基于耳石微化學分析的丹東鴨綠江刀鱭不同生態表型生境履歷的研究

胡玉海，姜 濤，劉洪波，陳修報，楊 健，

（1.南京農業大學無錫漁業學院，江蘇無錫 214081；2.中國水產科學研究院淡水漁業研究中心漁業微化學實驗室，江蘇無錫 214081）

刀鱭（Coilia nasus），隸屬于鯡形目（Clupeiformes），鳀科（Engraulidae），鱭屬，為我國名貴魚類之一［1］。刀鱭總體上可分為洄游型和定居型兩種類型［2］，洄游型刀鱭多為上頜骨長度長于頭長的長頜鱭，但少數短頜鱭也有溯河洄游習性［3－4］；定居型刀鱭多為短頜鱭和湖鱭，但少數長頜鱭也有淡水定居的習性［5－6］。所以根據上頜骨長短來辨別刀鱭是否屬于洄游型不一定可靠，利用耳石微化學技術可以更加準確加以辨別［2］。硬骨魚類耳石是由碳酸鈣和有機質共同積累形成的一種鈣化組織，耳石的形成過程即為環境元素不斷沉積的過程［7］。由于耳石的代謝惰性，魚類從受精卵到被捕獲時所經歷的水化學環境的變化，可以反映在耳石從核心到邊緣的元素含量及組成特征（即“元素指紋”）上［8］。耳石中微量元素含量與環境中元素含量具有正相關關系，其中，鍶和鋇最為明顯［9］。鍶元素含量在不同鹽度的自然水體中存在差異，淡水中鍶濃度通常比海水中低得多［10］。YANG等［11］研究發現，自然水體中魚類耳石的Sr／Ca比值和水體鹽度呈正相關關系；CROOK等［12］研究發現，魚類進入咸水環境時，耳石Sr／Ca比值會隨之增大。利用耳石微化學分析手段可將耳石“元素指紋”上所記錄的生境信息客觀準確“破譯”出來，從而達到有效闡明魚類洄游模式、種群關聯性、生境動態等目的［13－16］。

在我國東北地區，刀鱭的主要分布區為黃海、渤海及沿海遼河、碧流河、大洋河和鴨綠江等通海河流［17］。20世紀70年代，遼河刀鱭還能形成魚汛［18］。然而，由于水利工程、環境污染、過度捕撈等人為因素影響，東北地區的刀鱭資源已驟減且狀態危急［19］。該魚種于1991年和1998年分別被列入《遼寧省重點保護野生動物名錄》和《中國瀕危動物紅皮書·魚類》［20］中。迄今，針對東北地區遼河、大洋河、鴨綠江流域刀鱭已有一些資源調查及基礎生物學方面的研究報道［19，21－22］，但對該地區刀鱭的洄游生態學等研究尚未見報道。本文利用電子探針微區分析技術對鴨綠江畔丹東市所采集到的刀鱭進行研究，首次對其耳石進行微化學分析，了解其生活史履歷特征，以期為東北遼寧地區刀鱭的資源養護和生境保護提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本研究所用刀鱭樣本2020年7月購于遼寧省丹東市振興區錦山大街海燕水產市場。樣品均捕于鴨綠江水域。依據上頜骨長是否長于頭長對樣本進行劃分。除鑒定出傳統意義上的長頜鱭（10尾）、短頜鱭（3尾）兩類外，首次發現存在一側的上頜骨長度長于頭長、另一側的上頜骨長卻短于頭長的6尾個體，故本文將這些上頜骨一長一短的刀鱭統稱為“雜頜鱭”（圖1）。測量其基礎生物學數據（表1），之后解剖取出左右矢耳石，用去離子水洗凈表面有機質后，自然晾干備用。參考姜濤等［6］處理方法，使用左矢耳石（以下統稱耳石）來進行包埋、碾磨、拋光、清洗及鍍膜。

表1 丹東鴨綠江刀鱭樣本信息Tab.1 Sam pling details of C.nasus from the Yalu River in Dandong City

圖1 丹東鴨綠江刀鱭的上頜骨形態示意圖Fig.1 The upper jaw of C.nasus from the Yalu River in Dandong City

1.2 耳石微化學分析

參考JIANG等［23］的方法，分別選擇鈦酸鍶（SrTiO3）和碳酸鈣（CaCO3）為標樣，使用X射線電子探針微區分析儀（JXA-8100型，日本電子株式會社）對自耳石核心至耳石邊緣的長徑進行耳石Sr和Ca定量線分析，然后再進行耳石Sr元素的面分布分析。

