西藏双须叶须鱼早期发育特征

刘海平 刘孟君 牟振波 刘艳超, 次仁罗杰 刘书蕴 刘乐乐 饶昌伟

(1. 西藏自治区农牧科学院, 水产科学研究所, 拉萨 850002; 2. 西藏自治区农牧科学院, 畜牧兽医研究所, 拉萨 850000; 3. 西藏农牧学院, 林芝 860000; 4. 西藏自治区山南市扎囊县阿扎乡, 山南 856000; 5. 西藏自治区拉萨市林周县唐古乡, 拉萨 850000;6. 西藏自治区农牧厅畜牧总站, 拉萨 850000; 7. 西藏自治区拉萨市林周县旁多乡, 拉萨 850000)

近几十年来, 随着西藏经济社会的快速发展,西藏鱼类资源也面临着国内其他水域渔业发展所出现的一些共性问题, 如部分流域过度捕捞[1,2—5]、水利设施建设导致的大坝阻隔、栖息地丧失、生境片段化等[6]。而且由于西藏特殊的地理位置和社会经济特点, 它还面临着更为严峻的生态环境问题和挑战, 如外来物种入侵[7—9]、全球气候变化[10]等,加之高原生态环境脆弱、生态系统结构简单、生产力低下[11]以及鱼类生长缓慢、早期资源发育周期较长[12]、对生境高度适应和依赖等特点[2—5], 西藏水生生态更容易受到外界的影响。双须叶须鱼处于这种生存环境中, 本身的种群结构是不容乐观的, 对于这种生态系统的扰动, 都将造成鱼类资源的不同程度上的破坏, 恢复过程都将是十分缓慢的,甚至无法恢复[11]。双须叶须鱼(Ptychobarbus dipo-gonRegan), 隶属裂腹鱼亚科, 叶须鱼属, 为雅鲁藏布江中游的特有鱼类[1]。2016年双须叶须鱼列入中国脊椎动物红色名录[13]。因此, 必须加快推动双须叶须鱼的养护工作[14]。目前, 有关双须叶须鱼的研究报道, 见于渔业资源调查[15]、营养价值评定[16]、摄食器官与食性[17]、繁殖策略[18]、染色体多样性[19]、性腺发育[20]、年龄和生长及死亡率的关系[21]、年龄鉴定[22]、染色体数目[23]、体长体重关系[24,25]、线粒体序列[26]等。

鱼类的早期发育研究, 一方面为鱼类的繁殖生物学, 鱼类资源保护与利用提供科学依据和理论基础。另一方面, 鱼类早期发育研究为鱼类的规模化生产提供技术支持。鱼类的受精卵在不同的发育时期对外界环境的反应也不一样, 在生产实践过程中, 应该密切关注外界环境, 规避风险, 减少损失。陈礼强等[27]指出细鳞裂腹鱼的早期发育过程, 原肠期对外界环境变化最为敏感。在原肠期, 由于细胞的分裂迅速和流动量大, 代谢旺盛, 耗氧多, 对环境要求高, 处在这个时期的胚胎如果遇到水温突变等异常情况都可能导致细胞重排时间和空间程序的混乱, 容易造成胚胎的死亡或器官出现畸形[28]。关于裂腹鱼类的早期发育研究, 主要有： 四川裂腹鱼(Schizothorax kozlovi)[29]、青海湖裸鲤(Gymnocypis przewalskii)[30]、松潘裸鲤(Gymnocypris potanini)[31]、齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)[32]、小裂腹鱼(Schizothorax parvus)[33]、新疆扁吻鱼(Aspiorhynchus laticeps)[34,35]、塔里木裂腹鱼(Schizothorax(Racoma)biddulphi)[36]、宝兴裸裂尻鱼(Schizopygopsis malacanthus baoxingensis)[37]、昆明裂腹鱼(Schizothorax grahami)[38]、细鳞裂腹鱼(Schizothorax chongi)[27]、黄河裸裂尻鱼(Schizopygopsis pylzovi)[39,40]、伊犁裂腹鱼(Schizothorax pseudaksaiensis)[41], 异齿裂腹鱼(Schizothorax o’connori)[42]、尖裸鲤(Oxygymnocypris stewartii)[43]、光唇裂腹鱼(Schizothorax lissolabiatus)[44]、厚唇裸重唇鱼(Gymnodiptychus pachycheilus)[45]、祁连山裸鲤(Gymnocypris chilianensis)[46]、短须裂腹鱼(Schizothorax wangchiachii)[47—49]等。未见双须叶须鱼早期发育的研究报道。因此, 开展双须叶须鱼胚胎和仔鱼发育的时序与特点研究就显得尤为重要, 进而为双须叶须鱼的人工繁育技术、资源保护和增殖提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 双须叶须鱼亲鱼获取及孵化

