西藏雙須葉須魚八種年齡鑒定材料的比較研究

劉艷超 劉書蘊 劉海平

(1. 西藏農牧學院食品科學學院, 林芝 860000; 2. 西藏自治區農牧科學院, 水產科學研究所, 拉薩 850002;3. 西藏自治區拉薩市林周縣財政局, 拉薩 850000)

年齡鑒定是研究魚類生物學和生態學特性的重要組成部分, 也是分析和評價魚類種群數量變動的基本依據之一[1]。魚類年齡鑒定最普遍的方法是鈣化組織分析法[2]。對于裂腹魚類而言, 受特定生長環境的影響, 不同種類、不同階段個體的鑒定材料年輪特征各不相同, 呈現出多樣化的特點[3]。由于遺傳差異和生存環境的差異, 魚類的生長呈現出不同特點, 不同鈣化組織上的年輪特征也表現各異。因此需要對不同的年齡材料進行對比, 最終選出最佳的年齡材料[4]。

雙須葉須魚(Ptychobarbus dipogon)隸屬于裂腹魚亞科(Schizothoracinae), 葉須魚屬(Ptychobarbus),主要分布在西藏雅魯藏布江中游干支流砂石底質的緩流處[5]。雙須葉須魚獨特的種群特征、生活地理環境決定了其對環境變化和人為干擾極為敏感和脆弱[6]。近年來, 隨著水利交通工程建設、漁業捕撈及工程材料索取加劇, 雙須葉須魚的種群數量和種群資源下降, 對雙須葉須魚種群資源構成了威脅。雙須葉須魚作為一個極為脆弱的種群資源, 為保護該物種的可持續性和穩定的種群而做出相應的管理是至關重要的[7]。楊鑫[6]主要研究雅魯藏布江中游雙須葉須魚的耳石和脊椎骨兩種年齡材料,Li等[7]主要研究雅魯藏布江及其支流流域雙須葉須魚三對耳石年齡材料和微耳石的微結構特征及日增量。而本文研究主要是研究拉薩河流域雙須葉須魚8種年齡材料的年輪特征和年齡鑒定。

年齡鑒定結果可以闡明魚類生長、性成熟年齡, 直接關系到魚類種群分析與資源評估現狀[8]。因此, 評估和比較每個物種所使用的年齡材料的研究是最基礎和必要的內容[9]。本文對雙須葉須魚的微耳石、星耳石、脊椎骨、鰓蓋骨、臀鱗、胸鱗、側線鱗和背鱗等8種年齡材料的年輪特征進行了描述, 并對8種材料鑒定年齡的準確性和精確性進行了比較研究, 旨在為其生長特征、種群動態和資源變動提供可靠的年齡依據。

1 材料與方法

1.1 樣本采集

樣本于2014年2月至12月在拉薩河上游采集雙須葉須魚193尾。全部測量全長、體長和體重, 長度精確到1 mm, 重量精確到0.1 g。取出左右微耳石、左右星耳石、鰓蓋骨和6—8枚脊椎骨以及4種鱗片。樣品用清水清洗, 晾干后放入封口袋冷凍保存。

1.2 年齡材料處理

微耳石將微耳石遠極面朝上, 用指甲油包埋, 固定在載玻片上, 靜置, 讓其凝固, 然后先用#1500的砂紙打磨, 再用#2000#的砂紙拋光, 打磨期間時刻加水, 并隨時在顯微鏡下觀察。直至微耳石核區年輪清晰為止, 最后放在顯微鏡下拍照保存。

星耳石將星耳石內側面朝上, 用指甲油包埋, 固定在載玻片上, 靜置, 讓其凝固。首先用#1500的砂紙打磨。再用#2000的砂紙拋光, 打磨期間時刻加水, 并在顯微鏡下拍照保存。