耳石分析完后，重新拋光后用5% EDTA酸蝕到年輪清晰，讀取年齡［24］。

1.3 數據處理

數據采用Excel2016進行統計和分析。引入基于t檢驗的序貫格局轉變分析（sequentialt-test analysis of regime shifts，STARS）方法［25］，并參考盧明杰等［26］的方法，按照截斷長度CL＝10、Huber權重為1、置信度P＝0.1的參數設定，對耳石Sr／Ca比值（依照標準化慣例實際為Sr／Ca×1 000，下同）繪制格局轉變曲線。針對不同Sr／Ca值變化階段使用SPSS 19.0進行非參數檢驗（Mann-WhitneyU-test）。

YANG等［27］分別對在淡水、河口半咸水、海水環境生活階段的3種鱭屬魚類的耳石進行微化學分析，結果顯示，定量線分析耳石Sr／Ca比值分別為小于3、3～7、大于7，同時，對應的Sr含量面分布分別為藍色、綠黃色、紅色的同心環圖譜，本研究基于這一結果對鴨綠江刀鱭的生活史進行反演及分析。

2 結果與分析

丹東鴨綠江長頜鱭耳石可分為兩類。第1類長頜鱭（20DDCN01、20DDCN02、20DDCN05、20DDCN06、20DDCN07、20DDCN08）耳石存在從淡水生境［從核心（0μm）沿矢狀面至330、650、250、980、900、290μm徑長的范圍，定量線分析Sr／Ca比值＜3，對應面分布為低Sr含量藍色圖譜］向半咸水或海水生境（徑長范圍340～2 120 μm、660～1 720μm、260～1 790μm、990～2 010 μm、910～2 060μm、300～390μm，定量線分析Sr／Ca值＞3，面分布為較高和高Sr含量綠色、黃色、紅色圖譜）轉變的過程，顯示有淡咸水間洄游的履歷。值得注意的是，20DDCN05、20DDCN06耳石Sr／Ca值存在大于7的區域（1 640～1 690 μm、1 630～1 780μm）；20DDCN08個體則多次在淡水生境和半咸水生境轉換。第2類長頜鱭（20DDCN03、20DDCN04、20DDCN09、20DDCN10）耳石從核心沿矢狀面到邊緣區域均為Sr／Ca值＜3，面分布為低Sr含量藍色圖譜，顯示出僅有淡水定居的履歷（表2，圖2，圖3）。

表2 本研究刀鱭耳石中鍶和鈣微化學值的變化Tab.2 Fluctuation of Sr and Cam icrochem ical values in otoliths of C.nasus of the present study

圖2 丹東鴨綠江刀鱭耳石Sr含量面分布圖譜Fig.2 M ap of Sr content in sagittal otoliths of C.nasus from the Yalu River in Dandong City

圖3 丹東鴨綠江長頜鱭耳石矢狀面從核心到邊緣Sr/Ca值變化（灰線）和趨勢轉換結果（黑線）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

丹東鴨綠江短頜鱭（20DDCB01、020DDCB02、20DDCB03）為半咸水孵化型個體，耳石存在從較高鹽度的半咸水生境（徑長范圍0～920μm、0～200μm、0～370μm，3＜Sr／Ca值＜7，面分布為較高Sr含量綠色、黃色圖譜）向淡水生境（930～1 650μm、210～330μm、380～1 130μm，Sr／Ca值＜3，面分布為低Sr含量藍色圖譜）轉變的過程。其中20DDCB02在轉向淡水生境后，又多次在淡水生境和半咸水生境轉換（表2，圖2，圖4）。

圖4 丹東鴨綠江短頜鱭耳石矢狀面從核心到邊緣Sr/Ca值變化（灰線）和趨勢轉換結果（黑線）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

丹東鴨綠江“雜頜鱭”中 20DDNB01、20DDNB02、20DDNB04、20DDNB05、20DDNB06為半咸水孵化型個體，耳石存在從半咸水生境（徑長范圍0～620μm、0～600μm、0～580μm、0～740μm、0～720μm，3≤Sr／Ca值≤7，較高Sr含量綠色、黃色圖譜）向淡水生境（630～1 490μm、610～730μm、590～1 330μm、750～1 330μm、730～1 410μm，Sr／Ca值＜3，面分布為低Sr含量藍色圖譜）轉變的過程。其中，20DDNB02在轉向淡水生境后，又多次在淡水生境和半咸水生境轉換。而“雜頜鱭”20DDNB03雖然耳石自核心沿矢狀面到邊緣區域Sr／Ca比值＜3，但面分布圖譜有淡綠色區域，表明其早期孵化生活史可能并不是完全的淡水生境，而是生活在鹽度較低的半咸水區域（表2，圖2，圖5）。

