基于耳石微結構的黃海大頭鱈早期生長及環境影響

姜楓，李建超，張弛，武瑞，葉振江，劉陽，孫鵬，劉淑德，董秀強，田永軍

(1.中國海洋大學水產學院，山東青島 266003；2.山東省水生生物資源養護管理中心，山東煙臺 264000)

大頭鱈Gadus macrocephalus又名太平洋鱈，屬鱈形目Gadiformes，鱈科Gadidae，鱈屬Gadus，為冷溫性底層魚類，適宜溫度一般不超過14 °C[1]，主要分布在北太平洋高緯度海域，棲息水深50～80 m，產卵期1——3 月，2 月為盛期[2]。黃海是1 個三面環陸地的半封閉陸架淺海，其海洋環境具有明顯的季節性變化特征[3]。由于夏季黃海冷水團(Yellow Sea Cold Water Mass，YSCWM)的存在，黃海成為大頭鱈在西北太平洋海區地理分布區的南部邊界[4]。黃海大頭鱈對氣候較為敏感，資源變動很大，具有年代際變化的特性[5]，是研究黃海環境變化對魚類影響的指標性魚種。20 世紀60 年代之前，大頭鱈是黃海重要的漁業捕撈對象，70年代之后，由于過度捕撈和環境變化，其資源嚴重衰退。近20 余年大頭鱈數量呈波動上升趨勢，漁獲量的上升使大頭鱈再次成為黃海重點關注魚種之一。

魚類生活史的早期階段是非常關鍵的時期，因為在這個階段其生存能力較弱，死亡率高，并且易受到環境的影響，因此探明該階段鱈魚的生長規律對于研究其資源變動模式具有重要意義。大頭鱈一類的底棲魚類在孵化后首先營浮游生活，生長發育一段時間后，自身或者環境滿足一定條件時會由原有的浮游生活狀態轉變為底棲生活，此過程被稱為沉降，對大頭鱈的生長發育具有重要意義[6-7]。耳石微結構已經成為研究魚類早期生長的一個重要且成熟方法[8]，通過讀取魚類耳石的日齡、日輪耳石日增長以及特殊標記可以有效地研究魚類早期生長的規律，并還原孵化、變態發育、沉降等早期生長階段中的重要特性，已應用到大黃魚Larimichthys crocea[9]、秋刀魚Cololabis saira[10]、無須鱈(Merluccius polli、M.senegalensis)[11]、大頭鱈[12]等魚類生長的研究中。

目前，針對大頭鱈早期生長的研究主要依托室內培養方法：NARIMATSU，et al[6]于2007 年研究了大頭鱈仔魚體生長與耳石微結構的關系，確定了該魚種耳石增量以每日為周期沉積，可以通過大頭鱈的日齡與耳石微結構來研究其早期生長；日本海域也有大頭鱈早期生長的相關研究，例如NARIMATSU，et al[12]針對2011 年3 月11 日日本東北大地震引發的海嘯對大頭鱈的影響研究發現，與往年相比，海嘯導致了大約30 d 內大頭鱈生長速度的下降和幼魚分布的變化，而分布的變化主要是由于淺水區的物理破壞和隨后的生長減緩引起的死亡率增加所致，并因此影響了2011 年大頭鱈的補充量，說明大頭鱈的早期生長受其分布區域的環境影響；而對黃海大頭鱈的研究較多地集中于其生物學特性、胚胎發育、種群特征、食性和遺傳結構[13-18]，雖然有關于0 齡幼魚分布的相關研究[19]，但對于自然環境下黃海大頭鱈的早期生長規律及黃海環境季節性變化對其的影響仍然缺乏基礎性的認識。

本研究通過分析2017 年黃海大頭鱈夏季幼魚的耳石微結構，探索其早期生長的一般規律，并結合其棲息地環境的變化對其早期生長的關鍵生活史過程影響，進一步探究其早期生長與環境因子的關系。

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1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

樣品源于“2016——2017 年山東近海漁業資源全面調查”項目的底拖網調查，調查海域范圍為35°N——38°30′N 之間、118°E——124°E 之間的山東近岸海域、萊州灣及渤海灣南部海域(圖1)。2017 年夏季底拖網采樣大頭鱈幼魚樣品共計26 343 尾。

圖1 實驗用大頭鱈幼魚樣品數量(尾)空間分布Fig.1 Spatial distribution of the juvenile G.macrocephalus used for otolith analysis