脊椎骨將脊椎骨放入開水中浸泡1—2min,用牙刷輕輕刷去附著的肌肉和結締組織, 剪去多余的骨棘, 從中間將脊椎骨剪斷, 靜置讓其干燥。調整好角度在顯微鏡下拍照保存。

鰓蓋骨將鰓蓋骨放入開水中1min, 用牙刷剔除附著的肌肉的結締組織, 讓其自然干燥, 然后放在體視顯微鏡下用透射光觀察, 并拍照保存。

鱗片將鱗片放入清水中, 用牙刷輕輕刷去附著的黏膜, 取6片放在載玻片上, 然后蓋上載玻片,用膠帶固定并用記號筆編號。最后放在顯微鏡下拍照保存。

1.3 年齡鑒定方法及年輪特征描述

根據殷名稱[10]《魚類生態學》的年輪鑒別特點及鑒定和分析魚類年齡的方法, 在不清楚樣本大小、性別的情況下對八種年齡材料進行年齡鑒定。每個年齡材料的年齡由同一觀察者進行2次獨立鑒定, 時間間隔不少于1周。

以體長大小為依據, 劃分低齡、中齡和高齡3個年齡段[11], 并根據每一年齡段的同一樣本, 描述8種年齡材料的年輪特征。

1.4 八種年齡材料的差異性

平均年齡的顯著性分析對8種年齡材料的平均年齡讀數采用單因素方差分析(ANOVA)和多重比較進行統計檢驗和分析, 來解釋8種年齡材料鑒定結果的差異性。

平均百分比誤差(IAPE)采用平均百分比誤差(IAPE)來計算不同觀察者年齡鑒定結果的精確性, 公式如下:

式中,N為進行年齡鑒定的魚尾數;R為每尾魚進行年齡鑒定的次數;Xij為第j尾魚進行的第i次年齡鑒定結果;Xj為第j尾魚的平均年齡。

為了更好地對不同年齡材料進行比較, 前后鑒定結果最終必須一致。若結果不一致, 則重新對該年齡材料進行年齡鑒定, 直到最終結果統一為止。若再次鑒定后, 結果差距較大, 則將其除去。在西藏其他裂腹魚類[11,12]的年齡材料鑒定中微耳石的清晰度是最好的, 并且雙須葉須魚微耳石的年輪比較清晰, 故以微耳石鑒定的年齡為準, 將星耳石、脊椎骨、鰓蓋骨、臀鱗、胸鱗、側線鱗和背鱗7種年齡材料分別和微耳石計算所得IAPE來進行比較。

清晰度評分對8種年齡材料年輪的清晰度按照5個等級進行評分[11]: 1是非常好, 2是好, 3是一般, 4是很差, 5是難以辨認。

1.5 數據分析

統計分析采用SPSS 21和Excel 2003, 數據采用平均數±標準差表示, 當P＜0.05時, 存在顯著性差異。

2 結果

總共采集到193尾雙須葉須魚, 體長為155—550 mm, 體重為46.5—1704.5 g。

2.1 年輪特征

微耳石微耳石為不規則的橢圓形, 近極面前端膨大, 后端似鏟型; 遠極面微微隆起, 前端似由許多晶體組成, 從前端到后端逐漸變薄(圖1d1—d4)。中心核靠近前端, 在入射光下, 從微耳石核心向外邊緣顏色逐漸變淡。在年輪排列區域, 年輪間距呈現有規律的縮短, 靠近中心核的年輪間距較大, 到10齡年輪間距明顯變窄, 在20齡后年輪間距顯著變窄(圖2f、圖3f、圖4g)。

星耳石星耳石為星狀, 輪紋不明顯, 邊緣為鋸齒狀, 內側面中間長軸處為凹槽, 外側面微微隆起, 具有輻射狀脊(圖1h1、圖1h2)。到12齡間距明顯變窄, 而到20齡后年輪間距顯著變窄(圖2e、圖3e、圖4f)。

