西白令海阿拉斯加狭鳕矢耳石形态特征研究

段咪，魏联，朱国平、3

(1.上海海洋大学 海洋科学学院，上海 201306；2.上海海洋大学 大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室极地海洋生态系统研究室，上海 201306；3.国家远洋渔业工程研究中心，上海 201306)

阿拉斯加狭鳕Gaduschalcogrammus也称狭鳕鱼、明太鱼，隶属于鳕形目Gadiformes、鳕鱼科Gadidae、狭鳕属Gadus，主要分布于北太平洋，为当今世界产量最高的鱼种之一[1]。该鱼种生长速度相对较快，为白令海生态系统的主要组成部分[2]。阿拉斯加狭鳕属于冷水性鱼类，幼鱼主要摄食桡足类，成鱼摄食磷虾类、端足类和狭鳕幼鱼等[3]。中国狭鳕每年加工量约50万t，主要用于生产冷冻鳕鱼片、鳕鱼块和鱼糜制品等[4]。

耳石是存在于硬骨鱼类内耳膜迷路内的一种钙化组织，主要由碳酸钙组成，平时起到平衡和听觉作用[5]。耳石具有较高的物种特异性[6]，其形态大小、微结构特征因种类不同而存在差异，因此，鱼类耳石不仅可作为鉴定鱼类年龄与分析生长的重要材料[7]，还可用于种类或种群鉴定[8-10]。

迄今为止，有关阿拉斯加狭鳕的研究多与生态及资源分布[11]和资源量评估[2]有关。Blood等[12]对阿拉斯加狭鳕早期胚胎发育进行了研究，Jung等[13]分析了20世纪70年代白令海峡东南岸海域狭鳕鱼卵和仔稚鱼的生态学特征。关于耳石仅见Yoklavich等[14]通过耳石对阿拉斯加狭鳕幼鱼年龄和生长进行了研究，目前，尚未见国内学者对北极鱼类耳石形态特征进行专门研究。为此，本研究中对西白令海域阿拉斯加狭鳕进行生物学测定，并对其耳石外部形态特征进行测定和分析，旨在揭示阿拉斯加狭鳕矢耳石的形态特征及各形态指标与阿拉斯加狭鳕体长和湿体质量的关系，为其年龄鉴定及种群鉴别提供数据资料。

1 材料与方法

1.1 材料

阿拉斯加狭鳕样本由大型拖网加工船“连兴海”轮采集于西白令海俄罗斯专属经济区水域，采集时间为2016年9月25日，采集地点为61°25′N、178°15′W。采集的样本经冷冻保藏运回实验室进行后续分析。

1.2 方法

1.2.1 生物学测定和耳石处理 样本带回实验室

解冻后进行常规生物学测量，包括体长(L，由吻端至尾鳍基部之间的距离)和湿体质量(W)等，其中体长测量精确到0.1 cm，湿体质量测量精确到0.1 g。阿拉斯加狭鳕体长为35～43 cm，湿体质量为296.0～613.1 g。使用镊子和解剖刀由头部平衡囊内摘取耳石，将摘取后的耳石进行编号，用酒精清洗耳石表面的黏膜和有机质，之后用超纯水冲洗干净，进行干燥处理。干燥后用信封袋保存，最后得到完整的耳石样本共45对。采用微量天平(CPA225D)称量耳石质量(精确到0.000 1 g)。

1.2.2 耳石图像采集与测量 将矢耳石凸面朝上、凹面向下，在OLYMPUS解剖镜下(10倍率)对耳石进行拍照，图像采集后对耳石进行打磨，以确定其核心(图1)，核心确定后，采用Digimizer图像分析软件测量耳石形态学参数值，精确到0.01 mm。配对样本t检验显示，左、右矢耳石形态间无显著性差异(P>0.05)，因此，试验中统一使用左矢耳石。结合阿拉斯加狭鳕矢耳石外部形态特征及参考李凤莹等[15]和魏联等[16]的研究方法，试验中使用了以下8组形态学测量指标，即耳石长(OL，mm)，耳石宽(OW，mm)，背长(DL，mm)，背宽(DW，mm)，翼叶长(ARL，mm)，基叶长(RL，mm)，周长(P，mm)，面积(S，mm2)(图2)。

图1 阿拉斯加狭鳕矢耳石打磨后平面图Fig.1 Sagittal plane of otolith with ground surface in Alaska pollock Gadus chalcogrammus

图2 阿拉斯加狭鳕矢耳石形态参数示意图Fig.2 Sketch photo on morphological parameters of otolith in Alaska pollock Gadus chalcogrammus

1.2.3 耳石的形态描述 参照李凤莹等[15]、魏联等[16]、李史民等[17]、Gaemers[18]和Messiech[10]的相关研究，结合阿拉斯加狭鳕耳石外部形态特征，使用如下术语描述耳石形态：基叶，耳石腹部前端的突起；翼叶，耳石背部前端的突起；主间沟，基叶和翼叶间的凹陷部分；辐射状条纹，耳石侧表面的辐射状纹路；核心为耳石的中心区域。