由于站位之間樣品數量差異較大，因此實驗室處理樣品時數量超過50 尾的站位隨機挑選50 尾進行處理，而數量不足50尾的全部處理，最終總計處理幼魚樣品442 尾。樣品帶回實驗室后測量樣品全長、體長、體質量、純重等基礎生物學數據(精確到0.1 cm 和0.1 g)，摘取矢耳石，清洗干凈后風干、保存于離心管中，用于個體耳石日增長的讀取與日齡鑒定。

1.2 耳石預處理與日齡鑒定

而將按日齡平均后的耳石日增長急劇減少的時間點(80 日齡)與相應日齡對應的當天海表溫度平均值對應，該平均溫度略高于15 ℃，約在17～18 ℃(圖10)。海底溫度則始終低于15 ℃，為適宜大頭鱈生存的溫度。

1.3 孵化日期和沉降日期的逆算

本研究證實心力衰竭患者發生SA風險很高。HFpEF患者比非心力衰竭者發生睡眠間歇低氧血癥的風險高。在校正各種臨床重要因素后，HFpEF患者比非心力衰竭患者發生中-重度低氧血癥的風險高出近兩倍。需要有進一步的研究關注HFpEF患者頻繁出現的夜間間歇低氧血癥是否與預后相關，以及對其干預能否改善HFpEF患者的長期預后。

圖2 耳石日增長計數與測量示意圖Fig.2 Diagram of daily increment counting and measuring

鑒定出幼魚個體對應耳石的日齡后，由捕撈日期逆算可得到其孵化日期：

大頭鱈等底棲魚類的早期生活史中具有從浮游生活轉為底棲生活的沉降過程，分辨沉降時間的目測標準為耳石切片上的沉降輪[20](settlement-marks)，即由于耳石日增長急劇減少而形成的1 條暗帶(圖3)。

耳石日增長由寬的生長帶和窄的間隙帶構成，其沉積周期為1 d，統計幼魚個體耳石上的耳石日增長個數,該數目即為此幼魚個體的日齡(圖2)。

圖3 耳石橫截面顯微攝像圖Fig.3 Microscopic image of transversal otolith microstructure

通過辨別沉降輪，可以鑒定出幼魚個體沉降發生時的日齡，結合孵化日期，可以計算其沉降發生的日期：

1.4 數據處理

為了體現大頭鱈生活的黃海冷水團及周邊區域各項環境指標變化趨勢，提取FOR A-WNP30(http：//www.godac.jamstec.go.jp/fora/e/dataset.html)模型1985——2015 年間的數據，數據提取范圍為121.5°E——124°E，34°N——37°N 之間，選取該范圍內水深大于38 m 的網格計算該30a平均的各海洋環境參數，用于反映黃海冷水團及其周邊海域，在這一段時間的變化的普遍規律。主要參數包括海表溫度、海底溫度、15 ℃水層厚度(15 ℃等溫線距海底的距離)。由于大頭鱈為冷溫性底層魚類，適宜溫度一般不超過14 °C[1]，為了因此本研究選取15℃水層厚度，用以反映海表溫度上升超過14 ℃之后海洋中適宜大頭鱈生存的海洋空間垂直方向上的變化：

本研究中大頭鱈最終用于分析的大頭鱈耳石為43 枚，采用自助法(boot strap)分析幼魚個體耳石日增長數據，將幼魚個體耳石日增長數據按照日期和日齡分別排列后用自助法擴大樣本容量后，每次從43 組數據中有放回地隨機抽取20 組，進行1 000 次抽取，計算日期平均耳石日增長與日齡平均耳石日增長。

幼魚個體相應日齡對應當天的表溫、底溫也用自助法擴大樣本容量后，每次從43 組數據中有放回地隨機抽取20 組，進行1 000 次抽取，求其平均值。

2 結果

2.1 樣品組成

在2017 年底拖網調查采集的大頭鱈幼魚耳石樣本中共隨機挑選100 枚進行耳石預處理實驗，由于耳石的體積小、厚度薄、結構復雜、質地較脆易裂，制備薄片十分困難，最終挑選43 枚較清晰的成片，樣品體長范圍為100～168 mm，平均值127.93 mm(SD=17.18，df=43)，主要分布在100～140 mm體長范圍內，占總個體數的76%(圖4)；各個站位樣品數與分布位置詳情如表1 所示。

