基于耳石微化学分析的丹东鸭绿江刀鲚不同生态表型生境履历的研究

胡玉海，姜 涛，刘洪波，陈修报，杨 健，

（1.南京农业大学无锡渔业学院，江苏无锡 214081；2.中国水产科学研究院淡水渔业研究中心渔业微化学实验室，江苏无锡 214081）

刀鲚（Coilia nasus），隶属于鲱形目（Clupeiformes），鳀科（Engraulidae），鲚属，为我国名贵鱼类之一［1］。刀鲚总体上可分为洄游型和定居型两种类型［2］，洄游型刀鲚多为上颌骨长度长于头长的长颌鲚，但少数短颌鲚也有溯河洄游习性［3－4］；定居型刀鲚多为短颌鲚和湖鲚，但少数长颌鲚也有淡水定居的习性［5－6］。所以根据上颌骨长短来辨别刀鲚是否属于洄游型不一定可靠，利用耳石微化学技术可以更加准确加以辨别［2］。硬骨鱼类耳石是由碳酸钙和有机质共同积累形成的一种钙化组织，耳石的形成过程即为环境元素不断沉积的过程［7］。由于耳石的代谢惰性，鱼类从受精卵到被捕获时所经历的水化学环境的变化，可以反映在耳石从核心到边缘的元素含量及组成特征（即“元素指纹”）上［8］。耳石中微量元素含量与环境中元素含量具有正相关关系，其中，锶和钡最为明显［9］。锶元素含量在不同盐度的自然水体中存在差异，淡水中锶浓度通常比海水中低得多［10］。YANG等［11］研究发现，自然水体中鱼类耳石的Sr／Ca比值和水体盐度呈正相关关系；CROOK等［12］研究发现，鱼类进入咸水环境时，耳石Sr／Ca比值会随之增大。利用耳石微化学分析手段可将耳石“元素指纹”上所记录的生境信息客观准确“破译”出来，从而达到有效阐明鱼类洄游模式、种群关联性、生境动态等目的［13－16］。

在我国东北地区，刀鲚的主要分布区为黄海、渤海及沿海辽河、碧流河、大洋河和鸭绿江等通海河流［17］。20世纪70年代，辽河刀鲚还能形成鱼汛［18］。然而，由于水利工程、环境污染、过度捕捞等人为因素影响，东北地区的刀鲚资源已骤减且状态危急［19］。该鱼种于1991年和1998年分别被列入《辽宁省重点保护野生动物名录》和《中国濒危动物红皮书·鱼类》［20］中。迄今，针对东北地区辽河、大洋河、鸭绿江流域刀鲚已有一些资源调查及基础生物学方面的研究报道［19，21－22］，但对该地区刀鲚的洄游生态学等研究尚未见报道。本文利用电子探针微区分析技术对鸭绿江畔丹东市所采集到的刀鲚进行研究，首次对其耳石进行微化学分析，了解其生活史履历特征，以期为东北辽宁地区刀鲚的资源养护和生境保护提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本研究所用刀鲚样本2020年7月购于辽宁省丹东市振兴区锦山大街海燕水产市场。样品均捕于鸭绿江水域。依据上颌骨长是否长于头长对样本进行划分。除鉴定出传统意义上的长颌鲚（10尾）、短颌鲚（3尾）两类外，首次发现存在一侧的上颌骨长度长于头长、另一侧的上颌骨长却短于头长的6尾个体，故本文将这些上颌骨一长一短的刀鲚统称为“杂颌鲚”（图1）。测量其基础生物学数据（表1），之后解剖取出左右矢耳石，用去离子水洗净表面有机质后，自然晾干备用。参考姜涛等［6］处理方法，使用左矢耳石（以下统称耳石）来进行包埋、碾磨、抛光、清洗及镀膜。

表1 丹东鸭绿江刀鲚样本信息Tab.1 Sam pling details of C.nasus from the Yalu River in Dandong City

图1 丹东鸭绿江刀鲚的上颌骨形态示意图Fig.1 The upper jaw of C.nasus from the Yalu River in Dandong City

1.2 耳石微化学分析

参考JIANG等［23］的方法，分别选择钛酸锶（SrTiO3）和碳酸钙（CaCO3）为标样，使用X射线电子探针微区分析仪（JXA-8100型，日本电子株式会社）对自耳石核心至耳石边缘的长径进行耳石Sr和Ca定量线分析，然后再进行耳石Sr元素的面分布分析。

