王玉堃，黃建生，戴芳群，唐學(xué)璽，孫耀*，金顯仕

(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院 黃海水產(chǎn)研究所，山東 青島 266071；2.中國(guó)海洋大學(xué) 海洋生命學(xué)院，山東 青島 266003)

黃、渤海小黃魚(yú)耳石元素指紋分析及其在種群補(bǔ)充群體識(shí)別中的應(yīng)用

王玉堃1，2，黃建生1，戴芳群1，唐學(xué)璽2，孫耀1*，金顯仕1

(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院 黃海水產(chǎn)研究所，山東 青島 266071；2.中國(guó)海洋大學(xué) 海洋生命學(xué)院，山東 青島 266003)

摘要：利用電感耦合等離子質(zhì)譜ICP-MS元素分析方法，測(cè)定了黃、渤海125尾小黃魚(yú)的耳石元素指紋圖譜，共檢測(cè)到Mg、Al、Mn、Cu、Zn、Sr、Ba、Ca等8種指紋元素。不同采樣站位小黃魚(yú)耳石元素含量均存在顯著性差異，線(xiàn)性判別分析可以有效識(shí)別不同站位的小黃魚(yú)群體，判別成功率為65%～96%，整體判別成功率為86%?；诙刂讣y圖譜特征進(jìn)行聚類(lèi)分析，可以將黃、渤海小黃魚(yú)早期補(bǔ)充群體劃分為渤海種群、黃海中部種群和南黃海種群，其中黃海中部種群站位交叉明顯。

關(guān)鍵詞：耳石；微化學(xué)；小黃魚(yú)；群體識(shí)別；種群結(jié)構(gòu)；元素指紋圖譜

1引言

耳石(otolith) 是位于硬骨魚(yú)類(lèi)內(nèi)耳膜迷路內(nèi)的一種碳酸鈣結(jié)晶體，主要成分為碳酸鈣和有機(jī)質(zhì)，以及低于1%的微量元素，主要生理功能為感覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及平衡作用。耳石中的元素主要來(lái)自外界水體環(huán)境，這些元素經(jīng)由鰓或消化道吸收，透過(guò)血液的傳輸進(jìn)入內(nèi)淋巴系統(tǒng)，最后才沉積在耳石上。雖然不同元素在水體與耳石中的沉積比例有所差異，但耳石中的大多數(shù)元素均能夠忠實(shí)地反應(yīng)魚(yú)類(lèi)生活水體中的微化學(xué)組成[1]。目前耳石中可以檢測(cè)到的元素大約有31種[2]，雖然這些微量元素含量不到總量的1%，但卻能提供很多環(huán)境信息，例如Sr被認(rèn)為與生境鹽度有關(guān)[3]。因此，耳石元素指紋圖譜可以反演魚(yú)類(lèi)的生活環(huán)境，作為一種天然的地理標(biāo)記分析不同魚(yú)類(lèi)種群的差異，應(yīng)用于魚(yú)類(lèi)種群的識(shí)別研究。

小黃魚(yú)(Larimichthyspolyactis)是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)之一，屬石首魚(yú)科，為暖溫性、近底層洄游性魚(yú)類(lèi)，廣泛分布于中國(guó)沿海和朝鮮半島西部海域。自20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，由于過(guò)度捕撈和環(huán)境惡化等因素的影響，小黃魚(yú)資源量逐年減少。20世紀(jì)90年代因禁漁區(qū)、禁漁期和伏季休漁措施的有效實(shí)施，小黃魚(yú)資源量又出現(xiàn)了明顯上升，但與此同時(shí)，其生活史型也發(fā)生了個(gè)體小型化、性成熟提早、漁獲物以幼魚(yú)為主等巨大的變化[4]。鑒于小黃魚(yú)在我國(guó)海洋漁業(yè)中的重要地位及其資源量的顯著變化現(xiàn)象，小黃魚(yú)一直是重點(diǎn)研究魚(yú)種。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在小黃魚(yú)生物學(xué)特性、資源變動(dòng)、產(chǎn)卵洄游以及分子遺傳等方面進(jìn)行了諸多研究[5—9]，但關(guān)于小黃魚(yú)耳石元素指紋分析的研究還較少，也尚未見(jiàn)利用耳石元素指紋圖譜研究魚(yú)類(lèi)種群結(jié)構(gòu)的相關(guān)報(bào)道。本研究在此嘗試進(jìn)行一些該方面的探討和分析，采用ICP-MS技術(shù)對(duì)黃、渤海小黃魚(yú)全耳石微化學(xué)組成進(jìn)行測(cè)定，研究耳石元素指紋分析對(duì)不同采樣站位小黃魚(yú)群體的識(shí)別能力，并基于耳石元素指紋圖譜探討了小黃魚(yú)早期補(bǔ)充群體的種群結(jié)構(gòu)，以期從多方面了解小黃魚(yú)的種群結(jié)構(gòu)，為小黃魚(yú)種群的研究提供了新的方法和途徑，也為小黃魚(yú)的資源保護(hù)及合理開(kāi)發(fā)利用積累基礎(chǔ)資料。

