PIT標(biāo)記在水生動物研究中的應(yīng)用研究進展

郝雅賓，劉金殿，郭愛環(huán)，張愛菊，周志明

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水漁業(yè)健康養(yǎng)殖重點實驗室，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所浙江研究中心，浙江省淡水水產(chǎn)遺傳育種重點實驗室，浙江省淡水水產(chǎn)研究所，浙江湖州 313001）

近年來，由于水體污染、過度捕撈等人為因素造成水生生物資源銳減的問題日益凸顯、亟待解決。增殖放流是針對生物資源銳減問題的一項重要對策，而如何評估增殖放流效果是一項重要課題，標(biāo)記技術(shù)為這一目標(biāo)提供了有效手段。標(biāo)記的方法種類繁多，如熒光標(biāo)記［1-3］、化學(xué)標(biāo)記［4-5］、分子標(biāo)記［6-7］和電子標(biāo)記等［8］，水生動物研究中標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛。被動集成應(yīng)答器（passive integrated transponder，PIT）是一種基于無線射頻識別的標(biāo)記，目前在魚類研究上應(yīng)用較多［9-11］，而在其它水生動物上的應(yīng)用還有待發(fā)掘。如果頻率足夠低，在0.5～1.0 m范圍內(nèi)，PIT標(biāo)記易于識別讀取，尤其是在淡水中［12］，但由于電磁信號的干擾，在海水中則較難操作。與其它標(biāo)記技術(shù)相比，PIT標(biāo)記的電子芯片具有信息儲存量大、體積小、持久性較強、識別度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，其體內(nèi)植入的方式彌補了體外標(biāo)記脫落率高的不足，讀取識別時不必解剖，經(jīng)過數(shù)年的測試和應(yīng)用，技術(shù)已日臻成熟［13］。目前，PIT標(biāo)記除在魚類上應(yīng)用的研究報道頗多外［9-11］，在其它水生動物中雖也有一些研究報道，但較少，如龜類［14-15］、蠑螈類［16］、蝦類［17］、蟹類［18］、海膽類［19］和貝類［20］等，其中，應(yīng)用于魚類研究方面主要集中在對魚類生存生長［21-24］、分布遷移［25］、游泳及其它行為活動［26］的影響。目前增殖放流工作日益重要，及時掌握增殖放流的水生動物生存生長情況，可為增殖放流管理與決策提供支持。本文對PIT標(biāo)記在水生動物尤其是魚類標(biāo)記中應(yīng)用的研究進展進行了綜述，旨在為水生動物的跟蹤和監(jiān)測研究工作提供參考。

1 PIT標(biāo)記

PIT標(biāo)記由PIT標(biāo)簽、收發(fā)器和天線3部分組成，PIT標(biāo)簽由天線線圈、電容器和電路板組成，內(nèi)置于小型玻璃囊中［12］，植入動物體內(nèi)或體表皮膚下的肌肉組織中。當(dāng)經(jīng)PIT標(biāo)記的動物進入連接收發(fā)器天線的讀取范圍內(nèi)時，PIT標(biāo)簽的標(biāo)識代碼便被記錄；收發(fā)器通過天線發(fā)送電流來激活標(biāo)簽，同時天線發(fā)射電磁信號，標(biāo)簽內(nèi)的電路板通電后將標(biāo)識的代碼發(fā)送回收發(fā)器［27］。PIT標(biāo)記檢測系統(tǒng)分為固定式和便攜式，固定式的天線是靜止的，可用于監(jiān)測通過水面設(shè)施和小型河流的魚類；而便攜式有助于對水生動物的空間分布、運動和生境偏好等的研究［28］。近來，便攜式背包PIT標(biāo)記檢測系統(tǒng)（PITpacks）逐漸發(fā)展，其標(biāo)簽主要采用了全雙工技術(shù)12 mm標(biāo)簽和半雙工技術(shù)23 mm標(biāo)簽，全雙工收發(fā)器同時發(fā)送和接收信號（來自標(biāo)簽），而半雙工收發(fā)器需要發(fā)送信號后關(guān)閉以接收返回信號，因此半雙工系統(tǒng)識別速率較慢，但標(biāo)簽不依賴電池供電，可持續(xù)保持活躍狀態(tài)［28］。PIT標(biāo)記最早用于監(jiān)測魚類的活動［29］，近來已擴展至無脊椎動物、兩棲動物、爬行動物、鳥類和小型哺乳動物的行為研究［27］。由于體積小、易于植入、唯一性等特點，PIT作為標(biāo)記有利于動物的標(biāo)記與識別［10］。與其它標(biāo)記技術(shù)相似，PIT標(biāo)記也存在因保留率和標(biāo)記生物體的死亡影響標(biāo)記成功的問題，例如魚類，可能丟失標(biāo)記而存活，可能在植入標(biāo)記的過程中死亡，也可能丟失標(biāo)記而死于其它因素，但標(biāo)記后的活體生存率較高，如鱒（Salmo trutta）通過肌肉和腹腔注射植入PIT標(biāo)記60 d后，存活率分別達到了80.7%和 91.2%［23］，同樣，小白鮭（Coregonus sardinella）腹腔植入PIT標(biāo)記后存活率也達到了80%［24］。同時，PIT標(biāo)記的保留概率較大，如在長海膽（Echinometra lucunter）體內(nèi)的保留率達80%左右［19］、鱒腹腔體內(nèi)保留率達 89.4%［23］、小白鮭、美洲平鲉（Sebastes melanops）和黑口鰕虎魚（Neogobius melanostomus）體內(nèi)保留率均達100%［24，30-31］?？梢灶A(yù)期，PIT標(biāo)記技術(shù)雖在設(shè)計上有待改進，但應(yīng)用于水生動物，尤其是魚類的研究仍存在著巨大的潛力。