表1 實驗用大頭鱈幼魚樣品信息Tab.1 Information of juvenile samples of G.macrocephalus

圖4 實驗用大頭鱈幼魚全長頻率分布Fig.4 Length frequency distribution of the juvenile G.macrocephalus used for otolith analysis

2.2 孵化日期

根據耳石微結構分析，日齡范圍117～170，平均值147(SD=14.57，df=43)，根據日齡由捕撈日期逆算，得到孵化日期為2017 年3 月2 日到2017 年4 月27 日，主要集中在3 月中下旬(圖5)。

圖5 黃海大頭鱈幼魚孵化日期頻數分布Fig.5 Hatch date distribution of juvenile G.macrocephalus

2.3 耳石日增長

耳石日增長按照日期平均，從3 月2 日到5 月29 日平均值從1.72 μm 逐漸增加到11.09 μm，在5 月末出現了明顯下降的趨勢，約半個月后低至8.98 μm 后停止減少，隨后逐漸恢復，從6 月中旬到8 月初逐漸恢復穩定增加至11.01 μm(圖6)。

圖6 日期平均耳石日增長Fig.6 Change in the average of daily increment by date

耳石日增長按日齡平均后，自孵化起其平均值從1.89 μm 逐漸增加到12.65 μm，在55 日齡左右達到峰值，之后保持1 個月左右較穩定的狀態，在80 日齡后耳石日增長開始有明顯減少，在90 日齡時達到最低值8.81 μm 后耳石日增長增加，逐漸恢復到峰值，在110 日左右恢復到原有的水平，之后一段時間耳石日增長變化較穩定(圖7)。

圖7 日齡平均耳石日增長Fig.7 Change in the average of daily increment by daily age

2.4 大頭鱈沉降

通過逆算得到大頭鱈沉降日期區間為2017 年5 月15 日——7 月20 日，主要發生在5 月下旬與6 月上旬(圖8)。

其次，需要考慮的是共識性對話在確定了哲學話題之后進入實際操作階段所面臨的方法和路徑的選擇，這也是當代中國形而上學體系內部融通與創新的關鍵所在，也就是說，方法的適切性將直接影響未來中國哲學的發展和建設。

圖8 黃海大頭鱈幼魚沉降日期頻數分布Fig.8 Settlement date of Pacific juvenile G.macrocephalus

一般來說魚體的增長速度與耳石日增長成正相關[6]，耳石日增長的減少意味著鱈魚生長的減緩。由耳石日增長的變化規律，可以推斷大頭鱈自孵化后生長速度隨著海表溫度升高逐漸加快，達到極值之后耳石日增長穩定一段時間，之后生長速度會明顯下降，一段時間后再逐漸增加(圖11)，從單個個體的耳石日增長來看，這段下降到增加的階段大約持續10～20 d，在波羅的海的大西洋鱈也有這種耳石日增長明顯變窄然后逐漸恢復的現象，該變化模式與鱈魚的沉降行為有關[24]。

在堅實的證據面前，人們承認，達爾文是正確的，多種多樣的生物的確是進化產生的，上帝沒有賦予人特殊的高等地位。不過，人類還是認為的各種生物是沿著一個無形的梯子在逐步進化，越進化越高級。在進化梯子的頂端，是最高級的人類。這種理論完美的契合了人們“人是萬物之靈”的心理需求。從表面上看，也有了進化論的瓶子。但，裝的仍然是“人是萬物之靈”的舊酒。

2.5 海洋環境

根據模型計算相應日齡對應的當天的海表溫度、海底溫度平均值，海底溫度由8 ℃逐漸升高至12 ℃，始終低于15 ℃；海表溫度逐漸由7 ℃逐漸上升至26 ℃，大約在65 日齡左右達到15 ℃(圖10)。

（4）晚期 在肝衰竭中期表現基礎上，病情進一步加重，有嚴重出血傾向（注射部位瘀斑等），PTA≤20%（或INR≥2.6），并出現2個以上并發癥和/或2個以上肝外器官功能衰竭。

圖9 研究區域的海洋環境平均值3——8月變化Fig.9 Change in average for environment data during March to August