耳石分析完后，重新抛光后用5% EDTA酸蚀到年轮清晰，读取年龄［24］。

1.3 数据处理

数据采用Excel2016进行统计和分析。引入基于t检验的序贯格局转变分析（sequentialt-test analysis of regime shifts，STARS）方法［25］，并参考卢明杰等［26］的方法，按照截断长度CL＝10、Huber权重为1、置信度P＝0.1的参数设定，对耳石Sr／Ca比值（依照标准化惯例实际为Sr／Ca×1 000，下同）绘制格局转变曲线。针对不同Sr／Ca值变化阶段使用SPSS 19.0进行非参数检验（Mann-WhitneyU-test）。

YANG等［27］分别对在淡水、河口半咸水、海水环境生活阶段的3种鲚属鱼类的耳石进行微化学分析，结果显示，定量线分析耳石Sr／Ca比值分别为小于3、3～7、大于7，同时，对应的Sr含量面分布分别为蓝色、绿黄色、红色的同心环图谱，本研究基于这一结果对鸭绿江刀鲚的生活史进行反演及分析。

2 结果与分析

丹东鸭绿江长颌鲚耳石可分为两类。第1类长颌鲚（20DDCN01、20DDCN02、20DDCN05、20DDCN06、20DDCN07、20DDCN08）耳石存在从淡水生境［从核心（0μm）沿矢状面至330、650、250、980、900、290μm径长的范围，定量线分析Sr／Ca比值＜3，对应面分布为低Sr含量蓝色图谱］向半咸水或海水生境（径长范围340～2 120 μm、660～1 720μm、260～1 790μm、990～2 010 μm、910～2 060μm、300～390μm，定量线分析Sr／Ca值＞3，面分布为较高和高Sr含量绿色、黄色、红色图谱）转变的过程，显示有淡咸水间洄游的履历。值得注意的是，20DDCN05、20DDCN06耳石Sr／Ca值存在大于7的区域（1 640～1 690 μm、1 630～1 780μm）；20DDCN08个体则多次在淡水生境和半咸水生境转换。第2类长颌鲚（20DDCN03、20DDCN04、20DDCN09、20DDCN10）耳石从核心沿矢状面到边缘区域均为Sr／Ca值＜3，面分布为低Sr含量蓝色图谱，显示出仅有淡水定居的履历（表2，图2，图3）。

表2 本研究刀鲚耳石中锶和钙微化学值的变化Tab.2 Fluctuation of Sr and Cam icrochem ical values in otoliths of C.nasus of the present study

图2 丹东鸭绿江刀鲚耳石Sr含量面分布图谱Fig.2 M ap of Sr content in sagittal otoliths of C.nasus from the Yalu River in Dandong City

图3 丹东鸭绿江长颌鲚耳石矢状面从核心到边缘Sr/Ca值变化（灰线）和趋势转换结果（黑线）Fig.3 Fluctuation of Sr/Ca concentration ratios（gray line）and shifts（b lack line）along line transects from the core to the edge in otoliths of long-jaw C.nasus from the Yalu River in Dandong City

丹东鸭绿江短颌鲚（20DDCB01、020DDCB02、20DDCB03）为半咸水孵化型个体，耳石存在从较高盐度的半咸水生境（径长范围0～920μm、0～200μm、0～370μm，3＜Sr／Ca值＜7，面分布为较高Sr含量绿色、黄色图谱）向淡水生境（930～1 650μm、210～330μm、380～1 130μm，Sr／Ca值＜3，面分布为低Sr含量蓝色图谱）转变的过程。其中20DDCB02在转向淡水生境后，又多次在淡水生境和半咸水生境转换（表2，图2，图4）。

图4 丹东鸭绿江短颌鲚耳石矢状面从核心到边缘Sr/Ca值变化（灰线）和趋势转换结果（黑线）Fig.4 Fluctuation of Sr/Ca concentration ratios（gray line）and shifts（black line）along line transects from the core to the edge in otoliths of short-jaw C.nasus from the Yalu River in Dandong City

丹东鸭绿江“杂颌鲚”中 20DDNB01、20DDNB02、20DDNB04、20DDNB05、20DDNB06为半咸水孵化型个体，耳石存在从半咸水生境（径长范围0～620μm、0～600μm、0～580μm、0～740μm、0～720μm，3≤Sr／Ca值≤7，较高Sr含量绿色、黄色图谱）向淡水生境（630～1 490μm、610～730μm、590～1 330μm、750～1 330μm、730～1 410μm，Sr／Ca值＜3，面分布为低Sr含量蓝色图谱）转变的过程。其中，20DDNB02在转向淡水生境后，又多次在淡水生境和半咸水生境转换。而“杂颌鲚”20DDNB03虽然耳石自核心沿矢状面到边缘区域Sr／Ca比值＜3，但面分布图谱有淡绿色区域，表明其早期孵化生活史可能并不是完全的淡水生境，而是生活在盐度较低的半咸水区域（表2，图2，图5）。

