西白令海阿拉斯加狹鱈矢耳石形態(tài)特征研究

段咪，魏聯(lián)，朱國平、3

(1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.上海海洋大學(xué) 大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室極地海洋生態(tài)系統(tǒng)研究室，上海 201306；3.國家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程研究中心，上海 201306)

阿拉斯加狹鱈Gaduschalcogrammus也稱狹鱈魚、明太魚，隸屬于鱈形目Gadiformes、鱈魚科Gadidae、狹鱈屬Gadus，主要分布于北太平洋，為當(dāng)今世界產(chǎn)量最高的魚種之一[1]。該魚種生長速度相對較快，為白令海生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分[2]。阿拉斯加狹鱈屬于冷水性魚類，幼魚主要攝食橈足類，成魚攝食磷蝦類、端足類和狹鱈幼魚等[3]。中國狹鱈每年加工量約50萬t，主要用于生產(chǎn)冷凍鱈魚片、鱈魚塊和魚糜制品等[4]。

耳石是存在于硬骨魚類內(nèi)耳膜迷路內(nèi)的一種鈣化組織，主要由碳酸鈣組成，平時起到平衡和聽覺作用[5]。耳石具有較高的物種特異性[6]，其形態(tài)大小、微結(jié)構(gòu)特征因種類不同而存在差異，因此，魚類耳石不僅可作為鑒定魚類年齡與分析生長的重要材料[7]，還可用于種類或種群鑒定[8-10]。

迄今為止，有關(guān)阿拉斯加狹鱈的研究多與生態(tài)及資源分布[11]和資源量評估[2]有關(guān)。Blood等[12]對阿拉斯加狹鱈早期胚胎發(fā)育進(jìn)行了研究，Jung等[13]分析了20世紀(jì)70年代白令海峽東南岸海域狹鱈魚卵和仔稚魚的生態(tài)學(xué)特征。關(guān)于耳石僅見Yoklavich等[14]通過耳石對阿拉斯加狹鱈幼魚年齡和生長進(jìn)行了研究，目前，尚未見國內(nèi)學(xué)者對北極魚類耳石形態(tài)特征進(jìn)行專門研究。為此，本研究中對西白令海域阿拉斯加狹鱈進(jìn)行生物學(xué)測定，并對其耳石外部形態(tài)特征進(jìn)行測定和分析，旨在揭示阿拉斯加狹鱈矢耳石的形態(tài)特征及各形態(tài)指標(biāo)與阿拉斯加狹鱈體長和濕體質(zhì)量的關(guān)系，為其年齡鑒定及種群鑒別提供數(shù)據(jù)資料。

1 材料與方法

1.1 材料

阿拉斯加狹鱈樣本由大型拖網(wǎng)加工船“連興?！陛啿杉谖靼琢詈６砹_斯專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)水域，采集時間為2016年9月25日，采集地點(diǎn)為61°25′N、178°15′W。采集的樣本經(jīng)冷凍保藏運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行后續(xù)分析。

1.2 方法

1.2.1 生物學(xué)測定和耳石處理 樣本帶回實(shí)驗(yàn)室

解凍后進(jìn)行常規(guī)生物學(xué)測量，包括體長(L，由吻端至尾鰭基部之間的距離)和濕體質(zhì)量(W)等，其中體長測量精確到0.1 cm，濕體質(zhì)量測量精確到0.1 g。阿拉斯加狹鱈體長為35～43 cm，濕體質(zhì)量為296.0～613.1 g。使用鑷子和解剖刀由頭部平衡囊內(nèi)摘取耳石，將摘取后的耳石進(jìn)行編號，用酒精清洗耳石表面的黏膜和有機(jī)質(zhì)，之后用超純水沖洗干凈，進(jìn)行干燥處理。干燥后用信封袋保存，最后得到完整的耳石樣本共45對。采用微量天平(CPA225D)稱量耳石質(zhì)量(精確到0.000 1 g)。

1.2.2 耳石圖像采集與測量 將矢耳石凸面朝上、凹面向下，在OLYMPUS解剖鏡下(10倍率)對耳石進(jìn)行拍照，圖像采集后對耳石進(jìn)行打磨，以確定其核心(圖1)，核心確定后，采用Digimizer圖像分析軟件測量耳石形態(tài)學(xué)參數(shù)值，精確到0.01 mm。配對樣本t檢驗(yàn)顯示，左、右矢耳石形態(tài)間無顯著性差異(P>0.05)，因此，試驗(yàn)中統(tǒng)一使用左矢耳石。結(jié)合阿拉斯加狹鱈矢耳石外部形態(tài)特征及參考李鳳瑩等[15]和魏聯(lián)等[16]的研究方法，試驗(yàn)中使用了以下8組形態(tài)學(xué)測量指標(biāo)，即耳石長(OL，mm)，耳石寬(OW，mm)，背長(DL，mm)，背寬(DW，mm)，翼葉長(ARL，mm)，基葉長(RL，mm)，周長(P，mm)，面積(S，mm2)(圖2)。

