基于耳石微結構的黃、渤海藍點馬鮫幼魚日齡與生長

朱慶環，田永軍*，張弛，葉振江，徐賓鐸

( 1.中國海洋大學 水產學院，山東 青島 266003)

1 引言

藍點馬鮫（Scomberomorus niphonius）隸屬鱸形目（Perciformes）鯖科（Scombridae），棲息于近海中上層[1]，是黃渤海重要的大型經濟魚類[2]。藍點馬鮫孵化后個體在產卵場附近水域索餌，進行育幼生長[3]。藍點馬鮫當年幼魚即可作為補充群體加入到捕撈群體中，占藍點馬鮫秋汛漁獲物的90%以上[2]。

研究魚類生長規律，是資源動態評估和漁業管理的基礎[4–5]，幼魚的存活和生長很大程度上決定了補充強度，進而影響世代強度和豐度[6–8]。過去對于藍點馬鮫生長的研究集中于仔稚魚[9–10]或成魚階段[11]，而對藍點馬鮫幼魚生長的研究較少。邱盛堯等[12]根據1963 年至1991 年收集的樣本生物學信息，分析了黃、渤海藍點馬鮫當年幼魚的Von Bertalanffy 生長方程及其生長參數的年代際波動，并提出其生長加快的趨勢。近年來隨著氣候變化、捕撈作業方式和捕撈管理策略的改變，藍點馬鮫年齡結構、生長和繁殖生物學特性發生了變化，小型化和低齡化趨勢不斷加劇[2,13]，為了解藍點馬鮫補充群體現狀，有必要對其年齡和生長等基礎生物學進行深入的研究。

通過耳石微結構可以推算魚類的孵化日期，基于體長和日齡的關系可以建立起魚類的生長模型。耳石微結構分析越來越多的用于仔稚魚及幼魚的日齡鑒定、孵化期推算和生長特性的研究[14–18]。本文利用2016 年和2017 年在黃、渤海近海采集的藍點馬鮫幼魚樣本，通過耳石微結構分析，推算藍點馬鮫幼魚的日齡和孵化日期，建立生長方程，進而研究其生長規律，以期為研究藍點馬鮫生物學及補充群體的保護和管理提供參考。

2 材料與方法

2.1 樣本采集和處理

本研究于2016 年9?10 月和2017 年8?10 月在萊州、威海、青島、呂四近海從商業刺網及拖網調查的漁獲物中獲取藍點馬鮫幼魚（young-of-the-year，YOY）。其中萊州樣本來自海區37.0°～38.5°N，119°～1 2 1°E；威海樣本來自海區3 6.5°～3 8.0°N，121.5°～123.0°E；青島樣本來自海區35.5°～37.0°N，119.5°～121.5°E；呂四樣本來自海區32°～34°N，120.5°～122.5°E（圖1）。樣本冰凍保存后運回實驗室。

在實驗室將藍點馬鮫幼魚樣本解凍，參照《海洋調查規范.海洋生物調查》（GB/T 12763.6?2007）進行生物學測定，包括叉長（Fork Length，FL）、體質量（Body Weight，BW）、攝食強度及性腺成熟度等。叉長和體質量的測定分別精確到1 mm 和0.1 g。

2.2 研究方法

2.2.1 耳石處理

摘取矢耳石清潔干燥，置于2 mL 離心管保存，選取右耳石，使用調配好的樹脂于圓筒形模具中進行包埋。待硬化后，沿著經過耳石原基的橫截面方向進行切割，獲得厚度為800 μm 的橫截面切片，使用熱熔膠將其固定于載玻片。依次利用400 目、800 目和1 200目的防水砂紙研磨，直至耳石原基可見，利用0.3 μm氧化鋁水絨布拋光。切片進行雙面研磨和拋光，以獲得清晰的耳石微結構。

2.2.2 日齡和孵化日期

藍點馬鮫耳石輪紋形成的日周期性和第1 日輪（初次攝食標記輪）形成的時間已經得到確認[19–20]，本實驗將第1 日輪形成時間定為第5 日齡，藍點馬鮫幼魚日齡以耳石日輪數加4 計算，孵化日期則由捕撈日期減去日齡確定。本實驗將第 1 日輪形成時間定為第 5 日齡，藍點馬鮫幼魚日齡(Daily age, D)以耳石日輪數加 4 計算，孵化日期則由捕撈日期減去日齡確定。