圖1 雙須葉須魚背鱗(a)、側線鱗(b)、胸鱗(c)、微耳石(d1、d2、d3、d4)、臀鱗(e)、鰓蓋骨(f)、脊椎骨(g)、星耳石(h1、h2)的形態特征Fig. 1 Morphological characteristics of back scale (a), lateral-line scale (b), chest scale (c), lapillus (d1, d2, d3, d4), hip scale (e), opercular bone (f), vertebrae (g), asteriscus (h1, h2) of Ptychobarbus dipogon

圖2 低齡雙須葉須魚(體長215 mm)背鱗(a)、側線鱗(b)、胸鱗(c)、臀鱗(d)、星耳石(e)、微耳石(f)、鰓蓋骨(g)、脊椎骨(h)的年輪特征(圓點示年輪)Fig. 2 Annuli characteristics of back scale (a), lateral-line scale (b), chest scale (c), hip scale (d), asteriscus (e), lapillus (f), opercular bone(g), vertebrae (h) from the same Ptychobarbus dipogon with 215 mm SL(dots show annuli)

圖3 中齡雙須葉須魚(體長400 mm)背鱗(a)、側線鱗(b)、胸鱗(c)、臀鱗(d)、星耳石(e)、微耳石(f)、脊椎骨(g)、鰓蓋骨(h)的年輪特征(圓點示年輪)Fig. 3 Annuli characteristics of back scale (a), lateral-line scale (b), chest scale (c), hip scale (d), asteriscus (e), lapillus (f), vertebrae (g),opercular bone (h) from the same Ptychobarbus dipogon with 400 mm SL (dots show annuli)

圖4 高齡雙須葉須魚(體長488 mm)背鱗(a)、側線鱗(b)、胸鱗(c)、臀鱗(d)、鰓蓋骨(e)、星耳石(f)、微耳石(g)、脊椎骨(h)的年輪特征(圓點示年輪)Fig. 4 Annuli characteristics of back scale (a), lateral-line scale (b), chest scale (c), hip scale (d), opercular bone(e), asteriscus (f), lapillus(g), vertebrae (h) from the same Ptychobarbus dipogon with 488 mm SL (dots show annuli)

脊椎骨脊椎骨為雙凹型, 中心有一小孔,前后凹面呈現出寬窄交替的同心圓輪紋, 在入射光下, 呈明暗交替分布。小孔的周圍較為透明, 輪紋很少很細, 很難確認起始輪的位置。脊椎骨的邊緣有較厚的結締組織, 難以辨認末輪(圖1g)。脊椎骨的年輪寬度不會隨著年齡的增加而顯著變窄(圖2h、圖3g、圖4h)。

鰓蓋骨鰓蓋骨為不規則的四邊形, 基部內側有許多小孔, 表面輪紋平行排列, 邊緣為鋸齒狀。基部較厚, 且呈黃色, 難以辨認首輪位置(圖1f)。低齡魚的鰓蓋骨輪紋間隔大且稀疏, 不易分辨年輪; 高齡魚輪紋排列緊密, 容易辨認。年輪間距呈現有規律的縮短, 到12齡年輪間距明顯變窄(圖2g、圖3h、圖4e)。

臀鱗臀鱗取自肛門至臀鰭的兩側, 大多數臀鱗形態特征特化, 下側區向內彎曲, 呈“L”形。前區輪紋密集, 很難有效辨識年輪; 后區各年輪間隙較明顯, 但夾雜副輪。有少部分鱗片上后區內的副輪與年輪十分相似, 較難區別, 需依靠側區輔助觀察(圖1e、圖2d、圖3d、圖4d)。

胸鱗、側線鱗和背鱗胸鱗取自側線下方,胸鰭基部(圖1c)。側線鱗取自魚體兩側的側線部位, 中央有一條透明的管道(圖1b)。背鱗取自側線上方, 背鰭附近(圖1a)。這3種環片疏密不明顯, 但在入射光下可見到明亮的脊高出相鄰環片, 脊的外緣即為年輪。前區、上側區和下側區均可作為年齡讀取區。

