海南南渡江上游海南半鲿繁殖生物學研究

梁智策，潘 帥，劉 飛，郭志強，申志新，蔡杏偉

(1.海南省海洋與漁業科學院，海口 571126；2.南海海洋資源利用國家重點實驗室，海南大學海洋學院，海南大學生命科學學院，海口 570228)

海南半鲿(Tchang)為海南島珍稀魚類，隸屬于鲇形目(Siluriformes)鲿科(Bagridae)半鲿屬()。其瀕危等級為數據缺乏(DD)。上個世紀中期，海南半鲿在海南島南渡江水系、昌化江水系以及萬泉河水系均有分布。但隨著海南省社會和經濟的發展，人們對島內河流生態環境的干擾不斷增大，如河道采砂挖石、河道梯級水電開發、水體污染、酷漁濫捕等，使得河流生境嚴重破碎化、水域環境污染、自然生境退化甚至喪失。人類活動導致的河流生態環境的一系列變化將會對魚類產生一定的影響。目前，關于海南半鲿的研究仍停留在形態學分類、分布記錄和生物學參數研究等方面，而對其基礎生物學及資源動態方面的研究極其匱乏。有關海南半鲿的基礎研究嚴重滯后，相關野外實地調查數據缺乏，導致無法對其受瀕危程度進行評估。因此，開展海南半鲿有關基礎生物學方面的研究，積累相關方面數據迫在眉睫。

繁殖是魚類生活史研究的重要內容之一，包括生殖腺的發育、排卵、受精，以及精卵結合孵化仔魚。魚類通過攝食等途徑為繁殖活動準備物質和能量資源，并將這種資源繁殖傳遞給后代，以此保證種群可持續繁衍和發展。掌握繁殖生物學信息是研究魚類種群動態變化的基礎之一，是成功進行資源評估和管理的關鍵。繁殖力反映了物種或種群對環境因子變化的適應能力，關系到種群的補充，其變化體現了環境對種群的影響和種群相對應的適應能力，對于科學有效地漁業管理非常重要。本研究以南渡江上游海南半鲿為研究對象，通過揭示海南半鲿基礎繁殖生物學特征，包括性、性腺發育程度、繁殖季節、性成熟年齡和大小以及繁殖力等，旨在為海南南渡江上游海南半鲿的種群資源恢復和保護提供基礎資料，從而實現南渡江上游海南半鲿資源的可持續發展。

1 材料與方法

1.1 研究區域與數據獲取

南渡江為海南島最大的河流，發源于白沙黎族自治縣南峰山，干流斜貫海南島中北部，于海口市美蘭區流入瓊中海峽。南渡江上游山高坡陡，支流眾多，生境多樣性較高，具有豐富的魚類種類，是魚類良好的棲息地。根據歷史資料記載，上世紀80年代南渡江共記錄有魚類152種。余梵冬等于2018年調查了南渡江魚類種類組成及分布，結果表明南渡江魚類共計136種，保存相對完整。

本研究于2019年1-12月對南渡江上游漁獲物按月度進行調查(圖1)。每月15-17日在日落之前放置3條多網目復合刺網(長：30 m；高：1.5 m；網目2a分別為：1.0，6.0和12.5 cm)和地籠(長：4 m；網目：2a=0.4 cm)，次日6:00收網，收集網內所有的漁獲物，并及時放入帶有冰塊的魚箱內保存，帶回實驗室測量每尾樣本的體長(,1 mm)和體質量(,0.1 g)之后，解剖，通過性腺發育情況辨別性別。性腺發育到Ⅱ期及以上的樣本即可判別性別。取出性腺并稱重(,0.001 g)，最后稱量去內臟和性腺后的體重(,0.1 g)。

圖1 南渡江上游海南半鲿采樣點布置圖

初步發現海南半鲿的左右卵巢是同步發育且大小沒有顯著差異，因此取左卵巢用于組織學分析。根據組織學和外部特征，六期性腺分期標準用于本研究性腺分期。

1.2 研究方法

1.2.1 體長-體質量關系

其體長與體質量關系式=由冪函數擬合，式中為體質量(g)；為體長(mm)；為肥滿度；為冪指數系數。

1.2.2 性體指標

性體指標(GSI)的計算公式如下：GSI=/。

1.2.3 50%性成熟體長

在漁業資源評估中，一般采用50%性成熟體長作為魚類性成熟體長的參數，本研究以10 mm為體長組的組距，將用于繁殖生物學特征分析的全部雌性個體用來擬合性成熟曲線并估算50%性成熟體長()。海南半鲿的性腺成熟度百分比與體長組的關系用logistic曲線回歸：

=1/[1+e-(-)]

式中：為成熟度增長系數；為50%性成熟體長。

1.2.4 繁殖力估算

成熟(性腺發育至IV期或V期)雌性個體的卵巢用來計算絕對繁殖力()和相對繁殖力()。從右側卵巢的前部、中部和后部各取約0.3 g卵粒混勻并稱重(,0.001 g)，保存在5%的福爾馬林中。將全部卵粒()計數。絕對繁殖力和相對繁殖力的計算方法如下：