图5 丹东鸭绿江“杂颌鲚”耳石矢状面从核心到边缘Sr/Ca值变化（灰线）和趋势转换结果（黑线）Fig.5 Fluctuation of Sr/Ca concentration ratios（gray line）and shifts（black line）along line transects from the core to the edge in otoliths of“uneven-jaw C.nasus”from the Yalu River in Dandong City

3 讨论

3.1 丹东鸭绿江长颌鲚的生境履历特征

刀鲚在辽宁丹东地区并无类似“长江三鲜之首”的奇高价格［28］，新鲜的刀鲚售价仅为每斤18～25元，加上其极易腐烂，很难保存，所以丹东水产市场商贩应不可能从距鸭绿江70余公里远的大洋河及更远的辽河等地收购刀鲚来贩卖，因此，本论文把测定的所有刀鲚样本作为来自于鸭绿江河段的个体加以描述和研究。但本市场刀鲚样品的确切来源，尚需在今后的研究中通过追溯具体捕捞渔民或通过上船一起参加捕捞采样等方式来精确确定。

耳石中Sr含量和Sr／Ca值随着个体所经历水域环境盐度的升高而升高，即在淡水履历（盐度＜5）、河口半咸水履历（5≤盐度≤25）、海水履历（盐度＞25）中的耳石Sr／Ca值和图谱分别为：Sr／Ca值＜3，低Sr含量蓝色图谱；3≤Sr／Ca值≤7，较高Sr含量绿色至黄色图谱；Sr／Ca值＞7，高Sr含量红色图谱。基于此可以客观准确地阐明鱼类洄游模式以及生境履历［6，28－31］

本研究中，20DDCN01、02、05、06、07、08个体为典型的江海洄游型长颌鲚，其中部分个体在进入高盐度生境生活之前会多次在淡水、河口半咸水环境转换；还有部分个体（20DDCN05、06）会在淡水、半咸水、海水之间转换。这与JIANG等［23］所报道的长江刀鲚前期生活史在淡水生境约1年、然后正式进入半咸水或海水生境的情况有所不同。少部分个体（20DDCN01、05）在孵化后仅在淡水生境中生活很短的时间便会进入河口半咸水生境，这与LIU等［32］对日本有明海洄游性刀鲚的研究结果相似。距河口约70 km的鸭绿江干流最下游一级电站——太平湾水电站［33］可能阻碍了鸭绿江刀鲚的洄游，缩短了刀鲚的洄游距离，从而导致刀鲚前期生活史对淡水依赖程度的减弱。

本研究中的20DDCN03、04、09、10属于淡水定居型长颌鲚，从孵化到被捕获均生活在淡水中。丹东鸭绿江长颌鲚的生活史模式与长江流域长颌鲚相似，同时存在江海洄游型和淡水定居型两种生态类型。但是无论是洄游型还是定居型长颌鲚，其早期生活史均在淡水中完成，这表明丹东鸭绿江长颌鲚同长江流域内刀鲚一样，早期生活史需要淡水条件的刺激或支持［2］。淡水定居型长颌鲚虽然在长江流域存在，但是数量比较稀少［2］；本研究中，丹东鸭绿江定居型长颌鲚占长颌鲚数量的40%，显示出了两者之间的不同。然而，丹东鸭绿江刀鲚是否为与长江、黄河及日本刀鲚等完全不同的地理群体，尚需今后结合有针对性的方法（如分子生物学方法等）来确认。

3.2 丹东鸭绿江短颌鲚生境履历特征

短颌鲚生长、育肥及繁殖通常均在江河湖泊等淡水环境中完成［1］（只有少数个体存在洄游［3－4］），但丹东鸭绿江短颌鲚却有从河口向淡水洄游的生境履历。其个体孵化生长的早期生活史在非淡水生境中完成，随后转入淡水生境中继续生长，其中20DDCB02生活史比较复杂，不断在淡水和非淡水生境中转换。

