黃開(kāi)，韋貝貝，朱國(guó)平、3、4*

(1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306； 2.上海海洋大學(xué) 極地研究中心，上海 201306； 3.大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室極地海洋生態(tài)系統(tǒng)研究室，上海 201306；4.國(guó)家遠(yuǎn)洋漁業(yè)工程技術(shù)研究中心，上海 210306)

狹鱈Gaduschalcogrammus(Pallas, 1814)，曾被稱為T(mén)heragrachalcogrammus，隸屬于硬骨魚(yú)綱鱈形目鱈科，是目前世界上最為重要、最有商業(yè)價(jià)值的魚(yú)類(lèi)資源之一[1]，狹鱈廣泛分布于北太平洋，白令海水域其資源密度最為集中[2]，棲息水層為50～360 m[3]。狹鱈占據(jù)著北太平洋海洋食物鏈的中心位置，其主要捕食對(duì)象為橈足類(lèi)[4]，同時(shí)狹鱈也是許多大型魚(yú)類(lèi)、海鳥(niǎo)及海洋哺乳動(dòng)物的重要捕食對(duì)象，是該海區(qū)生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量分配的關(guān)鍵物種。

魚(yú)體的能量密度是衡量魚(yú)類(lèi)身體能量?jī)?chǔ)備水平的重要生物學(xué)指標(biāo)，反映了魚(yú)類(lèi)不同生活史階段中的生理狀態(tài)及營(yíng)養(yǎng)水平[5]。通常魚(yú)類(lèi)的能量密度會(huì)隨著性腺發(fā)育程度表現(xiàn)出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)特征，因此，針對(duì)性腺組織能量密度變化的研究，有助于更好地了解該魚(yú)種的生殖投入方式及繁殖產(chǎn)卵策略[4]。目前，針對(duì)狹鱈的生長(zhǎng)[4]、年齡[6-7]及資源量[8]等已有較多報(bào)道，但關(guān)于該魚(yú)種的繁殖及能量密度方面則鮮有研究。國(guó)內(nèi)關(guān)于狹鱈的研究較少，且多集中在20世紀(jì)90年代以前。本研究中，分析了西白令海狹鱈性腺組織的能量密度，探究了狹鱈性腺組織的能量密度變化與環(huán)境因子間的關(guān)系，旨在了解狹鱈隨個(gè)體生長(zhǎng)性腺組織的能量密度變化規(guī)律及主要影響因素，為進(jìn)一步了解該魚(yú)種在北太平洋生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞過(guò)程中發(fā)揮的作用及產(chǎn)卵機(jī)制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

狹鱈樣本由大型拖網(wǎng)船“開(kāi)利”輪采集于西白令海，采樣時(shí)間分別為2017年6—9月和2018年8—10月。調(diào)查海域及站位見(jiàn)圖1，共收集94尾狹鱈樣本，其中2017年50尾，2018年44尾。所有海上采集的樣本均置于-20 ℃下冷凍保存。

圖1 調(diào)查區(qū)域與采樣站位Fig.1 Surveryed area showing the sampling locations

1.2 方法

1.2.1 樣品的采集與處理 樣品在實(shí)驗(yàn)室解凍后，首先進(jìn)行生物學(xué)測(cè)定，測(cè)定內(nèi)容包括體長(zhǎng)(L)、體質(zhì)量(W)和性腺成熟度等，其中，體長(zhǎng)測(cè)量使用精度為1 mm 的鋼尺，體質(zhì)量測(cè)定使用精度為1 g的電子秤。測(cè)定并記錄生物學(xué)指標(biāo)后，取樣本性腺保存于有標(biāo)記號(hào)的塑料管中，用于后續(xù)能量密度的測(cè)定。以Zhukova[9]的性腺成熟度劃分標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合狹鱈生殖系統(tǒng)發(fā)育情況，對(duì)樣本進(jìn)行性成熟度等級(jí)鑒別。