2材料與方法

2.1樣本采集與處理

2012年8—9月在渤海(葫蘆島)和黃海(大魚(yú)島、青島、海州灣、大洋港)近岸海域由當(dāng)?shù)貪O船采用單樁張網(wǎng)漁具捕獲小黃魚(yú)(圖1)。小黃魚(yú)樣品冷藏后帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)量其標(biāo)準(zhǔn)體長(zhǎng)(0.01 mm)，并摘取耳石。本研究中采用的為體積較大的矢耳石，所摘取的矢耳石處理方法參照Correia 等[10]，將耳石經(jīng)30%的H2O2溶液浸泡30 min后，用Milli-Q水超聲清洗3次，清除耳石上附著的包膜和其他有機(jī)質(zhì)，自然晾干后置于離心管保存。

表1　小黃魚(yú)采集樣品信息

圖1　采樣站位Fig.1　Sampling sites

2.2耳石元素指紋分析

采用激光溶蝕等離子質(zhì)譜ICP-MS測(cè)定全耳石的元素指紋，采用中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所水產(chǎn)品安全與質(zhì)量檢測(cè)研究室d Elan DRC Ⅱ型(Perkin-Elmer公司)ICP-MS進(jìn)行測(cè)定。4次重復(fù)測(cè)定，用外標(biāo)法進(jìn)行定量，多元素校正標(biāo)準(zhǔn)溶液由100 mg/L單個(gè)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(NSI公司)，逐級(jí)稀釋而成，工作溶液介質(zhì)為2% HNO3。以In為內(nèi)標(biāo)檢驗(yàn)儀器的穩(wěn)定性。內(nèi)標(biāo)元素和校正標(biāo)準(zhǔn)溶液元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation，RSD)小于5%，樣品元素的RSD小于8%。樣品測(cè)定方法參照Correia等[10]，將耳石用1% HNO3溶液浸泡10 s，以清除耳石表面污染物，用Milli-Q水超聲清洗耳石3次，除盡殘留酸溶液和其他雜質(zhì)，將清洗完畢的耳石轉(zhuǎn)移至干凈離心管，加入1 mL超純硝酸溶液(Sigma公司)溶解15 min，用Milli-Q水將溶液稀釋至10 mL。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以檢測(cè)耳石樣品中24Mg、27Al、42Ca、55Mn、63Cu、66Zn、88Sr和137Ba等8種元素的含量。檢測(cè)到的Mg、Al、Mn、Cu、Zn、Sr和Ba元素含量均轉(zhuǎn)換為其與鈣元素濃度的摩爾比值(trace element/Ca ratios)作進(jìn)一步的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析[11]。

2.3數(shù)據(jù)分析

由于耳石中Ca含量遠(yuǎn)高于其他元素含量，按國(guó)際慣例將各元素含量標(biāo)準(zhǔn)化，即轉(zhuǎn)換為各元素與Ca元素比值(mmol/mol)。

運(yùn)用R軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單變量方差分析(ANOVA)、協(xié)方差分析(ANCOVA，耳石質(zhì)量為協(xié)變量)、多變量方差分析(MANOVA)和逐步線(xiàn)性判別分析(stepwiselinear discriminant function analysis，LDFA)，并應(yīng)用多維定標(biāo)(multidimensional scaling，MDS，Euclidean distance)對(duì)5個(gè)站位的小黃魚(yú)群體進(jìn)行聚類(lèi)分析，P<0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3結(jié)果

3.1不同采樣站位小黃魚(yú)耳石元素指紋圖譜特征

測(cè)定了小黃魚(yú)耳石中8種元素(Mg、Al、Mn、Cu、Zn、Sr、Ba、Ca)的含量，各元素含量檢出值均達(dá)到ICP-MS檢測(cè)限水平。各站位小黃魚(yú)耳石中微量元素/Ca比值結(jié)果表明，小黃魚(yú)耳石中不同元素含量比值有較大的差異，其中Ba/Ca、Mn/Ca值較高，其次為Sr/Ca、Al/Ca和Zn/Ca值，Cu/Ca和Mg/Ca值較低。各元素在不同采樣站位之間也存在顯著差異(ANOVA，n=125，P<0.05)，葫蘆島的小黃魚(yú)群體其耳石中各元素含量均高于其他站位，而大洋港的小黃魚(yú)群體耳石中元素含量顯著低于其他站位(圖2)，其中，Mg/Ca值以葫蘆島最高；Al/Ca值以海州灣、青島和葫蘆島較高；Ba/Ca值以葫蘆島最高；Cu/Ca值以海州灣和葫蘆島較高；Mn/Ca值以海州灣、大魚(yú)島和葫蘆島較高；Zn/Ca值以葫蘆島最高。

