達里湖瓦氏雅羅魚耳石質(zhì)量與年齡關系

徐聚臣，段友健，駱小年，蔡忠璐，何 宇，劉 旋，劉嘉誠，韓牧軒，孫立孝

(1.大連海洋大學 水產(chǎn)與生命學院，遼寧 大連 116021；2.達里湖漁場，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

魚類硬組織上所具有的輪紋一直被廣泛用作魚類年齡鑒定工作。耳石作為魚體內(nèi)部沉積的鈣化結石組織，在其形成過程中由于形成了清晰的輪紋形態(tài)結構和保持了穩(wěn)定化學組成，從而記錄了個體生活史中豐富的信息[1]。Reibisch[2]最早發(fā)現(xiàn)耳石上的年輪，1971年Pannella[3]首先報道了銀無須鱈(Merlucciusbilinearis)耳石上存在日輪，此后耳石開始作為常見材料運用到魚類年齡鑒定工作中。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，由于耳石具有不斷生長的特點[4]，耳石質(zhì)量分析也成為鑒定或輔助魚類年齡的一種方法。

達里湖又稱為達里諾爾湖，位于內(nèi)蒙古貢格爾草原，是內(nèi)蒙古第二大內(nèi)陸湖泊，屬于典型的高堿碳酸鹽型半咸水湖泊，pH 超過9.6，地質(zhì)證據(jù)和湖泊演化歷史表明，該湖是在全新世晚期以來，在數(shù)千年的時間內(nèi)由淡水湖泊快速演化而成[5]。由于過高的堿度和pH以及Ca2+的缺乏，湖里僅存有瓦氏雅羅魚(Leuciscuswaleckii)、鯽魚(Carassiusauratus)、達里湖高原鰍(Triplophysadalaica)和麥穗魚(Pseudorasboraparva)4種魚類[6]。其中，瓦氏雅羅魚具有極強的耐寒耐鹽堿能力，是達里湖中最主要的經(jīng)濟魚類。當前達里湖魚類資源受全球性氣候周期性波動、鳥類捕食以及人類經(jīng)濟活動的影響，漁業(yè)資源量明顯減少。瓦氏雅羅魚是達里湖內(nèi)的優(yōu)勢種類，在生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要角色，其資源量的變動、消失或者遷徙會引起湖泊生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的失衡。魚類的年齡鑒定對漁業(yè)資源的評估具有重要的意義，達里湖瓦氏雅羅魚的年齡生長的研究目前主要集中在以鱗片作為年齡鑒定材料方面。解玉浩等[7]認為，該魚鱗片的年輪特征與鯉魚(Cyprinuscarpio)較為相近。張建明等[8]的研究表明，該魚年齡組成以3齡和4齡為主，且年齡組成簡單。安曉萍等[9]的研究同樣表明，3～4齡為該魚的主要年齡組成，但漁獲物中未出現(xiàn)1齡樣本。蔡忠璐等[10]對達里湖瓦氏雅羅魚微耳石、鱗片、脊椎骨、鰓蓋骨和匙骨5種年齡鑒定材料進行了比較，結果表明，耳石鑒定結果吻合率最高，是達里湖瓦氏雅羅魚的最佳年齡鑒定材料。筆者旨在研究達里湖瓦氏雅羅魚微耳石質(zhì)量和年齡的關系，為其在后續(xù)年齡鑒定乃至漁業(yè)資源保護方面提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

2017年5月至2018年1月期間，在內(nèi)蒙古達里湖按季度4次隨機采集瓦氏雅羅魚404尾，在新鮮狀態(tài)下測量其全長、體長(精確至1 mm)和體質(zhì)量(精確至0.1 g)等常規(guī)生物學指標，并提取左、右微耳石。

1.2 耳石處理

耳石編號后采用酒精浸泡清洗去除薄膜和黏液，將耳石放入烘箱中以60 ℃烘干24 h，用電子天平稱量其左右耳石的質(zhì)量(精確至0.0001 g)。使用熱熔膠將耳石統(tǒng)一按一定方向固定于載玻片上[11]，依次用1000#、1200#、1500#、2000#砂紙適當打磨，打磨過程中要將砂紙濕潤，防止耳石打磨碎裂，然后用拋光紙拋光，再將熱熔膠高溫熔化取下耳石，用透光率更高的透明指甲油將打磨的平面固定在載玻片上翻面打磨，同樣方法打磨耳石另一方向，打磨過程中需頻繁在顯微鏡下觀察，直至出現(xiàn)清晰輪紋。方法參照文獻[12]，確定并讀取年齡。根據(jù)具體年輪特征和采樣時間將讀取年齡四舍五入至整數(shù)齡。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

