眼斑雙鋸魚仔稚魚發育異速生長

胡 靜周勝杰 楊 蕊 陳 旭 楊其彬 馬振華

(1.中國水產科學研究院南海水產研究所,熱帶水產研究開發中心,三亞 572018;2.農業部南海漁業資源開發利用重點實驗室,廣州 510300;3.三亞熱帶水產研究院,三亞 572018)

眼斑雙鋸魚(Amphiprion ocellaris),俗稱公子小丑,隸屬于雀鯛科(Pomacentridae)、海葵魚亞科(Amphiprioninae)、雙鋸魚屬(Amphiprion),廣泛分布于印度—西太平洋地區,從印度洋東部延伸到印度尼西亞和菲律賓群島,從澳大利亞西北部海岸延伸到日本琉球群島[1]。20世紀50年代,眼斑雙鋸魚的人工規模化繁育即已取得成功[2],近年來隨著電影《海底總動員》的播出,以眼斑雙鋸魚為代表的小丑魚家族知名度急劇上升,市場價值翻倍增長,供不應求[3]。為降低成本、提高養殖效率,創造更多的價值,近幾十年不少學者開展了小丑魚的各項研究,內容囊括早期胚胎發育、營養學、病害學及遺傳生物學等[4—7]。然而,在魚類早期發育過程中個體器官受環境因素影響而體現出不同的發育速率,進而影響仔、稚魚的運動、攝食及存活生長等生理生態學活動,因此,研究仔魚發育對了解個體早期生活史、指導生產環境調控具有重要意義,目前未見對眼斑雙鋸魚發育異速生長的研究。

異速生長又稱相對生長,普遍存在于生物界,是動植物適應外界環境而產生的機體各個功能器官發育不同步的現象[8]。異速生長概念最早由Snell[9]提出,后D’arcy[10]、Huxley等[11]分別對其進行了闡述。Huxley等[11]在研究招潮蟹蟹鉗生長發育時首次提出了量化異速生長指數的“簡單異速方程”,即冪函數y=axb(a為截距,b為異速生長指數),該方程廣泛運用于機體異速生長研究,是目前分析研究魚類早期發育生長模式最常用手段[12]。有關魚類異速生長的研究,國內外相關報道很多,如云紋石斑魚(Epinephelus moara)[13]、金眼短鯛(Nannacara anomala)[14]、牙鲆(Paralichthys olivaceus)[15]、紅鰭笛鯛(Lutjanus erythropterus)[16]及大鱗副泥鰍(Paramisgurnus dabryanus)[17]等。研究發現,魚類早期發育各個功能器官的生長發育具有一定規律性[18—20],即個體早期優先發育與生命活動密切相關的器官,體現為正異速生長,后為保證以最小的能量獲得最優的生存能力而轉為等速或慢速生長[20—23]。因此,通過對眼斑雙鋸魚仔、稚魚異速生長的研究,有助于了解其早期發育階段對環境的偏好及重要功能器官的發育特性,相關研究對育苗工作具有重要的實踐意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

眼斑雙鋸魚苗種由中國水產科學研究院南海水產研究所熱帶水產研究開發中心人工繁育,來自同一對親魚同一批受精卵,親本為野生捕撈后、人工馴養2年個體,受精卵孵化日期為2018年5月16日。以2尾/L密度養殖于300 L水體玻璃鋼桶,水質參數: 溶氧量≥6.5 mg/L,鹽度為32±2,水溫為(28±1)℃,pH 8.0—8.2,亞硝酸鹽含量小于0.03 mg/L,氨氮含量小于 0.01 mg/L,自然光照。

1日齡(2.97±0.12) mm開始投喂輪蟲(Brachionus rotundiformis),密度保持在10—20個/mL直至5日齡(4.36±0.27) mm,于3日齡(3.75±0.25) mm混合投喂豐年蟲,輪蟲密度不變,豐年蟲密度范圍保持在20—30個/mL直至9日齡(5.52±0.22) mm。之后僅投喂豐年蟲,密度保持在50—60個/mL直至實驗結束。

1.2 研究方法

使用體視顯微鏡(XTL-165-VT-45X系列連續變倍體視顯微鏡,鳳凰光學股份有限公司)進行觀察、拍照,后使用配套軟件ToupCam以平行或垂直于魚體水平軸為基準進行長度測量(精確度0.01 mm)。初孵仔魚1日齡開始每隔一天取樣至29日齡,取樣時間為每日上午10:00,每次取樣10尾,用25 mg/L濃度的丁香酚 (New Zealand Ltd)麻醉后,在體視顯微鏡下觀察其外部各個器官的形態變化并拍照,剔除畸形苗、保留骨骼健康個體待數據統計。測量指標包括頭部部分(吻長、吻至鰓裂前緣長、眼徑、眼間距、口寬、頭高)、身體部分(頭長、體高、軀干長、尾長、尾柄長、尾柄高、體厚)及游泳器官(尾鰭、背鰭、胸鰭、腹鰭和臀鰭)(主要測量參數直觀圖如圖1)。