以耳石質(zhì)量作為協(xié)變量進(jìn)行協(xié)方差分析，結(jié)果顯示，小黃魚(yú)耳石中Mg/Ca、Mn/Ca、Cu/Ca、Zn/Ca、Sr/Ca以及Ba/Ca值與耳石質(zhì)量沒(méi)有顯著相關(guān)關(guān)系(ANCOVA，n=125，P>0.05)。多變量方差分析(MANOVA)結(jié)果顯示，各站位小黃魚(yú)群體的耳石多元素特征存在顯著差異(Pillai trace，F(xiàn)17.172=1.985，P<0.05)，各站位兩兩比較 (Hotelling’s T-square) 結(jié)果隨元素種類(lèi)變化而呈現(xiàn)不同特征(圖2)，其中Ba/Ca值在5個(gè)小黃魚(yú)群體中呈現(xiàn)出的差異性最多，而Sr/Ca值則只在大洋港和葫蘆島兩個(gè)群體中呈現(xiàn)顯著差異(P< 0.05)。

3.2不同采樣站位小黃魚(yú)群體的判別函數(shù)分析

對(duì)元素指標(biāo)進(jìn)行逐步線(xiàn)性判別分析(LDFA)，結(jié)果表明，盡管5個(gè)采樣站位的小黃魚(yú)耳石中元素/Ca比值在判別函數(shù)1和判別函數(shù)2二維空間上的分布存在明顯重疊(圖3)，但應(yīng)用多元素指標(biāo)進(jìn)行的LDFA對(duì)大洋港、海州灣、青島、大魚(yú)島和葫蘆島等5個(gè)站位的正確判別率分別為96%、65%、96%、90%和82%，整體的正確判別率可達(dá)86%(表2)。

3.3小黃魚(yú)早期補(bǔ)充群體的種群結(jié)構(gòu)分析

以本研究采集的125尾小黃魚(yú)樣品為對(duì)象，基于耳石元素指標(biāo)進(jìn)行聚類(lèi)分析，分析結(jié)果顯示小黃魚(yú)樣品可以被聚類(lèi)為3個(gè)組別，其中組別2主要為葫蘆島小黃魚(yú)樣品，組別3主要由大洋港小黃魚(yú)樣品組成，組別1主要為位于黃海中部近岸的大魚(yú)島、海州灣和青島的小黃魚(yú)，且交叉明顯，還出現(xiàn)了少量的葫蘆島和大洋港小黃魚(yú)。

圖2　小黃魚(yú)耳石中微量元素與鈣元素的摩爾比值(平均值±SE)Fig.2　Molar elemental concentrations (mean ± SE) in whole otoliths of L. polyactis誤差棒之上字母相同的站位，表示組間差異不顯著(P>0.05)The locations marked with the same letter above the error bars are not significantly different concerning the elemental concentrations (P>0.05)

實(shí)際站位預(yù)測(cè)站位大洋港海州灣青島大魚(yú)島葫蘆島正確率/%大洋港22001096海州灣01334065青島00251096大魚(yú)島30027090葫蘆島02102382總計(jì)251529332386

圖3　不同站位耳石樣品的元素含量在判別函數(shù)1和判別函數(shù)2的二維散點(diǎn)分布Fig.3　Scatter plot of LD1 and LD2 of multi-elemental tags in otoliths collected from the five sampling locations橢圓表示95%置信區(qū)間Ellipses represent 95% confidence intervals around the data

圖4　多維定標(biāo)對(duì)5個(gè)站位小黃魚(yú)耳石元素的聚類(lèi)情況Fig.4　Cluster analysis of multi-elemental tags in otoliths collected from the five sam-pling locations by multidimensional scaling

4分析和討論

4.1耳石元素指紋分析在不同站位小黃魚(yú)群體識(shí)別中的應(yīng)用

元素沉積到耳石的過(guò)程中，牽涉到一系列復(fù)雜的生物、化學(xué)和地質(zhì)機(jī)制。微量元素在耳石中的沉積是一種復(fù)雜的生物礦化作用，同時(shí)受到魚(yú)類(lèi)生理效應(yīng)、環(huán)境以及耳石本身結(jié)晶狀態(tài)的影響。到目前為止，對(duì)于環(huán)境如何影響耳石中的元素沉積，尚未完全了解。有部分研究指出，包括Sr、Ba、Cu、Pb、Mg等元素在內(nèi)，其環(huán)境水體中的元素濃度會(huì)直接影響到耳石中該元素的濃度[12—15]；Ba、Zn、Cu和Pb等元素則可能反映淡水注入和河川污染等影響；而耳石中Na、K和Mn等元素的濃度則認(rèn)為可能受到魚(yú)類(lèi)生理發(fā)育的影響要遠(yuǎn)大于外界環(huán)境變化的影響[13，16—17]。本研究中對(duì)小黃魚(yú)耳石中的元素組成差異進(jìn)行分析，檢測(cè)到7種元素與Ca的比值，其中，Sr與Ba的濃度可以代表近岸淡水注入等所造成的環(huán)境水體的鹽度變化，對(duì)應(yīng)小黃魚(yú)的洄游習(xí)性所經(jīng)歷的不同鹽度水體，推測(cè)Cu、Zn、Al等與環(huán)境污染有關(guān)，而Mg和Mn則可能會(huì)受到魚(yú)體生理發(fā)育的影響[13，18]。經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，本研究中的小黃魚(yú)樣品均為當(dāng)年生小黃魚(yú)，且采樣時(shí)間接近，可以認(rèn)為本研究中的小黃魚(yú)樣品均處于索餌階段，可以排除因生活史階段不同而造成的顯著差異，即在研究中觀(guān)察到的耳石中元素組成的差異主要受到外界環(huán)境差異的影響。因此，小黃魚(yú)耳石元素指紋圖譜能夠反映小黃魚(yú)群體的生活環(huán)境，而耳石元素指紋圖譜之間的差異性就可以表征小黃魚(yú)生境的差異，從而作為一種天然標(biāo)記來(lái)識(shí)別不同站位小黃魚(yú)群體。