2014年2月, 将采自位于拉萨市墨竹工卡县扎雪乡拉萨河段的双须叶须鱼亲鱼运至西藏农牧学院藏鱼繁育基地。其中, 雌性1尾(体重599.5 g, 体长374 mm), 雄性1尾(体重327 g, 体长310 mm)。通过干法人工授精, 自然产卵, 得到3314粒受精卵。平均分为3组, 将受精卵移入孵化框(55 cm×33 cm×9 cm), 孵化框置于塑料缸(85 cm×65 cm×75 cm) 中,采用上海海圣控温养殖系统控制水温在10℃左右,溶解氧8 mg/L以上。用吸管及时剔除死卵, 死鱼苗。

1.2 双须叶须鱼的早期发育观察

使用Nikon SMZ1500体式显微镜(生产商： 日本尼康株式会社)进行观察, ScopePhoto 3.0图像测量软件进行测量、Adobe Photoshop CS6软件处理图片。考虑到各发育期的时间存在个体差异, 将半数以上个体出现新的特征作为发育时期的划分标准,依据相关文献对双须叶须鱼的胚胎发育过程进行判别[29, 43]。

1.3 数据处理

采用Matlab 2011软件的神经网络聚类算法(Self Organizing Maps, SOM)对已有的裂腹鱼亚科和鲃亚科鱼类的相关文献数据进行收集[29—55], 如卵径、初孵仔鱼长度、吸水卵径、卵周隙、总积温等, 进行聚类分析。

2 结果

2.1 双须叶须鱼的胚胎发育过程

双须叶须鱼各阶段胚胎发育特征见表 1和图版Ⅰ。

2.2 双须叶须鱼仔稚鱼发育过程

双须叶须鱼仔稚鱼各发育时期的发育特征见表 2和图版Ⅱ。

3 讨论

Hora[56]指出, 裂腹鱼亚科起源于鲃亚科, 喜马拉雅山北面的鱼类区系, 可能是在一个较早的时期,由具有共同的性状的祖先分化而来的。据曹文宣等[57]对骨骼的比较研究, 裂腹鱼类与鲃亚科中一些原始的属, 如四须鲃属、突吻鱼属和鲃属等的颅骨结构非常相似。这进一步证实了, 裂腹鱼类的祖先,是近似于鲃亚科中原始属的种类。裂腹鱼亚科和鲃亚科鱼类在生态上的区别, 正如它们目前的分布区域的自然条件所显示, 前者是适应寒冷的气候,后者是适应于温暖的气候(表 3)。但是, 在气候比较寒冷的青藏高原地区在晚第三纪分布有鲃亚科鱼类, 这说明, 裂腹鱼类的出现和发展, 是与青藏高原的急剧隆起, 及随之发生的自然条件的显著改变息息相关的[57]。

因此, 通过对24种裂腹鱼类和3种鲃亚科鱼类的5种早期发育特征参数的神经网络聚类分析(图 1),发现鲃亚科鱼类(3种鱼类)与之演化较为接近的裂腹鱼亚科鱼类(裂腹鱼属, 扁吻鱼属)聚为F1、F2两类(不包括裸鲤属鱼类), 此类群较其他裂腹鱼亚科鱼类早期发育具有如下特点： 卵径较小(2 mm左右)、初孵仔鱼长度较短(8 mm左右), 吸水后卵径小(3 mm左右), 卵周隙较大(＞1 mm), 总积温较少(2000h·℃左右)。卵径大小对鱼的早期发育和存活具有重要的生物学意义[54], 同一个物种, 小卵死亡率更高, 而大卵具备更高的生存潜力[55]。裂腹鱼类卵径的变化和演化, 是对分布区域自然环境的不断适应。卵径比较小的裂腹鱼类, 其分布海拔较低,以部分裂腹鱼属鱼类为例, 主要分布在海拔1250—2500 m之内[57], 海拔低, 气候较为温和, 适合卵径较小的裂腹鱼类的发育, 能够保证物种的延续。而卵径比较大的裂腹鱼类, 其分布海拔较高,以裸裂尻属鱼类和裸鲤属鱼类为例, 主要分布海拔在3750—4750 m内[57], 海拔高, 气候较为恶劣, 大的卵径, 可以提供较多卵黄等营养物质, 从而保证物种的延续。另外一个佐证就是, 卵径最大的一个类别的鱼类(F3), 与其他3个类别存在显著差异(P＜0.05), 其初孵仔鱼长度不是最大, 却小于卵径次之的F4的裂腹鱼类(表 4), 可以推断, 为了适应高海拔的恶劣环境, 卵黄一部分作为内源性营养物质进行消化, 另外一部分则用于适应环境的能量消耗。同时, 卵径究竟与早期发育哪些关键参数存在关系？发现与总积温对数值存在线性相关, 也就是说卵径越大, 总积温越大(图 2), 可以推断, 卵径大的裂腹鱼类, 其自然分布水域的温度较低, 相关数据有待进一步搜集。

