嘉陵江中游銀鮈食物組成及腸道異速生長模式初步研究

張富斌

（西華師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院/國家淡水漁業(yè)工程技術(shù)中心（武漢）西南分中心，四川 南充 637009）

【研究意義】消化道器官是魚類從外界環(huán)境獲取營養(yǎng)物質(zhì)以滿足自身能量需求的基礎(chǔ)。腸道作為消化道器官的重要組成部分，其形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化往往受到食物組成、食物質(zhì)量以及動物能量需求等因素的影響［1］。目前，國內(nèi)外學(xué)者對消化道形態(tài)組織［2］、內(nèi)分泌細(xì)胞［3］、微生物［4］等方面進(jìn)行了相關(guān)研究，但關(guān)于消化道發(fā)育模式則鮮有報(bào)道［5］。

【前人研究進(jìn)展】異速生長又被稱作相對生長，是指生物在早期生長發(fā)育過程中，由于受到基因和外界環(huán)境因素的影響，身體各部分功能器官的生長速度具有不同步性［6］。生物體存在異速生長的現(xiàn)象自被報(bào)道后引起廣大學(xué)者的密切關(guān)注［7］。越來越多研究發(fā)現(xiàn)，生物體在代謝速率［8］、胚胎生長和發(fā)育［9］及種群最大生長尺度等方面均存在異速生長現(xiàn)象。而國內(nèi)對魚類異速生長的研究大部分聚焦仔魚在早期生存和環(huán)境適應(yīng)中表現(xiàn)出來的器官異速生長［10-12］。面對復(fù)雜多變的外界環(huán)境，魚類器官的異速生長能夠提高其主動攝食和逃避敵害的能力，從而實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)。

【本研究切入點(diǎn)】銀鮈（Squalidus argentatus）又名亮殼、銀色頜須鮈等，隸屬鯉形目（Cypriniformes）鯉科（Cyprinidae）鮈亞科（Gobioninae）銀鮈屬（Squalidus）［13］，廣泛分布于我國各主要水系［14］，產(chǎn)漂流性卵［15］。銀鮈易捕獲，在多數(shù)地區(qū)捕獲漁獲量大，而且肉質(zhì)厚爽、鮮嫩味美，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前關(guān)于銀鮈的研究大部分集中在繁殖生物學(xué)［16］、胚胎發(fā)育［17］、生長和死亡率［18］等方面，關(guān)于其食物組成及腸道發(fā)育模式的研究鮮有報(bào)道。

嘉陵江是長江流域面積最大的河流，但由于梯級航電樞紐建設(shè)（目前已建和在建水利樞紐共15級），渠化明顯，魚類棲息地破壞嚴(yán)重，原有自然流態(tài)河道多已成為庫區(qū)，使得魚類群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化［19］，特別是對于產(chǎn)漂流性魚卵的魚類，庫區(qū)的形成不利于其繁殖，致使其資源量必然隨著航電樞紐的建設(shè)而減少。嘉陵江中游蒼溪江段作為嘉陵江航電工程開發(fā)的縮影，在該江段附近共有3級航電樞紐，分別為亭子口航電樞紐、蒼溪航電樞紐以及沙溪航電樞紐，魚類生境破壞嚴(yán)重。

【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究以采集于嘉陵江蒼溪江段的銀鮈作為研究對象，分析其食物組成、腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，并探討其異速生長模式與食物組成的關(guān)系，旨在探討銀鮈廣泛分布的原因，同時(shí)為研究魚類對環(huán)境適應(yīng)性提供科學(xué)的參考依據(jù)。此外，由于人類影響，嘉陵江銀鮈的生存必將受到威脅，本研究結(jié)果能在一定程度上為銀鮈及其他魚類的資源保護(hù)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

嘉陵江由北向南流經(jīng)陜西、甘肅、四川和重慶三省一市，干流全長1 119 km，流域面積達(dá)1.6×105km2，年徑流量670億m3［13］。嘉陵江上游包括源頭至廣元昭化江段，中游為昭化至重慶合川江段，合川江段至河口為下游江段［20］。本研究樣品采自嘉陵江中游蒼溪江段（圖1），采樣范圍為31°38′51″～31°48″24″N，105°52′30″～105°55′47″E。蒼溪江段受人類活動影響嚴(yán)重，在約35 km的河道上建有3級梯級航電樞紐，相應(yīng)江段幾乎全部成為庫區(qū)，對魚類棲息地生境影響嚴(yán)重。