2.2 八種年齡材料的比較

共采集193尾樣本, 體長為155—550 mm, 體重為46.5—1704.5 g, 其中微耳石鑒定年齡在4—49齡,星耳石鑒定年齡在4—35齡, 脊椎骨鑒定年齡范圍在4—34齡, 鰓蓋骨鑒定年齡范圍在4—34齡, 臀鱗鑒定年齡范圍在4—22齡, 胸鱗鑒定年齡范圍在4—19齡, 側線齡鑒定年齡范圍在4—16齡, 背鱗鑒定年齡范圍在4—17齡。不同年齡組的樣本數和體長信息見表1。

2.3 八種年齡材料的平均年齡比較

雙須葉須魚不同年齡材料所鑒定的平均年齡見表2。8種年齡材料所鑒定的平均年齡存在顯著性差異(P＜0.05)。用微耳石作為年齡材料所鑒定的平均年齡最高(20.05齡), 顯著高于星耳石(16.84齡)、脊椎骨(16.56)、鰓蓋骨(16.70齡)、臀鱗(11.34齡)、胸鱗(9.58齡)、側線鱗(9.33齡)和背鱗(9.33齡)所鑒定的平均年齡(P＜0.05)。23齡以下和23齡以上樣本分開統計時, 4—23齡樣本中, 微耳石鑒定的平均年齡與星耳石和脊椎骨鑒定的平均年齡較為接近, 分別為14.39齡、13.13齡、13.20齡, 顯著高于鰓蓋骨(12.96齡)、臀鱗(9.93齡)、胸鱗(8.49齡)、側線鱗(8.30齡)和背鱗(8.13齡)所鑒定的平均年齡(P＜0.05)。大于23齡時, 星耳石(23.52齡)、脊椎骨(22.61齡)和鰓蓋骨(23.42齡)所鑒定的平均年齡較為接近, 星耳石、脊椎骨、鰓蓋骨、臀鱗、胸鱗、側線鱗和背鱗7種年齡鑒定材料都顯著低于微耳石所鑒定的平均年齡30.23齡(P＜0.05)。

2.4 八種年齡材料的平均百分比誤差比較

用微耳石鑒定年齡時, 多次讀數的平均百分比誤差(IAPE)最低(3.31%), 從小到大依次為: 星耳石(4.72%)、脊椎骨(4.79%)、臀鱗(5.11%)、鰓蓋骨(5.17%)、胸鱗(5.19%)、側線鱗(5.88%)、背鱗(5.86%)。其他7種年齡材料和微耳石比較的IAPE從小到大依次為星耳石(12.28%)、脊椎骨(15.67%)、鰓蓋骨(17.81%)、臀鱗(41.63%)、側線鱗(50.50%)、胸鱗(51.26%)、背鱗(51.74%)。從星耳石、脊椎骨、鰓蓋骨、臀鱗、胸鱗、側線鱗和背鱗分別與耳石作比較的IAPE值(圖5)可以看出,星耳石、脊椎骨、鰓蓋骨鑒定的年齡結果比四種鱗片準確。但僅從IAPE值來看, 并不能確定星耳石、脊椎骨和鰓蓋骨做鑒定的年齡結果哪個更精確。但是統計分析表明(表2), 星耳石和脊椎骨的年齡讀數與微耳石的年齡讀數在低于23齡時沒有顯著性差異(P＞0.05), 而鰓蓋骨所鑒定的年齡無論是在低齡還是高齡都顯著低于耳石所鑒定的年齡(P＜0.05)。隨著年齡增加, IAPE值基本上呈現上升趨勢, 差異也逐漸增大, 對于鑒定高齡魚時所產生的差異越來越大。

