基于硬组织的中国近海枪乌贼渔业生物学研究

发布时间：2020-08-12 03:49

【摘要】：枪乌贼(Loliginid)是中国东海和南海重要的经济头足类,由于几种常见枪乌贼外形极为相似,难以区分,因此其种类鉴定和各海区的群体划分是科研工作者要解决的首要问题。对于形态极为相似的种类,其种类鉴定的形态特征描述不清。目前,关于枪乌贼年龄与生长的研究仅局限于利用耳石对其进行研究,利用其它组织进行年龄生长的研究相对较少,且不同组织及耳石不同位置的轮纹数量存在差异,需找出适于年龄鉴定的组织及其位置。关于枪乌贼硬组织微量元素的组成与含量的研究也相对较少,南海北部区域枪乌贼耳石微量元素与环境的关系尚不明确。本研究根据2015-2016年中国东海和南海北部海域采集的枪乌贼样品,首先通过形态学和分子生物学方法,对中国枪乌贼(Uroteuthis chinensis)和剑尖枪乌贼(U.edulis)进行种类鉴定,并对两种鉴定方法的结果进行比较;对中国枪乌贼和剑尖枪乌贼角质颚的形态特征进行比较,分析在不同胴长阶段两种枪乌贼角质颚形态特征的异同;利用外形轮廓法和逐步判别分析法对不同种类枪乌贼耳石和角质颚进行分类,以此达到种类判别的目的;比较中国枪乌贼耳石、角质颚和眼球的轮纹微结构,建立其与胴长的关系;建立中国枪乌贼和剑尖枪乌贼胴长与年龄的关系,推算孵化日期,比较两个种类存在的异同;描述中国枪乌贼和剑尖枪乌贼耳石、角质颚和眼球微量元素组成及含量的差异,分析不同生长阶段各硬组织微量元素存在的差别,利用各组织微量元素的含量进行种类判别;利用耳石微量元素的Sr/Ca和Ba/Ca,并结合已有研究,推测南海北部中国枪乌贼和剑尖枪乌贼的洄游路径。本研究的主要结果如下:(1)基于形态学和分子方法的中国枪乌贼及剑尖枪乌贼的种类鉴定。本研究利用形态学(腕吸盘角质齿环)和分子方法(COⅠ)对中国近海不同海域的341尾个体(210尾中国枪乌贼;131尾剑尖枪乌贼)进行种类鉴定。结果表明,两种鉴定方法的结果存在14%的差异。腕吸盘角质齿环鉴定结果与COⅠ结果高度一致,因此腕吸盘角质齿环被认为是较为理想的鉴定方法。胴宽/胴长(Mantle Width/Mantle length,MW/ML)在两个种类中高度重叠,因此并不适合进行种类鉴定。MW/ML在不同胴长组中变化显著,表明两个种类中均存在异速生长。主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和逐步判别分析(Step-wise Discriminant Analysis,SDA)认为,同一区域两个种类间的形态相似性比同一种类不同区域间的大。SDA结果表明,三组样本(东海剑尖枪乌贼;南海剑尖枪乌贼;南海中国枪乌贼)的判别正确率均高于75%。COⅠ结果表明,剑尖枪乌贼形成了两个分支,而中国枪乌贼仅形成了一个分支。本文中国枪乌贼样本仅在25°N以南发现,这可能是中国枪乌贼分布的北界限,这一推断需要东海大量的采样来验证。(2)中国枪乌贼和剑尖枪乌贼角质颚的传统形态差异。与中国枪乌贼相比,剑尖枪乌贼形态参数上头盖长(upper hood length,UHL)、上脊突长(upper crest length,UCL)、上侧壁长(upper lateral wall length,ULWL)、下脊突长(lower crest length,LCL)和下侧壁长(lower lateral wall length,LLWL)具有较大值。主成分分析认为,UHL/ML,UCL/ML,ULWL/ML,LCL/ML,LLWL/ML和LWL/ML可代表中国枪乌贼角质颚特征,而UHL/ML,UCL/ML,ULWL/ML,LHL/ML,LCL/ML和LLWL/ML可代表剑尖枪乌贼角质颚特征。根据赤池信息量准则(Akaike's information criterion,AIC),在胴长与角质颚参数的关系中,中国枪乌贼的最适模型为幂函数,而剑尖枪乌贼的最适模型为线性函数。角质颚形态参数与胴长比率随胴长的增加而减小,且在生活史早期下降迅速。中国枪乌贼在胴长达到140 mm后比率变化明显,而剑尖枪乌贼在胴长达到170 mm后比率变化明显。两个种类角质颚从性成熟度Ⅰ期到Ⅱ期经历的变化比其它时期显著。(3)基于几何形态学方法的三种常见枪乌贼的种类鉴定。本研究利用耳石和角质颚两种硬组织对南海的杜氏枪乌贼(U.duvaucelii)、火枪乌贼(Loliolus beka)和剑尖枪乌贼进行鉴定。由于三个种类栖息环境的高度重叠且形态特征相近,本研究利用四种方式对其进行鉴定,包括耳石、上角质颚、下角质颚及耳石与角质颚的组合。利用外形轮廓法和逐步判别分析评估并选择最优鉴定方式。研究发现,耳石和角质颚的组合的判别正确率最高,杜氏枪乌贼为75.0%,火枪乌贼为87.5%,剑尖枪乌贼为88.7%;其次为耳石,杜氏枪乌贼为72.2%,火枪乌贼为80.0%,剑尖枪乌贼为87.7%。结果表明,当个体的耳石和角质颚完整时,应使用两者组合进行种类鉴定;当其中一种硬组织缺失时,可能会导致较大的种类鉴定误差。(4)中国枪乌贼硬组织微结构的比较研究。本研究使用耳石、角质颚和眼球来揭示其微结构、说明个体大小与轮纹的关系及并验证角质颚和眼球轮纹的周期性。