壯體沙鰍早期發育及紅水河來賓江段資源補充量評估

高明慧 吳志強 黃亮亮 譚細暢 鄭 雄 趙立朝

(1. 桂林理工大學環境科學與工程學院, 桂林理工大學廣西巖溶地區水污染控制與用水安全保障協同創新中心, 桂林 541004;2. 廣西大學動物科學技術學院, 南寧 530004; 3. 珠江流域水資源保護局, 廣州 510380)

壯體沙鰍[Botia robusta(Wu, 1939)], 屬鯉形目,鰍科, 沙鰍亞科, 沙鰍屬; 其為小型魚類, 喜流水, 廣泛分布于長江、珠江水系上、中游, 為紅水河干流的優勢種類[1]。魚類早期發育是形態、生態、生理行為等方面動態變化的過程, 同時, 也是魚類生活史中死亡率很高的時期, 這一階段的存活率直接影響到魚類補充量的大小[2]。對壯體沙鰍早期發育及其補充群體狀況的調查研究, 不僅可豐富其生物學資料, 對其物種鑒定、資源量分析及其資源保護等也具有重要的意義, 同時可為其他魚類的豐度及協調作用的影響研究提供基礎數據。目前有關淡水魚類早期發育的研究主要集中于常見、經濟種類,如對長江流域102種魚類的早期形態描述[3]、珠江流域西江49種常見魚類的早期發育描述[4]及譚細暢等[5,6]對鯉(Cyprinus carpio)、赤眼鱒(Squaliobarbus curriculus)早期發育的系統研究等。隨著河流生態環境的改變, 西江魚類群落結構也隨之改變,經濟性魚類資源量明顯下降下降[1], 如廣東魴(Me-galobrama terminalis)[7], 小型魚類逐漸成為優勢種的趨勢日漸明顯。然而現有的小型魚類早期形態發育資料相對較少, 且多沒有系統的分期描述。于壯體沙鰍而言, 僅鄭惠芳[8]對其生態學特征進行了研究, 曹文宣等[3]發現其產卵時間主要集中在5—6月份。

早期發育階段魚類的分類鑒定是魚類早期資源調查中至關重要的一項工作。基于形態特征的傳統鑒定方法極為細致繁瑣, 往往長期從事分類研究的專家才能進行準確鑒定。為此人們開始尋求更為簡單可靠的鑒定方法, 其中主要為計算機輔助方法和生化-遺傳方法。這2種方法的優點是自動化程度高、辨別精度高、效率快, 以Froese[9]為代表, 但在采樣現場對已有資料的種類辨別時或對某些同屬種類而言, 形態鑒別方法較計算機輔助方法和生化-遺傳方法更為簡單有效[10], 且計算機輔助方法是在傳統形態數據的基礎上, 依據不同的數據分析模式進行判別得到結果。

由此可知, 魚類的早期形態觀察描述仍十分必要。本文對紅水河壯體沙鰍的魚卵進行了培養和觀察, 對主要的發育期進行了系統的拍照和描述,此外對壯體沙鰍魚卵的單位捕撈努力量(CUPE)及早期發育特征的種間比較和資源現狀提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 調查方法

2017年4月16日至8月30日的07:00—08:00, 于紅水河來賓段的三江口(E 109°30′35″, N 23°48′28″)處用弶網(網口1.0 m×1.5、網目0.5 mm、網長6 m)、集苗箱(0.8 m × 0.4 m × 0.4 m)進行近岸定點采集(圖 1)。使用LJD-10A打印式流速儀測量網口流速以計算濾水量, 水銀溫度計測量氣溫和水溫, 薩氏盤測量水體透明度, 并通過查詢全國水雨情信息網http://xxfb.hydroinfo.gov.cn獲取水位和流量數據。

1.2 鑒別與培育

將采集到的魚卵帶回室內, 在體式解剖鏡下依據卵膜顏色、卵膜性質、卵膜直徑和肌節等特征對其進行種類鑒定[3,4]。對不能確定種類的魚卵進行分類、編號, 放入50 mL的培養杯中單獨培養。水溫維持在22—25℃, 每日換水1次, 保證溶氧充足。胚胎孵出2d后開始投喂煮熟的蛋黃, 且0.5h后將多余的蛋黃吸出以維持水質良好, 待達到稚魚期時作進一步鑒別[10—12]。