圖5 丹東鴨綠江“雜頜鱭”耳石矢狀面從核心到邊緣Sr/Ca值變化（灰線）和趨勢轉換結果（黑線）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 討論

3.1 丹東鴨綠江長頜鱭的生境履歷特征

刀鱭在遼寧丹東地區并無類似“長江三鮮之首”的奇高價格［28］，新鮮的刀鱭售價僅為每斤18～25元，加上其極易腐爛，很難保存，所以丹東水產市場商販應不可能從距鴨綠江70余公里遠的大洋河及更遠的遼河等地收購刀鱭來販賣，因此，本論文把測定的所有刀鱭樣本作為來自于鴨綠江河段的個體加以描述和研究。但本市場刀鱭樣品的確切來源，尚需在今后的研究中通過追溯具體捕撈漁民或通過上船一起參加捕撈采樣等方式來精確確定。

耳石中Sr含量和Sr／Ca值隨著個體所經歷水域環境鹽度的升高而升高，即在淡水履歷（鹽度＜5）、河口半咸水履歷（5≤鹽度≤25）、海水履歷（鹽度＞25）中的耳石Sr／Ca值和圖譜分別為：Sr／Ca值＜3，低Sr含量藍色圖譜；3≤Sr／Ca值≤7，較高Sr含量綠色至黃色圖譜；Sr／Ca值＞7，高Sr含量紅色圖譜。基于此可以客觀準確地闡明魚類洄游模式以及生境履歷［6，28－31］

本研究中，20DDCN01、02、05、06、07、08個體為典型的江海洄游型長頜鱭，其中部分個體在進入高鹽度生境生活之前會多次在淡水、河口半咸水環境轉換；還有部分個體（20DDCN05、06）會在淡水、半咸水、海水之間轉換。這與JIANG等［23］所報道的長江刀鱭前期生活史在淡水生境約1年、然后正式進入半咸水或海水生境的情況有所不同。少部分個體（20DDCN01、05）在孵化后僅在淡水生境中生活很短的時間便會進入河口半咸水生境，這與LIU等［32］對日本有明海洄游性刀鱭的研究結果相似。距河口約70 km的鴨綠江干流最下游一級電站——太平灣水電站［33］可能阻礙了鴨綠江刀鱭的洄游，縮短了刀鱭的洄游距離，從而導致刀鱭前期生活史對淡水依賴程度的減弱。

本研究中的20DDCN03、04、09、10屬于淡水定居型長頜鱭，從孵化到被捕獲均生活在淡水中。丹東鴨綠江長頜鱭的生活史模式與長江流域長頜鱭相似，同時存在江海洄游型和淡水定居型兩種生態類型。但是無論是洄游型還是定居型長頜鱭，其早期生活史均在淡水中完成，這表明丹東鴨綠江長頜鱭同長江流域內刀鱭一樣，早期生活史需要淡水條件的刺激或支持［2］。淡水定居型長頜鱭雖然在長江流域存在，但是數量比較稀少［2］；本研究中，丹東鴨綠江定居型長頜鱭占長頜鱭數量的40%，顯示出了兩者之間的不同。然而，丹東鴨綠江刀鱭是否為與長江、黃河及日本刀鱭等完全不同的地理群體，尚需今后結合有針對性的方法（如分子生物學方法等）來確認。

3.2 丹東鴨綠江短頜鱭生境履歷特征

短頜鱭生長、育肥及繁殖通常均在江河湖泊等淡水環境中完成［1］（只有少數個體存在洄游［3－4］），但丹東鴨綠江短頜鱭卻有從河口向淡水洄游的生境履歷。其個體孵化生長的早期生活史在非淡水生境中完成，隨后轉入淡水生境中繼續生長，其中20DDCB02生活史比較復雜，不斷在淡水和非淡水生境中轉換。