圖1 阿拉斯加狹鱈矢耳石打磨后平面圖Fig.1 Sagittal plane of otolith with ground surface in Alaska pollock Gadus chalcogrammus

圖2 阿拉斯加狹鱈矢耳石形態(tài)參數(shù)示意圖Fig.2 Sketch photo on morphological parameters of otolith in Alaska pollock Gadus chalcogrammus

1.2.3 耳石的形態(tài)描述 參照李鳳瑩等[15]、魏聯(lián)等[16]、李史民等[17]、Gaemers[18]和Messiech[10]的相關(guān)研究，結(jié)合阿拉斯加狹鱈耳石外部形態(tài)特征，使用如下術(shù)語描述耳石形態(tài)：基葉，耳石腹部前端的突起；翼葉，耳石背部前端的突起；主間溝，基葉和翼葉間的凹陷部分；輻射狀條紋，耳石側(cè)表面的輻射狀紋路；核心為耳石的中心區(qū)域。

1.3 數(shù)據(jù)處理

(1) 首先利用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)對數(shù)據(jù)序列進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。若符合正態(tài)分布，則利用配對t檢驗(yàn)分析兩組數(shù)據(jù)是否存在顯著性差異(P<0.05)，若不符合正態(tài)分布，則利用配對Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)。

(2) 采用冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)和線性函數(shù)等模型，擬合阿拉斯加狹鱈耳石形態(tài)特征參數(shù)與體長和濕體質(zhì)量間的關(guān)系，并檢驗(yàn)其顯著性，利用赤池信息準(zhǔn)則(AIC)選取擬合函數(shù)類型，計算公式如下：

AIC=n×ln(RSS/n)+2k。

其中：n為樣本數(shù)量；k為方程中參數(shù)常數(shù)的數(shù)量；RSS為殘差平方和。多種生長模型中，取AIC值最小的模型為最適生長模型[19-20]。

(3) 計算耳石各個形態(tài)學(xué)特征參數(shù)值與體長的比值，分析耳石各形態(tài)學(xué)參數(shù)的相對尺寸。

(4) 計算耳石各形態(tài)特征參數(shù)值與耳石長度之比，分析不同體長下耳石各部分的形態(tài)變化。

(5) 用SPSS 19.0軟件對阿拉斯加狹鱈耳石形態(tài)特征參數(shù)進(jìn)行主成分分析，得到用于描述阿拉斯加狹鱈耳石外型的主要特征參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 耳石外型的測量

Shapiro-Wilk檢驗(yàn)表明，耳石長(Z=0.977，P=0.496)和耳石寬(Z=0.987，P=0.882)均符合正態(tài)分布。

阿拉斯加狹鱈耳石外型較大，耳石長度范圍為12.93～17.05 mm(15.46±1.03)，耳石寬度范圍為5.70～7.78 mm(6.52±0.46)，即耳石長明顯大于耳石寬(配對樣本t檢驗(yàn)，t=71.710，P<0.001)，其整體上趨于近橢圓形，耳石狹長，表面光滑，中間厚，兩端較薄，耳石呈拱形突起，內(nèi)側(cè)凹面，外側(cè)凸面。背部和腹部邊緣有許多不規(guī)則的鋸齒狀突起，背部突起較大且稀疏，而腹部突起較小且密集。耳石表面輻射狀條紋清晰，具有明顯的基葉和翼葉，但主間溝不明顯，耳石整體結(jié)構(gòu)凹凸不平。阿拉斯加狹鱈耳石各形態(tài)參數(shù)統(tǒng)計值如表1所示。