1.3 觀察方法

對單獨培養的魚卵在體視顯微鏡下用尼康(Nikon)5400進行觀察和照片拍攝, 卵期每30min觀察拍照1次。卵黃囊期仔魚, 每8h觀察拍照1次, 之后根據發育情況逐步延長觀察拍照的時間間隔。記錄及拍照結束之后將仔魚繼續單獨培養, 對難以活體拍照的時期, 用5%的福爾馬林固定后進行拍照, 同時從單獨培養的魚卵中選取相同種類作為下一時期的描述對象。以此方法對每日采集的壯體沙鰍魚卵進行多樣本的形態學描述和統計。

1.4 數據分析

魚苗徑流量參考易伯魯等[11]的調查方法進行,其計算公式為：

其中:M為單位時間魚苗徑流量(尾),Q為采集點斷面的平均江水流量(m3/s),q為流經網內的江水流量(m3/s),m為采集到的魚苗數量(尾),c為斷面魚苗系數取0.39。全天的魚苗徑流量用單位時間魚苗徑流量換算得出。

產卵場位置(L)的計算公式為:

T為采集到的卵或早期仔魚的發育時間, 根據胚胎發育時序來確定;V為采樣期間采樣點上游江段平均流速。

壯體沙鰍魚卵單位捕撈努力量(CUPE)與流量、水溫、透明度等水文環境因子變化的相關性采用Pearson Correlation法分析, 通過SPSS20.0完成。

2 結果

2.1 壯體沙鰍早期形態

壯體沙鰍魚卵的特征 壯體沙鰍的卵基本為規則球形, 呈淡黃色, 卵周隙較大, 卵膜最大直徑可達6.8 mm。所采集魚卵多為尾牙期, 眼基、肌節、聽囊、尾鰭、心臟、胸鰭等分化形成, 肌節出現17對, 尾部開始突出。

圖 1 紅水河采樣點圖Fig. 1 Location of sampling site at Hongshuihe River

胚胎階段尾牙期：卵膜徑2.6 mm(圖版Ⅰ-1), 胚層已完全下包, 具胚體雛形, 腦明顯分化, 肌節17對, 尾部開始突出, 胚體整體呈淡黃色。

肌肉效應期：尾牙期后3.5h, 卵膜徑為3.6 mm(圖版Ⅰ-2), 胚體和卵黃囊延長, 聽囊明顯, 腦區發達, 隆起明顯, 尾斜垂, 肌節23對, 胚體軀干開始間歇性顫動, 但頻率較低。

心臟原基期：尾牙期后5.5h, 卵膜徑為4.3 mm(圖版Ⅰ-3), 后腦與卵黃囊連接處出現心臟原基, 胚體中部向內凹, 有節律地收縮, 卵黃囊后端隨著尾部的延伸拉長, 在聽囊處可見2個小點, 為耳石雛形,肌節26對。

心臟搏動期：尾牙期后11h, 卵膜徑為5.2 mm(圖版Ⅰ-4), 心臟開始搏動頻率較低為65次/min, 卵膜軟化且出現裂縫, 胚體開始間歇性的抖動, 卵黃囊后端隨著尾部的延伸變直, 肌節31對。

胸鰭原基期：尾牙期后15h, 卵膜徑為5.5 mm(圖版Ⅰ-5), 聽囊后方出現芽狀胸鰭原基, 卵膜軟化,肌節對32對, 胚體劇烈沖撞卵膜。

仔魚階段孵出期：全長5.8 mm, 肌節32對(圖版Ⅰ-6); 頭部尚未與卵黃囊分離; 卵黃囊呈錐形; 尾鰭褶呈現圓形; 肛門原基已形成; 背腹緣鰭褶發達; 身體透明無色素分布; 心臟位于卵黃囊前方,由心房、心室和靜脈竇組成, 內部血液流動明顯,心跳約 180 次/min; 仔魚活動能力很強, 不停抖動身體。

眼黑色素期：孵出后18h, 全長為6.5 mm, 肌節32對(圖版Ⅰ-7); 頭部與卵黃囊分離, 卵黃囊體積減小; 眼內布滿黑色素, 心臟搏動明顯, 血液顏色加深呈淡紅色; 口裂形成, 口與鰓蓋有節律地閉合。