采集狹鱈性腺組織樣本約2 g，置于冷凍干燥機(jī)(Christ Alpha 1-4/L Dplus)于-80 ℃下冷凍干燥；組織樣本干燥后，置于研磨機(jī)(Retsch MM 400)中研磨粉碎；然后在Parr 6100型氧彈熱量?jī)x(Parr Instrument Company, Moline, IL,USA)中測(cè)定組織能量密度(energy density, ED)(kJ/g)。

1.2.2 性腺組織能量密度與各因素的相關(guān)性分析利用冪函數(shù)擬合狹鱈個(gè)體的體質(zhì)量與體長(zhǎng)關(guān)系，并利用單因子方差分析法進(jìn)行檢驗(yàn)。利用Shaipro-Wilk檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)性。如數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，利用t檢驗(yàn)分析性腺組織能量密度的體長(zhǎng)差異性；如數(shù)據(jù)呈非正態(tài)性，則利用非參數(shù)Kruskal-Wallis檢驗(yàn)。利用Pearson相關(guān)分析對(duì)能量密度的動(dòng)態(tài)變化與各影響因子的相關(guān)性進(jìn)行分析。

廣義加性模型(Generalized additive model，GAM)為廣義線性模型的非參數(shù)化擴(kuò)展，適用于處理響應(yīng)變量與多個(gè)解釋變量間的非線性或非單調(diào)關(guān)系[10]。本研究中，以狹鱈性腺組織的能量密度作為響應(yīng)變量，以體長(zhǎng)、經(jīng)度、緯度和性成熟度作為解釋變量，建立GAM模型，分析西白令海的狹鱈性腺組織的能量密度與各影響因子間的關(guān)系。GAM模型表達(dá)式為

ln(ED)=s(Lati)+s(Long)+s(SM)+s(L)+ε。

其中：ED為能量密度；s為自然立方樣條平滑；Lati為緯度；Long為經(jīng)度；SM為性成熟度；L為體長(zhǎng)；ε為殘差。利用赤池信息準(zhǔn)則(Akaike information criterion，AIC)檢驗(yàn)逐步加入因子后模型的擬合程度，其值越小表明模型的擬合效果越佳[11]。利用F檢驗(yàn)評(píng)估各因子的顯著性。GAM模型的運(yùn)算通過(guò)R 3.5.2程序?qū)崿F(xiàn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 19.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 體長(zhǎng)與體質(zhì)量

經(jīng)檢驗(yàn)，2017年和2018年狹鱈的體長(zhǎng)均符合正態(tài)分布，且兩年樣本的體長(zhǎng)間存在顯著性差異(t=10.626，P<0.05)，故將兩個(gè)年份的狹鱈樣本分開(kāi)進(jìn)行分析。2017、2018年的體長(zhǎng)范圍分別為23.8～39.6、30.5～51.7 cm，平均體長(zhǎng)分別為(30.58±2.84)、(39.97±5.14)cm，體質(zhì)量范圍分別為141.5～668.3 g、278.1～1215.3 g，平均體質(zhì)量分別為(319.17±93.47)、(660.45±244.51)g。2017、2018年狹鱈體長(zhǎng)與體質(zhì)量的關(guān)系如圖2所示，關(guān)系方程分別為

圖2 2017年和2018年夏季狹鱈體長(zhǎng)與體質(zhì)量的關(guān)系Fig.2 Relationship between body length and body weight of Alaska pollock Gadus chalcogrammus during summer in 2017 and 2018

W2017=1.357×10-2L2.9354，R2=0.8463，

n=50，P<0.001；

W2018=3.257×10-2L2.6794，R2=0.8899，

n=44，P<0.001。

2.2 性腺組織能量密度與各因素的相關(guān)性

經(jīng)檢驗(yàn)，2017年和2018年狹鱈的性腺組織能量密度均符合正態(tài)分布，且兩年樣本性腺組織的能量密度間存在顯著性差異(t=3.481，P<0.05)，故將兩年的能量密度分開(kāi)分析。2017年和2018年夏季西白令海狹鱈的性腺組織能量密度實(shí)測(cè)值分別為20.00～26.38 kJ/g(平均為22.28 kJ/g±1.37 kJ/g)和22.09～26.69 kJ/g(平均為24.27 kJ/g±1.09 kJ/g)。隨著個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育，性腺組織不斷積累能量，并均在性腺成熟度Ⅳ期達(dá)到最大值(表1)。