表1 阿拉斯加狹鱈耳石形態(tài)參數(shù)值

2.2 主成分分析

試驗(yàn)中對阿拉斯加狹鱈耳石的9項(xiàng)形態(tài)特征參數(shù)進(jìn)行主成分分析(表2)，本研究中共選取了兩個主成分，主成分1和主成分2的貢獻(xiàn)率依次為66.08%和14.41%，累計貢獻(xiàn)率達(dá)80.49%，這2個主成分的累計貢獻(xiàn)率較高，足以代表整體指標(biāo)，因此，可認(rèn)為其保留了阿拉斯加狹鱈耳石形態(tài)的主要信息，故可用這兩個形態(tài)因子描述阿拉斯加狹鱈耳石的形態(tài)特征。由表2可得出第1主成分與耳石面積、背長、耳石長存在密切的相關(guān)性，載荷系數(shù)均在0.9以上，故可以用上述參數(shù)代表9項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)來描述阿拉斯加狹鱈耳石的形態(tài)特征。

表2 阿拉加狹鱈9個形態(tài)參數(shù)中兩個主要成分負(fù)荷值和貢獻(xiàn)率

2.3 矢耳石的生長

2.3.1 耳石相對尺寸 耳石的相對尺寸(即各形態(tài)參數(shù)值與體長比)顯示，阿拉斯加狹鱈耳石長、耳石寬、背寬、背長、基葉長、翼葉長和耳石周長與體長之比隨著魚體長的增加呈現(xiàn)下降趨勢，這7個形態(tài)參數(shù)與體長的比值分別由體長為35 cm時的4.61%、1.80%、0.94%、4.36%、2.44%、2.18%和12.31%，下降到體長為43 cm時的4.05%、1.65%、0.81%、3.78%、1.91%、1.63%和11.21%。阿拉斯加狹鱈耳石生長速度比魚體生長速度慢。

2.3.2 耳石主要形態(tài)特征與體長的關(guān)系 根據(jù)AIC值最小原則(表3)，阿拉斯加狹鱈耳石長、耳石寬、背長、基葉長、翼葉長、面積和周長與魚體體長(L)間以指數(shù)函數(shù)擬合為最佳，而背寬與魚體體長以冪函數(shù)擬合為最佳(圖3)。利用回歸分析檢驗(yàn)上述擬合的函數(shù)關(guān)系(P<0.001)，說明耳石各形態(tài)指標(biāo)與魚體體長擬合的函數(shù)關(guān)系成立。

表3 耳石主要形態(tài)參數(shù)與體長關(guān)系擬合方程的AIC值比較

2.3.3 耳石主要形態(tài)特征與濕體質(zhì)量的關(guān)系 根據(jù)AIC最小原則(表4)，阿拉斯加狹鱈耳石長、背寬、背長、基葉長、周長和面積與濕體質(zhì)量(W)間以冪函數(shù)擬合為最佳，而耳石寬、翼葉長與濕體質(zhì)量間以指數(shù)函數(shù)擬合為最佳(圖4)。利用回歸分析檢驗(yàn)上述擬合的函數(shù)關(guān)系(P<0.001)，說明耳石各形態(tài)指標(biāo)與魚體濕體質(zhì)量(W)擬合的函數(shù)關(guān)系成立。

2.3.4 耳石各形態(tài)參數(shù)值與耳石長之比與體長的關(guān)系 阿拉斯加狹鱈耳石寬、背寬、背長、基葉長、翼葉長與耳石長之比的平均值基本保持不變，分別維持在42.01%(95%置信區(qū)間為41.31%～42.71%)、21.87%(95%置信區(qū)間為21.37%～22.36%)、91.88%(95%置信區(qū)間為90.95%～92.81%)、54.13%(95%置信區(qū)間為52.96%～55.29%)、44.16%(95%置信區(qū)間為42.59%～45.74%)。隨著魚體體長的增加，耳石各區(qū)的總體形態(tài)基本維持不變(圖5)，即耳石外部形態(tài)趨于較穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 阿拉斯加狹鱈耳石各形態(tài)參數(shù)與體長的關(guān)系Fig.3 Relationship between morphological parameters of otolith and body length of Alaska pollock Gadus chalcogrammus