1.3 数据处理

(1) 首先利用Shapiro-Wilk检验对数据序列进行正态性检验。若符合正态分布，则利用配对t检验分析两组数据是否存在显著性差异(P<0.05)，若不符合正态分布，则利用配对Kolmogorov-Smirnov检验。

(2) 采用幂函数、指数函数、对数函数和线性函数等模型，拟合阿拉斯加狭鳕耳石形态特征参数与体长和湿体质量间的关系，并检验其显著性，利用赤池信息准则(AIC)选取拟合函数类型，计算公式如下：

AIC=n×ln(RSS/n)+2k。

其中：n为样本数量；k为方程中参数常数的数量；RSS为残差平方和。多种生长模型中，取AIC值最小的模型为最适生长模型[19-20]。

(3) 计算耳石各个形态学特征参数值与体长的比值，分析耳石各形态学参数的相对尺寸。

(4) 计算耳石各形态特征参数值与耳石长度之比，分析不同体长下耳石各部分的形态变化。

(5) 用SPSS 19.0软件对阿拉斯加狭鳕耳石形态特征参数进行主成分分析，得到用于描述阿拉斯加狭鳕耳石外型的主要特征参数。

2 结果与分析

2.1 耳石外型的测量

Shapiro-Wilk检验表明，耳石长(Z=0.977，P=0.496)和耳石宽(Z=0.987，P=0.882)均符合正态分布。

阿拉斯加狭鳕耳石外型较大，耳石长度范围为12.93～17.05 mm(15.46±1.03)，耳石宽度范围为5.70～7.78 mm(6.52±0.46)，即耳石长明显大于耳石宽(配对样本t检验，t=71.710，P<0.001)，其整体上趋于近椭圆形，耳石狭长，表面光滑，中间厚，两端较薄，耳石呈拱形突起，内侧凹面，外侧凸面。背部和腹部边缘有许多不规则的锯齿状突起，背部突起较大且稀疏，而腹部突起较小且密集。耳石表面辐射状条纹清晰，具有明显的基叶和翼叶，但主间沟不明显，耳石整体结构凹凸不平。阿拉斯加狭鳕耳石各形态参数统计值如表1所示。

表1 阿拉斯加狭鳕耳石形态参数值

2.2 主成分分析

试验中对阿拉斯加狭鳕耳石的9项形态特征参数进行主成分分析(表2)，本研究中共选取了两个主成分，主成分1和主成分2的贡献率依次为66.08%和14.41%，累计贡献率达80.49%，这2个主成分的累计贡献率较高，足以代表整体指标，因此，可认为其保留了阿拉斯加狭鳕耳石形态的主要信息，故可用这两个形态因子描述阿拉斯加狭鳕耳石的形态特征。由表2可得出第1主成分与耳石面积、背长、耳石长存在密切的相关性，载荷系数均在0.9以上，故可以用上述参数代表9项形态指标来描述阿拉斯加狭鳕耳石的形态特征。

表2 阿拉加狭鳕9个形态参数中两个主要成分负荷值和贡献率

2.3 矢耳石的生长

2.3.1 耳石相对尺寸 耳石的相对尺寸(即各形态参数值与体长比)显示，阿拉斯加狭鳕耳石长、耳石宽、背宽、背长、基叶长、翼叶长和耳石周长与体长之比随着鱼体长的增加呈现下降趋势，这7个形态参数与体长的比值分别由体长为35 cm时的4.61%、1.80%、0.94%、4.36%、2.44%、2.18%和12.31%，下降到体长为43 cm时的4.05%、1.65%、0.81%、3.78%、1.91%、1.63%和11.21%。阿拉斯加狭鳕耳石生长速度比鱼体生长速度慢。

2.3.2 耳石主要形态特征与体长的关系 根据AIC值最小原则(表3)，阿拉斯加狭鳕耳石长、耳石宽、背长、基叶长、翼叶长、面积和周长与鱼体体长(L)间以指数函数拟合为最佳，而背宽与鱼体体长以幂函数拟合为最佳(图3)。利用回归分析检验上述拟合的函数关系(P<0.001)，说明耳石各形态指标与鱼体体长拟合的函数关系成立。

表3 耳石主要形态参数与体长关系拟合方程的AIC值比较

2.3.3 耳石主要形态特征与湿体质量的关系 根据AIC最小原则(表4)，阿拉斯加狭鳕耳石长、背宽、背长、基叶长、周长和面积与湿体质量(W)间以幂函数拟合为最佳，而耳石宽、翼叶长与湿体质量间以指数函数拟合为最佳(图4)。利用回归分析检验上述拟合的函数关系(P<0.001)，说明耳石各形态指标与鱼体湿体质量(W)拟合的函数关系成立。

