Spatio-temporal variation of Ommastrephes bartramii resources (winter & spring groups) in Northwest Pacific under different climate modes
-
摘要:
柔鱼 (Ommastrephes bartramii) 是大洋性短生命周期物种，其生活史和生物量受环境和气候因子影响明显。基于2004—2015年西北太平洋柔鱼渔捞日志、海表面温度 (Sea surface temperature，SST)、叶绿素 (Chlorophyll a，Chl a) 浓度及太平洋年代际震荡 (Pacific decadal oscillation，PDO) 数据，利用空间自相关统计方法、热点分析和小波分析法研究PDO冷期与暖期两种气候模态下西北太平洋柔鱼渔场的时空变化。结果表明，PDO指数 (Pacific Decadal Oscillation Index，PDOI) 与柔鱼单位捕捞努力量渔获量 (Catch per unit effort，CPUE) 呈正相关，且CPUE滞后PDO 8个月 (R2=0.548，P<0.05)，CPUE与PDO指数的共轭周期为2~4个月。不同气候模态下的渔场热点分布特征为，暖期时渔场重心向高纬方向分布较为明显，空间上的集聚性强；冷期时向低纬分布较为明显，空间上的集聚性相对较差。PDO冷暖时期对西北柔鱼时空分布影响显著，该研究对柔鱼资源的可持续开发具有一定的科学意义。
Abstract:Ommastrephes bartramii is an oceanic species with short life cycle, whose life history and biomass are affected by environmental and climatic factors significantly. Based on the fishery data, sea surface temperature (SST), chlorophyll a (Chl a) and Pacific decadal oscillation (PDO) from 2004 to 2015 in the Northwest Pacific, we applied patial autocorrelation statistics, hot spot analysis and wavelet analysis to study the spatio-temporal variation of O. bartramii in that area under two PDO models with cold and warm periods. The results show that the PDO index was positively correlated with the catch per unit effort (CPUE) and the CPUE lagged PDO for eight months. However, the conjugate period was 2−4 months under the influence of CPUE and PDO index. The distribution of fishery hotspots under two PDO modes is characterized by the fact that the gravity centers of fishing ground is obviously distributed in high and low latitude direction with strong and weak spatial agglomeration in warm and cold periods, respectively. PDO index affects the spatio-temporal distribution of O. bartramii in different periods significantly, which has positive implications for the sustainable development of O. bartramii in the Northwest Pacific Ocean.
-
雪卡毒素是一种可引起人类中毒的珊瑚鱼毒素，毒性极强。近年来，由于海上捕捞及潜水猎鱼日益增多，有将近400种珊瑚鱼成了水产食谱和高档酒楼的海鲜美食，使原本多发生于渔船上的热带亚热带珊瑚鱼雪卡中毒事件转而发生于家庭或海鲜餐厅，造成对消费者健康的威胁。带有雪卡毒素的鱼类主要存在于太平洋、印度洋、大西洋等热带、亚热带海域。集中分布在南纬至北纬35°之间最常见含有雪卡毒素的鱼类，以聚居于珊瑚礁一带觅食的海鱼为主，主要有老虎斑、金钱龙趸、蓝瓜子斑、老鼠斑、苏眉、西星斑、豹星斑、燕尾星斑、杉斑及东星斑[1]。虽然因食用含雪卡毒素的珊瑚鱼而中毒的事件时常发生，然而很少有人知道雪卡毒素是一种什么物质，对它的分子结构和化学性质更是不了解。因此，本文不仅对雪卡毒素作一简单介绍，而且对它的研究进展也作一综述，这将为减少和防止雪卡中毒事件的发生具有重要的意义。
1. 雪卡毒素结构和化学性质
雪卡毒素(ciguatoxin，CTX)，又称西加毒素，分子内包含13个相连的环醚，醚环的大小包括有5、6、7、8、9元环，整个骨架具有反式或顺式的立体化学特征。化学结构式如下：
雪卡毒素是一种无色、耐热、非结晶体，能溶于极性有机溶剂如甲醇、乙醇、丙酮，但不溶于苯和水，也不易被胃酸破坏[2]，是一种脂溶性的有机化合物。雪卡毒素属神经毒素，按毒素毒性程度可分为4个等级：猛毒，如食入有毒鱼肉200 g即能致死；强毒，产生严重的运动神经麻痹，不可起立；轻毒，产生轻度知觉麻痹或运动麻痹；微毒，症状极轻或不显毒性。雪卡毒素对灵长类动物的半致死量为2.0 μg · kg-1[3]。
