黄艳飞 彭林平 陈丽媛 曾慧琳 刘良国

(1.湖南文理学院生命与环境科学学院,常德 415000;2.水产高校健康生产湖南省协同创新中心,常德 415000;3.环洞庭湖水产健康养殖及加工湖南省重点实验室,常德 415000)

鱼类的繁殖力和卵径是鱼类繁殖策略的重要组成部分,繁殖力决定着后代的数量,卵径决定后代初孵时的体长及其存活率。研究鱼类的繁殖力和卵径是了解种群补充和准确评估种群数量变动的重要基础,也是确定种群受到人类活动影响恢复能力的基础[1,2]。鱼类繁殖力和卵径不仅受到种的遗传特性、外界环境条件和营养因素影响,还与生物学特征比如体长、体重、年龄等存在显著性相关[3—5]。鱼类卵径频率分布图表现为单峰、双峰和多峰,与产卵类型、卵子发育是否同步相关[2,6]。大量的研究发现分布于不同纬度、不同生境类型和同一河流不同江段的同一物种,各个种群的繁殖力和卵径可能存在差异[5,7]。大多数热带和亚热带鱼类都有较长的繁殖期,繁殖期内环境条件经常发生改变,繁殖群体的个体大小不同,繁殖力和卵径也可能有差异,但目前,对繁殖期内繁殖力和卵径的变化了解还非常少[6]。由于分批产卵鱼类整个繁殖期内各批繁殖力可能存在差异,如果只算繁殖期内某个时期的繁殖力,所得的结果跟实际的情况就会出现很大的偏差。因此,研究繁殖期内繁殖力的变化对准确评估种群的繁殖潜能及了解种群繁殖力间的差异具有重要的作用。

1 材料与方法

1.1 样品采集和处理

样品采自沅水下游常德江段(29º1′N,111º36′E),从2017年4月份到2018年4月份逐月采用流刺网(网目为20和40 mm)和拖网(网目为10和20 mm)进行样品采集。野外采到的样品冰冻保存带回实验室,首先测量每条鱼体长(Standard length,SL,0.1 mm)和体重(Body weight,BW,0.1 g),然后解剖,鉴定性别,用目测等级法判定性腺发育分期(包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ期),称性腺的重量(Gonad weight,GW,0.01 g)和去除内脏后的鱼体重量即空壳重(Clean weight,CW,0.1 g),计算性体指数(Gonadosomatic index,GSI),按如下公式计算:GSI=GW/CW×100,即性腺重除以空壳重。

在Ⅳ期和Ⅴ期雌性个体的卵巢中,剪取前、中、后部各0.2—0.5 g重的卵巢样品(Oocytes weight,OW,0.01 g),放入5%的甲醛溶液中固定,用于繁殖力分析。将固定好的样品放置在培养皿中,分离卵巢中的卵粒,放置在体视显微摄像系统(Leica M250)下拍照,利用测量软件对样品进行卵粒(N)计数和卵径测量(0.01 mm)。每条鱼随机测量100个卵粒的卵径。的卵巢里存在各个时相的卵子,预实验显示卵径分布有2个高峰,处于大卵径峰值(＞0.55 mm)的卵子是即将产出的成熟卵子,本实验只统计这些成熟卵子的数量,计算分批繁殖力[18]。

1.2 数据分析

绝对繁殖力(Absolute fecundity,AF)是一个成熟个体成熟卵子的总数,相对繁殖力(Relative fecundity,RF)为体重相对繁殖力,即绝对繁殖力除以空壳重,绝对繁殖力(粒)和相对繁殖力(粒/g)的计算公式如下:

式中,N为取样的卵粒数,GW为性腺重,OW为取样的样品重量。

式中,CW为空壳重。

在比较4—10月的绝对繁殖力和相对繁殖力之前,先用Kolmogorov-Smirnov和Shapiro-Wilk法检验数据的正态性,两者都满足统计所需的正态性,接着进行方差分析的比较。绝对繁殖力与体长、空壳重具有显著的线性关系,利用协方差分析比较4—10月绝对繁殖力的差异,以体长和空壳重作为协因子,月份作为影响因子,当月份间具有显著性差异时,再进行两两比较。相对繁殖力与体长、空壳重没有明显的线性关系,利用单因素方差分析比较4—10月份相对繁殖力的差异,在有显著性差异情况下,继续进行两两比较。