1.3 數據處理

全長、體質量與日齡的關系采用Brody’s生長方程擬合:y=aebx來表達,x為日齡,y為相應日齡的全長、體質量,a為常數,b為Brody’s系數。魚類異速生長模型以Huxley等[11]提出的方程y=axb來構建,其中b為異速生長指數,b=1為等速生長,b＞1為快速增長(正異速生長);b＜1為慢速增長(負異速生長)[24]。仔稚魚的劃分及生長拐點的確定分別按照Stroband等[25]和van Snik等[26]的方法進行,均得出11日齡為臨界點,以此將眼斑雙鋸魚仔、稚魚生長曲線方程定為應用SPSS 19.0統計軟件對模型進行非線性回歸參數擬合,并應用EXCEL 2016進行分段回歸模型擬合,以決定系數R2的最大值和殘差平方和的最小值為曲線擬合標準,運用SPSS 19.0統計軟件,采用單因素方差分析方法(ANOVA)進行顯著性檢測。

2 結果

2.1 眼斑雙鋸魚仔稚魚全長、體質量與日齡的關系

眼斑雙鋸魚仔稚魚全長、體質量與日齡的關系指數方程分別為y=2.97e0.06x(R2=0.957)、y=0.001e0.16x(R2=0.952),擬合可靠性均較高(圖2和圖3)。眼斑雙鋸魚初孵仔魚全長為(2.86±0.00) mm,經過30d生長,全長達到(16.31±1.08) mm,平均增長率為0.448 mm/d;眼斑雙鋸魚初孵仔魚體質量為(0.697±0.00) mg,經過30d生長,體質量達到(86.1±5.69) mg,平均增重率為2.85 mg/d。

圖1 眼斑雙鋸魚仔稚魚形態學量度指標Fig.1 Measurements of morphometrics of A. ocellaris larvae and juveniles

圖2 眼斑雙鋸魚仔、稚魚日齡與全長的關系(從1日齡至29日齡)Fig.2 Total length of A. ocellaris larvae and juveniles from 1 to 29 days post-hatching

圖3 眼斑雙鋸魚仔、稚魚日齡與體質量的關系(從1日齡至29日齡)Fig.3 Body weight of A. ocellaris larvae and juveniles from 1 to 29 days post-hatching

圖4 眼斑雙鋸魚仔、稚魚頭部各器官異數生長曲線Fig.4 Allometric growth curve of head organs in larval and juvenile A. ocellaris

2.2 眼斑雙鋸魚仔、稚魚發育過程中各器官的異速生長

頭部各器官異速生長眼斑雙鋸魚的吻長

(圖4a)、吻至鰓裂前緣長(圖4b)、眼徑(圖4c)、眼間距(圖4d)、口寬(圖4e)和頭高(圖4f)在仔、稚魚期均表現出了異速生長。異速生長指數b1分別為1.236、0.748、0.768、1.342、1.340和1.517,6個異速生長指數與1均具有顯著性差異(P＜0.05),即吻長、眼間距、口寬和頭高表現為正異速生長,吻至鰓裂前緣長和眼徑表現為負異速生長;b2分別為0.454、0.453、0.337、0.748、0.744和0.509,各異數生長指數均具有顯著性差異(P＜0.05),即頭部各器官于稚魚期均表現為負異速生長。故在11日齡前,眼斑雙鋸魚仔魚的頭部器官中吻長、眼間距、口寬和頭高均為快速生長,11日齡后,頭部各器官均為慢速生長。在11日齡時,眼斑雙鋸魚仔魚全長為(6.12±0.63)mm,此時吻、眼間距、口寬和頭高均存在生長拐點(P＜0.05)。

圖5 眼斑雙鋸魚仔、稚魚身體部分異數生長曲線Fig.5 Allometric growth curve of body parts in larval and juvenile A. ocellaris

身體部分的異速生長眼斑雙鋸魚的頭長(圖5a)、體高(圖5b)、軀干長(圖5c)、尾長(圖5d)、尾柄長(圖5e)、尾柄高(圖5f)和體厚(圖5g)在仔、稚魚期均表現出了異速生長。頭長異速生長指數b1為0.837(P＜0.05),表現為負異速生長,其他部分的異數生長指數分別為1.429、1.415、1.136、1.171、1.888和1.332,與1差異顯著(P＜0.05),表現為正異速生長。稚魚期各部分的異速生長指數b2分別為0.620、0.492、0.452、0.347、0.509、0.445和0.617,與1之間存在顯著性差異(P＜0.05),均表現為負異數生長。這說明在身體部分中,眼斑雙鋸魚頭長在仔、稚魚期均為慢速生長,其他僅在仔魚期表現為快速生長,稚魚期均為慢速生長。體高、軀干長、尾長、尾柄長、尾柄高和體厚在11日齡時存在生長拐點(P＜0.05)。