=×/；

=/。

2 結果

2.1 個體大小分布

研究分析了體長()為42～289 mm的491個樣本(圖2)。在總樣本中共鑒定出雌性個體146尾，體長72～208 mm，平均體長為143.42 mm；雄性個體105尾，體長91～289 mm，平均體長為180.54 mm(Mann-Whitney檢驗，=4 570.5，<0.001)；其它為性腺未發育個體。雌性和雄性個體平均體長具有極顯著差異，因此海南半鲿具有雌雄異形現象。

圖2 南渡江上游海南半鲿的體長分布圖

2.2 體長-體質量關系

通過擬合南渡江上游海南半鲿的雌性、雄性和性別未分辨群體的體長和體質量冪指數曲線(圖3)，其體長和體質量關系回歸方程為：(1)全部樣本：=0000 024288(=098;=491)；(2)雌：=0000 012303(=097;=146)；雄：=0000 050273(=098;=105)；(3)性別未分辨：=0000 017295(=098;=240)。

圖3 南渡江上游海南半鲿雌雄體長與體質量關系圖

2.3 性腺組織切片

本研究總樣本的雌雄性比為1.39:1，146個雌性樣本全部用于GSI分析和組織切片分析。通過觀察其卵巢組織，對146尾雌性樣本的卵巢發育情況進行分期，具體結果如下：

第II期：不成熟期。性腺比較小，通常有脂肪包裹，肉眼幾乎看不到卵粒。組織切片觀察發現：卵黃發生前的卵母細胞主要出現在不成熟期的卵巢中。包括周邊核仁期(peri-nucleolus;PN)，核仁分布在細胞核膜內緣周圍(圖4-a)，產卵板期(圖4-b)和單個卵黃囊期(圖4-c)。

第Ⅲ期：發育期。性腺稍微膨大，大部分被脂肪包裹，肉眼可見極少數卵粒。組織切片觀察發現：卵母細胞中出現濾泡層和多個卵黃囊。包括早期的卵黃囊(圖4-d)，中期的卵黃囊(圖4-e)和晚期的卵黃囊(圖4-f)。

第IV期：成熟期。性腺飽滿，少量或沒有脂肪包裹。肉眼能看到全部卵粒，但是卵粒不透明，擠壓腹部幾乎沒有卵粒從泄殖孔排出。組織切片觀察發現：卵母細胞的細胞質中開始出現卵黃顆粒和油球(圖4-g)，之后卵黃顆粒的大小增大且數量不斷增加(圖4-h)，在末期幾乎充滿整個細胞質(圖4-i)。

第V期：飽滿期(圖4-j)。此時期特點為：卵巢體積及重量明顯增大，手指輕輕按壓魚體腹部，有成熟的卵細胞排出。通過組織切片觀察發現：與成熟期相比，卵黃顆粒的數量增加且大小增大，幾乎占據了整個卵母細胞。同時，卵母細胞的大小也顯著增加。油球的數量減少但是體積顯著增大。細胞核逐漸向動物極一端遷移。

圖4 南渡江上游海南半鲿性腺不同發育期的卵巢組織學切片

2.4 繁殖時間和50%性成熟體長

GSI值在4-5月迅速上升，最高的GSI均值出現在6月，GSI均值從6月開始逐漸下降(圖5)。

圖5 南渡江上游雌性海南半鲿GSI值的月變化

南渡江上游海南半鲿為140.95 mm，通過logistic曲線回歸法估算而得。海南半鲿的性腺成熟度百分比與體長組的關系為：=1/[1+e-0.093 9(-140.95)](=0.986；圖6)。

圖6 南渡江上游雌性海南半鲿性成熟比例與體長關系

2.5 繁殖力

本研究以未受精成熟卵和發育期受精卵為數據源，統計懷卵量。共采集到23尾海南半鲿成熟個體(性腺發育階段處于Ⅳ期和Ⅴ期)，體長為125～199 mm，體質量為33.56～129.13 g。海南半鲿絕對繁殖力波動于20～1 157粒/尾，平均(511±339)粒/尾；相對繁殖力波動于0.66～30.91粒/g，平均(6.89±4.26)粒/g。

擬合南渡江上游海南半鲿的絕對繁殖力和相對繁殖力與體長和體質量的關系，結果顯示，海南半鲿的絕對繁殖力與體長和體質量呈現正相關性，擬合方程如下：=10.741-1 300.7(=0.394；<0.01)；=9.035-185.94(=0.481 8；<0.01)，而相對繁殖力在一定范圍內波動，并無明顯的變化趨勢。