鰾雛形期：孵出后36h, 全長為6.7 mm, 肌節33對(圖版Ⅰ-8); 卵黃囊體積進一步減小; 出現雛形鰾; 胸鰭呈扇型; 口裂加深; 聽囊上緣開始出現黑色素, 之后色素增多, 在頭背部變為似“)(”形狀的色素紋, 同時吻端和眼睛后緣也出現少量黑色素, 之后隨色素增多, 在頭背部和兩側分別形成一對由吻端發出的分別到聽囊上緣和眼睛后緣的兩對射線, 卵黃囊上方近肌節處出現枝狀色素帶, 體背透明而無色素分布。

鰾一室期：孵出后54h, 全長為7.1 mm, 肌節33對(圖版Ⅰ-9); 鰾初步形成, 未充氣; 體背上緣肌節間出現一排縱向黑色素線, 且卵黃囊上方近肌節枝狀色素帶沿卵黃囊上緣延伸至肛門; 尾部動脈弧顯紅色; 腸道開始形成。

尾椎上翹期：孵出后72h, 全長為7.9 mm, 肌節33對(圖版Ⅰ-10); 僅有少許卵黃囊剩余; 鰾充氣, 呈橢圓形; 體背上緣肌節間縱向黑色素線加深, 與之對應的下緣肌節間開始出現一排縱向黑色素線; 卵黃囊上方與肌節間枝狀色素帶色素增多; 鰓蓋后緣、15到17肌節及尾椎骨處體側出現零星黑色素,以后黑色素進一步增多形成第一、第三、第六橫斑雛形; 尾椎開始略微上翹; 背鰭褶前部稍隆起, 尾鰭褶開始分化, 其下葉開始出現放射狀鰭條。

卵黃吸盡期：孵出后5d, 全長為9.5 mm, 肌節34對(圖版Ⅰ-11a, b); 卵黃囊已吸盡; 口端位, 腸道貫通, 攝食量增加; 卵黃囊上方與肌節間枝狀色素帶色素增多; 第9到第11肌節、第19到第20肌節及第28到第29肌節處體測開始出現零星黑色素, 以后黑色素進一步增多形成第二、第四、第五橫斑雛形; 體背不再透明, 皮膚開始變為淡黃色。

背鰭出現期：孵出后8d, 全長為12.8 mm, 肌節34對(圖版Ⅰ-12a, b); 背鰭褶前部高高隆起, 形成背鰭原基; 尾鰭放射狀鰭條增多, 達 13—15 根, 開始分叉; 消化道前端膨大, 形成食道, 口、腸道、肛門已連通。

臀鰭出現期：孵出后14d, 全長為14.5 mm, 肌節34對(圖版Ⅰ-13a, b); 背鰭初步形成, 臀鰭開始出現。脊椎形成, 尾椎向上翹起, 尾鰭基本形成; 吻端開始長出須兩對; 體背變為金黃色, 體表六條橫斑雛形基本形成; 鰾分離成前后 2 室, 前室小、后室大。

稚魚階段稚魚期：出膜20d, 全長達24.3 mm,各鰭條形成, 身體呈金黃色, 頭部色素與體表六橫紋色素完全形成, 出現鱗片與成魚基本相似(圖版Ⅰ-14a, b)。至此, 壯體沙鰍仔魚發育過程完成, 進入稚魚階段。

圖版Ⅰ 紅水河來賓江段壯體沙鰍早期形態發育PlateⅠ Earlymorphogenesi of Botia robusta at Laibin section in Hongshuihe River 1. 尾牙期Tail bud; 2. 肌肉效應期Muscular contraction; 3. 心臟原基期Rudiment of heart; 4. 心臟搏動期Heart pulsation; 5. 胸鰭原基期Rudiment of pectoral fin; 6. 孵出期Hatching; 7. 眼黑色素期Melanoid eye; 8. 雛形鰾期Emergence of air bladder; 9. 鰾一室期One chamber air bladder; 10. 尾椎上翹期chordaltipliftin; 11. 卵黃吸盡期Exhaustion of York; 12 背鰭形成期Formation of dorsal fin; 13. 臀鰭形成期Formation of anal fin; 14. 稚魚期Juvenile phase