瓦氏雅羅魚左、右微耳石的質(zhì)量的成對t檢驗結果表明，左、右耳石無顯著質(zhì)量差異(P>0.05)，統(tǒng)一采用左側(cè)耳石稱量質(zhì)量。分別采用直線、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和多項式4種回歸方程擬合耳石質(zhì)量與體長、年齡之間的關系以及體長與年齡之間的關系。選用相關系數(shù)(r2)最高的作為最優(yōu)擬合方程。數(shù)據(jù)分析與圖表制作使用Excel 2010和SPSS 25軟件完成。

2 結 果

2.1 瓦氏雅羅魚耳石輪紋特征

耳石磨片在透光條件下，由中央核心區(qū)向邊緣逐漸變淡(圖1)。輪紋中較寬的亮帶與較窄的暗帶交替出現(xiàn)，其分別對應夏季的快速生長期和冬季的緩慢生長期。透明帶與不透明帶交界處即為年輪。年輪在靠近核心區(qū)分布間距較為寬大，向核外則逐漸縮小。

圖1 瓦氏雅羅魚微耳石磨片年輪特征Fig.1 Annual ring characteristics of lapillus of Amur ide L.waleckii

2.2 瓦氏雅羅魚年齡結構

將404個樣本年齡分布、耳石質(zhì)量和體長匯總整理(表1、圖2)。由表1、圖2可見，鑒定的瓦氏雅羅魚最小年齡為1齡，最大年齡為13齡。該種群以3齡和4齡魚為優(yōu)勢，占總樣本數(shù)的58.6%，其中3齡魚127尾，占總樣本數(shù)31.4%，4齡魚110尾，占總樣本數(shù)27.2%。

表1 瓦氏雅羅魚各年齡組耳石質(zhì)量、體長與體質(zhì)量統(tǒng)計分布Tab.1 Statistical distribution of otolith weight,body length and body weight of Amur ide L.waleckii in each age group

圖2 瓦氏雅羅魚各年齡組樣本數(shù)量分布Fig.2 The sample number distribution of Amur ide L.waleckii in different age groups

2.3 耳石質(zhì)量與體長、年齡的關系

對所得數(shù)據(jù)進行分析，以相關系數(shù)(r2)作為選擇指標，選擇r2最高的作為最佳擬合方程。

耳石質(zhì)量與年齡關系：mO=-0.0445A2+1.9601A-1.3978(r2=0.8772)

(1)

耳石質(zhì)量與體長關系：mO=0.00001L2.5454(r2=0.8619)

(2)

體長與年齡關系：L=-2.0062A2+35.717A+70.04(r2=0.7484)

(3)

耳石質(zhì)量/體長與年齡的關系：mO/L=0.0001A2+0.0068A+0.0056(r2=0.8257)

(4)

式中，mO為耳石質(zhì)量，A為年齡，L為體長。

由擬合方程(表2)可以看出，除耳石質(zhì)量與體長最佳擬合方程為冪函數(shù)外，其余均為多項式。在多項式擬合方程中，高次多項式擬合方程的相關系數(shù)略高于低次多項式，但由于多次多項式方程較二次多項式相關系數(shù)提高并不顯著，且擬合方程形式過于復雜。故在此選用二次多項式最佳。

表2 耳石質(zhì)量與年齡擬合多項式方程Tab.2 The fitting polynomial equations between otolith weight and age

2.4 耳石質(zhì)量與體長的重疊度

瓦氏雅羅魚各年齡組間耳石質(zhì)量和體長均有不同程度的重疊(圖3、圖4)，各年齡組耳石質(zhì)量平均重疊度為48.7%，體長重疊度達77.3%。7齡以下瓦氏雅羅魚的耳石質(zhì)量平均重疊度為46.2%，8齡、9齡及10齡瓦氏雅羅魚的耳石質(zhì)量與體長的重疊度分別為100%、82.5%、97.3%；7齡以下瓦氏雅羅魚的體長平均重疊度為62.5%，8至10齡的平均重疊度為86.4%。高齡個體的耳石質(zhì)量和體長因樣本量太少而不具有統(tǒng)計學意義。

圖3 瓦氏雅羅魚耳石質(zhì)量與年齡分布Fig 3 Distribution between otolith weight and age of Amur ide L.waleckii

圖4 瓦氏雅羅魚體長與年齡分布Fig 4 Distribution between body length and age of Amur ide L.waleckii

2.5 用耳石質(zhì)量檢驗耳石年齡讀數(shù)的準確性

通過擬合方程可見，用耳石質(zhì)量作為指標與年齡、體長等建立的關系方程其相關系數(shù)(r2)均在0.82以上，明顯高于體長與年齡的擬合方程的相關系數(shù)(r2=0.7484)。且耳石質(zhì)量與年齡的相關性比與體長的相關性更高[方程(1)r2>方程(2)r2]，說明耳石質(zhì)量與年齡關系更加緊密。因此，可選用耳石質(zhì)量進行年齡鑒定。