刀鱭通常在淡水中繁殖、孵化、生長，因為較高鹽度易導致受精卵死亡和仔魚畸形，但是竇碩增等［34］、LIU等［32］、劉洪波等［35］發現，確實存在出生在河口的非淡水起源的刀鱭個體。LIU等［32］在日本有明海發現占總樣本數量30%的半咸水生境孵化起源的刀鱭個體。鴨綠江口位于黃海北部大潮差區，潮波最上能抵達馬市臺［36］（位于前述太平灣水電站的下游約23 km處），而丹東鴨綠江刀鱭群體中有接近一半的個體為非淡水孵化。這類刀鱭的產卵場很有可能處于潮流界附近，游泳能力弱的刀鱭幼苗受鴨綠江口每日晝夜漲落各兩次的潮波［37］帶動而漂流，被動地去適應半咸水生境；當刀鱭幼苗具有一定游泳能力后會洄游至純淡水區生長，這也說明雖然刀鱭的早期生活史可以在非淡水環境中完成［34－35］，但是其全部生活史仍需淡水環境的支持。非淡水孵化刀鱭的出現，說明刀鱭對棲息地鹽度的變化具有較強的適應性。

3.3 丹東鴨綠江“雜頜鱭”刀鱭生境履歷特征

本研究首次發現存在一側上頜骨長度長于頭長、而另一側上頜骨長卻短于頭長的“雜頜鱭”個體。之前普遍認為，長頜鱭和短頜鱭是刀鱭的兩種非此即彼的形態類型。只有左右兩側上頜骨長均長于頭長（即雙側確認），才能認定該個體為長頜鱭；反之，只有當確認兩側上頜骨長均短于頭長時，才能認定該個體為短頜鱭。筆者實驗室前期在對長江中下游流域所采集的566尾［2］刀鱭及在鄱陽湖水域所采集的35 576尾［38］刀鱭進行長頜鱭或短頜鱭分型時，從未發現過刀鱭上頜骨有一側長、一側短的情況。另外，迄今的刀鱭研究文獻中也從未報道過這種現象。

丹東鴨綠江“雜頜鱭”個體20DDNB01、02、04、05、06的生境履歷與丹東鴨綠江短頜鱭群體比較相似，屬江海洄游的類型，孵化生長的早期生活史在半咸水生境中，隨后轉入淡水生境繼續生長。20DDNB03個體雖然Sr／Ca值＜3，但面分布圖譜有淡綠色區域，表明其早期孵化生活史可能并不是完全的淡水生境，而是生活在鹽度較低的半咸水區域。目前已知長江中下游流域所發現的刀鱭資源包括江海洄游型和淡水定居型長頜鱭，溯河洄游型、淡水定居型短頜鱭以及陸封型湖鱭5種生態表型［2］。但本研究的結果顯示，刀鱭實際上應該還存在一種溯河洄游型“雜頜鱭”的生態表型。

值得注意的是，“雜頜鱭”長的一側上頜骨長／頭長值范圍為1.02～1.09，而長頜鱭為1.02～1.28；短的一側的上頜骨長／頭長值范圍為0.91～0.97，短頜鱭為0.90～0.98。根據孟德爾遺傳規律，純種長頜鱭和純種短頜鱭雜交有可能產生上頜骨一長一短的雜合體F1［4］；但迄今為止，從未報道過有類似雜交個體的存在。許志強等［39］認為，鱭屬魚類頜骨長度受生活習性、生態環境等因子的影響較大；張冬良等［40］研究認為，長江口破碎帶刀鱭稚魚體長范圍14.3～61.2 mm，體型已基本接近成魚，但上頜骨后緣僅達前鰓蓋骨（不過鰓蓋骨后緣）。本研究中，“雜頜鱭”體長范圍41～63 mm，均不到1齡，丹東鴨綠江“雜頜鱭”可能尚為稚魚階段，其左右上頜骨可能存在發育不同步的情況；另一種可能性則為刀鱭一側上頜骨斷裂，而重新生長后導致上頜骨并沒有過鰓蓋骨后緣。但此類個體在本研究中就多達6尾，不在少數，且規格相似（但與長頜鱭和短頜鱭則均有明顯的差異），這很難用機械損傷的可能性來解釋。總之，本研究首次發現刀鱭左右上頜骨長度存在一長一短的現象，其原因尚不得而知，亟需結合分子遺傳學等手段來深入研究，同時，“雜頜鱭”個體的出現說明刀鱭的上頜骨長度是一個可變的性狀。

4 小結

本研究首次發現存在一側的上頜骨長度長于頭長、而另一側的上頜骨長度卻短于頭長的“雜頜鱭”個體，其孵化起源于河口半咸水，可在淡水中長期生活。本研究還發現，丹東鴨綠江刀鱭同時存在江海洄游型和淡水定居型長頜鱭生態表型，且該水域短頜鱭均為河口半咸水孵化起源的個體。丹東鴨綠江刀鱭有可能是一個與長江刀鱭、黃河刀鱭、日本刀鱭完全不同的地理種群，但這還需要今后結合分子生物學等其他方法來研究確認。