2 PIT標(biāo)記在水生動物研究中的應(yīng)用

目前，PIT標(biāo)記在水生動物研究中的應(yīng)用主要集中于魚類，按體型大小劃分，有大型和小型魚類；按生活型劃分，有淡水生活型和海水生活型；按保護級別劃分，有常規(guī)種類和瀕危保護種。少數(shù)研究應(yīng)用在其它水生動物上，如龜類、蝦類和蟹類等（表1）。

2.1 標(biāo)記的選擇與植入

PIT標(biāo)記型號的選擇有待探討，其型號多樣、大小不一，有報道的PIT標(biāo)記長度范圍為7～23 mm，直徑范圍為1.35～2.2 mm，常用的 PIT標(biāo)記的長度范圍為12～12.5 mm，直徑范圍為2～2.2 mm（表1）。PIT標(biāo)記植入的位置有動物背部、尾部［34］和腿部肌肉［18］，植入方式有進行手術(shù)切口注射的，也有體腔腹部［24］直接注射到體內(nèi)的，但以后者植入方式為主。PIT標(biāo)記的選擇很大程度上與研究者的目標(biāo)有關(guān)，標(biāo)記的型號大小可能對水生動物的生存生長產(chǎn)生影響［16］。因此，針對不同的水生動物，有必要對PIT標(biāo)記型號和水生動物的規(guī)格進行匹配。在魚類和PIT標(biāo)記匹配的研究中，選擇魚類叉長作為單因素時，大西洋鮭（Salmo salar）的規(guī)格可在10.0～13.5 cm的范圍內(nèi)［22］，繡色杜父魚（Cottus gobio）和鱒的規(guī)格分別為大于 5.0 cm和 5.7 cm［21，35］；而選擇魚類體質(zhì)量作為單因素時，金頭鯛（Sparus auratus）和鱸（Perca fluviatilis）的規(guī)格分別為大于 3.0 g和 2.0 g［36，39］。有研究表明，體質(zhì)量為 8～15 g的魚類適合使用PIT標(biāo)簽進行標(biāo)記［42］。另外，標(biāo)記植入的部位、方向也可能對水生動物的生存生長產(chǎn)生影響［41］，在實驗研究中也需全面考慮。

2.2 標(biāo)記保留與遷移

標(biāo)記在水生動物體內(nèi)的保留對于增殖放流效果評估工作具有重要意義。在眾多的標(biāo)記中，體內(nèi)標(biāo)記的保留率常常大于體外標(biāo)記，標(biāo)記在體內(nèi)不易丟失，而體外標(biāo)記的丟失常與水體環(huán)境、水生動物活動和傷口愈合情況等因素有很大關(guān)聯(lián)。PIT標(biāo)記是體內(nèi)標(biāo)記的一種，具有較高的保留率（表1）。在PIT標(biāo)記魚類研究中，大多數(shù)體內(nèi)腹腔植入的保留率在80%以上，有的甚至達到100%，如在大西洋鮭幼魚的腹腔標(biāo)記保留率高達99.8%［43］；而肌肉植入的保留率在60%以上，在中國大鯢（Andrias davidianus）尾部肌肉中植入PIT標(biāo)記后，保留率最低僅為30%（表1）?？梢?，標(biāo)記的保留不僅與水生動物的種類相關(guān)，且與植入的部位和方向有關(guān)［41］。PIT標(biāo)記植入魚類的腹腔后，有的位置會發(fā)生改變，如標(biāo)記遷移至腸腔、肝臟和心臟以及腎臟的區(qū)域［44］，而最好的標(biāo)記位置是消化道區(qū)域［9］。隨著時間的推移，標(biāo)記的位置會發(fā)生變化，如標(biāo)記的方向發(fā)生小角度（4°）的偏離［39］或者相對位置發(fā)生明顯變化的［37］。

