養殖曼氏無針烏賊雄性個體繁殖特性的研究

王孟佳 ,徐開達 ,胡桂森 ,朱 凱

(1.浙江海洋大學海洋與漁業研究所，浙江舟山 316021；2.浙江省海洋水產研究所，浙江舟山 316021；3.嵊泗縣海洋與漁業局，浙江嵊泗 202450)

曼氏無針烏賊Sepiella maindroni 俗稱墨魚，隸屬于頭足綱Cephalopoda、烏賊目Sepiida、烏賊科Sepiidae[1]，廣泛分布于西北太平洋至北印度洋沿岸海域，在我國主要分布于浙江和福建近海。曼氏無針烏賊在海洋食物網中起著至關重要的作用，主要捕食小型魚類、幼魚及少數甲殼類，同時是較高營養級別的魚類從浮游植物等初級生產者處獲取營養的橋梁，是海洋中能量傳遞和轉換的重要通道[2]。曼氏無針烏賊作為東海“四大海產”之一，曾擁有豐富的資源量，其中浙江省歷史最高年產量達6×104t[3]。但是自20 世紀70年代末以來，高強度的漁業捕撈活動、產卵場破壞、海洋環境污染等原因導致野生曼氏無針烏賊群體的資源量急劇衰退[4]。近年來，曼氏無針烏賊的人工育苗技術和增養殖技術相繼得到突破，其增殖放流活動在國內陸續開展[5-7]，自然海區的資源量得到了一定的恢復[8]。

繁殖力作為影響種群數量變動的重要因素之一，與其個體大小密切相關，表征其生殖機能的強弱和繁衍后代的能力[9]。研究表明，曼氏無針烏賊性腺發育時間提前且生殖期延長[10]；雌性個體的卵子分批、逐個排出，逐個受精[11]；纏卵腺指數與精莢復合體指數可作為曼氏無針烏賊性成熟的重要指標[12]；其潛在繁殖力與精卵比相較于20 世紀80 年代均明顯降低[12]。然而，這些研究集中于雌性個體，對雄性個體繁殖生物學的研究則較少涉及，尤其是雄性養殖個體較為缺乏。鑒于此，筆者以2021 年10 月采集的養殖曼氏無針烏賊雄性個體為研究對象，研究其有效繁殖力特性及其與個體生長發育的變化規律，以期揭示雄性養殖曼氏無針烏賊的繁殖模式，為進一步完善其漁業繁殖生物學研究提供基礎資料，并為該物種的繁育優化和資源養護提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

曼氏無針烏賊養殖樣本采自浙江省舟山市西軒島養殖場，孵化時間為2021 年8 月，均為F1受精卵在人工繁育條件下培養成熟的個體，初孵幼體開口時投喂鹵蟲無節幼體，14 d 左右投喂海區活糠蝦幼體，20日齡后，開始進行死餌馴食，少量多次投喂死糠蝦，投餌量視攝食情況酌情增減。采集時間為2021 年10月，室內養殖設置條件如下：養殖池底質為水泥地，pH 為7.8～7.9，鹽度為30～31，水溫為26.5～27 ℃。采樣方法為每隔3 d 從養殖池中隨機采樣1 次，每次隨機采集6 尾.樣本并立即放于冰箱(-20 ℃)冷凍保存，樣本采集次數為38 次。樣本總數為228 尾，其中雄性151 尾，雌性77 尾。

