中国水产科学  2024, Vol. 31 Issue (05): 613-625  DOI: 10.12264/JFSC2024-0097
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引用本文 

彭文杰, 马波, 赵然, 王迪, 韩豪祥, 赵月, 王克兢, 朱冠宇. 基于DNA条形码的黑龙江中游漂流性鱼卵鉴定及其群落结构初探[J]. 中国水产科学, 2024, 31(5): 613-625. DOI: 10.12264/JFSC2024-0097.
PENG Wenjie, MA Bo, ZHAO Ran, WANG Di, HAN Haoxiang, ZHAO Yue, WANG Kejing, ZHU Guanyu. Species identification and community structure of drifting fish eggs in the middle reaches of the Heilongjiang River on DNA barcoding[J]. Journal of Fishery Sciences of China, 2024, 31(5): 613-625. DOI: 10.12264/JFSC2024-0097.

基金项目

农业农村部财政专项“东北地区重点水域渔业资源与环境调查”;国家水污染防治专项资金项目“中俄跨界水体黑龙江水生态环境质量调查与评价”;中国水产科学研究院基本科研业务费项目(2023DT07,2021JC0104).

作者简介

彭文杰(1999‒),男,硕士研究生,研究方向为鱼类生态学. E-mail:pengwenjie@live.com

通信作者

通信作者:马波,研究员,研究方向为渔业资源与生态学. E-mail:hsymabo@163.com

文章历史

收稿日期:2024-03-28
修改日期:2024-04-28
基于DNA条形码的黑龙江中游漂流性鱼卵鉴定及其群落结构初探
彭文杰1,2,马波1,赵然3,王迪3,韩豪祥1,赵月3,王克兢3,朱冠宇1,4,     
1. 中国水产科学研究院黑龙江水产研究所,国家渔业资源环境抚远观测实验站,农业农村部黑龙江流域渔业资源与环境科学观测实验站,黑龙江 哈尔滨 150070
2. 大连海洋大学水产与生命学院,辽宁 大连 116023
3. 黑龙江省环境监测中心站,黑龙江 哈尔滨 150056
4. 上海海洋大学水产与生命学院,上海 201306
摘要:黑龙江位于高纬度寒冷地区,鱼类自然繁殖及早期资源发生具有其独特性,了解漂流性鱼卵种类及群落结构的空间格局,对于保护黑龙江鱼类资源具有重要意义。于2022年6—7月对黑龙江干流的抚远、勤得利、萝北3个江段开展漂流性鱼卵资源监测研究,采用DNA条形码技术鉴定鱼卵的种类,获得CO I基因序列1179条,共鉴定鱼类15种,隶属于2目3科8亚科15属,其中鲤科最多(13种),占83.29%;鳅科和鮨科各1种,分别占16.45%和0.25%。分析结果显示,漂流性鱼卵的种类组成主要以贝氏䱗(Hemiculter bleekeri)、花斑副沙鳅(Parabotia fasciatus)、潘氏鳅鮀(Gobiobotia pappenheimi)等小型鱼类为主,群落多样性为抚远江段最高,抚远以上呈下降趋势,表现出明显的空间异质性。鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、草鱼(Ctenopharyngodon idella)、鳡(Elopichthys bambusa)、翘嘴鲌(Culter alburnus)、鳊(Parabramis pekinensis)、鳜(Siniperca chuatsi)等重要经济鱼类的鱼卵相对重要性指数(IRI)由抚远(下游)至萝北(上游)呈显著下降趋势,暗示抚远江段的繁殖亲鱼的规模要大于以上江段,而萝北江段资源面临衰退。本研究推测,环境因子及过度捕捞应该是影响重要经济鱼类早期资源的主要因素,建议在产卵场设立禁渔区、禁渔期,降低捕捞强度,开展鱼卵、仔稚鱼等早期资源的长期监测研究,以科学保护并合理利用黑龙江渔业资源。
关键词漂流性鱼卵    CO I基因    种类鉴定    群落结构    黑龙江    
Species identification and community structure of drifting fish eggs in the middle reaches of the Heilongjiang River on DNA barcoding
PENG Wenjie1,2,MA Bo,1,ZHAO Ran3,WANG Di3,HAN Haoxiang1,ZHAO Yue3,WANG Kejing3,ZHU Guanyu1,4    
1. Heilongjiang River Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences; National Fishery Resources and Environment Fuyuan Observation Experimental Station; Heilongjiang River Basin Fishery Resources and Environment Scientific Observation Experimental Station, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Harbin 150070, China
2. College of Fisheries and Life Science, Dalian Oceans University, Dalian 116023, China
3. Heilongjiang Provincial Environmental Monitoring Center Station, Harbin 150056, China
4. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China
Abstract:The Heilongjiang River is located in a high-latitude cold region, and the natural Reproduction and early-stage resource occurrence of fish have their own uniqueness. Understanding the spatial patterns of drifting fish eggs species and community structure is of great significance for the conservation of Heilongjiang River fish resources. From June to July 2022, a monitoring study of drifting fish eggs was conducted in three river sections of the Heilongjiang River main streams: Fuyuan, Qindeli, and Luobei. DNA barcoding technology was used to identify the species of fish eggs, resulting in the acquisition of 1179 CO I gene sequences, identifying a total of 15 fish species belonging to 2 orders, 3 families, 8 subfamilies, and 15 genera. Among them, the Cyprinidae family was the most represented with 13 species, accounting for 83.29%, followed by one species each in the Cobitidae and Sinipercidae families, accounting for 16.45% and 0.25% respectively. The analysis results showed that the species composition of drifting fish eggs was mainly composed of small fish such as Hemiculter bleekeri, Parabotia fasciatus, and Gobiobotia pappenheimi. Community diversity was highest in the Fuyuan section and showed a decreasing trend upstream, demonstrating clear spatial heterogeneity. The relative importance index (IRI) of important economic fish species such as Hypophthalmichthys molitrix, Ctenopharyngodon idella, Elopichthys bambusa, Culter alburnus, Parabramis pekinensis, and Siniperca chuatsi shows a significant decreasing trend from Fuyuan (downstream) to Luobei (upstream), implying that the spawning stock in the Fuyuan section is larger than in the upstream sections, while the resources in the Luobei section are facing decline. This study suggests that environmental factors and overfishing are likely the main factors affecting the early resources of important economic fish species. It is recommended to establish fishing bans and closed seasons in spawning grounds, reduce fishing intensity, and conduct long-term monitoring studies of early resources such as fish eggs and larvae to scientifically protect and rationally utilize Heilongjiang River fishery resources.
Key wordsdrifting fish eggs    CO I gene    species identification    community structure    Heilongjiang River    