2.2.3 生長輪紋讀取

在Olympus BX53 顯微鏡（物鏡×20，目鏡×10）下采用透射光觀察耳石切片，調整焦距和亮度，使用CCD 拍攝耳石橫截面的全景圖像。利用ImageJ 軟件分析耳石橫截面微結構圖像，沿著腹側日輪最清晰的生長軸從第1 日輪到近端面邊緣進行計數，部分不清晰的生長輪紋數由鄰近區域的生長輪紋數推算。每一樣本由同一觀察者進行3 次獨立計數[21]，時間間隔至少1 個月，若幾次計數的結果誤差在10%以內則取其平均值，否則樣本被摒棄。

2.2.4 環境數據獲取

根據NOAA AVHRR 資料，建立萊州、威海、青島和呂四近海（圖1）2016 年和2017 年的日平均海水表面溫度數據集，獲取藍點馬鮫孵化期的平均海水表面溫度。

2.3 統計分析

2.3.1 生長模型

本文采用以下幾種備選生長模型擬合藍點馬鮫幼魚的生長：

線性生長模型：

式中，Yt為叉長（或體質量），單位為mm（或g）；t 為日齡，單位為d；k 為相對生長速率的參數；Y∞表示漸近叉長（或體質量）；t0表示魚類叉長（或體質量）為0 時的理論日齡；a、b、h、g 為常數。

圖 1 藍點馬鮫幼魚的采樣位置示意圖Fig. 1 Sampling locations of YOY Scomberomorus niphonius

應用相關指數（即擬合度，R2）和赤池信息準則（Akaike Information Criterion，AIC）選擇最適模型，R2越大、AIC 值越小表示模型的擬合效果越好。AIC值計算公式為式中，n 為樣本數；RSS 為殘差平方和；k 為模型中參數個數。

2.3.2 生長率

采用絕對生長率（Absolute Growth Rate，AGR）和特定生長率（Specific Growth Rate，SGR）[22–25]來分析藍點馬鮫幼魚的生長，其計算方程分別為式中，Y2為t2時叉長（或體質量）；Y1為t1時叉長（或體質量）；SGR 代表每日生長率百分比, SGR 單位為%/d；AGR單位為mm/d 或g/d。本研究采用的時間間隔為10 d。

2.3.3 數據分析

采用相關分析檢驗叉長（體質量）與日齡之間的關系，顯著性水平P=0.01。數據采用Excel2016 軟件進行分析，生長模型和生長率用OriginPro9.0 進行分析。

3 結果

3.1 耳石微結構

矢耳石橫截面中心為一暗色的耳石原基，所有耳石均只有一個原基，自第一日輪開始的明暗相間的環紋即為日生長輪，暗帶的形成定義為日輪沉積的標志。從原基到耳石邊緣依次為核心區、不透明區和透明區。核心區內日輪由圓形逐漸變為橢圓形，輪紋間距逐漸增大；不透明區顏色較暗，生長輪相對較寬；透明區主要沿背腹軸和內側面方向繼續沉積，日輪相對較窄，寬度多變（圖2）。

3.2 日齡和孵化日期

實驗獲得了215 尾藍點馬鮫幼魚的耳石日齡數據，日齡范圍為64～151 d，平均日齡為（98.0±23.1）d，優勢日齡組為71～90 d，占總體的55%，日齡最小的為64 d，叉長197 mm，體質量63.0 g，最大的151 d，叉長452 mm，體質量706.1 g（表1，表2）。推定的孵化日期為2016 年5 月8 日至6 月15 日以及2017 年5月3 日至6 月10 日。兩年的平均孵化高峰期為5 月20 日至6 月3 日，平均孵化日期在4 個采樣區域間呈由南向北依次推遲趨勢（表1）。平均孵化期顯示出2017 年早于2016 年（P＜0.01），孵化時海水表面溫度平均為17.3℃，兩年間沒有顯著差異（P＞0.05，圖3）。