本研究对耳石三个区域(背区、侧区和吻区)的轮纹进行了观察,侧区的轮纹比其它区域稳定。本研究对上角质颚喙部矢状切面头盖一侧的轮纹进行了观察,并在眼球微结构中观察到了同心生长纹。不同硬组织轮纹的数量有所差异:耳石侧区和背区具有相近的生长纹,而角质颚的轮纹数量稍低于耳石。眼球的轮纹数量则是耳石和角质颚的数倍,而耳石吻区的生长纹因分辨率较低无法读取。在各硬组织轮纹与胴长关系中,拟合最好的为角质颚,其次为耳石侧区和眼球。其中,耳石侧区轮纹与胴长的关系由两个方程式表达,这可能说明中国枪乌贼有两个群体组成。由于耳石侧区轮纹的日周期性已被证实,本研究选其作为有效日龄。因此,本研究中国枪乌贼的最大日龄为169天。在耳石侧区轮纹与角质颚轮纹关系中,方程斜率为0.97,表明角质颚是中国枪乌贼年龄鉴定的潜在材料。(5)基于中国枪乌贼和剑尖枪乌贼耳石的年龄与生长的比较研究。中国枪乌贼和剑尖枪乌贼具有相近的寿命,约为200天。种类间的胴长体重差异大于不同海域同一种类的差异。两个种类具有相似的孵化期,即采集于春季的两个种类孵化期为10月至1月,采集于夏季的剑尖枪乌贼和秋季的中国枪乌贼的孵化期为3月至6月。同时,建立了胴长与年龄关系的指数方程和逻辑斯蒂曲线,均发现中国枪乌贼生长快于剑尖枪乌贼。本研究关于两个种类寿命的结果与部分已有研究有较大不同,这与年龄鉴定时使用的耳石区域不同有关。另外,本研究中剑尖枪乌贼的个体大小的局限性较大。(6)枪乌贼硬组织微化学组成的比较研究。本研究选择83尾枪乌贼样品进行微量元素分析,其中,耳石、角质颚和眼球各59个。研究结果表明,耳石中达到检测限的元素有9种,分别为~(11)B、~(23)Na、~(25)Mg、~(31)P、~(39)K、~(42)Ca、~(57)Fe、~(88)Sr和~(137)Ba;角质颚有13种,分别为~(11)B、~(23)Na、~(25)Mg、~(31)P、~(39)K、~(42)Ca、~(63)Cu、~(66)Zn、~(85)Rb、~(88)Sr、~(97)Mo、~(207)Pb和~(238)U;眼球为8种,分别为分别为~(23)Na、~(25)Mg、~(31)P、~(39)K、~(49)Ti、~(63)Cu、~(66)Zn和~(88)Sr。根据t-检验结果可知,各元素在中国枪乌贼和剑尖枪乌贼间均不存在显著差异(P0.05),这与其栖息环境存在较大重叠有关。ANOVA分析结果认为,不同种类各生长阶段元素与Ca(或P)比值的变化趋势有所不同,并发现耳石的Na、Mg、P、K、Sr和Ba与Ca元素的比值有一致的变化趋势,角质颚的B、Mg、K、Cu、Sr和Pb与Ca元素的比值有一致的变化趋势,眼球的Na、Mg、K和Sr与P元素的比值有一致的变化趋势。两个种类其它各组织元素与Ca(或P)比值的变化趋势均有所不同。判别分析结果表明,利用耳石微量元素进行种群判别时,成鱼期的判别正确率最高;利用角质颚微量元素进行种群判别时,亚成鱼期的判别正确率最高;利用眼球微量元素进行种群判别时,成鱼期的判别正确率最高。(7)利用枪乌贼耳石Sr/Ca和Ba/Ca推测枪乌贼洄游路线。在微量元素测定样品中,中国枪乌贼孵化月份为2015年10月至2016年1月,剑尖枪乌贼孵化月份为2015年11月至2016年2月。对不同孵化月份的枪乌贼各生长阶段的Sr/Ca的发展趋势进行分析发现,Sr/Ca在孵化期有最大值,在稚鱼期或亚成鱼期有最小值。对Ba/Ca的发展趋势分析发现,Ba/Ca在孵化期和仔鱼期有较大值,亚成鱼期有最小值。根据假设生活水温,10-2月孵化的两种枪乌贼的生活水温均在21℃以上,最高温度为27℃。1月份孵化的中国枪乌贼的Sr/Ca与水温呈负相关,而其它月份孵化个体则呈正相关;所有月份孵化剑尖枪乌贼个体的Sr/Ca均与水温呈负相关。对于1月孵化的中国枪乌贼和11月至翌年2月孵化的剑尖枪乌贼,其推测的洄游为:10月至翌年2月,枪乌贼在30-100 m水深的海底孵化;孵化后至3月,向南洄游,在底层水深为200 m的海域附近过冬;3月底至6月,向北洄游,在中国大陆近岸索饵;7月至9月,向南洄游,在底层水深为100-200 m的海域聚集交配;交配后雌性向北移动,下潜至30-100 m的海底进行产卵。本研究认为,为准确鉴定中国枪乌贼和剑尖枪乌贼,利用角质齿环对每一尾样品进行鉴定。已经完全区分开来的中国枪乌贼和剑尖枪乌贼,对其进行年龄鉴定和生长研究,根据耳石侧区轮纹数量,发现中国枪乌贼和剑尖枪乌贼的寿命约为200天。不同海区的剑尖枪乌贼的生长率有显著不同,与之相比,同一海区的中国枪乌贼和剑尖枪乌贼生长率差异较小。根据各硬组织的轮纹微结构与年龄的关系,对各硬组织进行微量元素研究。研究认为耳石、角质颚和眼球间的微量元素组成和含量存在差异,可能于不同硬组织的形成机理不同有关。根据本研究样品,对1月孵化中国枪乌贼和11月至翌年2月孵化剑尖枪乌贼的洄游路径进行推断,认为其在中国南海沿岸与底深为200 m的海域之间作南北洄游,兼作深水与浅水洄游。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S917.4
【图文】：