繁殖产卵是鱼类生活史中的重要环节[1]。鱼卵、仔稚鱼是鱼类生活史的早期阶段[2]。鱼类通过繁衍后代使种群得以延续,而早期资源是鱼类资源的重要来源和补充[1]。近年来,针对内陆江河水域开展了鱼类的繁殖过程及早期资源群体动态等方面的研究[3-8],积累了丰富的数据资料和理论依据,对这些大江大河的鱼类资源及栖息地的保护管理具有重要意义。

黑龙江流域地处我国北方高纬度寒冷地区,主要包括黑龙江、松花江、乌苏里江等河流。鱼类区系复杂多样,包含着北寒带、亚寒带、北温带的类型[9],鱼类资源丰富,是我国重要的淡水鱼产区之一[10]。黑龙江流域气候寒冷,冬季漫长,夏季短暂,年平均气温2.57 ℃[11],鱼类在生态习性上具有适应高纬度寒冷条件下繁殖的特殊类型[9],自然繁殖的起始时间晚,繁殖期持续的时期短。有研究显示,松花江鱼类的产卵繁殖时期集中在6—7月[12],这与我国南方低纬度江河流域鱼类产卵的时期显著不同[3-8],具有高纬度河流鱼类繁殖习性的独特性。

鱼卵是研究鱼类生活史中最初阶段的重要材料,通过对鱼卵的鉴定识别以获得种类信息及早期资源的发生状况[1],但鱼卵存在发育阶段时间短、形态变化复杂、近缘物种间差异不明显等情况,形态学方法的局限性限制了在鱼卵鉴定中的应用[13-14]。DNA条形码(DNA barcode)是通过生物体的DNA序列中的特定基因片段来识别不同生物物种的一种分子生物学技术[15]。线粒体DNA具有稳定和母系遗传的特点[16],其中的CO I基因的进化速率相对保守和序列长度适宜,已经被广泛地应用于鱼类种及以上分类单元的鉴定研究[17-20]。目前,利用DNA条形码技术能够从分子水平对形态特征相似的鱼卵种类进行准确鉴定,已成为传统形态学方法鉴定的重要补充,在鱼类早期资源研究中得到有效应用[21-26]