表 1 双须叶须鱼胚胎发育特征描述Tab. 1 The embryonic development features of Ptychobarbus dipogon

续表 1

在一定温度范围内, 水温升高可以加快胚胎的发育速度; 相反, 水温降低会减缓胚胎发育速度, 超过温度范围可能引起胚胎发育停滞、畸形或死亡[35,58,59]。通常在一定的温度范围内, 温度越高,发育越快, 但并非总是呈线性增加[43]。因此, 在不影响胚胎正常发育的前提下, 提高孵化的温度, 这对于提高生产效率、降低管理成本和风险、减少疾病感染的机会有着积极的意义[32]。新疆扁吻鱼在适宜温度范围下, 高温(18—21℃)较常温(13—19℃)不仅胚胎发育快(发育速度4倍有余), 而且孵化率高[35]。祁连山裸鲤孵化率随水温升高呈现出先升高后降低的趋势, 畸形率随水温的升高呈现出先降低后升高的趋势[46]。松潘裸鲤的孵化和幼鱼饲养水温不宜超过23℃[31], 而齐口裂腹鱼的孵化水温可高达24℃而不出现异常和畸形[32]。细鳞裂腹鱼在水10.4—22.8℃的条件下能够正常发育[27]。伊犁裂腹鱼自然产卵孵化水温在 18—22℃ 左右,平均为20℃[41]。

双须叶须鱼卵径在已报道裂腹鱼类卵径最大,其分布水域海拔从2900 m (林芝县)到4700 m (萨嘎县)均有分布, 我们的调查数据显示, 在水温高于15℃的水域, 就没有该鱼类的分布, 这也是我们控制繁殖水温在10℃的原因所在。

Lake[60]和Matsuura[61]认为在一些鱼类受精卵吸水膨胀后有较大的卵周隙, 可以更好地抗击外界环境的冲击, 提高受精卵的成活率。而卵周隙大小,直接决定卵的性质, 沉性卵或者漂浮性卵。我们统计发现, 虽然第二类别和第三类别的卵周隙较第一类别和第四类别大, 存在显著差异(P＜0.05), 但是裂腹鱼亚科鱼类和鲃亚科鱼类的卵周隙未超过2.0 mm,而四大家鱼卵周隙均超过了2.0 mm。这也从另外一个角度说明, 裂腹鱼类属沉性卵, 而四大家鱼则

属于漂浮性卵。裂腹鱼亚科鱼类区别于鲃亚科的主要形态差异在于肛门和臀鳍基部的两侧各具有一列变形的大鳞片, 称为臀鳞, 其产生与裂腹鱼类适应流水环境繁殖习性有关[57]。裂腹鱼类产卵前,雄鱼通过尾部的摆动, 以臀鳍和尾鳍在河底掘出小坑, 产出的沉性卵粒便聚集在小坑内进行胚胎发育,从而避免了被水流冲到河流下游的不适宜环境中去[57]。除裸鲤属鱼类外, 大部分裂腹鱼类产卵集中在3—5月份, 如实验对象双须叶须鱼产卵集中在3月中下旬, 其水域在这个时期恰逢枯水期, 水体较为温和, 相对于底质平坦的浅水滩而言, 沉积在小坑或者鹅卵石缝隙里的裂腹鱼类受精卵在较为稳定水体中发育, 减少了鱼卵被水冲涮和减弱了光线的照射强度。而四大家鱼繁殖期正值涨水季节, 受水流的冲击, 卵周隙大对于卵的保护起着至关重要的作用。

表 2 双须叶须仔稚鱼发育特征描述Tab. 2 The larvae and juveniles development features of Ptychobarbus dipogon

表 3 裂腹鱼亚科与鲃亚科鱼类胚胎发育比较Tab. 3 Comparison of embryonic development between Schizothoracinae fish and Barbinae fishes

图 1 裂腹鱼亚科与鲃亚科鱼类胚胎发育重要参数SOM聚类Fig. 1 SOM cluster of key parameters of embryonic development about Schizothoracinae fish and Barbinae fishes

表 4 基于SOM聚类出四个类别鱼类胚胎发育特征分析Tab. 4 Characteristics of SOM clusters for four groups fish embryonic development

图 2 裂腹鱼亚科鱼类与鲃亚科鱼类卵径和总积温时间关系Fig. 2 The relationship between egg diameter and accumulated temperature about Schizothoracinae fish and Barbinae fishes