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鱼卵、仔稚鱼形态生态学基础研究

卞晓东

   本文主要从探索鱼卵种类鉴别方法,鱼类早期发育生物学特征及其环境影响因子,鱼卵、仔稚鱼海域生态调查三方面,开展了鱼卵、仔稚鱼生物生态学研究。论文绪论部分综述了鱼卵种类鉴别方法、鱼类早期发育特征及其环境影响因子、鱼卵、仔稚鱼生态调查等诸方面研究进展。论文第一部分:鱼卵种类鉴别方法探索研究。主要研究了四种鲆鲽类鱼卵受精前后形态特征变化,并归纳了可用于鱼卵种类鉴别和系统发生研究的主要形态特征;同时以自然海区采集的沙氏下鱵鱼Hyporhamphus sajori卵为研究对象,探索了运用光学显微镜、扫描电镜和遗传学手段来准确鉴别鱼卵种类的方法。论文第二部分:鱼类早期发育生物学和实验生态学研究。主要研究了北太平洋亚寒带海域关键种大头鳕Jadus macrocephalus胚胎和卵黄囊仔鱼发育的生物学特征和主要环境因子对其发育的影响;在此基础上初步探讨了造成大头鳕胚胎死亡原因,以及胚胎发育过程中鱼卵密度及其粘性的动态变化、鱼卵异率孵化的生态学意义;同时,探讨了大头鳕胚胎及卵黄囊仔鱼发育生物学特性及其在鳕属鱼类系统发生研究中的应用。论文第三部分:鱼卵、仔稚鱼生态调查研究。采用鱼卵、仔稚鱼生态调查方法,调查了2007年春、夏季黄河口海区鱼类浮游生物的种类组成和数量分布,并初步分析了环境因子对其种类组成及数量分布的影响。主要研究结果如下: 一、鱼卵种类鉴别方法研究 1、四种鲆鲽类未受精卵与受精卵的形态学比较研究 借助光学显微镜和扫描电镜观察方法,观察并测量了四种具有较高经济价值分批产卵型鲆鲽鱼类,星突江鲽Platichthys stellatus、圆斑星鲽Verasper variegates、大菱鲆Scophthalmus maximus及褐牙鲆Paralichthys olivaceus未受精与受精卵的形状及卵膜结构。首先,比较了同种受精前后处在不同发育期鱼卵的形态特征,以期揭示受精前后鱼卵卵膜及受精孔区变化;其次用方差分析(ANOVA)及欧氏聚类(Hierarchical cluster)方法分析了四种鲆鲽类未受精成熟卵卵膜及受精孔区的结构,以期为四种鲆鲽类鱼卵的形态分类及系统发生研究积累基础资料。研究结果显示:同种鱼卵在受精前后卵膜及受精孔区分别呈现不同形态特征。4种鱼卵受精后卵膜变得平整,且为防止多精授精,均具有受精后受精孔阻塞现象。星突江鲽、褐牙鲆、大菱鲆鱼卵均具无凹陷长孔道Ⅲ型受精孔,而与星突江鲽属于同一亚科的圆斑星鲽鱼卵具有浅凹陷长孔道的Ⅱ型受精孔。鱼卵卵膜的亚显微结构如壁孔大小及密度,卵径大小等特征均能为鱼卵分类鉴定和系统发生研究提供有用的数据资料,但受精孔区的结构是最主要的形态分类特征。 2、沙氏下鱵鱼卵的形态学及遗传学鉴别研究 利用光学显微镜、扫描电镜和遗传学方法开展了采自南黄海海区(33°49 N,122°10 E)附着在海藻上的鱼卵种类的综合鉴别研究。在光学显微镜下:卵呈微扁圆形,卵径1.95-2.38mm粘着沉性;卵黄间隙较窄,卵黄囊呈乳白色,无龟裂;卵膜平滑,在其表面有5-7根细长角质管状卵膜丝;多油球数不定(4-145),油球径0.05-0.50mm球在卵黄囊中的位置随不同的发育时期而不断发生变化;胚体处在不同的发育阶段,其特征符合颌针鱼目鱼卵的特征。在扫描电镜(SEM)下观察:鱼卵受精孔明显,位于动物极的卵膜丝之间,外缘孔径12.3μm卵膜壁孔不明显,在卵膜表面有大量颗粒状突起,密度约为50个/100μm2。遗传学分析结果显示:鱼卵与沙氏下鱵鱼mtDNA Cyt b基因片段序列之间无差异,遗传距离为0,而与其它颌针鱼目鱼类序列间差异达18.72-21.3%,遗传距离在21.9-26.4%之间。NJ分子系统树的聚类结果也显示鱼卵与沙氏下鱵鱼序列聚为一支,他们共享一个单倍型,而与其它颌针鱼目鱼类序列分为两大支,其亲缘关系较远。进化速率较快的控制区片段序列的分析结果也显示鱼卵与沙氏下鱵鱼片段序列间遗传距离仅为0-0.7%,两者差异应为种内水平的遗传分化。以上分析结果表明该鱼卵为沙氏下鱵鱼卵。 