1.2 生物學測定

在實驗室常溫解凍后，對曼氏無針烏賊養殖群體進行生物學測定，記錄每尾樣本的胴背長(mantle length，ML)、體質量(body weight，BW)、性別、性腺成熟度、性腺質量，其中雄性個體記錄的性腺組織質量包括精莢復合體質量(spermatophoric complex weight，SC)和精巢質量(gonadosomatic weight，GW)。胴背長的測定精確到1 mm，體質量的測定精確到0.1 g，精莢復合體和精巢質量的測定精確到0.01 g。性腺成熟度依據ARKHIPKIN,et al[13]劃分為Ⅰ-Ⅷ個等級，其中，Ⅰ期、Ⅱ期為未發育期，無精莢形成；Ⅲ期為生理性發育期，精莢開始形成；Ⅳ-Ⅵ期為成熟期，精莢逐漸積累；Ⅶ期為排精期，精莢開始外排；Ⅷ期為繁殖后期。鑒定結果顯示，實驗樣本的性腺成熟等級為Ⅰ-Ⅶ期，未發現Ⅷ期樣本。由于雄性個體精莢囊中自生理性發育期(Ⅲ期)開始可見有早期成型的精莢，選取性腺成熟度為Ⅲ-Ⅶ期的樣本進行精莢計數，其中，生理性發育期(Ⅲ期)樣本6 尾、成熟期(Ⅳ-Ⅵ期)樣本33 尾(其中Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ期分別為6、14、13 ind.)和排精期(Ⅶ期)樣本12 尾，并選取成熟期(Ⅳ-Ⅵ期)雄性個體樣本進行繁殖力分析。測定的性成熟度參數包括精莢囊長度(spermatophoric sac length，ScL)、精莢囊質量(spermatophoric sac weight，ScW)、精莢數、精莢質量(spermatophore weight，SW)和精莢長度(spermatophore length，SL)。精莢數量采用質量法獲得，用AL204 電子天平(精度0.000 1 g、量程0～210 g)稱出全部精莢和30 條精莢的質量，二者比值的30 倍即精莢總數。Ⅲ-Ⅶ期的每尾雄性樣本各取30 條精莢分別測量其長度和質量，用Digimizer Image Analysis 軟件測定精莢長度。其中，精莢囊長度精確到1 mm，精莢長度精確到0.01 mm，精莢囊質量精確到0.001 g，精莢質量精確到0.000 1 g。

1.3 數據分析

用頻率分布法計算曼氏無針烏賊雄性個體的胴背長和體質量組成[14]。胴背長組間距設為10 mm，體質量組間距設為20 g。利用冪函數計算胴背長與體質量的關系：

式中：a、b 為估算參數；BW 為體質量，g；ML 為胴背長，mm。

性腺成熟系數(gonadosomatic index，GSI)、精莢復合體指數(spermatophoric complex index，SCI)的計算公式為：

式中：SC 為精莢復合體質量，g；GW 為性腺質量，g。

烏賊繁殖力的定義為有效繁殖力(effective fecundity，EF)和相對有效繁殖力(relative effective fecundity，REF)。雄性個體的有效繁殖力為精莢囊中的精莢數量(條)，相對有效繁殖力為有效繁殖力與胴背長或體質量的比值[9]。

利用線性函數、冪函數、指數函數分別擬合精莢囊長度與精莢囊質量，精莢長度與精莢質量，有效繁殖力、相對有效繁殖力與胴背長、體質量關系。選擇相關系數(R2)最大作為最優模型[15-16]。利用單因素方差分析法對各成熟度間的精莢復合體指數、精巢成熟系數、精莢長度、精莢質量等的差異性進行檢驗。

2 結果與分析

2.1 各成熟度個體胴背長、體質量的變化

養殖曼氏無針烏賊雄性個體的胴背長隨體質量的增加而增加，二者符合冪函數關系：BW=0.002 4 ML2.332(n=151，R2=0.831，P＜0.05)(圖1)。其中，所有雄性樣本個體的胴背長范圍為32～102 mm，平均值為(70.97±13.48) mm；體質量范圍為5.3～128.7 g，平均值(52.17±21.33) g。且隨著樣本成熟度的增加，胴背長、體質量都呈現出逐漸增加的趨勢，未發育期(Ⅱ期)到生理性發育期(Ⅲ期)的增長尤為明顯，未發育個體與發育個體之間的差異顯著(表1)。另外，本次采集的樣本中，養殖曼氏無針烏賊雄性個體達到性成熟的最小胴背長為44 mm，Logistic 曲線擬合結果顯示，雄性個體的50%性成熟胴背長ML50為47 mm(圖2)。

