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鱼类浮游生物形态及分子鉴定方法的应用基础研究

高东奎  
【摘要】:鱼类浮游生物是鱼卵和仔稚鱼等鱼类早期发育阶段个体的统称,其体型较小,结构特征与成鱼存在巨大差异。关于鱼类浮游生物的分类与鉴定,经历了从传统形态学方法、扫描电镜超微结构观察法到分子生物学方法的发展历程,随着技术手段的不断改进,某些形态特征重叠度高的物种也可进行准确鉴定。本论文利用传统形态学、扫描电镜观察以及线粒体COI基因序列分析等实验手段,开展了鱼类浮游生物形态学及分子学鉴定方法的应用基础研究。论文第1章综述了鱼类浮游生物鉴定方法的研究进展;第2章主要描述了康氏小公鱼(Stolephorus commersonii)早期发育过程的形态学特征,并以此为基础,建立了中国近海常见鲱科和鳀科鱼卵的分类检索表;第3章主要研究了扫描电镜技术在平鲉属3种卵胎生鱼类受精卵鉴别中的应用;第4章主要研究了线粒体CO1基因序列在少鳞鱚(Sillago japonica)受精卵鉴别中的应用:第5章分析了莱州湾和青岛大公岛人工鱼礁区及周边海域鱼类浮游生物的种类组成与数量分布。主要研究结果如下:1康氏小公鱼早期发育形态特征及鲱科和鳀科鱼卵的分类检索2013年7月4日-7月5日于浙江乐清湾海域(28°04.064N、121°07.038'E)使用大型浮游生物网连续采集小公鱼鱼卵样品,得到自卵裂期至孵化期的胚胎发育系列样品;同时利用部分野外鱼卵样品进行人工孵化和仔鱼培养实验,得到初孵仔鱼至孵化后96h后期仔鱼的连续发育样品。对所采集的鱼卵样品进行线粒体DNA序列测定,并与康氏小公鱼成鱼的线粒体DNA序列进行比对,确定所采集的鱼卵样品属于康氏小公鱼。对所得的康氏小公鱼鱼卵和仔鱼系列样品进行详细观察和描述,并与中国近海常见鲱科和鳀科鱼卵、仔鱼的形态特征进行比较,以构建相关分类检索。研究结果表明:康氏小公鱼受精卵为彼此分离的椭球形浮性卵,长径为1.22-1.40 mm,短径为0.68-0.77 mm,其卵膜光滑透明,卵周隙较小,卵黄囊具不规则龟裂,油球单个,直径为0.08-0.12 mm。天然海域受精卵在水温27-29℃条件下,自四胞期发育至孵化约需19.5h。培养水温为23.9-25.8℃时,初孵仔鱼透明无色素,全长2.01±0.05 mm;孵化后8 h,肛门开通;12 h,胸鳍芽形成;24 h,鳃弓原基和肝脏形成,消化道分化为食道和肠道;30 h,视囊开始着色;36 h,上下颌形成;42 h,鱼体开始出现黑色素;72 h,背鳍原基形成,卵黄囊完全被吸收,鱼体进入后期仔鱼发育阶段。中国近海常见鲱科和鳀科鱼卵的分类依据主要为卵的沉浮性、形状和直径,卵膜层数,卵周隙体积,油球数量和直径,以及色素分布等;前期仔鱼的分类依据则主要为油球数量和直径,色素分布,肛门位置,以及肌节数等。2平鲉属3种卵胎生鱼类卵表超微结构的比较研究通过体视显微镜观察,许氏平鲉(Sebastes schlegelii)、花斑平鲉(Sebastes nigricans)和铠平鲉(Sebastes hubbsi)等平鲉属3种卵胎生鱼类的受精卵结构具有较高相似性,而扫描电镜观察结果显示,3种鱼卵的表面超微结构特别是受精孔结构具有显著差异,但未发现与其生殖方式相关的特殊结构。基于卵表超微结构和油球直径的聚类分析表明铠平鲉和花斑平鲉的亲缘关系最近,且许氏平鲉的演化地位较为原始。