2.3.4 耳石各形态参数值与耳石长之比与体长的关系 阿拉斯加狭鳕耳石宽、背宽、背长、基叶长、翼叶长与耳石长之比的平均值基本保持不变，分别维持在42.01%(95%置信区间为41.31%～42.71%)、21.87%(95%置信区间为21.37%～22.36%)、91.88%(95%置信区间为90.95%～92.81%)、54.13%(95%置信区间为52.96%～55.29%)、44.16%(95%置信区间为42.59%～45.74%)。随着鱼体体长的增加，耳石各区的总体形态基本维持不变(图5)，即耳石外部形态趋于较稳定状态。

图3 阿拉斯加狭鳕耳石各形态参数与体长的关系Fig.3 Relationship between morphological parameters of otolith and body length of Alaska pollock Gadus chalcogrammus

表4 耳石主要形态参数与湿体质量关系拟合方程的AIC值比较

3 讨论

3.1 耳石外型特征

阿拉斯加狭鳕体长范围为35～43 cm时，矢耳石相对较大，耳石平均长度和宽度分别为15.47、6.52 mm，耳石背部和腹部具有许多锯齿状的波纹状突起，耳石表面辐射状条纹清晰。耳石具有明显的基叶和翼叶，且基叶长大于翼叶长，主间沟不明显。耳石两端向上翘，前端稍尖，后端闭合呈钝圆形，整体结构凹凸不平，呈拱形状突起。阿拉斯加狭鳕耳石外型与Cardinale等[21]研究的同属中的大西洋鳕鱼Gadusmorhua耳石外型存在较大差异，这说明同种、属鱼类耳石形态可能也会差异较大[15-16]，但其相同点是均具有明显的基叶和翼叶，主间沟不明显。由主成分分析可得，阿拉斯加狭鳕的前2个主成分方差累计贡献率可达80.49%，耳石面积、背长、耳石长为阿拉斯加狭鳕耳石最具代表性的形态指标，因此，这些指标可代表阿拉斯加狭鳕其他形态指标来描述矢耳石外型特征，故在今后开展类似鱼类耳石形态的研究中可侧重于研究这几项形态指标。

图4 阿拉斯加狭鳕耳石各形态参数与湿体质量的关系Fig.4 Relationship between morphological parameters of otolith and wet body weight of Alaska pollock Gadus chalcogrammus

3.2 耳石外型与鱼体之间的关系

不同鱼类的耳石与鱼体大小呈现不同的关系[22-23]，因此，可用不同的生长模型拟合耳石各形态指标与鱼体体长和体质量的关系。本研究中，阿拉斯加狭鳕耳石形态指标与鱼体体长和湿体质量呈显著的指数函数和幂函数关系，这说明阿拉斯加狭鳕耳石生长与个体生长密切相关。Longenecker[24]曾利用耳石大小推算个体或群体的生长发育时期和生长规律特性，在今后阿拉斯加狭鳕的研究中，可利用本研究中建立的函数关系式，通过测量耳石形态指标推算阿拉斯加狭鳕的体长和湿体质量。

图5 耳石各参数值长度比与阿拉斯加狭鳕体长的关系Fig.5 Relationship between ratio of different parameters to otolith length and body length of Alaska pollock Gadus chalcogrammus

随着阿拉斯加狭鳕体长的增加，耳石各形态指标也随之增加，但其相对尺寸(即耳石各形态参数与体长之比)却逐渐减少，这表明在阿拉斯加狭鳕生长发育过程中，体长在增加，耳石整体形态却不易发生变化，同时也说明在生长过程中鱼体生长要大于耳石生长。由耳石各形态指标与耳石长度之比也可看出，耳石宽、背宽、背长、基叶长和翼叶长与耳石长度之比基本维持稳定状态，分别为42.01%、21.87%、91.88%、54.13%和44.16%。耳石的长宽比例并不随体长及湿体质量的增加而发生改变，耳石的形状与鱼类体长和湿体质量的增长不存在显著的相关关系。Campana等[6]研究表明，成鱼的耳石外型特征一般比较稳定，但在幼鱼阶段的生长发育过程中，耳石的形态会发生较大变化，可推测本试验样本可能是阿拉斯加狭鳕成鱼样本。由于耳石具有物种特异性和种间差异性，因此，其耳石形态多用于种群鉴定和近缘种的鉴别[25]，如郭弘艺等[26]通过对中国鲚属鱼类的矢耳石形态特征进行研究，鉴别了七丝鲚、凤鲚、刀鲚和短颌鲚这4种鲚属鱼类，但本研究中阿拉斯加狭鳕矢耳石形态特征不存在差异性，耳石外型基本相同，因此，可推测本试验样本为同一种属的阿拉斯加狭鳕。

由于本试验样本为商业捕捞获取，故采样时间和海域受到限制，采集样本数量较少，对研究的结果可能会有一定的影响，同时缺少早期幼鱼耳石的样本，故无法比较阿拉斯加狭鳕幼体和成体耳石外型差异，以及探讨幼体和成体鱼耳石大小与鱼体长和湿体质量之间关系的差异，这需要在以后的研究中加以补充和完善。

致谢：感谢辽宁远洋渔业有限公司提供阿拉斯加狭鳕样本!