圖1 養殖曼氏無針烏賊雄性個體胴背長與體質量關系Fig.1 Relationship between mantle length and body weight of the male cultured S.maindroni

圖2 養殖曼氏無針烏賊雄性個體初次性成熟的胴背長Fig.2 Mantle length at first maturity in male cultured S.maindroni

表1 養殖曼氏無針烏賊雄性不同性腺成熟度個體的胴背長和體質量Tab.1 The mantle length and body weight of the male cultured S.maindroni with different gonadal maturity

2.2 精莢囊

養殖曼氏無針烏賊雄性個體Ⅲ-Ⅶ期的精莢囊長度分別為(39.17±3.93) mm、(37.33±6.45) mm、(39.07±7.62) mm、(41.69±5.94) mm、(41.08±5.57) mm；Ⅲ-Ⅶ期的精莢囊質量分別為(0.52±0.15) g、(0.57±0.11) g、(0.72±0.25) g、(1.01±0.30) g、(0.65±0.15) g，精莢囊質量隨著性腺成熟度的增加呈現出先增加后減少的趨勢，在Ⅲ-Ⅵ期逐漸增加，Ⅶ期略有下降。各成熟度個體間的精莢囊長度無顯著性差異(ANOVA：F=0.502，P＞0.05)，精莢囊質量差異性顯著(ANOVA：F=6.613，P＜0.05)。另外，精莢囊質量隨著精莢囊長度的增加逐漸增加，二者符合線性函數方程：ScW=0.026 2 ScL-0.334 2，R2=0.396 (圖3)。精莢囊的長度、質量與胴背長和體質量間的關系不顯著，具體分布見圖4、5。

圖3 養殖曼氏無針烏賊雄性精莢囊長與精莢囊重的關系Fig.3 The relationship between the length and weight of spermatophoric sac of the male cultured S.maindroni

圖4 養殖曼氏無針烏賊雄性精莢囊長與胴背長、體質量的關系Fig.4 The relationship between the length of spermatophoric sac and mantle length and body weight of the male cultured S.maindroni

圖5 養殖曼氏無針烏賊雄性精莢囊重與胴背長、體質量的關系Fig.5 The relationship between the weight of spermatophoric sac and mantle length and body weight of the male cultured S.maindroni

2.3 精莢復合體指數、精巢成熟系數

隨著成熟度的增加，養殖曼氏無針烏賊雄性個體的精莢復合體指數呈現出先增加后減少的趨勢，從生理性發育期至成熟期逐漸增加，排精期略有下降；精巢成熟系數從生理性發育期至排精期呈現出逐漸增加的趨勢(表2)。其中，精莢復合體指數為1.09%～4.00%，平均值為2.10%±0.66%；精巢成熟系數為1.87%～3.64%，平均值為2.79%±0.42%。經Pearson 相關分析，精莢復合體指數與精巢成熟系數顯著相關(P＜0.05)。生理性發育期(Ⅲ期)、成熟期(Ⅳ-Ⅵ期)、排精期(Ⅶ期)的精莢復合體指數間、精巢成熟系數間均存在顯著性差異(精莢復合體指數ANOVA：F=9.196，P＜0.05；精巢成熟系數ANOVA：F=8.053，P＜0.05)。

表2 養殖曼氏無針烏賊雄性的精莢復合體指數和精巢成熟系數Tab.2 Spermatophoric complex index and gonadosomatic index of the male cultured S.maindroni

2.4 繁殖力

養殖曼氏無針烏賊雄性個體的有效繁殖力為125～3 824 條精莢，平均值為(1 216.21±903.08)條精莢，各成熟度個體間的有效繁殖力存在顯著差異(ANOVA：F=12.056，P＜0.01)，Ⅳ-Ⅵ期迅速增長并在Ⅵ期時達到最大(表3)。養殖曼氏無針烏賊雄性個體的胴背長相對有效繁殖力為1.71～56.24 條·mm-1，平均值為(15.51±12.15)條·mm-1，各成熟度個體間的胴背長相對有效繁殖力差異性顯著(χ2=844.445，P＜0.01)(表3)。養殖曼氏無針烏賊雄性個體的有效繁殖力、胴背長相對有效繁殖力隨胴背長、體質量的變化見圖6、7。