本研究的小黃魚(yú)樣品采自黃、渤海5個(gè)不同的站位，這5個(gè)采樣站位之間的水環(huán)境理化特征是存在顯著差異的?；谝陨侠碚?，這種環(huán)境特征差異可以通過(guò)耳石元素指紋圖譜呈現(xiàn)出來(lái)，因此，只要對(duì)耳石元素指紋圖譜進(jìn)行差異性分析，就可以識(shí)別出不同采樣站位的小黃魚(yú)樣品。為了檢驗(yàn)這種方法是否能夠成功識(shí)別不同站位的小黃魚(yú)群體，以5個(gè)站位的小黃魚(yú)群體為對(duì)象進(jìn)行了逐步線(xiàn)性判別分析(LDFA)，雖然不同站位的耳石樣品元素含量在判別函數(shù)1和判別函數(shù)2二維空間上的分布存在明顯重疊，但對(duì)各站位小黃魚(yú)群體的平均判別正確率高達(dá)86%，其中對(duì)青島和大洋港兩個(gè)站位的判別正確率高達(dá)96%。判別分析的結(jié)果說(shuō)明了通過(guò)耳石元素的差異分析基本可以區(qū)分出不同采樣站位的小黃魚(yú)樣品，耳石元素指紋圖譜作為一種天然標(biāo)記應(yīng)用于魚(yú)類(lèi)群體的識(shí)別是有效可行的[19—21]。

雖然耳石元素指紋分析應(yīng)用于魚(yú)類(lèi)群體識(shí)別這一方法在國(guó)際上已經(jīng)得到了一些學(xué)者的認(rèn)同，也有一些成功的相關(guān)研究，但其中也還存在著一些需要討論和注意的問(wèn)題。本研究中的小黃魚(yú)樣品為同年同時(shí)期采集得到，因此可以忽略年代際因素的影響，認(rèn)為耳石元素的差異是由外界環(huán)境差異引起的，但即使是同一水域的同一種魚(yú)類(lèi)個(gè)體，其耳石元素組成也可能存在顯著的年間差異[19]，因此在對(duì)不同年份的魚(yú)類(lèi)群體進(jìn)行判別時(shí)還需要考慮年間差異在其中的影響。

4.2耳石元素指紋分析在黃、渤海小黃魚(yú)早期補(bǔ)充群體的種群結(jié)構(gòu)識(shí)別中的應(yīng)用

魚(yú)類(lèi)種群分析是海洋魚(yú)類(lèi)生態(tài)學(xué)和漁業(yè)資源學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，小黃魚(yú)作為一種重要的漁業(yè)資源，其種群結(jié)構(gòu)和特征一直都是研究的重點(diǎn)。種群是在一定時(shí)空中同種個(gè)體的集合，是物種存在的基本單位，具有空間特征、數(shù)量特征和遺傳特征。對(duì)于海洋魚(yú)類(lèi)而言，其并非均勻地分布在物種分布區(qū)，而是形成一些被隔離的、相對(duì)獨(dú)立的群體，這種群體是魚(yú)類(lèi)生存和活動(dòng)的單位，即種群[22]。在種群內(nèi)部可以進(jìn)行充分雜交，而與同種的其他種群相比，則在形態(tài)、洄游路線(xiàn)、產(chǎn)卵索餌和越冬等方面存在著差異。目前，對(duì)中國(guó)近海小黃魚(yú)種群的劃分存在多種看法，不同學(xué)者的劃分依據(jù)也有所差異。在魚(yú)類(lèi)分類(lèi)上，形態(tài)上的性狀差異是最為直觀(guān)，也是最為傳統(tǒng)的一種方法，早在上世紀(jì)60年代，林新濯等[23—24]就根據(jù)小黃魚(yú)的脊椎骨、背鰭、臀鰭、鰓扒、幽門(mén)盲囊等特征，結(jié)合小黃魚(yú)的分布，將我國(guó)近海小黃魚(yú)劃分為黃渤海種群、黃海南部種群和東海種群，其后也有學(xué)者根據(jù)小黃魚(yú)生態(tài)學(xué)、生物學(xué)資料以及產(chǎn)卵場(chǎng)、越冬場(chǎng)和洄游路線(xiàn)，以及遺傳多樣性分析(RAPD)等得到了相似的結(jié)論，支持了以上的劃分觀(guān)點(diǎn)[7，25]；劉效舜[26]在1990年對(duì)小黃魚(yú)漁場(chǎng)分布、魚(yú)群生物學(xué)和洄游路線(xiàn)等特征進(jìn)行分析后，提出了另一種劃分觀(guān)點(diǎn)，即黃海中部還存在一個(gè)獨(dú)立的種群——黃海中部種群，也有學(xué)者認(rèn)為我國(guó)近海小黃魚(yú)僅存在黃海南部和東海種群以及渤海和黃海北部種群兩個(gè)種群[27]。在此基礎(chǔ)上，本研究嘗試?yán)靡环N新的研究方法，一種新的劃分依據(jù)——耳石元素指紋分析，對(duì)小黃魚(yú)的種群結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討，在了解種群結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)比傳統(tǒng)的劃分觀(guān)點(diǎn)，也是對(duì)該方法可行性的一種探討。在本研究中采用的是全耳石進(jìn)行分析，全耳石記錄了魚(yú)類(lèi)從出生至死亡所經(jīng)歷的全部環(huán)境變化，能夠反映魚(yú)類(lèi)整個(gè)生命周期的經(jīng)歷。對(duì)于本研究中的小黃魚(yú)而言，全耳石記錄了其從卵孵化至被捕獲的全部經(jīng)歷，包含了產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)以及洄游路線(xiàn)等等所有的環(huán)境和生理特征記錄。如果兩個(gè)小黃魚(yú)群體屬于同一種群，它們的耳石中會(huì)具有相似的元素特征，換言之，如果兩個(gè)小黃魚(yú)群體屬于不同種群，它們耳石中的元素特征會(huì)存在差異，通過(guò)分析這些差異就可以區(qū)分來(lái)自于不同種群的小黃魚(yú)樣品，進(jìn)而分析小黃魚(yú)的種群結(jié)構(gòu)特征。