建立绝对繁殖力与体长、体重之间的关系,分别用线性方程(y=a+bx)、幂函数(y=axb)、指数方程式(y=aebx)拟合,应用赤池信息准则(AIC)选取最佳拟合函数,判别系数较高及AIC值较小者为最适合函数,AIC的计算公式如下所示:

式中,n为样本数目,RSS为残差平方和,k为模型参数个数。

每条鱼测量成熟卵子(Ⅳ、Ⅴ期)的卵径,计算成熟卵子卵径的平均值,建立卵径与体长、空壳重的关系,没有显著性关系(P＞0.05)。利用单因素方差分析比较4—10月成熟卵子卵径的差异,比较之前先利用Kolmogorov-Smirnov和Shapiro-Wilk检验正态性,如果有显著性差异就继续进行两两比较。

统计分析和图形建立用SPSS16.0和STATISTICS进行,结果中各变量总数用平均值±标准差(Mean±SD)表述,显著水平为P＜0.05。

2 结果

总共分析81条雌性性成熟个体的繁殖力,体长81.4—190.1 mm,体重8.0—120.0 g(图2)。绝对繁殖力是2245—77764粒,平均值±标准差为(30116±19390)粒,以10000—30000粒为主;体重相对繁殖力范围是100—1551粒/g,平均值±标准差为(650±324)粒/g,以400—800粒/g为主(图3)。

4—10月每个月的绝对繁殖力和相对繁殖力平均值如表1,协方差分析结果表明每个月之间的绝对繁殖力具有显著差异(表2),方差齐性,多重比较显示4和10月的绝对繁殖力显著小于其余所有月份(P＜0.05),6月的绝对繁殖力显著大于其余所有月份(P＜0.05),5、7—9月和4、10月的绝对繁殖力无显著差异(P＞0.05)。4和10月的绝对繁殖力和体长、空壳重无显著关系(P＞0.05),5—9月绝对繁殖力和体长、空壳重具有显著关系(P＜0.05)。拟合体长和绝对繁殖力关系的线性、幂函数和指数方程式的判别系数相等,AIC值分别为1329、1330和1332,三种方程式的拟合结果无显著差异,选择幂函数方程拟合,关系式为:AF=0.009SL3.009(n=70,r2=0.56;图4)。拟合空壳重和绝对繁殖力关系的线性、幂函数和指数方程式的判别系数分别为0.51、0.44和0.52,AIC值分别为1497、1334和1505,幂函数为最佳拟合方程,关系式为:AF=1392CW0.833(n=70,r2=0.52;图4)。

图1 沅水下游4—10月性体指数(GSI)的变化图Fig.1 The gonadosomatic index(GSI)of female Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

图2 沅水下游雌性性成熟个体体长(a,mm)与体重(b,g)的频率分布图Fig.2 The standard length(a,mm)and body weight(b,g)frequency distributions of matured female Hemiculter leucisculus in the lower reaches of the Yuanshui River

图3 沅水下游绝对繁殖力(a)和相对繁殖力(b)的频率分布图Fig.3 The absolute fecundity(a)and relative fecundity(b)frequency distributions of Hemiculter leucisculus in the lower reaches of the Yuanshui River

方差分析结果表明月份之间的相对繁殖力具有显著差异(F(6,74)=7.95,P＜0.05),采用方差不齐性时的两两比较(Dunnett's T3)法,结果显示:相对繁殖力4月显著小于5和6月(P＜0.05),10月显著小于5—8月(P＜0.05),5—9月的相对繁殖力没有显著差异(P＞0.05)。相对繁殖力和体长、相对繁殖力和空壳重没有显著关系(P＞0.05)。

图4 沅水下游绝对繁殖力与体长(a)和绝对繁殖力与空壳重(b)的关系Fig.4 Relationships of absolute fecundity to standard length(a)and clean weight(b)of Hemiculter leucisculus in the lower reaches of the Yuanshui River