海底溫度從3 月1 日到8 月1 日由8 ℃逐漸升高至12 ℃，始終低于15 ℃；海表溫度從3 月1 日到8 月1 日由5 ℃逐漸升高至25℃，在5 月29 日達到15 ℃；海表溫度低于15 ℃時，15 ℃水層厚度即水深，之后隨著海表溫度升高15 ℃水層厚度也在5 月29 日開始明顯減少，由58 m 逐漸減少至28 m，減少速度逐漸減緩(圖9)。

面對現代科學的飛速發展，預防醫學專業學生的學習不應局限于教科書中的書面知識，而是應該運用現代科學技術展開科研實驗，探索環境衛生學中涉及到廣大人類健康的問題[12]。以教師為中心的教學模式不能夠從學生的主體性和獨創性思維特征出發，不利于科研能力的培養與提高，不能滿足社會對于多層次科研人才的需要。因此，在環境衛生學的實驗教學中，以學生為中心的教學模式對本科生科研能力的培養至關重要。

圖10 大頭鱈日齡對應平均環境數據變化Fig.10 Change in average for temperature data by daily age of G.macrocephalus

2.6 沉降與環境變化節點的關系

將按照日期平均的耳石日增長與海洋環境對比分析發現，平均耳石日增長值早期增加速度與海表溫度成正相關，而其急劇減少發生與表溫升溫達到15 ℃幾乎同步，15 ℃水層厚度為15 ℃等溫線距海底的距離，在這之前海表溫度低于15 ℃，因此15 ℃水層厚度與平均水深一致，當海表溫度達到15 ℃后，15 ℃水層厚度也由此刻開始下降(圖11)。

圖11 耳石日增長與海洋環境的關系Fig.11 The relationship between daily increment and environment

在調查樣品中隨機挑選100 尾當年生幼魚的耳石，用環氧樹脂進行包埋固定，使用美國標樂低速精密切割機(IsoMetlow speed saw)在耳石核心附近，沿耳石橫截面切割出1 片包含核心厚度為0.8 mm 左右的薄片。將切片貼于載玻片上用水磨砂紙打磨至次生生長原基清晰，翻面后再次打磨至核心清晰并拋光，在透射光下用奧林巴斯顯微攝像系統(200 倍)對耳石切片進行拍照。使用ImageJ 軟件沿耳石腹緣最長的軸讀取日齡與耳石日增長，每個耳石按盲讀原則相隔1 個月讀取2 次，結果一致的數據直接應用，不一致的重新檢查，最終從100 枚中挑選43 枚較清晰地耳石切片，用于后續分析，其空間分布如圖1 所示。

3 討論

3.1 黃海大頭鱈早期生長特征

大頭鱈產卵期為1——3 月，2 月為盛期[2]，體外受精[21]，卵具弱黏性，屬沉性卵[22]，石島以東及東南水域為其主要產卵場，少數在海州灣外海產卵[4]。本研究結果顯示大頭鱈的孵化日期在2017 年3 月2 日到2017 年4 月27 日之間(圖5)。大頭鱈的孵化期在水溫(6±0.5) ℃時為12～14 d，而北海大西洋鱈的孵化期在3.4～8.78 ℃下為12～23 d[23]。本研究中，大頭鱈孵化期間的海底溫度在8 ℃左右，由此估算出本研究中樣品的產卵期在2017 年2 月中旬到4 月初，盛期為2 月下旬，這一結果對比已有的相關研究較為靠后，但也在合理的時間區間內。這些誤差可能是由于在耳石切割、研磨、拋光過程中，部分耳石邊緣的輪紋有損耗而無法計入日齡，導致日齡偏小，因此由捕撈日期與日齡逆算出的孵化日期會偏晚。

沉降過程在耳石日增長上體現為耳石日增長率明顯減少，大頭鱈幼魚平均沉降日期大約在6 月1 日(圖6)；其平均沉降日齡為80 日(圖7)。

3.2 大頭鱈沉降的誘因及其對生長的影響

本研究發現2017 年黃海大頭鱈沉降的起始日齡在80～110 d 之間，起始日期在5 月15 日——7 月18日之間，沉降過程持續10～20 d。諸多關于鱈魚的相關研究證明在相似的日齡范圍內有沉降的現象。例如美國喬治海岸(Georges Bank)[25]和加拿大新斯科舍省(Nova Scotia)[23]兩地的大西洋鱈在大約3 個月大時會開始時間長達約1.5 個月的逐漸沉降過程。沉降后營底棲生活的鱈魚幼魚會進行某種程度上的水平移動[27]，根據大西洋鱈的沉降動態，該活動范圍不會太大[28]，加拿大新斯科舍省(Nova Scotia)的大西洋鱈群體在沉降后會定居在一定的領地內并保護自己領地[26]，因此可以認為調查中捕獲大頭鱈的海域與沉降發生海域十分接近，即集中在黃海冷水團的西部。