基于全耳石元素指紋圖譜的聚類(lèi)分析結(jié)果(圖4)，小黃魚(yú)樣品可以明顯的被劃分為3個(gè)組別，分別對(duì)應(yīng)了渤海種群(組別2)、黃海中部種群(組別1)和南黃海種群(組別3)，這一劃分結(jié)果與上述劉效舜的觀(guān)點(diǎn)一致，認(rèn)同了黃海中部種群的存在，這也進(jìn)一步證實(shí)了本文方法的有效可行的。在聚類(lèi)的3個(gè)組別中，組別2(渤海種群)和組別3(南黃海種群)的構(gòu)成相對(duì)比較單一，組別1(黃海中部種群)的構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜，包括了最多的站位和最多數(shù)量的小黃魚(yú)樣品。在該組別中，小黃魚(yú)雖然來(lái)自不同的采樣站位，但卻被劃分在了同一個(gè)種群，這一方面說(shuō)明了在小黃魚(yú)的洄游過(guò)程中，同一種群的個(gè)體可能會(huì)分散成不同的群體進(jìn)行活動(dòng)，另一方面也說(shuō)明了全耳石元素指紋分析對(duì)小黃魚(yú)種群的劃分不是依據(jù)于其某一生命階段，而是基于小黃魚(yú)整個(gè)生命周期的經(jīng)歷。由于樣品的原因，本研究?jī)H對(duì)小黃魚(yú)種群早期補(bǔ)充群體進(jìn)行了分析，在進(jìn)一步的研究中，也將會(huì)對(duì)小黃魚(yú)其他生命階段的種群結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和探討，以期更深入、更全面的了解小黃魚(yú)的種群結(jié)構(gòu)。

4.3耳石元素指紋圖譜作為魚(yú)類(lèi)群體識(shí)別天然標(biāo)記的可行性

本研究中應(yīng)用耳石元素指紋圖譜作為小黃魚(yú)不同采樣站位群體識(shí)別和種群結(jié)構(gòu)分析的天然指標(biāo)，主要基于耳石中沉積的元素可以反映魚(yú)類(lèi)生境的理化信息[19]。耳石中可以檢測(cè)到多種元素的存在，在本研究中，當(dāng)單獨(dú)對(duì)某一種元素進(jìn)行分析時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)其并不能很好的識(shí)別不同采樣站位的小黃魚(yú)樣品(圖2)，本研究中對(duì)5個(gè)站位小黃魚(yú)樣品的高判別正確率是基于多種元素的共同作用。相較單一元素而言，多種元素可以更完整的還原魚(yú)類(lèi)的生境特征，從而更準(zhǔn)確的對(duì)魚(yú)類(lèi)種群和群體進(jìn)行分析和判別。目前，全耳石元素分析的相關(guān)研究已經(jīng)涉及到種群鑒定[19—20，28]，理清種群混合情形以及追蹤洄游路徑[29—30]等。因此，我們認(rèn)為耳石元素指紋圖譜是一種有效可行的用于魚(yú)類(lèi)種群生態(tài)學(xué)研究的天然標(biāo)記。

與魚(yú)類(lèi)骨骼、肌肉等組織相比，耳石作為研究材料還具有日沉積規(guī)律和代謝惰性的特性[31—32]。耳石的日沉積規(guī)律使得耳石與魚(yú)體同步成長(zhǎng)，賦予了耳石記錄以時(shí)間序列信息，提供了更多的研究空間。例如，對(duì)耳石核心區(qū)元素進(jìn)行分析可以用于回推魚(yú)類(lèi)的出生地以及研究其初期生活史，微取樣方式結(jié)合日輪信息可以分析魚(yú)類(lèi)生活史中各階段的元素組成等。耳石的代謝惰性保證了元素一旦沉積到耳石上，就很難被再分解或重吸收。耳石這一特性不僅保證了耳石對(duì)于外界環(huán)境記錄的可信性，通過(guò)分析歷史耳石樣品，也提供了一種分析魚(yú)類(lèi)種群歷史變動(dòng)的有效方法。