成熟卵子卵径的平均值为0.60—0.77 mm,卵径平均值数据满足正态性和方差齐性(P＞0.05),方差分析显示4—10月的卵径具有显著差异[F(6,45)=4.45,P＜0.05],两两比较(Tukey HSD法)结果显示:4月的卵径显著小于5、9和10月(P＜0.05),与6—8月无显著差异(P＞0.05),5—10月的卵径无显著差异(P＞0.05)。

表1 沅水下游4—10月绝对繁殖力、相对繁殖力和成熟卵子卵径的平均值±标准差及月份间的多重比较Tab.1 Monthly comparisons of absolute fecundity,relative fecundity,and oocyte diameter of matured eggs and Mean±SD for Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

表1 沅水下游4—10月绝对繁殖力、相对繁殖力和成熟卵子卵径的平均值±标准差及月份间的多重比较Tab.1 Monthly comparisons of absolute fecundity,relative fecundity,and oocyte diameter of matured eggs and Mean±SD for Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

注:平均值上标的小写字母表示月份之间比较的结果;同一列内平均数不同的上标字母表示差异显著,显著水平P=0.05Note:Letters attached to the means indicated the results from pairwise comparisons;different superscript letters attached to the means in the same column indicate significant difference at P=0.05 level

月份Month 数量N绝对繁殖力(粒)Absolute fecundity相对繁殖力(粒/g)Relative fecundity 卵径Oocyte diameter(mm)平均值Mean标准差SD 平均值Mean 标准差SD 数量N 平均值Mean标准差SD 4 Apr. 7 15763a 6563 267ac 105 7 0.64a 0.04 5 May 18 41238b 14124 677b 247 9 0.71b 0.03 6 Jun. 30 30280c 22799 843b 322 10 0.69ab 0.05 7 Jul. 6 34656b 15761 618ab 218 6 0.69ab 0.04 8 Aug. 11 30576b 19702 585ab 245 10 0.68ab 0.01 9 Sep. 5 17341b 6576 503abc 185 6 0.74b 0.04 10 Oct. 4 11848a 6050 156ac 74 4 0.72b 0.02

表2 沅水下游4—10月绝对繁殖力的协方差分析Tab.2 Analysis of covariance(ANCOVA)of relative fecundity of Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

表2 沅水下游4—10月绝对繁殖力的协方差分析Tab.2 Analysis of covariance(ANCOVA)of relative fecundity of Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

效应Effect 自由度df 均方MS F P月份Month 6 1.643×109 14.07＜0.05体长SL 1 5.007×108 4.29 ＜0.05空壳重CW 1 7.798×108 6.68 ＜0.05误差Error 72 1.168×108总数Total 81

3 讨论

鱼类的卵径频率分布图已广泛应用于确定鱼类产卵类型和了解卵子补充的过程,卵径频率分布图具有一个高峰,表明卵巢内所有卵子都处于同一发育期,同批同时产出;具有双峰或多峰,表明卵巢内存在不同发育阶段的卵子,在同一批不同时间产出或分批产出[1,5,19]。在本研究中,的卵径频率分布图具有双峰,卵径之间连续没有间断,表明卵巢内同时具有各个时相的卵子;两个高峰值代表两个主要时相的卵子,分别在不同批次产出,卵径最大的第一个高峰值卵子最先产出,卵径较小的第二高峰值卵子在下一批次产出[19,20]。除了2个高峰值的卵子,5—10月卵径频率分布图还出现更小的卵子,可能是刚在卵巢里出现的卵子,说明在卵巢里一直有新卵子产生,补充已经排出来的成熟卵子[1,6]。