目前,利用DNA条形码对松花江[22]、乌苏里江[23]的鱼卵进行了鉴定,获得了鱼类的种类及组成结构,初步揭示了高纬度地区水域的鱼类早期资源发生情况,但有关黑龙江的鱼类早期资源方面的研究资料较为缺乏,特别是在特殊的气候环境、水文条件下鱼类早期资源的生态特征及发生规律还不清楚。本研究于2022年6—7月在黑龙江中游干流的抚远、勤得利、萝北等江段开展鱼类早期资源调查监测,基于DNA条形码技术鉴定鱼类的种类及分析空间分布特征,旨在了解鱼类鱼卵个体种类组成、群落多样性及空间分布格局,为黑龙江鱼类资源的保护管理提供基础信息。

1 材料与方法 1.1 样品采集

于2022年6—7月,在黑龙江中游干流中国一侧的抚远(134°12ʹ26"E,48°22ʹ56"N)、勤得利(133°16ʹ27"E,48°7ʹ11″N)、萝北(131°21ʹ20"E,47°43ʹ55"N)共3个江段设置采样站点(图1),采样站点的河岸平直,水流平稳,底质为砾石(萝北)和细沙(勤得利、抚远)。

图1  黑龙江中游鱼卵采集站点示意图 Fig. 1  Fish egg collection sites in middle of the Heilongjiang River

采用定置弶网的方式采集鱼卵[27-29],弶网布置于距离岸边3~5 m,所处水体深度2~3 m,水体流速约0.5 m/s,当水位下降或上升时,及时调整弶网的位置,以保证能够稳定地收集鱼卵。调查期内每天24 h弶网始终处于水中开口接卵,每日采集鱼卵2次,分别为7:00和19:00。采集鱼卵同时,测量网口江水的流速、水温、透明度、水位等环境因子数据。对采集到的鱼卵,使用光学解剖镜观察拍照,确定胚胎发育时期,并用75%的乙醇溶液固定,置于低温下(4 ℃)保存,用于种类的分子鉴定。

1.2 鱼卵抽样及CO I基因扩增与测序

对每天采集的鱼卵进行随机抽样用于鉴定和分析,其中数量多于10粒小于30粒的鱼卵,全部用于鉴定;多于30粒的鱼卵,抽取其中的30~60粒用于鉴定。挑取单个鱼卵,使用ddH2O洗脱乙醇,采用生工生物工程(上海)股份有限公司Ezup柱式动物基因组DNA抽提试剂盒提取基因组DNA,4 ℃保存备用。CO I基因序列扩增引物为Fish-F1: 5ʹ-TCAACCAACCACAAAGACATTGGCAC-3ʹ,和Fish-R1: 5ʹ-TAGACTTCTGGGTGGCCAAAGAATCA-3ʹ[30]。建立PCR反应体系25 μL,包含dNTP 2.5 μL、buffer 15 µL、Mg2+ 1.5 μL、正反向引物(10 pmol/µL)各1 μL,KOD DNA聚合酶0.2 μL,模板DNA(20 ng/μL)2 μL,补充ddH2O至25 μL。在ABI 9700型PCR仪上,进行如下反应程序:94 ℃预变性4 min; 94 ℃变性55 s,60 ℃退火45 s,72 ℃延伸30 s,72 ℃延伸7 min; 30个循环。反应结束后,取PCR产物3 μL经1%凝胶电泳检测合格后,由生工生物工程(上海)股份有限公司进行测序。

1.3 序列比对

利用Clustal X软件对序列进行对位排列及校正,利用DnaSP 6.12软件分析所得序列的单倍型,将单倍型序列与NCBI数据库(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)中已知物种的参考序列进行BLAST比对,采用neighbor joining聚类构建物种系统进化树,获得相似度最高的物种序列。依据Ko等[13]的鉴定标准,当CO I基因序列与参考序列的相似性≥99%时,可鉴定到种;当95%≤相似性<99%时,鉴定到属。本研究选择对相似性≥99%的序列鉴定为种。