2.6 成熟卵徑

對23個Ⅳ期和Ⅴ期卵巢樣本的卵徑進行測量，結果顯示南渡江上游海南半鲿的卵粒較大，卵徑分布范圍較廣，由圖7可知，海南半鲿的卵徑分布為單峰型，海南半鲿為一次性產卵魚類。

圖7 南渡江上游海南半鲿卵徑的分布

3 討論

3.1 雌雄異形

本研究中海南半鲿表現出明顯的雌雄異形現象，雄性群體的最大個體和平均個體大小均高于雌性群體。雄性個體大于雌性的雌雄異形現象主要來源于性別選擇。當大個體雄性吸引的雌性個體數量大于小個體雄性時，個體的增大會增加雄性繁殖的成功率，稱為配偶選擇；當大個體雄性具有更強的競爭能力，包括更強的筑巢、護巢以及護幼能力時，這些雄性個體也會獲得更高的繁殖成功率，稱為同性選擇。半鲿屬魚類具有挖巢、護巢和護幼行為，并由雄性個體負責，直到巢內孵化的仔魚能自由游動為止，大個體的雄性將更有利于掘巢及護幼等行為，從而增加仔魚的成活率。我們推斷同性選擇是海南半鲿雌雄異形的主要成因。

3.2 繁殖特征

南渡江上游海南半鲿具有高GSI值(大于0.02)，成熟雌性個體(性腺發育處于IV期和V期)以及產后雌性個體(性腺發育處于VI期)主要出現在5月至7月。并且根據卵巢組織學的觀察，性腺發育處于IV期和V期的成熟雌性個體在5月和6月所占的比例較高，因此，南渡江上游海南半鲿的繁殖高峰期為5-6月。王德壽等和朱成科等根據大鰭半鲿()性腺、成熟系數的周年變化，推斷嘉陵江水系和長江水系大鰭半鲿的繁殖季節均為5-7月，繁殖高峰期為6-7月。而杜孝田等認為元江多輻半鲿繁殖期為4-7月，高峰期為5月。另外，陰雙雨研究發現瀾滄江絲尾半鲿()性體指標具有兩個高峰(4月和8月)，預示絲尾半鲿可進行分批產卵。造成這種差異的原因可能是棲息地環境(水溫、流速、水質等)不同導致繁殖活動所需外源因子的到達時間不同，導致同一魚類不同地理種群的繁殖時間發生變化。

性比是種群繁殖力的重要決定因素之一，體現了物種對環境長期適應性。瀾滄江絲尾半鲿、元江多輻半鲿()和涪江、渠江大鰭半鲿的雌性個體數均多于雄性，而對于大鰭半鲿，王德壽等和朱成科等認為其雌性個體數遠小于雄性，本研究中南渡江上游海南半鲿雌性個體顯著多于雄性個體。造成這種差異可能是由于生境差異化導致的，因為魚類在其他條件相似的情況下，雌性占優勢是維持和增加種群數量的主要手段之一。

在漁業資源評估中，魚類繁殖力體現了魚類的繁殖潛能。絕對繁殖力反映了物種或種群對環境變化的適應特征，而相對繁殖力則反映了魚類的繁殖策略。南渡江上游海南半鲿的絕對繁殖力()平均值為(511±339)粒/尾，相對繁殖力()平均值為(6.89±4.26)粒/g。本研究的相對繁殖力比報道的其他半鲿屬魚類都要低，而卵徑則普遍大于其他半鲿屬魚類。相對較低的繁殖力意味著魚所懷的卵較大，數量較少，含有較多的卵黃，因此孵化的仔魚可以利用較多的營養，從而增加了每個卵發育成成魚的機會。另外，環境因子是造成魚類繁殖力變化的關鍵因素之一，在眾多環境因子中，最重要的因子為營養條件。生境食餌豐度大，魚類體長和體質量生長速率快，相對豐滿度大，性腺發育快，繁殖力高；相反，性腺發育不良，萎縮，甚至退化、最后被吸收，繁殖力就會下降。目前，南渡江保存了歷史大部分魚類，河流整體健康狀況良好，但魚類總種數相較20世紀80年代下降了10.5%。推測威脅南渡江上游海南半鲿種群生存、繁殖的因素可能有以下兩方面：(1)水利工程建設是威脅海南島淡水魚類多樣性的最大因素，南渡江上游建有18個小型滾水壩，可能造成海南半鲿生境碎片化，影響其產卵、攝食場所，降低種群整體的遺傳多樣性。(2)外來魚類入侵是導致本土魚類種群豐度下降的最大因素，南渡江上游齊氏羅非魚()、花身副麗魚()等外來入侵物種的大量出現，會與海南半鲿形成生態位重疊，競爭食餌，甚至直接捕食海南半鲿的魚卵及幼魚等，對其生存繁殖造成嚴重的威脅。魚類繁殖力變動的主要原因之一為生境條件的改變。這種發生在自然環境下的繁殖策略變化需要進一步監測，并與資源評估相結合，這將有利于了解魚類種群結構的變動趨勢。