3.3 生長模型

相關分析表明，叉長與日齡存在顯著相關性（r=0.893，P＜0.01）。對比備選生長模型（表3），Logistic 生長模型的AIC 值最小且R2最大，叉長與日齡的關系符合Logistic 生長模型（圖4），漸近叉長FL∞為439.7 mm，其關系式為

圖 2 藍點馬鮫幼魚矢耳石橫截面微結構（紅線表示日輪計數軸）Fig. 2 Microstructure of transverse section of sagittal otolith from YOY Scomberomorus niphonius (red line indicates the counting axis)

圖 3 黃、渤海藍點馬鮫幼魚孵化日期頻率分布直方圖及其對應的海水表面溫度變化曲線Fig. 3 Frequency distribution histogram of calculated hatching date of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea and its corresponding change carve of sea surface temperature

表 1 各采樣區域藍點馬鮫幼魚的叉長、體質量、日齡和孵化日期Table 1 Fork length, body weight, daily age and calculated hatching date of YOY Scomberomorus niphonius in each sampling region

表 2 黃、渤海藍點馬鮫幼魚日齡組成Table 2 Age composition of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

相關分析表明，體質量與日齡存在極顯著相關性（r=0.856，P＜0.01）。研究發現（表4），Logistic 生長模型的AIC 最小且R2最大，體質量與日齡的關系符合Logistic 生長模型（圖5），漸近體質量BW∞為506.6 g，其關系式為

3.4 生長率

叉長平均絕對生長率和特定生長率分別為2.45 mm/d和0.85 %/d，最大絕對生長率（5.20 mm/d）和最大特定生長率（1.89 %/d）出現在91～100 d，整體來看，絕對生長率和特定生長率隨著日齡增大微弱減小，但變化不明顯。體質量平均絕對生長率和特定生長率別為5.33 g/d 和2.68 %/d，最大絕對生長率（16.56 g/d）和最大特定生長率（6.22 %/d）分別出現在111～120 d 和91～100 d，整體上，絕對生長率隨日齡增大先增大后減小，特定生長率隨著日齡增大而減小（圖6，圖7）。

4 分析與討論

圖 4 黃、渤海藍點馬鮫幼魚叉長與日齡的關系Fig. 4 The relationship of FL and daily age of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

表 3 黃、渤海藍點馬鮫幼魚叉長生長模型的參數與AIC 的比較Table 3 The comparison of R2 and AIC of FL growth of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

表 4 黃、渤海藍點馬鮫幼魚體質量生長模型的參數與AIC 的比較Table 4 The comparison of R2 and AIC of BW growth model of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

耳石的形態變化和魚體形態發育特征存在對應關系，劉志遠等[26]根據大黃魚（Larimichthys crocea）仔稚魚不同發育階段矢耳石形態發育和微結構特征，反演了大黃魚早期生活史階段的生長發育特征。藍點馬鮫卵黃囊期、前彎曲期的矢耳石形態最初近似圓形，隨后前后方向拉伸逐漸變為橢圓形，幼魚和成魚耳石形狀相對固定。對于較高日齡的幼魚，耳石橫向的或斜向的截面最適合顯示矢狀耳石的生長模型[27–28]。耳石和魚體生長具有一定的協同性[29–30]，日輪寬度通常可以用作生長的代表，反映個體生長史[31]。從核心至耳石邊緣，藍點馬鮫幼魚耳石日輪呈現出先增寬后變窄的趨勢。

產卵期和孵化期的遲早主要是以水溫為轉移[32–33]，導致了物候現象的緯度差異和年際波動，4 個區域的藍點馬鮫產卵期的差異反映了各地春季海水升溫的遲早。兩個年份之間進行比較，2017 年春季升溫較快，平均孵化時間較2016 年提前約1 周。本研究發現藍點馬鮫的平均孵化時間對應的海水表面溫度為17.3℃，這與姜屹倩等[34]報道的藍點馬鮫胚胎發育的最適水溫范圍（15～21℃）相吻合。藍點馬鮫的產卵和孵化與其餌料生物有著密切聯系。藍點馬鮫魚卵仔稚魚階段的死亡率極高（一般超過95%），快速的生長有利于縮短仔稚魚階段的持續時間[10,20,35]。日本鳀（Engraulis japonicus）、斑鰶（Konosirus punctatus）等鯡形目（Clupeiformes）魚類在5 月中、下旬進入產卵期，為藍點馬鮫仔稚魚提供了餌料生物環境[9,33,36]。本文通過耳石日輪計數推定藍點馬鮫孵化高峰期為5 月下旬至6 月初，該時間適宜的溫度和豐富的食物條件有利于藍點馬鮫仔稚魚的積極覓食和快速生長，利于提高存活率[37]。

