] Lin A L. A primary estimation on resource of Collichthys lucidus and Coilia grayii [J]. Marine Fisheries, 1985, 1: 3—5 [林蔼亮. 珠江口棘头梅童鱼和七丝鲚资源初步评估.海洋渔业, 1985, 1: 3—5]

[4] Ni I H, Kwok K Y. Marine fish fauna in Hong Kong waters [J]. Zoological Studies, 1999, 38(2): 130—152

[5] Lin Y J. A comparation between Coilia grayii and C. mystusboth distributed in outled of Jiulong River [J]. Journal of Fujian Fisheries, 1986, 3: 26—32 [林越赳. 九龙江口七丝鲚和凤鲚的比较. 福建水产, 1986, 3: 26—32]

[6] Zhou X D, Yang J Q, Tang W Q, et al. Species validities analyses of Chinese Coilia fishes based on mtDNA CO iv barcoding [J]. Acta Zootaxonomica Sinica, 2010, 35(4): 819—826 [周晓犊, 杨金权, 唐文乔, 等. 基于线粒体COiv基因DNA条形码的中国鲚属物种有效性分析. 动物分类学报, 2010, 35(4): 819—826]

[7] Cheng Q, Cheng H, Wang L, et al. A preliminary genetic distinctness of four Coilia fishes (Clupeiformes: Engraulidae) inferred from mitochondrial DNA sequences [J]. Russian Journal of Genetics, 2008, 44(3): 339—343

[8] Campana S E. Otolith science entering the 21st century [J]. Marine and Freshwater Research, 2005, 56(5): 485—495

[9] Yang J, Liu H B. Otolith microchemistry of grey mullet Mugil cepalus from Chongming water in the Yangtze River estuary, China [J]. Journal of Fishery Sciences of China, 2010, 17(4): 853—858 [杨健, 刘洪波. 长江口崇明水域鲻鱼耳石元素微化学分析. 中国水产科学, 2010, 17(4): 853—858]

[10] Zhong L, Guo H, Shen H, et al. Preliminary results of Sr:Ca ratios of Coilia nasus in otoliths by micro-PIXE [J]. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2007, 260(1): 349—352

[11] Arai T, Kotake A, Aoyama T, et al. Identifying sea-run brown trout, Salmo trutta, using Sr:Ca ratios of otolith [J]. Ichthyological Research, 2002, 49(4): 380—383

[12] Tsukamoto K, Watanabe S, Kuroki M, et al. Freshwater habitat use by a moray eel species, Gymnothorax polyuranodon, in Fiji shown by otolith microchemistry [J]. Environmental Biology of Fishes, 2014, DOI 10.1007/s10641-014-0228-9

[13] Yang J, Arai T, Liu H B, et al. Reconstructing habitat use of Coilia mystus and Coilia ectenes of the Yangtza River estuary,and of Coilia ectenes of Taihu Lake, based on otolith strontium and calcium [J]. Journal of Fish Biology, 2006, 69(4): 1120—1135

[14] Jiang T, Yang J, Liu H B, et al. Life history of Coilia nasus from the Yellow Sea inferred from otolith Sr:Ca ratios [J]. Environmental Biology of Fishes, 2012, 95(4): 503—508

[15] Jiang T, Liu H B, Shen X Q, et al. Life history variations among different populations of Coilia nasus along the Chinese Coast inferred from otolith microchemistry [J]. Journal of the Faculty of Agriculture Kyushu University, 2014, 59(2): 383—389

[16] Tsukamoto K, Nakai I, Tesch W V. Do all freshwater eels migrate [J]? Nature, 1998, 396(6712): 635—636

[17] Chino N, Arai T. Occurrence of marine resident tropical eel Anguilla bicolor bicolor in Indonesia [J]. Marine Biology, 2010, 157(5): 1075—1081

[18] Tsukamoto K, Arai T. Facultative catadromy of the eel Anguilla japonica between freshwater and seawater habitats [J]. Marine Ecology Progress Series, 2001, 220: 265—276

[19] Dou S Z, Amano Y, Yu X, et al. Elemental signature in otolith nuclei for stock discrimination of anadromous tapertail anchovy (Coilia nasus) using laser ablation ICPMS [J]. Environmental Biology of Fishes, 2012, 95(4): 431—443

[20] Dou S Z, Yokouchi K, Yu X, et al. The migratory history of anadromous and non-anadromous tapertail anchovy Coilia nasus in the Yangtze River Estuary revealed by the otolith Sr:Ca ratio [J]. Environmental Biology of Fishes, 2012, 95(4): 481—490

[21] Lin Y J. A comparation study between Coilia grayii and C. mystus both distributed in outled of Jiulong River [J]. Transactions of Oceanology and Limnology, 1988, (3):89—94 [林越赳. 九龙江口七丝鲚和凤鲚的比较研究. 海洋湖沼通报, 1988, (3): 89—94]

[22] Xu G C, Du F K, Nie Z J, et al. Effects of 10‰ salinity to the plasma osmotic pressure, cortisol, glucose and liver glycogen in Coilia nasus stressed during loading and transportation [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2015, 39(1): 66—72[徐刚春, 杜富宽, 聂志娟, 等. 10‰盐度对长江刀鲚幼鱼装载和运输胁迫中应激指标的影响. 水生生物学报, 2015, 39(1): 66—72]

[23] Jia H L, Xie J, Wu S Y, et al. Temporal and spatial variations of salinity in Pearl River Estuary in recent years [J]. Transactions of Oceanology and Limnology, 2011, (2): 142—146[贾后磊, 谢健, 吴桑云, 等. 近年来珠江口盐度时空变化特征. 海洋湖沼通报, 2011, (2): 142—146]

OTOLITH MICROCHEMISTRY OF COILIA GRAYII FROM THE PEARL RIVER ESTUARY, CHINA

JIANG Tao1, 2, LIU Hong-Bo2, HUANG Hong-Hui3and YANG Jian1, 2
(1. Wuxi Fisheries College, Nanjing Agricultural University, Wuxi 214081, China; 2. Key Laboratory of Fishery Eco-environment Assessment and Resource Conservation in Middle and Lower Reaches of the Yangtze River, Freshwater Fisheries Research Center, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuxi 214081, China; 3. South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China)

七丝鲚; 珠江口; 耳石微化学

Coilia grayii; Pearl River Estuary; Otolith microchemistry

S965.227

A

1000-3207(2015)04-0816-06

10.7541/2015.107

2014-09-23;

2015-02-12

国家自然科学基金项目(31372533); 广东省渔业生态环境重点实验室开放基金(LFE-2011-06); 江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CXLX12_0266)资助

姜涛(1984—), 男, 上海人; 博士研究生; 主要从事渔业生态环境监测与保护研究。E-mail: billow_jiang@yeah.net

杨健, 研究员; E-mail: jiany@ffrc.cn