與國(guó)外耳石研究發(fā)展相比，國(guó)內(nèi)的耳石研究工作開(kāi)展的較晚。近年來(lái)，已經(jīng)有越來(lái)越多的學(xué)者關(guān)注和運(yùn)用耳石信息技術(shù)探討?hù)~(yú)類(lèi)種群生態(tài)學(xué)問(wèn)題[33—37]。在本研究中，我們進(jìn)行了一些嘗試和探討，并取得了一定的結(jié)論，希望可以為其他學(xué)者的相關(guān)工作提供參考。隨著海洋生物資源的可持續(xù)發(fā)展和不斷探索，相信耳石信息技術(shù)將會(huì)引起越來(lái)越多的關(guān)注，得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]曲有為. 利用性比及耳石元素指紋圖辨識(shí)高屏溪野生與養(yǎng)殖日本鰻(Anguillajaponica) 之研究[D]. 臺(tái)北: 臺(tái)灣大學(xué)，2005．

Chu Youwei. Using sex ratio and otolith elemental fingerprints to discriminate wild and cultured Japanese eel (Anguillajaponica) in Kaoping River of southern Taiwan[D]. Taipei: National Taiwan University，2005．

[2]Campana S E. Chemistry and composition of fish otoliths: pathways，mechanisms and applications[J]. Marine Ecology Progress Series，1999，188: 263-297.

[3]Arai T. Effect of salinity on strontium: calcium ratios in the otoliths of Sakhalin taimen，Huchoperryi[J]. Fisheries Science，2010，76(3): 451-455.

[4]金顯仕. 黃海小黃魚(yú)(Pseudosciaenapolyactis)生態(tài)和種群動(dòng)態(tài)的研究[J]. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)，1996，3(1): 32-46.

Jin Xianshi. Ecology and population dynamics of small yellow croaker (PseudosciaenapolyactisBleeker) in the Yellow Sea[J]. Journal of Fishery Sciences of China，1996，3(1): 32-46.

[5]蒙子寧，莊志猛，金顯仕，等. 黃海和東海小黃魚(yú)遺傳多樣性的RAPD分析[J]. 生物多樣性，2003，11(3): 197-203.

Meng Zining，Zhuang Zhimeng，Jin Xianshi，et al. Genetic diversity in small yellow croaker (Pseudosciaenapolyactis) by RAPD analysis[J]. Biodiversity Science，2003，11(3): 197-203．

[6]林龍山，程家驊，姜亞洲，等. 黃海南部和東海小黃魚(yú)(Larimichthyspolyactis)產(chǎn)卵場(chǎng)分布及其環(huán)境特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(8): 3485-3494.

Lin Longshan，Cheng Jiahua，Jiang Yazhou，et al. Spatial distribution and environmental characteristics of the spawning grounds of small yellow croaker in the southern Yellow Sea and the East China Sea[J]. Acta Ecologica Sinica，2008，28(8): 3485-3494.

[7]徐兆禮，陳佳杰. 小黃魚(yú)洄游路線(xiàn)分析[J]. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)，2009，16(6): 931-940.

Xu Zhaoli，Chen Jiajie. Analysis on migratory routine ofLarimichthyspolyactis[J]. Journal of Fishery Sciences of China，2009，16(6): 931-940.

[8]單秀娟，李忠爐，戴芳群，等. 黃海中南部小黃魚(yú)種群生物學(xué)特征的季節(jié)變化和年際變化[J]. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展，2011，32(6): 7-16.

Shan Xiujuan，Li Zhonglu，Dai Fangqun，et al. Seasonal and annual variations in biological characteristic of small yellow croakerLarimichthypolyactisin the central and southern Yellow Sea[J]. Progress in Fishery Science，2011，32(6): 7-16.

[9]張國(guó)政，李顯森，金顯仕，等. 黃海中南部小黃魚(yú)生物學(xué)特征的變化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(24): 6854-6861.

Zhang Guozheng，Li Xiansen，Jin Xianshi，et al. Changes of biological characteristics of small yellow croaker in the central and southern Yellow Sea[J]. Acta Ecologica Sinica，2010，30(24): 6854-6861.

[10]Correia A T，Pipa T，Gon?alves J M S，et al. Insights into population structure ofDiplodusvulgarisalong the SW Portuguese coast from otolith elemental signatures[J]. Fisheries Research，2011，111(1/2): 82-91.

[11]Thorrold S R，Jones C M，Swart P K，et al. Accurate classification of juvenile weakfishCyoscionregalisto estuarine nursery areas based on chemical signatures in otoliths[J]. Marine Ecology Progress，1998，173(8): 253-265.

[12]Bath G E，Thorrold S R，Jones C M，et al. Strontium and barium uptake in aragonitic otoliths of marine fish[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta，2000，64(10): 1705-1714.