藍點馬鮫幼魚的生長受餌料、溫度、光照、鹽度、溶解氧等方面的影響，不同地理區域、性別、生長發育階段所適合的生長方程也有差異。在本文所研究的4 個海區，藍點馬鮫幼魚的生長模式呈現出一定的差異，以所有樣本的平均生長曲線為基準，呂四近海的幼魚生長較慢，在60～100 日齡區間，青島近海的幼魚個體生長較慢，120 日齡后，個體生長高于平均生長（圖4，圖5）。不同海域間藍點馬鮫幼魚生長的差異可能是由食物條件的差異引起的。北黃海和渤海比南黃海具有更高的磷酸鹽濃度[38]，夏季山東半島南岸近海初級生產力高于黃海南部近海海域[39]。因此相較于呂泗海域，山東近海的3 個采樣地浮游動植物餌料條件更加優越，通過食物鏈和食物網作用于藍點馬鮫魚的生長。本研究中藍點馬鮫幼魚性腺成熟度均為Ⅰ期，不能分辨雌雄。在幼魚階段，隨著日齡增大，藍點馬鮫魚的叉長生長減慢，體質量的主要生長期在120 日齡前（圖5 至圖7）。

一般在擬合魚類早期生長時，Gompertz 模型使用較多，宋超[10]發現藍點馬鮫仔稚魚叉長和日齡比較符合指數模型或Gompertz 模型。基于藍點馬鮫叉長?體質量的勻速生長，牟秀霞等[13]采用Von Bertalanffy 模型描述成魚的生長規律。本研究發現，藍點馬鮫幼魚叉長和體質量均適合Logistic 生長模型。Logistic 模型不僅適用于魚類整個生命周期的生長，而且能夠描述對應于季節性溫度變化的階段性生長，尤其適用于描述魚類體質量的“S 型”（圖4）生長特征[24]。

圖 5 黃、渤海藍點馬鮫幼魚體質量與日齡的關系Fig. 5 The relationship of BW and daily age of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

圖 6 黃、渤海藍點馬鮫幼魚叉長及體質量的絕對生長率Fig. 6 AGR of FL and BW of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

圖 7 黃、渤海藍點馬鮫幼魚叉長及體質量的特定生長率Fig. 7 SGR of FL and BW of YOY Scomberomorus niphonius in the Yellow Sea and Bohai Sea

邱盛堯等[40]將藍點馬鮫資源開發利用劃分為4 個階段，即原始階段（1962 年以前）、發展階段（1962–1976 年）、充分利用階段（1977–1989 年）和過度利用階段（1990 年以后），這4 個階段對應的藍點馬鮫幼魚生長至9 月下旬時平均叉長分別為169 mm、174 mm、322 mm 和362 mm。本研究發現藍點馬鮫幼魚9 月下旬時平均叉長可達400 mm，早期生長較以往進一步加快。據報道野生藍點馬鮫初孵仔魚培育20～25 d就能得到全長50 mm 以上的藍點馬鮫魚苗[41]，表現出巨大的生長潛力。在本研究所取的幼魚階段（2～5月齡），藍點馬鮫叉長日平均絕對生長率為2.45 mm/d，比大多數野生海洋魚類生長更快。在日齡為131～140 d發現了叉長和體質量的負增長，可能是采樣地的差異造成的，該日齡組的藍點馬鮫幼魚樣本大多數（89%）來自呂四近海（圖4，圖5）。

捕撈強度的增加和競爭種（其他高營養級捕食者）的資源衰退，促進了藍點馬鮫生長的加快[12]。全球變暖背景下，溫度升高也有利于藍點馬鮫早期生長加快[10,42]，這也可能是幼魚生長速率發生年代際變化的原因[43–44]。捕撈進化、氣候環境變化的影響以及個體發育特征，可能是今后深入研究藍點馬鮫生長需要進一步探討的重要因素。