圖6 養殖曼氏無針烏賊雄性有效繁殖力與胴背長、體質量的關系Fig.6 The relationship between effective fecundity and mantle length and body weight of the male cultured S.maindroni

圖7 養殖曼氏無針烏賊雄性胴背長相對有效繁殖力與胴背長、體質量的關系Fig.7 The relationship between the relative effective fecundity by ML and mantle length and body weight of the male cultured S.maindroni

表3 養殖曼氏無針烏賊雄性的有效繁殖力和胴背長相對有效繁殖力Tab.3 The effective fecundity and relative effective fecundity by ML of the male cultured S.maindroni

2.5 精莢長度、精莢質量

養殖曼氏無針烏賊雄性個體的精莢長度為1.74～12.87 mm，平均值為(5.37±1.67) mm；精莢質量為0.000 1～0.002 6 g，平均值為(0.000 4±0.000 4) g，總體上，隨著精莢長度的增加，精莢質量逐漸增大(圖8)。各成熟度個體間的精莢長度、精莢質量差異不顯著(精莢長度，ANOVA：F=1.009，P＞0.05；精莢質量，ANOVA：F=3.172，P＞0.05)(表4)，但均在Ⅶ期時達到最大。另外，精莢長度、精莢質量與胴背長、體質量間的相關性也不顯著(精莢長度與胴背長：F=2.331，P＞0.05；精莢長度與體質量：F=3.934，P＞0.05；精莢質量與胴背長：F=2.130，P＞0.05；精莢質量與體質量：F=1.955，P＞0.05)。

圖8 養殖曼氏無針烏賊雄性精莢長度與質量的關系Fig.8 The relationship between length and weight of spermatophore of the male cultured S.maindroni

表4 養殖曼氏無針烏賊雄性不同性腺成熟度個體的精莢長度和精莢質量Tab.4 The length and weight of spermatophore between different maturity stages of the male cultured S.maindroni

3 討論

筆者研究發現，養殖曼氏無針烏賊雄性個體的精巢質量在Ⅳ期時最高，Ⅴ-Ⅵ期逐漸下降。一方面，精巢質量與個體大小呈密切正相關關系，養殖群體所處的環境條件穩定、餌料充足[17]，部分個體性成熟時間提前，如該研究中曼氏無針烏賊雄性個體的初次性成熟胴背長僅47 mm，成熟個體的部分小型化是精巢平均質量下降的原因之一；另一方面，曼氏無針烏賊的性腺是一次性發育成熟，生精小管和精子發育的異步性可以有效保證精巢內成熟精子的大量蓄積(Ⅳ期)，隨后，成熟精子經過輸精管、精囊并以精莢的方式暫時貯藏在精莢囊內，精巢質量隨精子的轉移逐漸下降[17-18]；另外，該研究中精莢囊隨著性腺成熟度的增加而生長，在Ⅵ期時達到最大，此結果與南海鳶烏賊中型群雄性精莢囊的發育趨勢一致[9]，精莢囊的變化趨勢也可印證Ⅴ-Ⅵ期精巢平均質量的下降。同時，雄性個體的精莢復合體指數在Ⅲ-Ⅵ期逐漸增長，Ⅶ期時有所下降。這可能與頭足類精莢的形成過程相關[18]。曼氏無針烏賊精莢的形成是一個持續的過程，生理性發育期到成熟期(Ⅲ-Ⅵ期)是精莢形成并積累的階段，而排精期(Ⅶ期)的曼氏無針烏賊在交配過程中，雄性個體會將精莢經莖化腕或者生殖系統的終端器送至雌性個體的納精囊中[19]，伴隨著精莢的外排，精莢復合體指數下降。此外，曼氏無針烏賊的精巢成熟系數和精莢復合體指數均小于10%，這與槍烏賊科的巴塔哥尼亞槍烏賊Doryteuthis gahi[20]、柔魚科的鳶烏賊Sthenoteuthis oualaniensis[21]等較相似，說明不同種屬頭足類的繁殖發育過程具有一定的相似性。