[13]羅軍燕，李勝榮，申俊峰. 魚(yú)耳石中鍶和鋇富集的影響因素及其環(huán)境響應(yīng)[J]. 地學(xué)前緣，2008，15(6): 18-24.

Luo Junyan，Li Shengrong，Shen Junfeng. The influential factors of strontium and barium enrichment in otolith and their response to the environment[J]. Earth Science Frontiers，2008，15(6): 18-24．

[14]王茂林，張秀梅，高天翔，等. 水體鈣離子質(zhì)量濃度對(duì)褐牙鲆幼魚(yú)魚(yú)體和耳石元素成分的影響[J]. 南方水產(chǎn)科學(xué)，2013，3(3): 31-38.

Wang Maolin，Zhang Xiumei，Gao Tianxiang，et al. Effects of Ca2+concentrations in seawater on element content of fish body and otolith of juvenileParalichthysolivaceus[J]. South China Fisheries Science，2013，3(3): 31-38.

[15]Elsdon T S，Gillanders B M. Strontium incorporation into calcified structures: separating the effects of ambient water concentration and exposure time[J]. Marine Ecology Progress，2005，285(1): 233-243.

[16]Elsdon T S，Gillanders B M. Relationship between water and otolith elemental concentrations in juvenile black breamAcanthopagrusbutcheri[J]. Marine Ecology Progress，2003，260(8): 263-272.

[17]Brophy D，Jeffries T E，Danilowicz B S. Elevated manganese concentrations at the cores of clupeid otoliths: possible environmental，physiological，or structural origins[J]. Marine Biology，2004，144(4): 779-786

[18]張美瑜. 利用耳石元素指紋圖研究仔稚魚(yú)在河口間的擴(kuò)散模式——以魚(yú)叚虎與鯛科為例[D]. 臺(tái)北: 臺(tái)灣大學(xué)，2008．

Chang Meiyu. Use of otolith elemental signature to study the dispersal patterns of fish larvae among esturaries-a case study ofGobioideiandSpandae[D]. Taipei: National Taiwan University，2008．

[19]Campana S E，Chouinard G A，Hanson J M，et al. Otolith elemental fingerprints as biological tracers of fish stocks[J]. Fisheries Research，2000，46(1/3): 343-357.

[20]Campana S E，F(xiàn)owler A J，Jones C M. Otolith elemental fingerprinting for stock identification of Atlantic Cod (Gadusmorhua) using laser ablation ICPMS[J]. Canadian Journal of Fisheries & Aquatic Sciences，1994，51(9): 1942-1950.

[21]Morat F，Letourneur Y，Dierking J，et al. The great melting pot. Common Sole population connectivity assessed by otolith and water fingerprints[J]. PLoS One，2014，9(1): e86585.

[22]沈國(guó)英，施并章. 海洋生態(tài)學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社，2002.

Shen Guoying，Shi Bingzhang. Marine ecology[M]. Beijing: Science Press，2002．

[23]林新濯，鄧思明，黃正一. 小黃魚(yú)種族生物測(cè)定學(xué)的研究[G]//海洋漁業(yè)資源論文選集. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社，1965: 84-108．

Lin Xinzhuo，Deng Siming，Huang Zhengyi. Study of population on biometrics of small yellow croaker (PseudosciaenapolyactisBleeker)[G]//Collections of Marine Fishery Resource. Beijing: China Agricultural Press，1965: 84-108.

[24]林新濯. 中國(guó)近海三種主要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)的生物學(xué)特性與資源現(xiàn)狀[J]. 水產(chǎn)學(xué)報(bào)，1987，11(3): 187-193.

Lin Xinzhuo. Biological characteristics and resources status of three main commercial fishes in offshore waters of China[J]. Journal of Fisheries of China，1987，11(3): 187-193.

[25]王貽觀(guān)，馬珍影，尤紅寶，等. 小黃魚(yú)分布洄游的初步研究(提要)[G]//朱元鼎，朱樹(shù)屏. 海洋漁業(yè)資源論文選集. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社，1965: 9-11．

Wang Yiguan，Ma Zhenying，You Hongbao，et al. Preliminary study on the distribution of small yellow croaker[G]//Zhu Yuanding，Zhu Shuping. Marine Fishery Resources Articles. Beijing: China Agricultural Press，1965: 9-11．

[26]劉效舜. 黃渤海區(qū)漁業(yè)資源調(diào)查與區(qū)劃[M]. 北京: 海洋出版社，1990．

Liu Xiaoshun. The investigation and regionalization of fishery resource in Yellow Sea and Bohai sea[M]. Beijing: China Ocean Press，1990.

[27]徐兆禮，陳佳杰. 再議中國(guó)近海小黃魚(yú)種群的劃分問(wèn)題[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，21(11): 2856-2864.

Xu Zhaoli，Chen Jiajie. Population division ofLarimichthyspolyactisin China Sea[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2010，21(11): 2856-2864.

[28]Edmonds J S，Lenanton R C J，Caputi N，et al. Trace elements in the otoliths of yellow-eye mullet (Aldrichettaforsteri) as an aid to stock identification[J]. Fisheries Research，1992，13(92): 39-51.