2.5 八種年齡材料的清晰度評分比較

由于4種鱗片年齡讀數在高于14齡組內都與微耳石有顯著差異, 因此在清晰度評分中分為低于14齡組和高于14齡組。微耳石上的年齡較清晰, 在低于14齡和高于14齡組內被評為“非常好”和“好”的都較其他材料多, 故微耳石在進行年齡鑒定時準確性最好(表3、表4)。

2.6 年齡與體長關系

微耳石年齡鑒定的年齡讀數(A)與相對應的體長(L)呈極顯著的對數函數關系(P＜0.01), 其相關關系式為:L=146.76 ln (A)-38.139,R2=0.8312。隨著年齡的增加, 雙須葉須魚體長隨之增長, 但其增長速率隨之減緩(圖6)。

3 討論

3.1 年齡鑒定的準確性比較

魚類年輪特征的研究是進行魚類年齡鑒定的前提[1]。而年齡鑒定的準確性直接關系到魚類生長參數估算的可靠程度[13], 這對于漁業的管理和資源的合理開發尤為重要; 低估年齡的結果將導致對魚類生長估計過快和自然死亡率估計過高, 因而對產量做出過于樂觀的估計, 往往會造成資源的過度開發[14]。

圖5 星耳石、脊椎骨、鰓蓋骨、臀鱗、胸鱗、側線鱗和背鱗分別與微耳石比較的平均百分比誤差(IAPE)分布圖Fig. 5 The average percentage error (IAPE) between asteriscus,vertebrae, opercular bone, hip scale, chest scale, lateral-line scale,back scale and lapillus

圖6 雙須葉須魚年齡與體長的關系Fig. 6 The relationship between the age and body length

表3 雙須葉須魚不同年齡材料的清晰度評分(4—14齡)Tab. 3 Distribution of readability scores for different age materials of Ptychobarbus dipogon (4—14 years)

表4 雙須葉須魚不同年齡材料的清晰度評分(14齡以上)Tab. 4 Distribution of readability scores for different calcified structures of Ptychobarbus dipogon (more than 14 years)

就同一種魚而言, 不同的年齡材料輪紋的清晰度和數目不一定相同, 所以可能導致不同年齡段的最適材料也有所不同[15]。本文微耳石鑒定所得的最大年齡為49齡, 星耳石鑒定所得的最大年齡為35齡, 脊椎骨鑒定所得最大年齡為34齡, 鰓蓋骨為34齡, 臀鱗為22齡, 胸鱗為19齡, 側線鱗為16齡, 背鱗為17齡。在低于23齡時, 微耳石與星耳石和脊椎骨鑒定的平均年齡之間無顯著性差異(P＞0.05), 相差年齡在1齡以內, 顯著高于鰓蓋骨和四種鱗片(P＜0.05)。反映出在鑒定低齡個體時, 微耳石、星耳石和脊椎骨作為年齡材料是可行的。分析原因為, 鰓蓋骨僅在邊緣可觀察到明暗相間排列的環紋,鰓蓋骨基部變厚[16], 中心輪紋判別能力差, 不易確定年齡[13]; 鱗片隨年齡增長易出現磨損或者停滯現象[17], 通常會低估高齡和生長速率慢的個體年齡[13],只適用于對低齡、生長較快的魚類進行年齡鑒定[18],特別是裂腹魚特有的臀鱗與其繁殖行為密切相關,致使鱗片的磨損很難避免[19], 裂腹魚類的鱗片在長期進化過程中為適應高原寒冷的水域環境而存在著不同程度的退化[12]。