2.3 對水生動物的保護與監(jiān)測

PIT標(biāo)記監(jiān)測的主要對象是瀕危物種，自然環(huán)境下瀕危物種資源稀少，進行人工放流有利于其資源的恢復(fù)。因此，對瀕危物種進行PIT標(biāo)記，放流后對其進行監(jiān)測尤為重要。PIT標(biāo)記具唯一性且無需解剖生物體，監(jiān)測時可以采集其生存生長和分布情況，為瀕危水生動物的資源恢復(fù)提供參考數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的應(yīng)用PIT標(biāo)記監(jiān)測瀕危種的研究報道具有良好的參考價值。例如，在中國大鯢的尾部皮下縱向植入PIT標(biāo)記對生物體傷害最小，標(biāo)記保留率達 97%［41］；在秦嶺細鱗鮭（Brachymystax lenok tsinlingensis）的背部肌肉植入PIT標(biāo)記對其傷害小，無繼發(fā)感染，標(biāo)記保留率達99.3%［34］；在棱皮龜（Dermochelys coriacea）體腔腹股溝區(qū)植入的PIT標(biāo)記保留率高達100%［14］。另外，對特有種環(huán)紋鈍口螈（Ambystoma annulatum）腔腹植入的PIT標(biāo)記保留率也高達100%［16］。

2.4 對水生動物分布的研究

目前，PIT標(biāo)記應(yīng)用于水生動物的分布的研究處于探索性階段，研究報道較少，多應(yīng)用于記錄魚類的活動情況［45］，對洄游性魚類的分布、活動行為等研究具有巨大的潛力。在挪威的一項研究中，報道了應(yīng)用PIT標(biāo)記探索大西洋鮭的垂直分布情況［25］，表明較大的個體花在網(wǎng)箱較深處的時間比較小的個體多。在一個網(wǎng)箱（12 m長×12 m寬×14 m深）中，離網(wǎng)墻約3 m，深度5 m和9 m處懸掛方形的PIT天線（0.6 m長×0.6 m寬），以允許水平游動的魚穿過，隨機放養(yǎng)（3.4±0.96）kg的大西洋鮭3 750尾。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，個體的識別頻次差異很大，76尾從未識別，12尾識別30次以上；較大的個體在9 m深處出現(xiàn)較多，在9 m深處識別的個體有50%在5 m深處被識別，在5 m深處識別的個體有82%在9 m深處被識別。相關(guān)的資料仍較少，對水生動物垂直分布的研究還有待進一步探究，研究中可使用較寬潛水范圍的不同規(guī)格的品種，以得到更全面的資料。另外，PIT標(biāo)記對水生動物的分布、活動行為與范圍、基于活動關(guān)系組成的群體架構(gòu)等研究具有非常重要的應(yīng)用價值［46］。

3 PIT標(biāo)記對水生動物的影響

3.1 對魚類的影響

3.1.1 對魚類生存生長的影響

魚類身體具有排它性，PIT標(biāo)記可能對魚體產(chǎn)生不適；也可能因操作不當(dāng)植入時產(chǎn)生傷口，引發(fā)傷口感染而導(dǎo)致魚體死亡。植入魚類體內(nèi)的PIT標(biāo)記在一定程度上對魚類可能產(chǎn)生影響、也可能無影響。比如PIT標(biāo)記對小白鮭體質(zhì)量的增長無明顯影響，且各PIT標(biāo)記處理組間的小白鮭體質(zhì)量增長速率無差異，存活率達80%以上［24］；植入標(biāo)記的方式對鱒的生存生長可能存在顯著影響［23］，但 ACOLAS等［21］則發(fā)現(xiàn) PIT標(biāo)記對鱒生長（叉長和體質(zhì)量）無顯著影響；鱸的生存、體質(zhì)量、性腺發(fā)育和腹部存儲脂肪的能力不受標(biāo)記存在的影響［39］。魚類死亡的發(fā)生主要集中在標(biāo)記后的第一周，多發(fā)于手術(shù)切口繼發(fā)性感染導(dǎo)致的死亡。對于存活個體，PIT標(biāo)記對小白鮭、鱒和金頭鯛的體長和體質(zhì)重?zé)o顯著影響，且在標(biāo)記60 d后體質(zhì)重和體長有所增加［23-24，36］，可應(yīng)用于長期研究［24］。