枪乌贼,剑尖,系统发生树,种类资源

图 2-4 基于 COI 序列的系统发生分析。Bootstrap 值标注于分支上。（a）基于邻接法（NJ）K2P 模型的系统发生树；（b）基于贝叶斯推断（BI）的系统发生树Fig.2-4 Phylogenetic analysis based on COI sequence. Bootstrap values are indicated on branches.(a) Neighbor-joining tree generated using K2P model. (b) Bayesian inference tree produced from5 million generations.2.1.4 讨论与分析中国枪乌贼和剑尖枪乌贼作分布在中国近海，在中国近海的头足类渔业中有重要作用，而种类鉴定是两个种类资源评估与保护的重要基础。本节根据种类和捕捞海域将样品分为三个组群。董正之[14]认为，中国枪乌贼分布在 25°N 以南，与本节样品采集位置一致（表 2-1）。本节中，只有一个中国枪乌贼的采集点位于25°N 以北，因此需要进一步采集样品来验证此观点。董正之[14]和陈新军等[1]发现，形态参数 MW/ML 可将中国枪乌贼和剑尖枪乌

喙部,矢状切面,标记轮,枪乌贼

使得喙部轮纹明显成为“V”字型（图3-3B），（图 3-3A）。由于色素沉积存在差异，使得头盖一侧颜色深于脊突一侧（图 3-3A, C ）。与耳石轮纹类似，上颚也由明暗相间的轮纹组成（图 3-3A,C,D），轮纹始于头盖与脊突连接处，即由后向前计数（图 3-3A）。由于在摄食的过程中，喙部顶端常被腐蚀，此处生长纹通常会缺失，因此需通过观察头盖背侧边缘的生长纹来消除此影响。喙部矢状切面中部的轮纹间隔最大，而喙部顶端的轮纹间隔则最小。另外，在上颚喙部矢状切面中常常观察到比正常轮纹明亮的标记轮（图 3-3D）。在两尾中国枪乌贼的上颚中发现了异常结构（图 3-3 E,F）。A背部腹部头盖脊突喙部截面纵轴后部前部

眼球,枪乌贼,标记轮,硬组织

D枪乌贼眼球微结构：（A）眼球所有轮纹；（B）诞生轮；（C）孵化时（D）标记轮icrostructure of eye lens in U. chinensis: (A) all increments of eye lens; (B(C) diameter of eye lens of hatchling and squished increments; (D) check硬组织轮纹比较处理和计数 169 尾中国枪乌贼的硬组织（表 3-2）。各硬组间轮纹数量有所差异（表 3-2）。胴长与体重（或硬组织轮纹5 和表 3-3。本节使用耳石侧区轮纹进行年龄估算，同时建立角质颚和眼睛轮纹的关系（表 3-3 和图 3-6）。表 3-2 中国枪乌贼各硬组织轮纹比较Table 3-2 Increments comparison of hard tissues in U. chinensis硬组织样本量轮纹数量耳石背区 138 75-171

【参考文献】