1.4 产卵场位置推算

观察并确定鱼卵胚胎发育时期[31-32],产卵场位置的推算依据鱼卵的发育时期和所经历的时间,结合当时江水流速来推算鱼卵的漂流距离,计算公式如下:

L=VT

式中L为鱼卵的漂流距离,m; V为调查断面水体流速,m/s; 为胚胎发育所经历的时间,s。

1.5 数据处理 1.5.1 优势种

选用相对重要性指数(index of relative importance,IRI)描述鱼卵群落中的优势种,按照以下公式计算:

IRI=NF%×104

式中N%为每种鱼卵数量占鱼卵总数量的数量百分比;F%为每种鱼卵出现的频率。定义IRI>1000为优势种;100≤IRI<1000为常见种;10≤IRI<100为少见种。

1.5.2 群落多样性

采用香农-威纳指数(Shannon- Wiener,H′)、Margalef丰富度指数(D)和绝对均衡度指数(J)分析鱼卵群落多样性,计算公式为:

$ H' = - \sum\limits_{i = 1}^S {\left( {{n_i}/N} \right){\rm{ln}}\left( {{n_i}/N} \right)} $
$D = \frac{{(S - 1)}}{{\ln N}}$
$J = \frac{{H'}}{{\ln S}}$

式中S为鱼卵的总种数;ni为某种鱼卵的个体数;N为鱼卵的总个体数。

1.5.3 群落结构聚类

鱼卵群落结构聚类使用Origin 2019b软件进行多变量下的系统聚类分析进行排序。使用R 4.3.1软件采用vegan对鱼卵群落结构进行非度量多维尺度分析(non-metric multidimensional scaling,NMDS),以胁迫系数(stress)衡量NMDS结果的有效性。通常认为,当stress<0.05时,具有较佳的代表性;当0.05≤stress<0.1时,排序结果基本可信,可以认为是一个较好排序;当0.1≤stress<0.2时,其图形具有一定解释意义。

2 结果与分析 2.1 鱼卵发生

本次调查期间,抚远江段鱼卵的主要发生时期为6月16日—7月15日,共获得3801粒,其中单日发生量超过400粒的高峰期的时间为6月18日、6月19日和7月6日(图2);勤得利江段鱼卵的主要发生时期为6月19日—7月25日,共获得3426粒,其中单日发生量超过400粒的高峰期时间为6月23日、6月28日和6月29日(图3);萝北江段鱼卵的主要发生时期为6月15日—7月31日,共获得6409粒,其中单日发生量超过400粒的高峰期时间为6月22日、6月26日、6月27日、7月1日和7月10日(图4)。由上可见,3个江段的鱼卵发生过程存在不同,鱼卵发生的时期由长到短依次为萝北、勤得利、抚远,高峰期出现的天数由多到少依次为萝北、勤得利、抚远。

图2  抚远江段漂流性鱼卵发生量的日变化 Fig. 2  Daily variation in drifting fish egg occurrence at the Fuyuan sampling site
图3  勤得利江段漂流性鱼卵发生量的日变化 Fig. 3  Daily variation in drifting fish egg occurrence at the Qindeli sampling site
图4  萝北江段漂流性鱼卵发生量日变化 Fig. 4  Daily variation in drifting fish egg occurrence at the Luobei sampling site
2.2 序列比对

对各调查江段采集的鱼卵抽取样本,经对CO I基因测序,共获得长度为625 bp的有效序列1201条,其中抚远江段390条,勤得利江段326条,萝北江段485条,抽样检测到有效序列的卵数占总卵数量的8.76%。

将获得的CO I基因序列与NCBI数据库中已知物种的参考序列进行BLAST比对(图5表1),其中在1179条序列中检测出的132种单倍型,与已知物种参考序列的相似度为99%~100%,可以鉴定到种,占总序列的98.16%;另有22条相似性小于99%的序列为待定种,需进一步确认。

图5  基于CO I基因序列的黑龙江中游漂流性鱼卵种类邻接关系树 Fig. 5  Neighbor joining tree of drifting fish eggs in middle of the Heilongjiang River based on CO I gene sequence
表1  黑龙江中游漂流性鱼卵种类的CO I基因序列比对 Tab. 1  COI gene sequence comparison of drifting fish eggs in middle of the Heilongjiang River
2.3 鱼卵种类