[29]Gillanders B M，Kingsford M J. Elements in otoliths may elucidate the contribution of estuarine recruitment to sustaining coastal reef populations of a temperate reef fish[J]. Marine Ecology Progress Series，1996，141(1/3): 13-20．

[30]Kennedy B P，Blum J D，F(xiàn)olt C L，et al. Using natural strontium isotopic signatures as fish markers: methodology and application[J]. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences，2000，57(11): 2280-2292．

[31]Campana S E，Neilson J D. Microstructure of fish otoliths[J]. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences，1985，42(5): 1014-1032．

[32]Pannella G. Fish otoliths: daily growth layers and periodical patterns[J]. Science，1971，173(4002): 1124-1127．

[33]Hart L M，Bond M H，May-McNally S L，et al. Use of otolith microchemistry and stable isotopes to investigate the ecology and anadromous migrations of Northern Dolly Varden from the Egegik River，Bristol Bay，Alaska[J]. Environmental Biology of Fishes，2015，98(6): 1633-1643.

[34]Tanner S E，Reis-Santos P，Vasconcelos R P，et al. Otolith geochemistry discriminates among estuarine nursery areas ofSoleasoleaandS.senegalensisover time[J]. Marine Ecology Progress Series，2012，452: 193-203.

[35]Fairclough D V，Edmonds J S，Jackson G，et al. A comparison of the stock structures of two exploited demersal teleosts，employing complementary methods of otolith element analysis[J]. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology，2013，439: 181-195.

[36]張鳳俠，張秀梅，覃樂(lè)政，等. 基于矢耳石形態(tài)的平鲉屬(Sebastes)魚(yú)類(lèi)鑒別及研究方法比較[J]. 海洋學(xué)報(bào)，2015，37(4): 28-39.

Zhang Fengxia，Zhang Xiumei，Qin Lezheng，et al. Sagittae morphology used in the discrimination of the fish ofSebastesand the comparison of sagittal research method[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(4): 28-39.

[37]熊瑛，劉洪波，姜濤，等. 黃海南部野生銀鯧和鮸魚(yú)的耳石元素微化學(xué)研究[J]. 海洋學(xué)報(bào)，2015，37(2): 36-43.

Xiong Ying，Liu Hongbo，Jiang Tao，et al. Investigation on otolith microchemistry of wildPampusargenteusandMiichthymiiuyin the southern Yellow Sea，China[J]. Haiyang Xuebao，2015，37(2): 36-43.

Insights into population structure of juvenile small yellow croaker (Larimichthys polyactis) in the Yellow Sea and the Bohai Sea from otolith elemental fingerprints

Wang Yukun1，2，Huang Jiansheng1，Dai Fangqun1，Tang Xuexi2，Sun Yao1，Jin Xianshi1

(1.YellowSeaFisheriesResearchInstitute，ChineseAcademyofFisherySciences，Qingdao266071，China; 2.LaboratoryofEcology，CollegeofMarineLifeSciences，OceanUniversityofChina，Qingdao266003，China)

Abstract:Elemental fingerprints were measured on otolith of 125 Larimichthys polyactis juveniles collected from 5 important fishery regions in the Bohai Sea and the Yellow Sea by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Otolith elemental figerprints were used as natural tags to discriminate among different sampling regions and the observed site-specific elemental differences in small yellow croaker otoliths suggest a high level of site-fidelity in relation to the 5 fishery regions. Classification accuracy rates from linear discriminate function analyses (LDFA) of otolith chemistry data were high for each region with a mean accuracy of 86%，ranging from 65%-96%，considering every possible combination of elements. Furthermore，cluster analysis of multi-elemental tags suggest that the populations of juvenile fish could be divided into three groups，the Bohai group，the Central Yellow Sea group and the South Yellow Sea group.

Key words:otolith; microchemistry; small yellow croaker; Larimichthys polyactis；stock discrimination; population structure; elemental fingerprints

收稿日期：2015-11-18；

修訂日期：2016-02-26。

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2015CB453300，2010CB428900)。

作者簡(jiǎn)介：王玉堃(1987—)，女，山東省龍口市人，博士研究生，研究方向?yàn)闈O業(yè)資源生態(tài)學(xué)。E-mai：wangyukunsun@163.com *通信作者：孫耀，研究員，從事環(huán)境化學(xué)方向研究。E-mail：sunyao@ysfri.ac.cn

中圖分類(lèi)號(hào):S917.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0253-4193(2016)06-0032-09

王玉堃，黃建生，戴芳群，等. 黃、渤海小黃魚(yú)耳石元素指紋分析及其在種群補(bǔ)充群體識(shí)別中的應(yīng)用[J].海洋學(xué)報(bào)，2016，38(6)：32—40，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2016.06.004

Wang Yukun，Huang Jiansheng，Dai Fangqun，et al. Insights into population structure of juvenile small yellow croaker (Larimichthyspolyactis) in the Yellow Sea and the Bohai Sea from otolith elemental fingerprints[J]. Haiyang Xuebao，2016，38(6)：32—40，doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2016.06.004