魚類繁殖力是維護種族延續，對外界環境長期適應的結果，與種群數量變動及其補充過程密切相關[9,22]。頭足類雄性的繁殖力用精莢復合體和精莢囊中所有精莢的數量表示[23]。筆者的研究中，養殖曼氏無針烏賊雄性個體的有效繁殖力隨性腺發育顯著增加，其有效繁殖力的平均值為(1 216.21±903.08)條精莢，遠大于雌性養殖群體(194.4±103.53)粒[24]，精卵比約為6.25：1[12,25]。這可能與曼氏無針烏賊的繁殖策略有關。有研究表明，曼氏無針烏賊雌雄交配并不總是遵循“一對一”原則，重復交配和多雄交配現象經常發生，且烏賊卵子分批、逐個產出、逐個受精，當卵子經過受精部位時，有大量精團附著并不斷釋放精子保證卵子得以受精[11,17]，這都要求精莢數大于甚至遠大于卵子數。同時，不同環境條件下頭足類的繁殖力存在差異。筆者的研究中，已達性成熟的雄性養殖曼氏無針烏賊(Ⅵ期)的平均繁殖力為1 767 條精莢，遠小于2021 年舟山市沿岸海域定制張網捕撈的雄性曼氏無針烏賊成熟個體的平均繁殖力2 769 條精莢[12]，這可能與環境因子相關。BARBERD,et al[26]發現養殖過程中水溫和餌料等會干擾生殖細胞的正常生長，使養殖的曼氏無針烏賊的繁育周期發生變化；TAYLOR,et al[27]發現光照周期可通過影響水產動物體內的激素水平進而影響其生長發育和繁育節律。環境因素的變化使烏賊的繁殖力出現適應性改變。

筆者的研究中養殖曼氏無針烏賊雄性個體的有效繁殖力在Ⅵ期時達到最大，為3 824 條精莢。其最大有效繁殖力遠高于同一科(烏賊科)下其他屬種，如耳烏賊屬大西洋耳烏賊Sepiola atlantica 的最大有效繁殖力為1 243 條精莢[28]，烏賊屬虎斑烏賊Sepia pharaonis 的最大有效繁殖力為580 條精莢[29]。這可能與這些屬種的體型大小和生存環境相關。首先，在頭足類雄性繁殖力的研究中發現，有效繁殖力的大小取決于成年雄性的體型，曼氏無針烏賊雄性個體的胴背長可達200 mm[30]，大西洋耳烏賊雄性個體的胴背長可達210 mm[28]，虎斑烏賊雄性個體的胴背長可達250 mm[29]，體型較小者攜帶的精莢數量更多；其次，頭足類的繁殖力可能與其生存環境相關，在進入海洋中上層水域的過程中(虎斑烏賊[29]：1～110 m；大西洋耳烏賊[30]：1～50 m；曼氏無針烏賊[31]：10 m 左右)，環境可預測性的降低會導致死亡率增加，為維持后代的綿延，從而呈現出繁殖力的差異。筆者的研究還顯示，雄性曼氏無針烏賊的精莢長度、質量與性腺成熟度、胴背長、體質量間的關系不顯著。但總體上，精莢長度和質量隨著性腺發育逐漸增長，并在排精期(Ⅶ期)達到最大。其中，精莢長度平均為胴背長的2.46%～10.59%，此結果與菱鰭烏賊科的菱鰭烏賊Thysanoteuthis rhombus[29]和柔魚科的鳶烏賊[9]等的不一致。表明不同種屬頭足類配子的大小發育具有差異性。

綜上所述，養殖曼氏無針烏賊雄性個體性腺的發育趨勢、精莢復合體指數的變化趨勢分別與精子的轉移、精莢的裝配密切相關；不同生存環境會導致個體繁殖力的差異；不同種頭足類配子的發育也具有差異性。