圖1 嘉陵江中游蒼溪江段銀鮈采集地Fig.1 Sampling sites of Squalidus argentatus in midstreamof the Jialing River

1.2 樣品采集

于2016年6月和8月，利用定置刺網(wǎng)（8 m×1.2 m×2 cm）在嘉陵江中游蒼溪江段共采集銀鮈46尾。為避免魚類食物被消化，每次放置網(wǎng)具的時(shí)間不超過4 h。魚類一旦被捕獲，立即帶回野外實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。

1.3 樣品處理

在野外實(shí)驗(yàn)室，首先測量魚體的全長、體長、體重。隨后立即對魚進(jìn)行生物學(xué)解剖，記錄魚腸充塞度（0～5，0表示空腸，1表示腸道飽滿度為20%，5表示腸道飽滿度為100%，依此類推），并將腸充塞度≥3的腸道內(nèi)容物取出保存于10%的福爾馬林溶液中，以待后續(xù)進(jìn)行魚類食物組成觀察。然后，立即將腸道洗凈，利用游標(biāo)卡尺和電子天平分別測量魚類前腸、中腸和后腸的長度及重量，魚體整體腸道長度與重量分別等于前腸、中腸及后腸三區(qū)的長度與重量之和。

1.4 食性觀察

為了避免因食物消化給食物鑒定帶來誤差，僅選用腸充塞度≥3的樣本用于食性分析。在室內(nèi)鑒定時(shí)，先用0.5 mm網(wǎng)目篩網(wǎng)將腸道內(nèi)容物過濾。過濾液全部收集用作藻類及浮游動物類群鑒定，而留在篩網(wǎng)上的大型食物類群（如水生昆蟲、軟體動物等）則主要通過肉眼或解剖鏡（Nikon SM-6）進(jìn)行鑒定計(jì)數(shù)，并在電子天平上直接稱量食物重量。藻類及浮游動物的鑒定通過顯微鏡（Leica DM500）進(jìn)行鑒定計(jì)數(shù)，小型食物的種類通過體積轉(zhuǎn)換法［21］進(jìn)行計(jì)算，具體鑒定方法參照文獻(xiàn)［22-23］。

食物的鑒定主要參照《中國淡水藻類系統(tǒng)、分類及生態(tài)》［24］、《Aquatic Insects of China Useful for Monitoring Water Quality》［25］、《淡 水微型生物與底棲動物圖譜》［26］以及《水生生物學(xué)》［27］等文獻(xiàn)資料。

1.5 數(shù)據(jù)分析

1.5.1 腸道指數(shù)分析 腸道作為銀鮈（為無胃魚）的消化器官，對銀鮈生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用。本研究對銀鮈腸道發(fā)育通過比腸長（Relative gut length，RGL）、Zihler指數(shù)（Zihler index，ZI）、比腸重（Relative gut mass，RGM）以及單位長度腸道質(zhì)量（W/L）4個(gè)指數(shù)來描述和衡量。其中，RGL和ZI側(cè)重于魚體腸道長度的描述，而RGM和W/L更偏向于腸道質(zhì)量和發(fā)達(dá)程度的衡量。各指數(shù)計(jì)算方法參照文獻(xiàn)［5］。

銀鮈前腸、中腸及后腸間各腸道指數(shù)的差異通過單因素方差分析（One-Way ANOVA）進(jìn)行檢驗(yàn)，采用SPSS 22.0軟件計(jì)算分析。

1.5.2 異速生長模式分析 銀鮈異速生長模型采用冪函數(shù)方程（Y=aXb）計(jì)算。本研究中以銀鮈全長為自變量，其整體腸道或腸道各分區(qū)長度為因變量，a為Y軸截距，b為異速生長指數(shù)［28］。為了優(yōu)化分析，對數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行Log轉(zhuǎn)換，其后通過R軟件（Segmented分析包）［29］進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過t檢驗(yàn)，當(dāng)b＞1時(shí)，表明腸道為快速生長；當(dāng)b＜1時(shí)，為慢速生長；若b與1無顯著性差異，則可認(rèn)為是等速生長。異速生長曲線圖采用Origin 9.0繪制。

1.5.3 食性分析 銀鮈食物組成采用出現(xiàn)率、數(shù)量百分比、質(zhì)量百分比、相對重要指數(shù)、相對重要指數(shù)百分比等5個(gè)指數(shù)衡量，各指數(shù)計(jì)算公式如下：