对于不同地理种群鱼类繁殖力和卵径大小差异的研究已有较多报道[7,21,22],而关于不同繁殖时期繁殖力和卵径大小变化的研究则较少[23]。在繁殖期内可产16次卵,不同繁殖时期产的卵代表着不同批次的繁殖力[8]。本研究分析了在4—10月的分批繁殖力和卵径大小的变化,结果发现4和10月的绝对繁殖力和相对繁殖力均最小,6月的绝对繁殖力最大,其余月份次之,5月和6月的相对繁殖力最高,其余月份次之。卵径频率分布图除了4月有一个高峰值外,其他月份都有两个高峰值,最大高峰为成熟卵子的卵径(0.60—0.80 mm),无显著差异。第二高峰为补充卵子的卵径,在5月和6月最大,然后随着月份逐渐变小,补充卵子的卵径越大,发育到成熟所需的时间越短,距离上一批产卵的时间间隔越短,反之,分批产卵的时间间隔越长[19]。因此,5和6月的繁殖频率最高,繁殖次数最多,此后,繁殖次数逐渐减少。在的繁殖期内繁殖力和繁殖次数的变化趋势为:繁殖高峰期(5月和6月)的个体繁殖力最高,繁殖次数最多;繁殖中期(7—9月)的个体繁殖力次之,繁殖次数减少;繁殖初期(4月)和末期(10月)的繁殖力最小,末期的繁殖次数最少。由此表明,分批产卵鱼类的分批繁殖力和繁殖次数是随着繁殖期而改变的,这个结果提示在比较不同种群繁殖力时,应该比较同一个繁殖时期内的繁殖力,而在估算一个种群的总繁殖力时,应该分别计算不同繁殖分期的总繁殖力,从而提高结果的准确性。

图5 沅水下游4—10月的卵径频率分布图Fig.5 Monthly frequency distribution of oocyte diameter of Hemiculter leucisculus collected from April to October in the lower reaches of the Yuanshui River

鱼类的繁殖力决定着种群出生个体的多少,鱼类卵径与孵化时个体大小以及孵化后的存活率相关[20,24]。在成熟卵子的卵径相似的情况下,繁殖高峰期5月和6月的繁殖个体最多,繁殖力最高,繁殖批次较多,产出来的后代最多;繁殖中期7—9月的繁殖个体较多,繁殖力较高,但持续的繁殖时间较长,产出来的后代较多;繁殖初期和末期,繁殖个体变少,繁殖力最低,繁殖批次少,产出后代数量少。由此推断,对种群补充贡献最多的是5和6月出生的个体,其次是7—9月,最少的是4和10月出生的个体。类似地,龚望宝等[22]发现三峡水库太湖新银鱼(Neosalanx taihuensisChen,1956)有2个群体分别在春天和秋天繁殖,春群的性体指数、繁殖力和卵径都大于秋群,对种群补充贡献也较高。

3.3 不同水系的繁殖力及其与生物学特征的关系

繁殖力和卵径随着栖息地而发生变化已在很多鱼类中被发现[7,21,23]。在不同水域环境下对的繁殖力和卵径的研究已有广泛报道[3,4,8,10—15,25—28],我们对不同水系生境及入侵地伊朗的繁殖力进行比较(表3),发现的绝对繁殖力在纬度高的地区普遍大于纬度低的地区。的绝对繁殖力随着体长和体重的增加而增加,纬度高的地区鱼类成熟晚,个体大,可能就导致了纬度高地区的绝对繁殖力较高。的相对繁殖力跟体长和体重的关系不显著,因此可利用相对繁殖力来比较不同地理种群的个体繁殖力。表3显示在水库和湖泊种群的相对繁殖力大于江河种群的相对繁殖力,本研究中沅水种群的相对繁殖力(650±324)粒/g与湖泊和水库种群的相似,这与采样点具有类似湖泊和水库的缓流水或静水生境相关,沅水下游常德江段往上分别被桃源、凌津滩和五强溪等梯级电站阻隔,往下紧连洞庭湖,河流水体主要为缓流水静水。在沅水、桂林和北江的卵径频率分布图具有两个高峰,在东江和汾河水库的卵径频率分布图表现为单峰和多峰,无论是单峰、双峰或者多峰,成熟卵子的卵径都在0.60—0.80 mm,表明不同水系的成熟卵子具有相似的卵径[3,9,10]。以上比较表明,不同水系的繁殖投入差异主要表现为个体繁殖力的差异。鱼类的个体繁殖力受到摄食和环境条件的影响,摄食条件好,环境条件适宜,鱼类生长快,投入到繁殖的能量多,个体繁殖力高[21,23]。在湖泊和水库的个体繁殖力相对较高,主要跟湖泊和水库中饵料丰富,鱼类营养条件好相关;而一般河流的营养物质较贫乏,饵料较少,鱼类的营养条件较低,繁殖力就较低[29,30]。