表4 耳石主要形態(tài)參數(shù)與濕體質(zhì)量關(guān)系擬合方程的AIC值比較

3 討論

3.1 耳石外型特征

阿拉斯加狹鱈體長范圍為35～43 cm時，矢耳石相對較大，耳石平均長度和寬度分別為15.47、6.52 mm，耳石背部和腹部具有許多鋸齒狀的波紋狀突起，耳石表面輻射狀條紋清晰。耳石具有明顯的基葉和翼葉，且基葉長大于翼葉長，主間溝不明顯。耳石兩端向上翹，前端稍尖，后端閉合呈鈍圓形，整體結(jié)構(gòu)凹凸不平，呈拱形狀突起。阿拉斯加狹鱈耳石外型與Cardinale等[21]研究的同屬中的大西洋鱈魚Gadusmorhua耳石外型存在較大差異，這說明同種、屬魚類耳石形態(tài)可能也會差異較大[15-16]，但其相同點(diǎn)是均具有明顯的基葉和翼葉，主間溝不明顯。由主成分分析可得，阿拉斯加狹鱈的前2個主成分方差累計貢獻(xiàn)率可達(dá)80.49%，耳石面積、背長、耳石長為阿拉斯加狹鱈耳石最具代表性的形態(tài)指標(biāo)，因此，這些指標(biāo)可代表阿拉斯加狹鱈其他形態(tài)指標(biāo)來描述矢耳石外型特征，故在今后開展類似魚類耳石形態(tài)的研究中可側(cè)重于研究這幾項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)。

圖4 阿拉斯加狹鱈耳石各形態(tài)參數(shù)與濕體質(zhì)量的關(guān)系Fig.4 Relationship between morphological parameters of otolith and wet body weight of Alaska pollock Gadus chalcogrammus

3.2 耳石外型與魚體之間的關(guān)系

不同魚類的耳石與魚體大小呈現(xiàn)不同的關(guān)系[22-23]，因此，可用不同的生長模型擬合耳石各形態(tài)指標(biāo)與魚體體長和體質(zhì)量的關(guān)系。本研究中，阿拉斯加狹鱈耳石形態(tài)指標(biāo)與魚體體長和濕體質(zhì)量呈顯著的指數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)關(guān)系，這說明阿拉斯加狹鱈耳石生長與個體生長密切相關(guān)。Longenecker[24]曾利用耳石大小推算個體或群體的生長發(fā)育時期和生長規(guī)律特性，在今后阿拉斯加狹鱈的研究中，可利用本研究中建立的函數(shù)關(guān)系式，通過測量耳石形態(tài)指標(biāo)推算阿拉斯加狹鱈的體長和濕體質(zhì)量。

圖5 耳石各參數(shù)值長度比與阿拉斯加狹鱈體長的關(guān)系Fig.5 Relationship between ratio of different parameters to otolith length and body length of Alaska pollock Gadus chalcogrammus

隨著阿拉斯加狹鱈體長的增加，耳石各形態(tài)指標(biāo)也隨之增加，但其相對尺寸(即耳石各形態(tài)參數(shù)與體長之比)卻逐漸減少，這表明在阿拉斯加狹鱈生長發(fā)育過程中，體長在增加，耳石整體形態(tài)卻不易發(fā)生變化，同時也說明在生長過程中魚體生長要大于耳石生長。由耳石各形態(tài)指標(biāo)與耳石長度之比也可看出，耳石寬、背寬、背長、基葉長和翼葉長與耳石長度之比基本維持穩(wěn)定狀態(tài)，分別為42.01%、21.87%、91.88%、54.13%和44.16%。耳石的長寬比例并不隨體長及濕體質(zhì)量的增加而發(fā)生改變，耳石的形狀與魚類體長和濕體質(zhì)量的增長不存在顯著的相關(guān)關(guān)系。Campana等[6]研究表明，成魚的耳石外型特征一般比較穩(wěn)定，但在幼魚階段的生長發(fā)育過程中，耳石的形態(tài)會發(fā)生較大變化，可推測本試驗(yàn)樣本可能是阿拉斯加狹鱈成魚樣本。由于耳石具有物種特異性和種間差異性，因此，其耳石形態(tài)多用于種群鑒定和近緣種的鑒別[25]，如郭弘藝等[26]通過對中國鱭屬魚類的矢耳石形態(tài)特征進(jìn)行研究，鑒別了七絲鱭、鳳鱭、刀鱭和短頜鱭這4種鱭屬魚類，但本研究中阿拉斯加狹鱈矢耳石形態(tài)特征不存在差異性，耳石外型基本相同，因此，可推測本試驗(yàn)樣本為同一種屬的阿拉斯加狹鱈。

由于本試驗(yàn)樣本為商業(yè)捕撈獲取，故采樣時間和海域受到限制，采集樣本數(shù)量較少，對研究的結(jié)果可能會有一定的影響，同時缺少早期幼魚耳石的樣本，故無法比較阿拉斯加狹鱈幼體和成體耳石外型差異，以及探討幼體和成體魚耳石大小與魚體長和濕體質(zhì)量之間關(guān)系的差異，這需要在以后的研究中加以補(bǔ)充和完善。

致謝：感謝遼寧遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司提供阿拉斯加狹鱈樣本!