表1 2017年和2018年夏季狹鱈性腺成熟度與性腺組織能量密度的關(guān)系

對(duì)2017年和2018年狹鱈性腺組織的能量密度與各因子進(jìn)行相關(guān)分析(表2)，結(jié)果表明，能量密度僅與性成熟度呈顯著或極顯著性相關(guān)(P<0.05或P<0.01)，與其他因子均無(wú)顯著性相關(guān)(P>0.05)。

表2 能量密度與各因素的相關(guān)系數(shù)

2.3 影響能量密度的因素

GAM模型分析結(jié)果(表3)顯示：該模型對(duì)2017年和2018年西白令海狹鱈的性腺組織能量密度的總解釋率為25.2%和8.82%；貢獻(xiàn)最大的因子均為性成熟度，其貢獻(xiàn)率分別為15.28%(2017年)和4.93%(2018年)，而其他因子對(duì)模型的貢獻(xiàn)較小。

經(jīng)檢驗(yàn)表明，緯度和性成熟度對(duì)2017年狹鱈樣本的性腺組織能量密度有顯著影響(P<0.05)，而2018年樣本的性腺組織能量密度與各因子間均無(wú)顯著性關(guān)系(P>0.05)(表3)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，隨著影響因子的逐步加入，GAM模型的AIC值隨之變小，表明模型的擬合程度也有所提高，因此，模型保留了所有影響因子。

表3 GAM模型統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.3 Statistical results of GAM

從圖3可見(jiàn)：2017年，隨著經(jīng)度和緯度的增加，二者對(duì)狹鱈性腺組織能量密度的影響逐漸減??；而2018年，隨著經(jīng)度的增加，其對(duì)性腺組織能量密度的影響逐漸增大，相反，隨著緯度的增加，其對(duì)性腺組織能量密度的影響逐漸減?。?017年，體長(zhǎng)為24～40 cm的狹鱈個(gè)體隨著體長(zhǎng)的增加，其對(duì)性腺組織能量密度的影響逐漸減小，而2018年，體長(zhǎng)為30～50 cm的狹鱈個(gè)體隨著體長(zhǎng)的增加，其對(duì)性腺組織能量密度的影響略有增大，但基本平穩(wěn)；性成熟度對(duì)能量密度的影響是所有因子中影響最為顯著的因子，2018年的狹鱈樣本中，能量密度在產(chǎn)卵前(Ⅳ期前)基本保持穩(wěn)定，但總體來(lái)說(shuō)，兩個(gè)年份的狹鱈個(gè)體隨著性成熟度增大，其對(duì)能量密度的影響也逐漸增大。

圖3 2017和2018年夏季各因素對(duì)狹鱈組織能量密度的影響Fig.3 Effects of various factors on energy density in gonad of Alaska pollock Gadus chalcogrammus during summer in 2017 and 2018

3 討論

3.1 個(gè)體生物學(xué)特性

體長(zhǎng)和體質(zhì)量的關(guān)系一般可用于了解魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)的季節(jié)性變化，評(píng)估魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)環(huán)境的優(yōu)劣和魚(yú)類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)狀況，比較不同種或種群間生活史和體型特征的差異[12]。通常情況下，狹鱈在第一年可生長(zhǎng)到15 cm，在兩年后生長(zhǎng)至32 cm，但季節(jié)性差異對(duì)體長(zhǎng)也有一定影響[11]。本研究中樣本采集時(shí)間均為6—10月，2017年和2018年樣本體長(zhǎng)范圍分別為23.8～39.6 cm和30.5～51.7 cm。而西白令海狹鱈產(chǎn)卵期為4—6月，雌性和雄性分別在體長(zhǎng)為34.8 cm和32.2 cm時(shí)達(dá)到性成熟[13]。因此，可以推測(cè)本研究中2017年所采集的狹鱈樣本多處于未成熟狀態(tài)，而2018年所采集的狹鱈樣本多為產(chǎn)卵過(guò)后的個(gè)體。