出現(xiàn)率（%）=（含有某種食物的腸道數(shù)量/解剖后有食物的腸道數(shù)量）×100

數(shù)量百分比（%）=（某種食物出現(xiàn)的個(gè)數(shù)/所有食物的總個(gè)數(shù)）×100

質(zhì)量百分比（%）=（某種食物的質(zhì)量/所有食物的總質(zhì)量）×100

相對重要指數(shù)=出現(xiàn)率百分比×（數(shù)量百分比+重量百分比）

相對重要指數(shù)百分比（%）=（相對重要指數(shù)/相對重要指數(shù)的總和）×100

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品采集情況

本研究共采集銀鮈46尾，所有腸充塞度均≥3，全部用于食性分析。46尾銀鮈全長介于96.0～152.0 mm之間，平均130.5 mm；體長介于79.0～123.0 mm之間，平均106.7 mm；體重介于8.2～36.7 g之間，平均22.8 g。

2.2 銀鮈腸道形態(tài)特征

解剖發(fā)現(xiàn)銀鮈屬于無胃魚類，腸道盤曲方式簡單，呈“S”型。前腸、中腸和后腸的比腸長（RGL）平均值分別為0.2219、0.1811、0.3705，比腸重（RGM）平均值分別為0.0070、0.0056、0.0058，Zihler指數(shù)（ZI）平均值分別為0.8412、0.6862、1.4046，單位腸道質(zhì)量（W/L）平均值分別為0.0067、0.0051、0.0034（表1）。單因素方差分析表明，銀鮈前腸、中腸與后腸三區(qū)的RGL、RGM、ZI、W/L之間均存在顯著差異。LSD多重比較結(jié)果顯示，銀鮈的RGL和ZI具有相似結(jié)果，其中中腸最小、前腸次之、后腸最大；RGM比較結(jié)果為前腸最低、中腸其次、后腸最高，但后腸與中腸差異不顯著；W/L兩兩比較結(jié)果顯示后腸最低、中腸次之、前腸最高，上述結(jié)果可能與各腸道分區(qū)的功能有關(guān)。

表1 銀鮈腸道指數(shù)Table 1 The intestinal index of Squalidus argentatus

2.2 銀鮈腸道異速生長模式分析

對銀鮈整體腸道以及腸道各分區(qū)異速生長整體分析表明，整體腸道（b=1.5388＞1，P＜0.05）、前腸（b=1.8288＞1，P＜0.05）以及中腸（b=1.8496＞1，P＜0.05）均為快速生長；而后腸的異速生長指數(shù)（b=1.2418）與1比較差異不顯著，故可認(rèn)為是等速生長（表2）。

t檢驗(yàn)結(jié)果表明，整體腸道和前腸出現(xiàn)了生長拐點(diǎn)（圖2）。其中，整體腸道出現(xiàn)生長拐點(diǎn)對應(yīng)的魚體全長為131.00 mm，對應(yīng)魚體腸道長度為83.45 mm（表3）。整體腸道在拐點(diǎn)前，異速生長指數(shù)為1.7491（P＜0.05），為快速生長；拐點(diǎn)后，異速生長指數(shù)為1.4305（P＞0.05），為等速生長（圖2A）。而前腸出現(xiàn)生長拐點(diǎn)時(shí)對應(yīng)的魚體全長為129.39 mm，對應(yīng)的前腸長度為23.28 mm（表3）。前腸在拐點(diǎn)前，異速生長指數(shù)為2.6565（P＜0.05），為快速生長；拐點(diǎn)后，異速生長指數(shù)為0.5463（P＞0.05），表現(xiàn)出等速生長（圖 2B）。而中腸和后腸未出現(xiàn)生長拐點(diǎn)（圖2C和圖2D）。

2.3 銀鮈食物組成分析

由于前腸為主要的攝食消化場所，因此，本研究以前腸拐點(diǎn)為依據(jù)，將銀鮈劃分為拐點(diǎn)前和拐點(diǎn)后進(jìn)行食性觀察并分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其中拐點(diǎn)前（全長＜129.39 mm）共包括24尾，拐點(diǎn)后（全長≥129.39 mm）共包括22尾。