经比对,在1179个鱼卵中可以鉴定到种的鱼类为15种,隶属于2目3科8亚科15属(表1)。其中,鲤科(Cyprinidae)鱼类有13种,分别为草鱼(Ctenopharyngodon idella)、鳡(Elopichthys bambusa)、贝氏䱗(Hemiculter bleekeri)、翘嘴鲌(Culter alburnus)、鳊(Parabramis pekinensis)、银鲴(Xenocypris argentea)、东北鳈(Sarcocheilichthys lacustris)、银鮈(Squalidus argentatus)、突吻鮈(Rostrogobio amurensis)、蛇鮈(Saurogobio dabryi)、潘氏鳅鮀(Gobiobotia pappenheimi)、鳙(Aristichthys nobilis)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix),共982个样本,占总样本的83.29%;鳅科(Cobitidae)鱼类有1种,为花斑副沙鳅(Parabotia fasciatus),共有194个样本,占总样本数的16.45%;鮨科(Serranidae)鱼类有1种,为鳜(Siniperca chuatsi),共有3个样本,占总样本数的0.25%。

2.4 胚胎发育时期及产卵场位置

观察鱼卵胚胎的发育时期(图6),抚远、勤得利、萝北3个江段鱼卵的发育时期主要介于囊胚早期至出膜前期之间,其中处于囊胚晚期与尾芽期之间的鱼卵数分别占各自总卵数的64.07%、84.94%、78.55%。以蛇鮈[31]、鲢[32]等鱼卵胚胎发育时期及所需时间作为参照,显示鱼卵处于受精后6~69 h发育时期。以收集鱼卵时水体平均流速为0.5 m/s计算,推测各江段鱼类产卵场的位置处于采集点的上游约10~124 km的范围内,其中主要产卵场位于14~72 km范围内。抚远与勤得利间的河流长度约为96 km,即抚远江段的主要产卵场位于勤得利的下游,但部分产卵场与勤得利江段产卵场有重合;勤得利与萝北之间的河流长度约为196 km,即两者的产卵场位置未重合。

图6  黑龙江中游漂流性鱼卵胚胎发育时期a. 囊胚晚期;b. 尾芽期;c. 出膜前期. Fig. 6  Embryonic development period of drifting fish eggs in Fuyuan section of the Heilongjiang Rivera. Late blastocyst stage, b. Tail-bud stage, c. Pre-hatching stage.
2.5 组成结构及空间分布

在15种鱼类中,萝北江段检测到14种,未见鳜;勤得利江段检测到11种,未见突吻鮈、银鮈、东北鳈和鳜;抚远江段检测到14种,未见突吻鮈。在各江段的鱼卵数量所占比例中(图7),萝北江段的花斑副沙鳅、潘氏鳅鮀和贝氏䱗的数量占比(分别为47.08%、23.41%和14.25%)较高,勤得利江段的贝氏䱗、潘氏鳅鮀和鳊的数量占比(分别为62.03%、9.54%和9.26%)较高,抚远江段的贝氏䱗、潘氏鳅鮀、鲢和鳊的数量占比(分别为43.56%、12.61%、11.19%和7.29%)较高,其他种类比例较低,各江段的鱼类组成及资源的空间分布格局呈现明显差异。

图7  黑龙江中游漂流性鱼卵种类组成 Fig. 7  Species composition of drifting fish eggs in middle of the Heilongjiang River

在检测到的鱼卵种类中,鲢、鳊、翘嘴鲌、草鱼、鳡、鳜和鳙为黑龙江主要的大型经济鱼类,其他为小型鱼类。总体来看,7种大型经济鱼类的总数量占比以抚远最高(29.52%),其次为勤得利(15.70%),萝北最低(2.54%),呈现出由下游至上游显著降低的趋势。在7种大型经济鱼类中(图7),除了鳊为勤得利为最高(占比9.26%)外,其余种均为抚远最高,勤得利次之,萝北最低(图7),也呈现出由下游至上游显著降低的趋势,即抚远江段的大型经济鱼类的早期资源较为丰富,而萝北江段较为贫乏。