2.2 紅水河壯體沙鰍的產卵日期及其群體補充狀況

采集的壯體沙鰍魚卵主要處于尾牙期, 未采集到其魚苗。根據魚卵發育期推斷, 紅水河來賓江段壯體沙鰍產卵時間基本為4月30日至7月10日。采樣期間, 共54d采集到壯體沙鰍的魚卵, 總計1175顆,且有3批次較大規模的魚卵流量, 分別為5月12—15日、6月17日及7月8日, 其中第1次的規模最大, 其中最大達203顆每網。 初步估算, 2017年4月中旬到8月底, 該江段壯體沙鰍總魚卵補充群體量為2.23×108顆。所采集壯體沙鰍卵的產卵位置距采樣點大約為15 km, 在上游的大灣鎮附近。

2.3 魚卵捕撈量與主要環境因子的關系

2017年4月16日至8月30日壯體沙鰍魚卵單位捕撈努力量(CUPE)與流量及溫度的關系如圖 2、圖 3所示。通過Pearson Correlation法, 對2017年4月中旬至8月底CUPE與水溫、透明度、流量變化等因子進行相關性分析, 發現其單位捕撈努力量與水溫顯著相關(P＜0.05) ; 而其單位捕撈努力量與透明度、流量變化相關性均不顯著(P＞0.05) 。

3 討論

3.1 狀體沙鰍早期發育形態特征

鰍科魚類早期發育的研究資料相對較少, 目前珠江和長江水系分別有44種和66種鰍類, 僅有11種[3,12]有早期形態發育的研究資料。與前人的研究對比發現, 壯體沙鰍與花斑副沙鰍、長薄鰍的早期發育較為相似。為鑒別上的需要, 將三者早期發育的重要時期進行了歸納比較(表 1)。

圖 2 紅水河來賓段壯體沙鰍魚卵單位捕撈努力量流量的關系Fig. 2 Relationship between the CUPE and runoff at Laibin section

圖 3 紅水河來賓江段壯體沙鰍魚卵單位捕撈量與水溫關系Fig. 3 Relationship between the CUPE and water temperature at Laibin

從整體上看, 三者早期發育形態基本相同, 但壯體沙鰍胚后發育也具有不同于其他2種魚類的特點, 主要表現在以下幾個方面: 孵出時, 體色淡黃,肌節33對; 個體強壯, 全長約5.3 mm, 全長明顯較花斑副沙鰍及長薄鰍長。鰾一室期, 頭部色素明顯,為兩對由吻端發出的分別到聽囊上緣和眼睛后緣的射線, 而長薄鰍頭部色素為星狀, 兩者直觀上容易判別; 該時期與花斑副沙鰍容易混淆, 但壯體沙鰍肌節僅為33對明顯少于花斑副沙鰍的40對, 在顯微鏡下可明顯區分。鰾二室期, 壯體沙鰍與花斑副沙鰍體橫紋均基本形成, 但壯體沙鰍為6條, 而花斑副沙鰍為13條且其背鰭和尾鰭上亦有橫紋; 長薄鰍體表則以星狀色素為主。

3.2 西江來賓江段壯體沙鰍補充群體數量的資源前景預測

壯體沙鰍分布較廣泛, 在干流或較大支流上游流水中產漂流性卵, 卵在流水中漂流發育, 后進入一定的水域繼續發育。壯體沙鰍喜避光環境如(棲暗)漆暗的洞穴等, 同時對水體溶氧要求較高[13]。大壩修建會導致水文條件的劇變, 目前西江干流,從天峨縣開始規劃建設7座梯級, 已建6座[14]。隨著來賓江段下游大藤峽水電站的建成蓄水, 該江段將逐漸變為庫區, 水位抬高, 水深增加, 水面面積增加,水流變緩, 河流的水動力學過程發生較大的變化,庫區魚類組成將由“河流相”逐步向“湖泊相”演變。水文條件的一系列改變, 將導致水底洞穴、暗河壓力增大, 溶氧降低, 導致壯體沙鰍的生存空間減少。已有研究認為, 水利工程的修建使圓口銅魚的生存空間減少, 導致其不能完成生活史, 從而使其種群數量急劇減少[15,16], 同時圓口銅魚為典型產漂流性卵的魚類, 其魚卵的比重略大于水的比重,當流速過緩時, 一部分魚卵會沉入水底因缺氧而死亡[17]。故西江來賓段壯體沙鰍補充群體數量可能會受到大藤峽水電站的嚴重威脅。

表 1 壯體沙鰍與其他兩種相同亞科魚類胚后發育形態比較Tab. 1 Comparison of the postembryonic development of Botia robusta with two same species