通常不同海區(qū)相同體長(zhǎng)的狹鱈間體質(zhì)量存在著差異[14]，而體長(zhǎng)-體質(zhì)量?jī)绾瘮?shù)關(guān)系式的b值，可以作為表征魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)率、身體形態(tài)發(fā)育等差異性的指標(biāo)之一[15]，并用于評(píng)估狹鱈的身體狀況。據(jù)Hinckley[2]的研究，白令海狹鱈往往表現(xiàn)為異速生長(zhǎng)，此時(shí)b值可以解釋為兩種情況(表4)：(1)b<3的為負(fù)異速生長(zhǎng)，即體長(zhǎng)生長(zhǎng)比體質(zhì)量增長(zhǎng)快，如東南陸架、阿留申海盆的群體；(2)b>3的為正異速生長(zhǎng)，即體質(zhì)量增長(zhǎng)比體長(zhǎng)生長(zhǎng)快，如西北陸坡、東南陸坡的群體[15]。本研究中，西白令海狹鱈個(gè)體表現(xiàn)為負(fù)異速生長(zhǎng)(b=2.68)，這表明經(jīng)歷產(chǎn)卵期后的狹鱈身體狀況受到一定影響，而這可能是狹鱈產(chǎn)卵時(shí)停止攝食所導(dǎo)致的[16]。

表4 白令海各海區(qū)狹鱈的體長(zhǎng)-體質(zhì)量關(guān)系

3.2 組織能量密度

組織能量密度是衡量能量?jī)?chǔ)備的重要指標(biāo)之一，是生物同化和異化作用的共同結(jié)果[17]。本研究顯示，大個(gè)體狹鱈的性腺組織能量密度值顯著高于小個(gè)體(P<0.05)。在個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育成熟的過(guò)程中，性腺組織的能量密度值隨著性腺發(fā)育成熟均呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但成熟度等級(jí)間均無(wú)顯著性差異(P>0.05)。其中產(chǎn)卵前后能量密度發(fā)生較大變化的原因可能與性腺成熟度為Ⅱ期和Ⅴ期的樣本較少有關(guān)，也可能與狹鱈性腺組織發(fā)育相對(duì)滯后有關(guān)[18]，因?yàn)楠M鱈通常直到發(fā)育至產(chǎn)卵期時(shí)性腺組織才開(kāi)始迅速積累能量用于產(chǎn)卵。這也說(shuō)明產(chǎn)卵時(shí)的狹鱈性腺組織能量密度達(dá)到最大值可能因發(fā)育成熟個(gè)體的生長(zhǎng)、繁殖和儲(chǔ)存能量的分配方式發(fā)生變化所致，產(chǎn)卵期個(gè)體的能量由大部分用于魚(yú)體生長(zhǎng)發(fā)育轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗟卮鎯?chǔ)能量與脂質(zhì)以用于繁殖。

Smith等[19]研究表明，狹鱈成熟個(gè)體產(chǎn)卵時(shí)基本會(huì)停止攝食，這期間的能量損失約占魚(yú)體總能量的46%，而性腺組織的能量消耗在其中占據(jù)了較大一部分，其卵巢和精巢本身?yè)p失相當(dāng)于初始能量的98%和94%。相比之下，大西洋鱈Gadusmorhua產(chǎn)卵所消耗的能量約占魚(yú)體總能量的30%[20]。這一差異可能來(lái)源于狹鱈在中上層聚集產(chǎn)卵，這與鱈類(lèi)的底棲產(chǎn)卵方式相反[21]。

3.3 能量密度的影響因素

魚(yú)類(lèi)的能量密度會(huì)隨著性腺發(fā)育程度的逐步推進(jìn)而表現(xiàn)出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)特征[22]，而體型、性別、月份、繁殖狀況、地理位置、年份等因素對(duì)能量密度皆有影響[16]。