二、鱼类早期发育生物学和实验生态学研究 1、大头鳕胚胎发育的生物学研究 实验室内利用显微镜和显微数码摄像系统,通过电脑活体观察测量拍摄大头鳕受精卵胚胎发育和初孵仔鱼的形态特征,详细描述记录其发育过程和时间,并利用斯托科斯定律(Stokes law)对大头鳕卵子以发育天数为单位进行活体密度测定。此外,利用扫描电镜观察了大头鳕7个胚胎发育期受精孔及卵膜的形态结构。大头鳕产沉性带微弱粘性卵子,无油球,未受精卵径0.95-1.08mm,密度为1.0422±0.001 g/cm3,卵膜表面具有弱的网状纹理。水温6.30±1.24℃、盐度34 psu受精后约2 hpf (hours post fertilization)胚盘形成,23 hpf进入囊胚期,38 hpf后进入胞胚期且卵子间粘性消失,52 hpf后进入原肠胚,196 hpf左右进入胚体器官分化期,228 hpf左右尾部游离,252 hpf后心跳开始,胚体搐动,296 hpf开始孵化,330.56 hpf时50%孵化。受精后大头鳕卵子的卵径与密度处于动态变化之中,卵径随胚胎发育呈逐渐上升趋势,密度则呈逐渐降低趋势;50%孵化时卵径为1.09±0.02mm度变为1.0395±0.001 g/cm3。孵化后20d,仔鱼卵黄吸收完毕。亚显微观察显示,大头鳕具有深凹陷,短孔道的Ⅰ型受精孔;未受精时精孔管开放,精孔管径3.28±0.55μm,受精孔前庭外缘径18.13±2.03μm、内缘径10.22±3.07μm,卵膜具有六角形网纹且褶皱明显,卵膜壁孔间距为1.95±0.29 gm。受精后,卵子精孔管被卵周液分泌物阻塞,卵膜褶皱逐渐消失但整个卵膜逐渐变得粗糙;在胚胎发育过程中,受精孔的大小、形状及卵膜壁孔间距也处于动态变化之中;2细胞期受精孔前庭径和卵膜壁孔间距最大,杆状细菌在原口关闭期及胚体包卵5/8期布满受精孔前庭及卵膜,胚体包卵5/8期时整个受精孔已经完全塌陷。大头鳕卵子粘性、卵径和密度的动态变化也与整个胚胎发育过程相关联,该特性对提高卵子受精率及卵子在海底正常发育及散布具有重要生态学意义;此外,在整个胚胎发育过程中卵子受精孔与卵膜结构也处于动态变化之中,这对防止大头鳕胚胎在较长发育期内免遭其他微生物及病菌侵袭具有重要的生物生态学意义。 2、温度对大头鳕早期发育影响的研究 实验室内研究了不同温度对日本陆奥湾海域大头鳕受精卵发育速率、日死亡率、孵化率及初孵仔鱼形态特征的影响。人工受精方法获取受精卵,在水温0℃、1℃、2℃、4℃、6℃、8℃、10℃、12℃,正常海水盐度34 psu,光周期11L:13D的条件下进行孵化。据不同孵化温度下受精卵各发育期的中点时间,利用最小2乘法非线性多项式回归拟合曲线,研究孵化温度对胚胎发育速率和各发育阶段持续时间的影响。在各检测温度中,除0℃无受精卵孵化外,其余各温度下受精卵均能正常发育至孵化,且温度4-8℃时正常发育至孵化的比率最高。大头鳕受精卵死亡率最高的关键期从原肠初期一直持续到原孔关闭期。受精卵发育速率与孵化温度呈正相关,其达到特定发育阶段所需时间与温度呈负相关。受精卵孵化期、50%孵化时间和孵化终点时间与孵化温度呈指数函数关系。1℃水温条件下,50%孵化所需时间为817.87h,12℃仅需217.9 h。初孵仔鱼平均体长和卵黄贮存量与孵化温度呈二次曲线相关。即使在相同孵化条件下,大头鳕受精卵异率孵化现象明显,各孵化温度下早期孵化仔鱼体长较短但残留卵黄囊较多,而后期孵化仔鱼体长较长但残存卵黄囊较少。综上,在自然水域中大头鳕受精卵发育对温度较敏感;适温范围内受精卵发育速率、存活率、孵化率及初孵仔鱼形态特征受温度变化影响显著。由此,海水温度的时空异质性明显影响自然水域大头鳕沉性卵的发育及其仔鱼散布的潜能,受精卵的异率孵化被认为是其应对这种风险的一种进化策略。 3、温、盐度对大头鳕胚胎和卵黄囊仔鱼发育影响的研究 实验室内研究了不同温、盐度对大头鳕受精卵及卵黄囊仔鱼发育的影响。1)受精卵发育期。人工采集实验室内暂养成鱼精卵并授精获取受精卵。受精卵分别置于9个温度梯度、5个盐度梯度组合的135(9×5×3)个有机塑料培养皿中进行孵化。孵化光照条件为11L:13D。