拐點(diǎn)前，銀鮈食性主要包括藻類、水生昆蟲及有機(jī)碎屑，其中藻類包括硅藻、藍(lán)藻、綠藻以及黃藻。從出現(xiàn)率來看，拐點(diǎn)前有機(jī)碎屑出現(xiàn)率最高（87.5%），其次是舟形藻和平板藻，出現(xiàn)率均為62.5%；從數(shù)量百分比來看，拐點(diǎn)前羽紋藻最高（24.86%），其次是舟形藻（24.43%）和卵形藻（15.28%）；從質(zhì)量百分比來看，拐點(diǎn)前碎屑最高（76.84%），其次是搖蚊幼蟲（21.16%）和舟形藻（0.31%）；從相對重要指數(shù)百分比來看，拐點(diǎn)前有機(jī)碎屑最高（57.41%），其次是舟形藻（11.52%）和羽紋藻（10.54%）（表4）?？傮w而言，拐點(diǎn)前，銀鮈的主要食物包括有機(jī)碎屑、搖蚊幼蟲以及硅藻等。

表2 銀鮈腸道生長方程Table 2 The growth equation of Squalidus argentatus

表3 銀鮈腸道異速生長模式Table 3 The allometric growth pattern of Squalidus argentatus

表4 拐點(diǎn)前銀鮈食物種類組成Table 4 Food composition of Squalidus argentatus before the inflection point

拐點(diǎn)后，銀鮈的食性包括藻類、原生動物、軟體動物、節(jié)肢動物以及有機(jī)碎屑，其中藻類包括硅藻、藍(lán)藻、綠藻、甲藻以及黃藻。從出現(xiàn)率來看，拐點(diǎn)后有機(jī)碎屑最高（64.29%），其次是菱形藻、卵形藻、脆桿藻、小環(huán)藻（均為42.86%）；從數(shù)量百分比來看，拐點(diǎn)后羽紋藻最高（40.30%），其次是舟形藻（29.15%）和有機(jī)碎屑（12.60%）；從質(zhì)量百分比來看，拐點(diǎn)后有機(jī)碎屑最高（90.41%），其次是淡水殼菜（6.64%）以及搖蚊幼蟲和變形蟲（均為0.51%）；從相對重要指數(shù)百分比來看，拐點(diǎn)后有機(jī)碎屑最高（80.30%），其次是羽紋藻（10.57%）和舟形藻（2.55%）（表5）?？傮w而言，拐點(diǎn)后，有機(jī)碎屑、硅藻以及淡水殼菜是銀鮈的主要食物組成，相較于拐點(diǎn)前，拐點(diǎn)后銀鮈攝入的肉食性餌料有所減少。

綜上所述，嘉陵江中游蒼溪江段的銀鮈食物來源廣泛，屬于雜食性魚類。通過比較銀鮈拐點(diǎn)前和拐點(diǎn)后的食性可以發(fā)現(xiàn)，拐點(diǎn)后銀鮈攝入的食物種類和類群更加豐富，包括軟體動物以及原生動物，有機(jī)碎屑對拐點(diǎn)后的銀鮈食性貢獻(xiàn)增加，達(dá)80.30%。

3 討論

3.1 銀鮈腸道特征

魚類消化道的形態(tài)結(jié)構(gòu)與其食性具有很大相關(guān)性。比腸長（RGL）一般可視為形態(tài)結(jié)構(gòu)的指標(biāo)［30］，RGL值較低的多為典型的肉食性魚類，RGL值較高的多為典型的植食性魚類，RGL值介于二者之間的通常為雜食性魚類。雜食性魚類的RGL值往往與餌料中植物與動物的比例有關(guān)。例如，研究發(fā)現(xiàn)哲羅魚的RGL為0.47，腸道一般沒有折疊盤旋，屬于典型的肉食性魚類［31］；而華鯪的RGL為11.10，腸道高度盤曲，屬于典型的植食性魚類［32］。本研究結(jié)果表明，銀鮈整體腸道的RGL為0.7735，而食性鑒定結(jié)果顯示，其食物主要由有機(jī)碎屑、硅藻、搖蚊幼蟲、淡水殼菜組成，食物種類繁多，屬于雜食性魚類。

表5 拐點(diǎn)后銀鮈食物種類組成Table 5 Food composition of Squalidus argentatus after the inflection point

3.2 銀鮈腸道形態(tài)和異速生長特征

銀鮈屬無胃鯉科魚類，其進(jìn)化程度不如高等脊椎動物。因此，腸道并沒有嚴(yán)格意義上的分區(qū)。本研究采用大部分學(xué)者意見，將其腸道劃分成前、中、后三部分［33-34］。從形態(tài)學(xué)指數(shù)來看，銀鮈前腸最重且最發(fā)達(dá)，中腸和后腸差異不顯著。李茜［35］研究表明，異育銀鯽腸道前部的橫截面積較大且管徑較粗，中腸與后腸部分橫截面積變小，以至于很難區(qū)分二者的分界線。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，銀鮈中腸和后腸也存在相似特征，這與李茜［35］的研究結(jié)果基本一致。