3.1.2 對魚類游泳及其它行為的影響

游泳能力是魚類的一個基本的生存指標(biāo)，PIT標(biāo)記植入魚體后，有必要對其游泳能力的影響進行探究。有報道表明，PIT（12mm×2.1mm）標(biāo)記對叉長5.0～9.4 cm的繡色杜父魚的游泳能力沒有顯著影響［35］；PIT標(biāo)記的小玉筋魚（Ammodytes tobianus）的游泳能力與未標(biāo)記的個體相比無差異［37］；PIT標(biāo)記小眼平頭鮈（Platygobio gracilis）、黑斑須雅羅魚（Semotilus atromaculatus）和白亞口魚（Catostomus commersoni）30 d后，沒有顯著降低3種魚類的游泳能力［40］。在一項報道中，PIT標(biāo)記的75尾魚放入河口植有小型紅樹林的Burrum河內(nèi)，監(jiān)測104 d，記錄＞5 000次。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)50%的紅樹林被洪水淹沒時，超過50%標(biāo)記的魚監(jiān)測到在河口處，且魚類活動時間主要在夜間［26］。另外，溫度和高水流量對PIT標(biāo)記的魚類活動有重要影響［47］?？梢?，PIT標(biāo)記對魚類的游泳能力無顯著影響，且可應(yīng)用于魚類其它活動行為的監(jiān)測。

3.2 對其它水生動物的影響

PIT標(biāo)記對兩棲爬行類水生動物也具有一定的影響，已有相關(guān)的研究報道，而PIT標(biāo)記對蝦蟹等水生動物影響的研究報道較少。有研究認(rèn)為，PIT標(biāo)記的植入造成的傷口愈合時間長達5～15 d，且 與 植 入 的方 式有 關(guān)［41］。OUSTERHOUT等［16］研究發(fā)現(xiàn)，PIT標(biāo)記對環(huán)紋鈍口螈的生長沒有明顯的影響，體質(zhì)量的增加與對照組無差異。BUHLMANN等［14］研究發(fā)現(xiàn)棱皮龜被標(biāo)記11個月和16個月重捕后，其腹甲長度均有所增長，分別增長了2～4 mm和3～11 mm。ROWE等［15］研究發(fā)現(xiàn)錦龜（Chrysemys picta）被標(biāo)記50周后，其從初始體質(zhì)量（4.75±0.18）g增長到（13.38±2.49）g；從初始龜甲長（24.90±0.30）mm增長到為（39.00±2.70）mm，且與對照組（24.90±0.30）mm增長率無差異。可見，PIT標(biāo)記對兩棲爬行類水生動物的生長影響較小。

綜上所述，PIT標(biāo)記水生動物的生長、游泳能力及其它活動行為影響較小，但植入標(biāo)記時產(chǎn)生的傷口需一定的時間來愈合，愈合時間的長短與植入方式有關(guān)。

4 小結(jié)與展望

PIT標(biāo)記技術(shù)可應(yīng)用于水生動物的相關(guān)研究，尤其是魚類。與其它標(biāo)記技術(shù)相比，PIT標(biāo)記具有信息儲存量大、體積小、持久性強、識別度高、唯一性和性能穩(wěn)定、頻率足夠低時易于識別以及對生物體的生存、生長和游泳能力無顯著影響等優(yōu)點。但也存在不足之處，如有些種類肌肉植入時保留率較低，手術(shù)傷口潰爛導(dǎo)致生物體死亡，標(biāo)記遷移影響天線的檢測等。雖然存在這些缺點，但PIT標(biāo)記技術(shù)對于水生動物研究具有重要意義，結(jié)合其它技術(shù)，可以在某些研究領(lǐng)域有良好的發(fā)展，如個體識別，對瀕危種類的分布、活動行為的監(jiān)測，對漁業(yè)標(biāo)記增殖放流效果評估研究，野生動物的管理，建立PIT信息庫對水生動物進行監(jiān)測和保護［48］等，也可應(yīng)用于解決動物行為、棲息地和種群動態(tài)等領(lǐng)域的眾多問題［12，46］。