刀鲚通常在淡水中繁殖、孵化、生长，因为较高盐度易导致受精卵死亡和仔鱼畸形，但是窦硕增等［34］、LIU等［32］、刘洪波等［35］发现，确实存在出生在河口的非淡水起源的刀鲚个体。LIU等［32］在日本有明海发现占总样本数量30%的半咸水生境孵化起源的刀鲚个体。鸭绿江口位于黄海北部大潮差区，潮波最上能抵达马市台［36］（位于前述太平湾水电站的下游约23 km处），而丹东鸭绿江刀鲚群体中有接近一半的个体为非淡水孵化。这类刀鲚的产卵场很有可能处于潮流界附近，游泳能力弱的刀鲚幼苗受鸭绿江口每日昼夜涨落各两次的潮波［37］带动而漂流，被动地去适应半咸水生境；当刀鲚幼苗具有一定游泳能力后会洄游至纯淡水区生长，这也说明虽然刀鲚的早期生活史可以在非淡水环境中完成［34－35］，但是其全部生活史仍需淡水环境的支持。非淡水孵化刀鲚的出现，说明刀鲚对栖息地盐度的变化具有较强的适应性。

3.3 丹东鸭绿江“杂颌鲚”刀鲚生境履历特征

本研究首次发现存在一侧上颌骨长度长于头长、而另一侧上颌骨长却短于头长的“杂颌鲚”个体。之前普遍认为，长颌鲚和短颌鲚是刀鲚的两种非此即彼的形态类型。只有左右两侧上颌骨长均长于头长（即双侧确认），才能认定该个体为长颌鲚；反之，只有当确认两侧上颌骨长均短于头长时，才能认定该个体为短颌鲚。笔者实验室前期在对长江中下游流域所采集的566尾［2］刀鲚及在鄱阳湖水域所采集的35 576尾［38］刀鲚进行长颌鲚或短颌鲚分型时，从未发现过刀鲚上颌骨有一侧长、一侧短的情况。另外，迄今的刀鲚研究文献中也从未报道过这种现象。

丹东鸭绿江“杂颌鲚”个体20DDNB01、02、04、05、06的生境履历与丹东鸭绿江短颌鲚群体比较相似，属江海洄游的类型，孵化生长的早期生活史在半咸水生境中，随后转入淡水生境继续生长。20DDNB03个体虽然Sr／Ca值＜3，但面分布图谱有淡绿色区域，表明其早期孵化生活史可能并不是完全的淡水生境，而是生活在盐度较低的半咸水区域。目前已知长江中下游流域所发现的刀鲚资源包括江海洄游型和淡水定居型长颌鲚，溯河洄游型、淡水定居型短颌鲚以及陆封型湖鲚5种生态表型［2］。但本研究的结果显示，刀鲚实际上应该还存在一种溯河洄游型“杂颌鲚”的生态表型。

值得注意的是，“杂颌鲚”长的一侧上颌骨长／头长值范围为1.02～1.09，而长颌鲚为1.02～1.28；短的一侧的上颌骨长／头长值范围为0.91～0.97，短颌鲚为0.90～0.98。根据孟德尔遗传规律，纯种长颌鲚和纯种短颌鲚杂交有可能产生上颌骨一长一短的杂合体F1［4］；但迄今为止，从未报道过有类似杂交个体的存在。许志强等［39］认为，鲚属鱼类颌骨长度受生活习性、生态环境等因子的影响较大；张冬良等［40］研究认为，长江口破碎带刀鲚稚鱼体长范围14.3～61.2 mm，体型已基本接近成鱼，但上颌骨后缘仅达前鳃盖骨（不过鳃盖骨后缘）。本研究中，“杂颌鲚”体长范围41～63 mm，均不到1龄，丹东鸭绿江“杂颌鲚”可能尚为稚鱼阶段，其左右上颌骨可能存在发育不同步的情况；另一种可能性则为刀鲚一侧上颌骨断裂，而重新生长后导致上颌骨并没有过鳃盖骨后缘。但此类个体在本研究中就多达6尾，不在少数，且规格相似（但与长颌鲚和短颌鲚则均有明显的差异），这很难用机械损伤的可能性来解释。总之，本研究首次发现刀鲚左右上颌骨长度存在一长一短的现象，其原因尚不得而知，亟需结合分子遗传学等手段来深入研究，同时，“杂颌鲚”个体的出现说明刀鲚的上颌骨长度是一个可变的性状。

4 小结

本研究首次发现存在一侧的上颌骨长度长于头长、而另一侧的上颌骨长度却短于头长的“杂颌鲚”个体，其孵化起源于河口半咸水，可在淡水中长期生活。本研究还发现，丹东鸭绿江刀鲚同时存在江海洄游型和淡水定居型长颌鲚生态表型，且该水域短颌鲚均为河口半咸水孵化起源的个体。丹东鸭绿江刀鲚有可能是一个与长江刀鲚、黄河刀鲚、日本刀鲚完全不同的地理种群，但这还需要今后结合分子生物学等其他方法来研究确认。