在魚類中，重要器官優(yōu)先發(fā)育，次要器官延緩發(fā)育，這是生物體適應(yīng)環(huán)境的表現(xiàn)［36］。魚類異速生長的發(fā)育模式提高了仔魚逃避天敵和覓食的能力，從而幫助魚類更好地適應(yīng)復(fù)雜生境，保證其存活率［11］。本研究結(jié)果顯示，銀鮈的腸道存在異速生長模式，其前腸和整體腸道在幼魚階段快速生長，到后期變?yōu)榈人偕L。無胃魚類，前腸是其最重要的食物消化場所，也是其攝取營養(yǎng)物質(zhì)的重要場所。本研究發(fā)現(xiàn)，銀鮈前腸在幼魚時(shí)為快速生長，這一策略能夠幫助銀鮈幼魚最大限度地快速消化食物，獲取自身生長發(fā)育所需的營養(yǎng)，促進(jìn)其在幼魚時(shí)期較快速生長發(fā)育，以盡快適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，同時(shí)也可以提高存活率?？傮w而言，銀鮈腸道的異速生長模式可能與其對生活環(huán)境的適應(yīng)息息相關(guān)，這可能也是其能廣泛分布的原因之一。本研究僅對銀鮈腸道的生長模式進(jìn)行了探討，后續(xù)有待開展更多相關(guān)研究以期更好地了解其生長模式與生境適應(yīng)關(guān)系。

3.3 銀鮈異速生長和食物組成變化間關(guān)系及生物學(xué)意義

研究表明，腸道的異速生長可能與其功能分化以及能量攝入相適應(yīng)［5］。本研究中，銀鮈前腸的快速生長可以有效提高銀鮈對餌料的消化能力，促進(jìn)攝食頻率的提高，從而滿足魚體快速生長所需的大量能量。而銀鮈中腸粘膜層上的細(xì)胞表面具有密集的微絨毛，且粘膜壓縮形成許多皺褶。這種組織結(jié)構(gòu)的分化使餌料在中腸的停留時(shí)間延長，同時(shí)增大了餌料與消化液的接觸面積，通過中腸的快速生長，餌料被吸收更加充分，從而提高了能量的吸收效率。銀鮈后腸發(fā)達(dá)程度最低，管徑最小，長度最長，維持等速生長使食物殘?jiān)懦鲶w外。在銀鮈腸道發(fā)育過程中，拐點(diǎn)后食物出現(xiàn)了變形蟲、淡水殼菜，且藻類種類增多。據(jù)此我們推測，由于銀鮈在拐點(diǎn)后已為成體，其消化能力和對環(huán)境的適應(yīng)能力均有所增強(qiáng)，使得銀鮈前腸生長速度變慢，此后銀鮈通過改變食物類型，一定程度上可以減少了種內(nèi)食物競爭；此外，在拐點(diǎn)前，銀鮈攝入更多的肉質(zhì)餌料（搖蚊幼蟲，質(zhì)量百分比21.16%），小個(gè)體魚類攝入更多優(yōu)質(zhì)餌料能夠快速生長，從而更快適應(yīng)環(huán)境，這一策略有助于該物種種群的壯大，這與異齒裂腹魚（Schizothorax oconnori）［21］和拉薩裸裂尻魚（Schizopygopsis younghusbandi younghusbandi）［37］的生長策略相同。上述現(xiàn)象可能是銀鮈腸道自身發(fā)育及長期與環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果。

4 結(jié)論

嘉陵江中游銀鮈前腸、中腸、后腸在其長度、質(zhì)量、發(fā)達(dá)程度等方面均存在顯著差異。其中，銀鮈前腸和整體腸道存在異速生長，中腸保持快速生長，后腸保持等速生長。其前腸與整體腸道表現(xiàn)出異速生長模式，這可能與腸道各分區(qū)功能密切相關(guān)，這一結(jié)果應(yīng)是其對環(huán)境長期適應(yīng)的結(jié)果。食性分析結(jié)果表明，嘉陵江中游銀鮈食物來源廣泛，屬于雜食性魚類，主要攝食有機(jī)碎屑、藻類、軟體動物、水生昆蟲。在前腸拐點(diǎn)前，銀鮈（全長＜129.39 mm）攝入更多肉食性餌料（質(zhì)量百分比21.16%），而拐點(diǎn)后（全長≥129.39 mm），肉食性餌料比例降低，這可能是銀鮈腸道發(fā)育及長期與環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果。