由圖2和圖5可見，瓦氏雅羅魚的年齡組成分布和耳石質(zhì)量分布趨勢十分相似 。χ2檢驗的結果顯示，年齡分布頻率和耳石質(zhì)量分布頻率之間無顯著差異(P>0.05)。由此也可以看出，由耳石質(zhì)量鑒定瓦氏雅羅魚的年齡是可行的。

圖5 瓦氏雅羅魚微耳石質(zhì)量分布Fig 5 Weight distribution of lapillus in Amur ide L.waleckii

2.6 用耳石質(zhì)量直接估算年齡

圖6 瓦氏雅羅魚推算年齡與計數(shù)年齡分布Fig.6 Distribution of estimated age and counting age of Amur ide L.waleckii

3 討 論

3.1 耳石質(zhì)量估算魚類年齡的優(yōu)點

諸多研究表明，耳石作為魚類年齡的鑒定材料，其穩(wěn)定性和準確性優(yōu)于其他骨質(zhì)材料[13-17]。尤其對于高齡個體的年齡鑒定，耳石能夠降低讀齡過程中的誤差[18-20]。目前最常見的耳石處理方法有直接觀察、斷裂灼燒和包埋打磨。后兩者方法操作較為復雜，而直接觀察多用于耳石小而薄的魚種[21]。因此，耳石質(zhì)量推斷年齡是一種新的年齡鑒定方法。有研究表明[22-25]，耳石質(zhì)量和年齡關系密切，其質(zhì)量隨年齡的增大呈線性增加，耳石質(zhì)量可以作為許多魚類的年齡鑒定材料。由于耳石獲取較為簡單，且其質(zhì)量可以被準確重復測定。諸多學者已使用該方法進行魚類年齡的測定，并認為該方法相比于讀取耳石輪紋具有方法快捷、操作簡單等優(yōu)點[26-30]。

3.2 耳石質(zhì)量作為達里湖瓦氏雅羅魚年齡鑒定的可行性

根據(jù)對達里湖水環(huán)境調(diào)查顯示[31-32]，近年來達里湖水位連年下降，導致其水化學常規(guī)指標普遍上升。堿度均值由44.9 mmol/L增至53.6 mmol/L，鹽度由6.24 g/L增至6.46 g/L。張玉等[33]在2007年5月的調(diào)查顯示，此時湖水平均溶解氧水平達到8.04 mmol/L，pH為7.11～9.82。在達里湖這種高鹽堿高pH的水體中生活的瓦氏雅羅魚具有生長速度緩慢、壽命較長的特點。Pawson[34]對金色小沙丁魚(Sardinellaaurita)的研究表明，對生長速度過快的魚類，耳石質(zhì)量鑒定年齡的方法不一定準確。因此對于瓦氏雅羅魚這類生長緩慢，壽命較長的種類，使用耳石質(zhì)量鑒定年齡不失為一種好的方法。

本試驗結果顯示，瓦氏雅羅魚耳石質(zhì)量和年齡呈顯著相關。通過不同年齡組耳石質(zhì)量與體長分布圖及耳石質(zhì)量與年齡分布圖可見，耳石質(zhì)量受年齡影響較大，和年齡之間存在一定函數(shù)關系。用耳石質(zhì)量推算的年齡和實際年齡對比并無明顯差異，因此，可以認為耳石質(zhì)量可以作為瓦氏雅羅魚年齡鑒定的手段。

3.3 存在的問題與展望

使用耳石質(zhì)量鑒定年齡目前還存在如何提升精確度和準確度的問題。使用耳石質(zhì)量直接推測年齡與直接讀取耳石輪紋鑒定年齡相比，還是缺乏更加準確直觀的判斷效果。目前對耳石生長機理研究并不完全清楚，已有諸多研究表明，耳石的生長在一定程度上受到體長生長及水環(huán)境的影響，如安氏新銀魚(Neosalanxanderssoni)，其矢耳石長半徑與體長存在線性關系[35]。因此對耳石形成和生長機理研究的深入對建立更加合理的數(shù)學模型有著巨大的幫助。

瓦氏雅羅魚作為一種高價值的經(jīng)濟魚類，長期捕撈和急劇的氣候變化會導致種群一定程度上的年齡組成結構單一，這種情況對建立的數(shù)學模型精確度會產(chǎn)生一定影響。所以，針對高齡魚樣本還需要進一步探討。盡管如此，使用耳石質(zhì)量鑒定瓦氏雅羅魚年齡具有科學性和客觀性，相對于其他年齡鑒定方法，其過程簡單、經(jīng)濟、快捷的優(yōu)點均使得其在年齡鑒定和漁業(yè)資源評估等工作中有廣泛的應用價值。