分别检测大头鳕受精卵的孵化时间,孵化率及初孵仔鱼形态特征。2)初孵仔鱼培育实验。为研究大头鳕受精卵孵化后初孵仔鱼由海底相对稳定环境上浮至环境温度多变的表层或散布至不同水团后的存活状态,在一个9×5×3温盐度全因子实验中(温盐度同受精卵孵化实验)分别研究了孵化水温6℃、盐度34 psu条件下初孵仔鱼自孵化后在饥饿状态中持续至死亡的时间变化。研究结果显示,大头鳕受精卵在温度4℃和6℃下,各盐度的孵化率均较高(53.67-73.66%);温度14℃已经超出了大头鳕受精卵的耐温极限;在接近大头鳕受精卵耐温极限时,各温度的孵化率受盐度影响显著。尽管0℃时在盐度30和34psu下没有受精卵正常孵化,但较低盐度的15-25 psu处理组仍有受精卵正常孵化;较高孵化水温下低盐处理组受精卵孵化率显著降低。上述现象体现了低温低盐对受精卵孵化率的增效作用,同时也体现了高温低盐的限制性作用。温度对大头鳕受精卵发育速率影响较显著,但不同水温条件下盐度对受精卵发育时间影响不显著。在各孵化盐度下各温度处理组大头鳕初孵仔鱼的标准体长与孵化水温成凸型二次曲线相关;但在各监测温度条件下不同盐度对初孵仔鱼形态特征影响不显著。同时发现,初孵仔鱼耐温、盐范围远超过受精卵,多数初孵仔鱼在各监测的温、盐度范围内都能存活直至卵黄耗尽因饥饿而死亡。各盐度下饥条件下饥饿未投喂仔鱼50%存活时间随着温度的升高显著降低,其相关性可用有效指数函数公式来描述。陆奥湾大头鳕卵子与仔鱼多分布在水温4℃和6℃的自然水域,室内试验证实,该水温范围内受精卵孵化率最高、耐盐范围最广,初孵仔鱼的标准体长最大,且饥饿仔鱼50%的存活时间适中,适合大头鳕卵子孵化和仔鱼发育。 三、鱼卵、仔稚鱼生态调查研究 1、2007年春、夏季黄河口海域鱼卵、仔稚鱼种类组成与数量分布 2007年春季和夏季,利用浅水Ⅰ型浮游生物水平和垂直拖网对黄河口海域鱼卵、仔稚鱼种类组成与数量分布进行了调查。春季和夏季分别设置19个(6个断面)相同的调查站位。每站表层水平拖网10 min,拖网速度为2.0 n mile/h;垂直拖网由底到表,拖网速度约0.5 m/s。调查结果表明:春季和夏季共采集鱼卵7661粒、仔稚鱼70尾,共18种,能鉴定到种的有17种,隶属于5目12科16属,其中1种虾虎鱼类的稚鱼仅能鉴别到科的水平。优势种为斑鰶(Konosirus punctatus)、油魣(Sphyraena pinguis)、短吻红舌鳎(Cynoglossus joyneri)。春季的水平和垂直拖网分别采集6932粒鱼卵、6尾仔稚鱼和11粒鱼卵、0尾仔稚鱼。鱼卵、仔稚鱼的出现频率分别为84.21%、10.53%和26.32%、0%,平均密度分别为364.84粒/网、0.32尾/网和0.59粒/m3、0尾/m3;夏季的水平和垂直拖网分别采集658粒鱼卵、57尾仔稚鱼和60粒鱼卵、7尾仔稚鱼,鱼卵、仔稚鱼的出现频率分别为84.21%、63.16%和31.58%、15.79%,平均密度分别为34.63粒/网、3尾/网和1.85粒/m3、0.22尾/m3。分析结果表明:黄河口海域鱼卵、仔稚鱼种类季节更替明显分成春夏季—夏季两种生态类型,种类更替率高达83.33%;河口南部海域鱼卵和仔稚鱼的群落结构相对较稳定,优势种突出,优势度较大,物种多样性水平与种间分布均匀度高于北部海域。上述规律符合该海域的水文地理学特性和硬骨鱼类的繁殖生物学规律。此外本研究分别对春季和夏季鱼卵、仔稚鱼的数量分布以及斑鰶、油魣、短吻红舌鳎等优势种类鱼卵的数量分布绘制了密度等值分布图。与1982-1983、1984-1985、1992-1993年同期调查结果比较发现,2007年春季和夏季黄河口海域鱼卵、仔稚鱼的种类组成与数量分布发生了显著变化,分析认为,在渔业捕捞压力和环境条件变化的双重扰动下,黄河口生态系统中鱼类资源的种群交替和群落结构发生了很大变化,从而导致资源补充群体也随之改变。……   
[关键词]:鱼卵;仔稚鱼;形态学;受精孔;卯膜;线粒体DNA序列;大头鳕;温度;盐度;死亡;异率孵化;黄河口
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国海洋大学2010年