游泳器官異速生長眼斑雙鋸魚的外部游泳尾鰭(圖6a)、背鰭(圖6b)、胸鰭(圖6c)、腹鰭(圖6d)和臀鰭(圖6e),在仔、稚魚期均表現出了異速生長。仔魚期的尾鰭、背鰭、胸鰭、腹鰭和臀鰭的異速生長指數b1分別為1.887、2.466、3.406、2.679和2.408,與1均存在差異顯著(P＜0.05),均表現為正異速生長。稚魚期各鰭條異速生長指數b2分別為0.395、0.856、0.822、0.622和0.724,與1差異顯著(P＜0.05),均表現為負異速生長。眼斑雙鋸魚的游泳器官在仔、稚魚的發育存在顯著差異,各鰭條于仔魚期均快速生長,稚魚期均慢速增長,且各鰭條在11日齡時均存在生長拐點(P＜0.05)。

圖6 眼斑雙鋸魚仔、稚魚游泳器官異數生長曲線Fig.6 Allometric growth curve of swimming organs in larval and juvenile A. ocellaris

3 討論

魚類發育的早期階段是育苗成功的關鍵時期,常因開口餌料、機械沖擊、捕食者及各種環境因素而產生較高死亡率[27—29],因此,在人工養殖條件下,探究魚類的發育模式,以此尋找合適的飼養環境,使兩者相協調,對提高存活率、確保育苗成功至關重要[30,31]。魚類早期發育過程極其重要而復雜,各器官經歷劇烈、迅速的形態變化,以適應環境條件變化和攝食、避敵等生理活動需求[32,33],包括捕食、呼吸和運動器官等[19,34]。魚類的異速生長現象是一種自我保護機制,體現為仔魚孵化后,對早期存活發揮積極作用的重要功能器官優先發育,表現出快速生長。與本研究結果一致,同時也被大量研究證實[20,35,36]。

3.1 頭部器官的發育

水產動物包括魚類的頭部發育與個體視覺、神經及信息處理等的功能行使有關,是攝食、游泳器官發育的基礎[37],眼斑雙鋸魚短期內頭部(頭高)快速生長,為其他器官的發育提供了可能性[38],吻、眼間距及口寬仔魚期的快速生長印證了該結論。仔、稚魚攝食能力的強弱與口、吻的發育和完善程度密切相關,眼斑雙鋸魚仔魚的卵黃囊于孵化當天即消耗殆盡,故需立即進行開口餌料的投喂,避免死亡率的迅速增高。吻、眼間距和口寬在11日齡時出現生長拐點,即眼斑雙鋸魚在開口后短期內以上攝食相關器官需繼續發育,以適應不同食物大小、提高攝食能力、降低死亡率[39]。

一般來說,由于視覺與個體攝食、避敵間顯著的相關性,視覺器官在大多數魚類早期發育中應均為正異速生長[16,38,40—42],稚魚期均為慢速生長,與席丹等[43]對許氏平鲉(Sebastes schlegelii)的研究結果相似,孵化初期即進入慢速生長階段,這表明眼斑雙鋸魚胚胎發育的器官形成期,其眼部發育即已基本完成[44,45],具備完善攝食、避敵功能,胚后的慢速發育為其他器官發育提供了更多能量與空間。不同物種眼部發育快慢的差異,可能與其眼睛發育史差異有關[34]。許氏平鲉為卵胎生生殖,其眼球可能在親本體內已發育完善,孵化初期既體現為慢速生長,眼斑雙鋸魚孵化周期長,胚胎期眼睛即已得到良好發育。眼斑雙鋸魚仔、稚魚的吻、眼間距、口寬和頭高在11日齡時均出現拐點,表明了吻、眼間距、口寬和頭高的生長已完成了優先發育,進入次要發育階段。