然而高于23齡時, 7種年齡鑒定材料均顯著低于微耳石鑒定的平均年齡(P＜0.05)。星耳石高齡個體年輪特征不明顯, 雜紋較多[20]; 脊椎骨首輪較難辨認[21], 輪紋較為密集, 增加高齡魚年齡鑒定的誤差[11], 生活的地理環境特殊、環境條件惡劣, 脊椎骨上年輪的形成和排列可能受到環境條件的影響[11,12]。而耳石年輪標志明顯, 可判讀力高[22]。耳石生長是以與機體生長相對獨立, 在慢生長和高齡個體中比其他骨質材料生長更快, 從而能更真實地記錄周期性季節生長和年齡[23], 所以采用耳石估計生長緩慢和相對長壽命群體或種類的年齡更為準確[24]。此外, 與微耳石比較的平均百分比誤差相比,星耳石、脊椎骨、鰓蓋骨與之相差不大, 4種鱗片與之差別較大。并且IAPE值隨著年齡增加基本上呈現上升趨勢反映出在高齡個體年齡鑒定水平上所產生的差異越來越大。

在國內許多學者對裂腹魚不同年齡鑒定材料的比較研究中, 得出耳石讀數較其他年齡材料準確。馬寶珊[11]和周賢君[12]分別通過研究異齒裂腹魚和拉薩裂腹魚的3種年齡材料(耳石、脊椎骨和鰓蓋骨)發現耳石是年齡鑒定的最合適材料, 霍斌[25]研究尖裸鯉年齡材料發現釆用耳石作為年齡鑒定材料其準確性和精確性要優于脊椎骨, 并且耳石還是伊犁裂腹魚[26]、色林錯裸鯉[14]、軟刺裸裂尻魚[27]、青海湖裸鯉[3]的最佳年齡材料。

總而言之, 雙須葉須魚8種年齡鑒定材料均為每年形成一個年輪, 本研究通過不同年齡鑒定材料的比較發現, 在進行年齡鑒定時微耳石所鑒定的最大年齡較其他年齡材料大, 而其他的幾種年齡材料均有不同程度的年齡階段性差異。在鑒定低齡個體時, 微耳石是雙須葉須魚年齡鑒定的最佳材料,星耳石和脊椎骨次之, 鰓蓋骨較差, 鱗片不宜作為年齡鑒定材料; 在鑒定高齡個體時, 微耳石是雙須葉須魚年齡鑒定的最佳材料。

3.2 雙須葉須魚年齡結構與年齡鑒定探討

楊鑫[6]研究發現雅魯藏布江中游的雙須葉須魚群體的年齡結構為3—24 齡, 反映出雅魯藏布江雙須葉須魚群體年齡結構趨于簡單。Li等[7]研究了雅魯藏布江及其支流的雙須葉須魚, 其種群的年齡結構分別為2—44 齡, 與本文研究結果類似, 反映出雙須葉須魚在雅魯藏布江中游流域年齡趨向低齡化,而雙須葉須魚在拉薩河流域的年齡結構群體尚未受到嚴重干擾。究其原因, 采樣點環境和人為干擾強度等差異是導致種群結構產生差異的主要因素[6]。而且在3—6月, 雙須葉須魚正處于繁殖期, 加之浮游生物在此季節繁殖生長, 易捕撈較大個體。

在不同水域中雙須葉須魚[6]2種年齡材料的比較顯示, 脊椎骨與耳石鑒定的結果無顯著性差異,耳石鑒定10 齡以上的年齡大于脊椎骨鑒定的年齡。而本文研究僅是在鑒定低齡個體(小于23齡)時, 微耳石、星耳石和脊椎骨作為年齡材料是可行的。分析其原因, 可能是由于不同水域資源現狀的差異和人為干擾的程度不同所致。交叉水域中雙須葉須魚3種耳石年齡材料的比較顯示, 核心模棱兩可的星耳石導致難以辨別年齡, 矢耳石易脆并經常破裂[7], 所以微耳石是雙須葉須魚的最佳年齡鑒定材料。

總而言之, 無論是不同水域或者交叉水域, 微耳石一直是雙須葉須魚最好的年齡鑒定材料, 這與楊鑫[6]、Li等[7]的研究結果一致。