引發沉降的誘因很多，外因內因皆有，例如到達某一水深、溫度，有了較為合適的底質或是生長發育到達某一特定體長[24]。本研究發現在海表溫度上升到15 ℃左右時鱈魚開始沉降，并且與15 ℃水層的厚度的變化有明顯的關聯，而海底溫度由于始終處于較適宜大頭鱈生活的范圍，因此對其沉降影響不大(圖11)；而對比按日齡平均的耳石日增長與其相應日期的海表溫度發現，沉降時平均表溫略大于15 ℃，在17～18 ℃，因此說明表溫大于15 ℃是誘發沉降的必要條件但不是充分條件，其自身的生長發育也需滿足一定要求之后才會進行沉降；最早沉降的個體在5 月中旬時即開始沉降，而沉降個體主要集中在5 月下旬和6 月上、中旬，甚至有個別孵化較晚的個體由于可供生長發育的時間不足，直到7 月中旬才開始沉降(圖8)。

海洋生物的早期生長受各種生態因子的綜合影響。由耳石日增長的變化規律，可以推斷大頭鱈早期生長速度逐漸加快，達到極值之后穩定下來。在沉降時耳石日增長減少，沉降輪形成，這很可能意味著生長的減緩。

沉降時期生長減緩可能是由大頭鱈生境的劇烈變化以及相應的生理生態變化造成的，例如從浮游生活轉變為底棲生活，食性發生改變，行為優先級的調整即從優先攝食轉變為主動尋找適合定居生境，以適應生境的變化[24]。沉降后大頭鱈到達其適宜的生活環境，體型增大，種間與種內競爭能力皆提升，因此生長速度逐漸增加并保持相對穩定。

(2) 當發動機航行速度較高時, 入口處會出現氣蝕現象, 導致嚴重的總壓損失使得擴展段中游產生流動分離, 氣液兩相沖壓發動機的性能將會嚴重降低, 此外, 氣蝕還可能造成嚴重的表面腐蝕.

4 結論

本文以2017 年黃海夏季大頭鱈當年生幼魚為對象，通過分析其耳石微結構，結合周邊海域環境的變化探究了大頭鱈早期生長的規律及環境對其生長過程的影響。主要結論如下：

(1)2017 年夏季在調查中捕獲的黃海大頭鱈幼魚樣品，孵化日期在2017 年3 月2 日到2017 年4 月27 日之間，主要集中在3 月中下旬；孵化后大頭鱈首先營浮游生活在海表活動，生長速度隨表溫升高不斷加快，在達到極值后保持一段時間的穩定；

A組（教改組）考試總成績高于B組（對照組），A組（教改組）病例分析題的成績高于B組（對照組），差異具有統計學意義（P＜0.05），而兩組學生概念記憶題和理解題得分比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表1所示。

(2)表溫超過15 ℃后，且生長到滿足沉降要求的狀態時，這一批大頭鱈開始沉降，其沉降的起始日齡在80～110 d 之間，沉降的起始日期在5 月15 日——7 月18 日之間，沉降過程持續10～20 d；

表5為依據葉綠素 a（Chla）、高錳酸鹽指數（CODMn）、透明度（SD）、總磷（TP）、總氮（TN）計算得到的綜合營養狀態指數。

(3)沉降過程中由于自身習性和環境的改變導致其生長速度減緩，耳石日增長明顯減少，在耳石切片的顯微攝影圖片上體現為1 條暗帶，為沉降輪。沉降完成后大頭鱈生長速度緩慢提升。

本研究使用的環境數據是模型模擬數據的30a的平均值，僅能反映黃海冷水團長期變化的一般特征，并無法精確到2017 當年；另外，耳石實驗過程中的一些誤差也會導致日齡和孵化日期可能存在細微的誤差；且本研究僅研究了2017 年的一批幼魚樣本，缺乏年際縱向對比，無法直接對比不同年份環境條件下黃海大頭鱈早期生長可能存在的差異，這些是該研究未來需要進一步補充的地方。