3.2 身體部分的發育

研究表明,大部分魚類身體部分的早期模式為頭長、尾長呈正異速生長而軀干長呈負異數生長,如西伯利亞鱘(Acipenser baerii)[46]、鱸鯉(Percocypris pingi)[47]、赤眼鱒(Spualiobarbus curriculus)[48]、珍珠龍膽石斑魚(E. fuscoguttatus♀×E. lanceolatus♂)[49]及卵形鯧鲹(Trachinotus ovatus)[40]等,與此不同的是,本研究中眼斑雙鋸魚拐點前頭長為負異速生長、軀干長為正異數生長,其身體部分這種異數生長模式與許氏平鲉[43]相似,對比兩者生殖方式發現,許氏平鲉為卵胎生、在親魚體內停留時間較長,而眼斑雙鋸魚孵化周期長(7—10d)、孵化過程親本具護卵行為,推測在此過程中,兩者頭部已得到較好發育,而兩者頭高與頭長的異數生長情況相反,這可能與物種間外部形態差異有關[50]。多數魚類軀干部的負異速生長顯示了對動力學和低能耗的適應,如鮸(Miichthys miiuy)[51]、西伯利亞鱘[46]及赤眼鱒[48]等,該生長特征有效的減少了頭部和尾部距離,而減少了攝食運動負擔、促進了身體平衡。在該研究中,眼斑雙鋸魚軀干長、體高和體厚均為快速生長,與加利福尼亞牙鲆(P. californicus)[52]結果相似。這和消化系統的發育及卵黃囊消失時間相關,消化道占據體腔絕大多數空間,使得立體結構縱、橫向拉升,確保0日齡卵黃囊即消失的眼斑雙鋸魚個體具備足夠的消化外源性食物的能力[16]。眼斑雙鋸魚尾長、尾柄長和尾柄高于仔魚期均處于快速生長狀態,一方面,尾部的快速發育為重要游泳器官尾鰭的發育提供了空間,為捕食動力提供了組織基礎[46],另一方面,使得眼斑雙鋸魚的后部體型婀娜、搖曳生姿,奠定了其觀賞價值高、經濟效益顯著的基調[50]。

3.3 游泳器官的發育

眼斑雙鋸魚仔、稚魚尾鰭、背鰭、胸鰭、腹鰭和臀鰭均于11日齡出現生長拐點,且11日齡前均處于快速生長,11日齡后為慢速生長,與多數魚類游泳器官發育模式相似,如紅鰭笛鯛、鱸鯉及赤眼鱒[16,47,48]等,拐點前各鰭條生長迅速,而拐點后顯著減慢,這表明眼斑雙鋸魚的各外部游泳器官于稚魚期均已完成了快速生長,能夠滿足眼斑雙鋸魚的快速游泳能力,之后的慢速生長為機體其他部位的發育提供了更多能量[38]。與多數魚類孵化后游泳能力弱不同的是,在實驗觀察中發現,眼斑雙鋸魚孵化后活動較強,受觸動刺激后游散迅速,聚光效果明顯,這可能與其發達的鰭條尤其是尾鰭優勢發育有關,是適應環境的結果[53]。孵化時,眼斑雙鋸魚個體卵黃囊即已消耗殆盡,發達的外部游泳器官為外源營養的攝取提供了足夠前進動力,對適應外界環境起著積極作用。通過眼斑雙鋸魚主要游泳器官(背鰭、胸鰭、腹鰭、臀鰭和尾鰭)的全面分析發現,眼斑雙鋸魚孵化初期既具備較強游泳能力,為提升攝食、避敵能力短期內繼續快速發育,11日齡游泳器官已經基本完善,運動能力大幅度增加,而美洲鰣(Alosa sapidissima)、許氏平鲉、鱸鯉及珍珠龍膽石斑魚[34,43,47,49]等分別需13—44d、12—46d、24—4d5及14—23d才進入慢速發育階段,從發育時間來看,眼斑雙鋸魚游泳器官具備顯著發育優勢。這充分證明了游泳器官在仔魚早期生長發育中的重要地位,游泳能力的顯著提升與對外源營養的需求呈正相關,對自身捕食能力大有裨益。

在外部游泳器官中,尾鰭在魚類早期發育中最為重要,該結論在多種鯛科魚類[54—57]的研究中得以體現,在本研究中亦得到相似結果,尾鰭較其他鰭條優先發育,各鰭條初始長度分別為: (0.45±0.03、0.02±0.00、(0.98±0.01)×10-2、0.02±0.00和0.03±0.00) mm,平均增長速度分別為: (6.857、0.964、0.865、0.893、1.143)×10-2mm/d。

本研究對眼斑雙鋸魚仔、稚魚的異速生長特征進行了較為詳細的敘述,亦初步探討了異速生長對其體型的影響,研究表明,眼斑雙鋸魚頭部、軀干及游泳器官均呈現出異速生長,并且根據其生理、繁殖特性及各器官功能差異,既存在與其他魚類相似的生長模式,又存在自身獨特模式,從而根據自身情況選擇合適的生長發育模式,以提高自身主動攝食、躲避敵害等能力。有關眼斑雙鋸魚異速生長模式的研究,不僅有助于人為營造合適生長環境、提供適宜餌料,最大限度提高存活率、攝食率,還能在形態上進行人為篩選,提供優質魚苗,為眼斑雙鋸魚高效養殖提供理論依據。