本研究中，狹鱈性腺組織的能量密度與性成熟度相關(guān)性較為明顯，而與體長(zhǎng)、體質(zhì)量、季節(jié)等因素?zé)o顯著性相關(guān)。這可能源于發(fā)育過(guò)程中能量分配方式的轉(zhuǎn)變：未成熟個(gè)體分配更高比例的同化能量用于生長(zhǎng)，而對(duì)于已發(fā)育成熟的個(gè)體，其生長(zhǎng)逐漸停緩，并存儲(chǔ)更多的能量用于繁殖產(chǎn)卵，這種轉(zhuǎn)變往往與性腺發(fā)育及魚(yú)體營(yíng)養(yǎng)狀況密切相關(guān)[23]。狹鱈自性腺發(fā)育開(kāi)始，發(fā)育前期魚(yú)體生長(zhǎng)迅速，性腺發(fā)育成熟后魚(yú)體逐漸停止生長(zhǎng)。而自產(chǎn)卵期(Ⅲ～Ⅳ期)開(kāi)始，性腺組織迅速發(fā)育，能量密度值顯著增長(zhǎng)并在產(chǎn)卵時(shí)達(dá)到最大值。因此，狹鱈性腺組織的能量變化過(guò)程是發(fā)育前期魚(yú)體生長(zhǎng)逐漸向性腺組織快速生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變的過(guò)程，也是產(chǎn)卵期間組織能量再分配的結(jié)果。

GAM模型結(jié)果顯示，2017年所采集的狹鱈樣本，體長(zhǎng)和經(jīng)度對(duì)性腺組織能量密度無(wú)顯著性影響，而緯度和性成熟度對(duì)能量密度有顯著性影響，這表明未成熟個(gè)體的能量水平不僅與自身發(fā)育情況有關(guān)，而且受到外界環(huán)境因素的影響，其原因在于魚(yú)類(lèi)不同發(fā)育階段能量分配(用于生長(zhǎng)的能量消耗和用于繁殖的能量?jī)?chǔ)存)上的差異[24]，未成熟個(gè)體會(huì)分配更高比例的同化能量用于魚(yú)體生長(zhǎng)。因此，體長(zhǎng)的變化與能量密度差異無(wú)關(guān)。而2018年所采集狹鱈樣本，性腺組織能量密度與各因子間均無(wú)顯著性關(guān)系(P>0.05)，這表明成熟個(gè)體的能量始終保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，其原因可能是，一方面狹鱈在進(jìn)入產(chǎn)卵期并停止攝食之前，魚(yú)體會(huì)主動(dòng)代謝并進(jìn)行能量攝入使能量?jī)?chǔ)備水平達(dá)到峰值[19]；另一方面產(chǎn)卵過(guò)后的雄性和雌性體質(zhì)量均減少38%左右[16]，即通過(guò)消耗脂肪等儲(chǔ)能物質(zhì)維持產(chǎn)卵過(guò)程中所需的能量。

4 結(jié)論

針對(duì)白令海水域最為重要的商業(yè)性魚(yú)種，研究狹鱈性腺組織密度可以更好地了解該魚(yú)種在能量分配上的機(jī)制。本文通過(guò)研究西白令海夏季狹鱈性腺組織能量密度的變化及主要影響因素，得到以下主要結(jié)論：

(1)狹鱈性腺組織的能量密度存在著年際差異，而個(gè)體大小可能是其致因之一。

(2)狹鱈的個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育狀況對(duì)能量密度有著顯著的影響，其中性成熟度是影響能量密度變化的主要因素。

(3)狹鱈性腺組織能量密度的變化過(guò)程為發(fā)育前期，能量主要用于魚(yú)體生長(zhǎng)，而發(fā)育成熟后，性腺組織存儲(chǔ)大量能量用于產(chǎn)卵。

致謝：感謝本次調(diào)查中“開(kāi)利”輪船長(zhǎng)及全體船員協(xié)助收集并提供樣品！