分析鱼卵发生高峰期时的种类、空间分布及数量占比(图8),各江段存在明显的不同。抚远江段第1次高峰期(6月8日)出现5种,以贝氏䱗为主(79.21%),其他种占比较低;第2次高峰(7月5日)出现12种,贝氏䱗(17.86%)、鲢(15.72%)、花斑副沙鳅(15.12%)和翘嘴鲌(13.69%)的占比接近,其他种类较低。勤得利江段第1次高峰(6月22日)出现5种,以贝氏䱗为主(79.69%),其次为潘氏鳅鮀(15.94%),其他种占比较低;第2次高峰(6月26日)出现9种,以贝氏䱗为主(71.64%),其次为鳊鱼(9.98%),其他种占比较低。萝北江段第1次高峰期(6月21日)出现6种,主要以贝氏䱗(47.38%)和潘氏鳅鮀(47.62%)为主,其他种占比较低;第2次高峰期(6月26日)以花斑副沙鳅为主(62.43%),其次为贝氏䱗(16.65%)、银鮈(12.49%);第3次高峰期(7月1日)以花斑副沙鳅为主(71.17%),其次为银鮈(15.31%)和贝氏䱗(8.65%),其他种占比较低;第4次高峰期(7月10日)以花斑副沙鳅为主(70.90%),其次为潘氏鳅鮀(18.38%)和银鮈(8.65%),其他种占比较低。第5次高峰期时(7月19日)以花斑副沙鳅为主(98.43%),其他种占比低。

图8  黑龙江中游漂流性鱼卵发生高峰期的种类组成数据为高峰期首日的种类组成数据. Fig. 8  Species composition during the peak period of drifting fish eggs in middle of the Heilongjiang RiverThe date referring to the first day of the peak period.
2.6 优势种及空间变化

以鱼卵的发生过程及种类组成,基于相对重要性指数(IRI)分析鱼卵的优势种情况显示(表2),抚远江段的鱼卵中贝氏䱗、鲢为优势种,银鲴、银鮈、鳜为劣势种,其他为常见种和一般种;勤得利江段的鱼卵中贝氏䱗为优势种,鳡、鳜、翘嘴鲌、蛇鮈、东北鳈、银鮈、突吻鮈为劣势种,其他为常见种和一般种;萝北江段的鱼卵中潘氏鳅鮀、花斑副沙鳅为优势种,草鱼、鳡、鳊、东北鳈、蛇鮈、鳜为劣势种,即各江段相比优势种情况存在明显不同。在一些种类中,草鱼、贝氏䱗、翘嘴鲌、鳊、鲢等的相对重要性指数呈现出由抚远至勤得利、萝北显著下降的趋势,而银鲴、突吻鮈、潘氏鳅鮀、花斑副沙鳅呈现出明显上升趋势。

表2  黑龙江中游漂流性鱼卵相对重要性指数(IRI) Tab. 2  The index of relative importance (IRI) for drifting fish eggs in middle of the Heilongjiang River
2.7 群落多样性

以鱼卵的种类和数量分析各江段鱼卵群落的多样性水平(表3),3个江段的多样性指数(H′)、均衡度指数(J)和丰富度指数(D)的变化趋势不同,各指数总体表现为下游高于上游。其中,H′为抚远>萝北>勤得利,D为抚远>萝北>勤得利,表明在各江段中抚远的多样性水平最高。J为抚远>勤得利>抚远,表明由抚远江段至上游的各物种比例的均衡水平逐渐降低。此外,勤得利的H′和D较低,可能是勤得利检测到的物种较少所致。

表3  黑龙江中游漂流性鱼卵群落多样性指数 Tab. 3  Biodiversity index of drifting fish eggs in middle of the Heilongjiang River
2.8 群落结构聚类

对鱼卵的群落结构进行聚类分析(图9),抚远江段与勤得利江段首先聚为一支,两者群落组成相似度较高,距离较近(0.224),而与萝北的群落组成相似性较低,距离较远(0.608),即抚远江段与地理位置相邻的勤得利江段的群落结构相似。NMDS排序的二维空间结果显示(图10),stress< 0.05表明该结果具有很好的代表性,鱼类群落结构聚类分析排序效果较好,即抚远江段和勤得利江段的地理距离小于萝北江段和勤得利江段,以及萝北江段和抚远江段的距离,反映了抚远江段与勤得利江段之间的鱼卵组成的相似程度高于萝北与它们之间的相似程度。