该结果与亲鱼形态学、分子学的相关研究结果相一致,验证了利用卵表超微结构分析鱼类系统发生关系的可行性。3线粒体COI基因序列在少鳞鱚受精卵鉴别中的应用少鳞鳍为栖息于西北太平洋浅水区域的鱚科常见鱼种。2014年6月-10月于青岛崂山青山湾生态调查中,采集到大量处于尾部延伸阶段的鱚属受精卵样品,利用Chelex 100分子生物螫合树脂提取其DNA,并通过线粒体COl基因序列测定分析将其鉴定为少鳞鱚。通过观察该发育时期受精卵的形态学特征,绘制了胚胎结构示意图。比较研究了少鳞鱚受精卵与鱚属相似鱼卵的形态特征,并基于COl基因序列探讨了中国近海部分鱚属鱼类的系统发生关系。根据相关文献报道以及本研究调查海区所采集鱼卵和成鱼样本的分析鉴定,本研究亦认为中国北方海域报道的多鳞鳝可能为少鳞鱚或中国鱚的误鉴,建议今后应开展深入研究。4人工鱼礁区鱼类浮游生物资源调查应用实践4.1莱州湾人工鱼礁区及周边海域鱼类浮游生物的种类组成与数量分布2010-2011年对莱州湾莱州和招远附近人工鱼礁区及周边海域鱼类浮游生物的种类组成与数量分布进行了水平和垂直拖网调查,以期为研究人工鱼礁对产卵鱼类的诱集效果以及对鱼类浮游生物的庇护效应等提供参考资料。调查结果表明:2010年调查海域共采集鱼卵16088粒、仔稚鱼2487尾,隶属于7目14科19属19种,其中,鱼卵样品以鲱形目最多,鲻形目次之,而仔稚鱼样品以鲻形目最多,颌针鱼目次之;2011年共采集鱼卵9948粒、仔稚鱼1778尾,隶属于4目14科21属21种,其中,鱼卵和仔稚鱼样品均以鲈形目最多,鲱形目次之。2年间莱州和招远调查海域鱼卵样品的唯一优势种均为日本鳀(Engraulis japonicus);仔稚鱼样品均以油魣(Sphyraena pinguis)优势度最高,但2海域均不存在仔稚鱼优势种。鱼类浮游生物群落稳定性以夏季最高,春季次之。人工鱼礁区的鱼类浮游生物量和物种多样性均高于非礁区,但多为低级小型鱼种。4.2青岛大公岛人工鱼礁区及周边海域鱼类浮游生物的种类组成与数量分布2011-2012年对青岛大公岛人工鱼礁区及周边海域鱼类浮游生物的种类组成与数量分布进行了垂直拖网调查,结果表明:2011年调查海域共采集鱼类浮游生物199ind,隶属于5目10科12属12种,其中,鱼卵和仔稚鱼样品分别以鲱形目和鲈形目数量最多;2012年共采集鱼类浮游生物343ind,隶属于5目10科12属12种,其中,鱼卵和仔稚鱼样品均以鲈形目数量最多。2011和2012年所采集鱼卵样品的最高优势种分别为日本鳀和少鳞鱚,而仔稚鱼样品的最高优势种分别为小带鱼(Euplerogrammus muticus)和带鱼(Trichiurus japonicus)。尽管高优势度物种的季节演替较为明显,但2年间相同季节的最高优势种均一致。人工鱼礁区鱼类浮游生物资源量显著高于非礁区,且以大公岛主岛周边人工鱼礁区资源密度最高,但2年间所采集物种对应成鱼的平均营养级均属低级肉食性物种范畴,适温性均以暖温种和暖水种为主,调查海域鱼类浮游生物群落稳定性不高。综合分析认为,虽然人工鱼礁可在一定程度上提高鱼类群落丰富度,但通过人工鱼礁建设对海域生物资源进行养护和修复是渐进的过程,需进行长期的监测和评价。


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