表3 不同水系的绝对繁殖力(粒)和相对繁殖力(粒/g)比较Tab.3 Comparison of absolute fecundity(oocytes)and relative fecundity of Hemiculter leucisculus(eggs/g)among rivers and lakes

表3 不同水系的绝对繁殖力(粒)和相对繁殖力(粒/g)比较Tab.3 Comparison of absolute fecundity(oocytes)and relative fecundity of Hemiculter leucisculus(eggs/g)among rivers and lakes

采样点Site 经纬度Latitude,longitude时间Date数量N绝对繁殖力(粒)Absolute fecundity相对繁殖力(粒/g)Relative fecundity 参考文献Reference范围Range平均值Mean 范围Range 平均值Mean达赉湖,中国Dalai Lake,China 49º12′N,119º44′E 6—7—3552—16420 9944 — — [25]辽河二龙山水库,中国Erlongshan Reserve,China 45º43′N,127º25′E 6—7 15 1342—69312 30317 341—934 668 [14]清河水库,中国Qinghe Reserve,China 42º30′N,124º13′E 5—6 32 8235—164850 30860 32—1433 624 [13]鸭绿江水丰水库,中国Shuifeng Reserve,China 40º18′N,124º17′E 6 44 11428—32100 18632 278—601 456 [4]汾河水库,中国Fenhe Reserve,China 38º5′N,111º53′E 5—7 87 3766—72353 20775 347—1572 788 [10]白洋淀,中国Baiyangdian,China 38º50′N,115º58′E 4—5 16 4486—31534 14995 — — [26]Adji-Gol湖,伊朗Adji-Gol Lake,Iran 37º25′N,54º38′E 3—4 18 12040—45085 30266 451—783 654 [27]Alma-Gol湖,伊朗Alma-Gol Lake,Iran 37º24′N,54º40′E 3—4 61 15058—44665 31934 499—823 692 [27]Ala-Gol湖,伊朗Ala-Gol Lake,Iran 37º20′N,54º35′E 3—4 54 14142—48692 31711 462—872 648 [27]Sefid River,伊朗Sefid Rive,Iran 36º59′N,49º34′E 4—8 30 2740—58028 19979 14—1273 607 [28]洛河洛阳江段,中国Luoyang in Luohe,China 34º37′N,112º25′E 4—5 44 1937—39563 8436 110—865 383 [12]嘉陵江南充江段,中国Nanchong in Jialingjiang,China 30º49′N,106º8′E 5—8 15 3780—26928 15699 306—492 378 [15]洱海,中国Erhai,China 25º43′N,100º11′E 6 40 3099—33050 11934 249—826 560 [8]北江韶关,中国Shaoguan in Beijiang,China 24º48′N,113º35′E 4—8 63 3724—85670 20440 106—1226 396 [11]东江枫树坝水库,中国Fengshuba Deserve,China 24º27′N,115º24′E — 33 3277—18045 8069 201—1040 580 [3]

鱼类繁殖力通常与体长、体重具有显著的关系,可用多种数学模型表达,最常见的拟合模型为线性、幂函数和二项式等方程[4,31]。的绝对繁殖力与体长在鸭绿江水系、汾河水库、洱海、北江、嘉陵江呈幂函数关系,在洛河呈二项式关系,在伊朗Sefid River、东江枫树坝水库呈线性关系,本研究发现线性、幂函数是拟合绝对繁殖力和体长关系的最佳方程,幂函数关系式的参数a和b值跟汾河、嘉陵江和北江种群的值相似,不同于鸭绿江种群的值[3,4,8,10,11,15,28]。在本研究中,幂函数也是拟合绝对繁殖力与体重关系的最佳方程,鸭绿江、北江和洱海种群的绝对繁殖力和体重也呈幂函数关系,沅水种群参数a值低于鸭绿江和洱海种群高于北江种群,b值高于鸭绿江种群,小于北江和洱海种群[4,8,11]。跟洛河和汾水水库的种群一样,本研究中的相对繁殖力与体长、体重没有显著关系[10,12]。