图9  黑龙江中游漂流性鱼卵群落结构空间格局的聚类 Fig. 9  Spatial distribution clustering of drifting fish egg community structure in middle of the Heilongjiang River
图10  黑龙江中游漂流性鱼卵群落结构NMDS排序 Fig. 10  NMDS ordination of drifting fish egg community structure in middle of the Heilongjiang River
3 讨论 3.1 DNA条形码对黑龙江漂流性鱼卵鉴定的适用性

鱼卵的物种一般依据于形态学方法,通过观察不同发育阶段的胚胎形态特征,或对鱼卵孵化成仔稚鱼进行鉴定[1],但受制于鱼卵、仔稚鱼形态的相似性,利用形态学方法鉴定存在一定困难,有些种类往往仅能鉴定到属或科[13-14]。本研究中所采集到的鱼卵主要处于卵裂期、囊胚期或出膜前期等不同发育时期,由于缺乏有关黑龙江鱼卵的形态学鉴定方面的研究基础,尚没有可用于形态学特征鉴定的可靠依据,特别是对特有种的鉴定还存在空白,仅采用形态学方法有效识别早期鱼卵种类还存在难度,因此还需要采用更加便捷、准确的鉴定方法。

近年来,将DNA条形码技术应用于鱼卵种类鉴定成为有效的方法之一。阮瑞等[21]和周美玉等[33]研究发现,DNA条形码技术与形态学鉴定相结合,能够更准确地对鱼卵和仔稚鱼进行鉴定,尤其对于鱼卵的鉴定有效。陈静等[14]、郜星晨等[34]的研究显示,DNA条形码能将形态学分类结果鉴定至更低阶元,证实了DNA条形码技术在鱼卵物种识别中的可行性。本研究使用CO I基因对黑龙江中游的抚远、勤得利、萝北等江段的漂流性鱼卵进行鉴定,获得了1201粒鱼卵的序列,其中98.17%的序列与已知序列相似度大于99%,依据条形码共鉴定种类15种,与利用CO I基因序列分别对松花江[22]和乌苏里江[23]的漂流性鱼卵所鉴定的种类相似,而黑龙江、松花江、乌苏里江属于同一水系,因此在鱼类种类组成上相似性高,即基于DNA条形码技术可以有效适用于黑龙江的鱼卵种类鉴定。

本研究基于NCBI数据库搜索的序列相似度作为种类鉴定的判定标准,但所参照的物种序列大多不是源自于黑龙江水系的物种,为保证鉴定的准确性,仅选择了相似度≥99%的序列,尚有22条相似度<99%的序列未鉴定到种,因此利用现有的数据库还不能完全对黑龙江的鱼卵准确鉴定。公共数据库中基因数据的丰富性、准确性及完整性将会影响到鉴定结果[14]。郜星晨等[34]建立了三峡库区鱼类核苷酸数据库,可以有效用于库区鱼卵、仔稚鱼和渔获物的分子鉴定;Hou等[35]建立了珠江口及近岸海域DNA条形码数据库,使鱼卵鉴定的准确性得到了提高;Chen等[25]建立了珠江下游仔稚鱼DNA条形码数据库,有助于获得更详细、更全面的物种信息。但大多水域尚缺乏完整有效的基因数据库,而黑龙江鱼类条形码数据尚不够完善,有些特有种还存在缺失,因此建立一个基于黑龙江水系的鱼类DNA条形码数据库还是很有必要。

3.2 黑龙江中游漂流性卵群落多样性及时空分布格局

本研究鉴定出的15种鱼类均为具有产漂流性卵的特性,构成黑龙江中游漂流性卵鱼类早期资源的主要类群,与松花江下游[12, 22]和乌苏里江中下游[23]的产漂流性卵鱼类组成相似,与长江[5-6]等水域相比黑龙江水系种类要少,即黑龙江地处北方高纬度寒冷地区,在鱼类区系组成上冷水性鱼类种类较多[9],而产漂流性卵的温水性鱼类的种类要明显少于南方地区,显示不同纬度地理水系间的差异。在空间分布格局上,鱼卵的种类存在一定的差异,主要表现为勤得利江段突吻鮈、银鮈、东北鳈和鳜等种类缺失,且贝氏䱗、鲢、潘氏鳅鮀、花斑副沙鳅等各种类的群落结构及相对重要性指数表现出明显的空间异质性。同时,松花江下游未见鳜、鳊、鳙[12, 22]及乌苏里江中下游[23]未见草鱼、鳜、鳊和鳙等种类的鱼卵,表明黑龙江水系内不同河流区域鱼卵种类分布及群落结构具有明显的变化,这与长江中游不同区域鱼卵种类和资源量存在差异的情况相似[36],也大致反映出黑龙江、松花江、乌苏里江的不同水域产卵繁殖亲鱼的种类分布和资源量情况。

有研究表明,鱼类的群落结构与环境因子密切相关。珠江中下游鱼类物种多样性高于上游,年均气温、降雨量、年均径流量、河流宽度与透明度是群落结构时空差异的主要影响因子[37],长江中游NH4+-N和底质类型是影响鱼类分布的主要环境因子[38],而鱼类群落结构也进而会影响到鱼卵等早期资源发生及群落多样性。本研究显示漂流性鱼卵群落多样性为抚远江段最高,抚远以上呈下降趋势,特别是鲢、草鱼、鳡、贝氏䱗、翘嘴鲌、鳊、东北鳈、蛇鮈、鳜的鱼卵相对重要性指数均显著高于上游河段,也能表现出产卵亲鱼群落结构的差异。此外,3个江段鱼卵的发生的时期和过程存在不同,特别是鱼卵高峰时的种类和数量也存在时空差异。对红水河[26]和赤水河[39]研究显示,不同漂流性鱼卵鱼类的产卵期存在差异,鱼类的产卵繁殖对环境因子有各自需求。萝北以上水域位于小兴安岭南麓与三江平原交界地带,属山地丘陵,河谷束窄,水流湍急,底质多为礁石、砾石;勤得利至抚远水域地处三江平原腹地,地势平坦,江面开阔,水流缓慢,底质泥沙[40],因此河流的宽度、流量、水温、底质等自然环境因子可能影响着鱼类群落结构,也体现在鱼卵群落多样性的空间差异。对连江[41]、长江中游[5, 42]的研究表明,相似的生境中鱼类群落组成也非常相似。本研究也显示鱼卵群落多样性以抚远和勤得利之间具有更高的相似性,而与萝北相似性较小,即抚远和勤得利之间的地理距离较近,具有相似的生境,且产卵场有部分重叠,表现出群落结构也相似,与萝北的生境差异较大、产卵场之间距离较远而群落结构相似性低。

3.3 黑龙江中游重要经济鱼类的鱼卵资源及保护

本研究中的江段区域是黑龙江中游主要的渔业产区。鲢、草鱼、翘嘴鲌等鱼类为重要的经济鱼类,具有春季从黑龙江下游洄游至中游产卵繁殖的习性[10]。对鱼卵等早期资源监测可以了解其产卵场及繁殖群体情况。鱼卵发生数量可反映出参与繁殖亲鱼群体的规模[5]。本研究中,由抚远至勤得利、萝北江段,鲢、草鱼、鳡、翘嘴鲌、鳜、鳊等鱼类卵的数量占比(分别为29.53%、15.69%、2.54%)呈显著下降趋势,且每种鱼的相对重要性指数由下游至上游也呈显著下降趋势,表明勤得利、抚远江段为主要产卵场,产卵繁殖的亲鱼数量较多,而萝北以上江段产卵场规模较小,即产卵繁殖的亲鱼群体也很少。分析其原因,一方面勤得利至抚远江段具有适宜产卵繁殖的生境条件而优于萝北以上江段,并受到洄游距离限制及对产卵场的选择,亲鱼洄游至上游过程中种群数量会逐渐缩减;另一方面,实地调查也发现,由抚远至勤得利、萝北沿江的渔业捕捞生产活动频繁,使洄游至上游的群体在没有进入产卵场及产卵活动前被过度拦截捕捞,也造成上游水域的资源逐渐衰退,进而影响到鱼卵发生的数量,表现为明显下降趋势。因此需要采取保护措施,在主要的产卵场设立禁渔区、禁渔期,研究建立配额捕捞制度,降低捕捞强度,并开展鱼卵、仔稚鱼及繁殖亲鱼的长期监测研究,以维护黑龙江重要经济鱼类群体资源的可持续利用。

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