2. 雪卡毒素的药理作用与提取及合成
雪卡毒素主要存在于鱼肉、内脏、尤其是生殖腺的鱼卵中。雪卡毒素具有抑制钙离子作用，低浓度有强烈的和不可逆的胆碱酶抑制作用，能增强肌肉和神经细胞中钠离子通透性，使细胞膜去极化而引发神经系统的中毒症状。此外，由于雪卡毒素对脑外伤造成的昏迷有很好的疗效，对癌症等也有一定的抑制作用，所以雪卡毒素在国际市场上有贵黄金之称，其售价1.785亿美元· kg-1。为了获得纯的雪卡毒素，一方面采用从鱼中提取的方法。日本从1909年开始，花费49年才从珊瑚鱼的卵巢中提取分离出雪卡毒素，又用了近10年才完成其工业提取的研究。由于从珊瑚鱼提取雪卡毒素的工艺复杂，而且珊瑚鱼资源提取的量也少，世界上仅有少数国家能完成这项研究。1982年我国大连海洋渔业公司医师王维国先生，用他多年研究海洋药物的经验，独辟蹊径，带领有关人员仅用2年时间，在我国首次从河豚鱼肝脏中提取雪卡毒素，又用2年时间完成其工业提取的研究并转入商业性生产阶段，成为我国独家批量生产雪卡毒素的单位，并进入国际市场[4]。另一方面，用化学合成的方法可以获得雪卡毒素，化学合成雪卡毒素的研究工作主要集中在日本。据报道，日本科学家已能精确合成雪卡毒素的碳架结构，并将合成的雪卡毒素碳架结构用于雪卡毒素免疫分析抗体制备的人工抗原研究[5-7]。
3. 雪卡毒素的中毒症状及中毒现状
雪卡毒素主要来自于涡鞭藻——冈比尔盘藻(Cambierdisc toxicus)，是该藻产生的毒素。冈比尔盘藻通常生活在珊瑚礁周围，也附着在其它海藻上生长，在太平洋、大西洋中广泛分布。其它微藻如P.lima、Ostreopsis siamensis和O.ovata等也能产生雪卡毒素[1]。通过食物链，由小鱼吃冈比尔盘藻或附着冈比尔盘藻的海藻，大鱼吃小鱼层层积聚并累积。雪卡毒素不会被高温分解，故烹煮过程并不能除去毒素。雪卡毒素中毒有临界值，毒素进入血液后，需要很长时间才能将毒素排出，患者日后若再次接触到雪卡毒素，就算吃下很少的份量，超过临界值时也会产生中毒症状。中毒症状表现为在进食含雪卡毒素的珊瑚鱼数小时后，会出现肠胃或神经系统不适等现象，主要病征包括呕吐、腹泻、口角及四肢麻痹、冷热感觉颠倒、关节及肌肉疼痛等，病症可维持数天至数星期不等。
据报道全世界每年至少2万人不同程度的遭受雪卡毒素的伤害[8-9]。在香港，1997年发生16宗食用珊瑚鱼雪卡中毒的案例，103人中毒；1998年1月发生70多人被怀疑吃了在珊瑚礁附近觅食的含有珊瑚鱼毒素的深海大鱼而中毒；1999年3~5月爆发因食用“杉斑”等珊瑚鱼雪卡中毒的案例27宗，118人中毒[10]。特别是近年，因食用珊瑚鱼导致的雪卡中毒事件更是频繁发生，据香港卫生署统计2004年香港累计雪卡中毒人数超过255人，为2003年雪卡中毒27人的9倍(人民网香港2005年1月27日电，http://news.163.com/05/0127/11/1B3MBF860001124U.html)。雪卡中毒事件在沿海城市如上海、青岛、北海、广州、湛江、汕头和深圳多次发生，尤其自2004年以来，发生雪卡中毒事件更多，累计仅在广东雪卡中毒的人数已超过200人，如2004年11月中山市小榄镇发生一起婚宴80多人因食用珊瑚鱼而致雪卡中毒[羊城晚报，2004-11-24(A2)]，因此，雪卡中毒被评为2004年广东食品安全八大事件之一。2005年，雪卡中毒事件仍然时有发生，在广州、大连、深圳等地常有因食用珊瑚鱼而中毒的事件报道。2005年“十一”黄金周期间，香港报道了10人吃鱼中毒[新明日报，2005-10-6(A)]。截止到2005年10月，香港雪卡中毒的事件累计达到40余起[11]。为此，世界卫生组织和海洋渔业工作组多次召开会议商讨雪卡中毒的预防措施和分析方法，并鼓励发展雪卡毒素的现场快速检测方法。
4. 雪卡毒素的检测分析现状
现有对雪卡毒素的仪器分析如气相色谱、液相色谱和质谱等方法[12-14]，由于对于样品的前处理操作繁琐，不适应现场简单快速和大批量样品残留检测的要求。有学者采用生物标志物和细胞活性测定间接反应雪卡毒素的含量[15-16]，但测试过程时间长，灵敏度低，未广泛使用。另有学者通过制备雪卡毒素的多克隆和单克隆抗体，采用免疫方法测定雪卡毒素，但测试过程需要多次温育和洗涤，使用致癌性的邻苯二胺作为显色底物，步骤繁琐，也不适于现场测定[17-19]。目前，国内外对雪卡毒素的测定主要采用美国Oceanit Test Systems, Inc.(www.cigua.com)公司研制的免疫膜测定试剂盒[15]，国内多家单位和项目申请者购买该试剂盒进行雪卡毒素分析，测试1个样本需要成本100多元。可见，对雪卡毒素的分析尚缺乏快速准确并适应现场的检测方法。
-
![]()
图 1 2004—2015年7—11月的月平均单位捕捞努力量渔获量和太平洋年代际震荡指数时间序列
Figure 1. Time series of monthly average CPUE and PDO index in July to November during 2004−2015
![]()
图 2 太平洋年代际震荡指数与单位捕捞努力量渔获量交相关分析
当滞后性为负值时，太平洋年代际震荡指数滞后单位捕捞努力量渔获量；当滞后性为正值时，单位捕捞努力量渔获量滞后于太平洋年代际震荡指数；蓝色虚线表示95%置信区间
Figure 2. Cross correlation function study on PDOI and CPUE
When time lag is negative, PDO index lags CPUE; when the time lag is positive, PDO index leads CPUE. ACF is automatic correlationfunction; blue dotted line indicates 95% confidence interval.
![]()
图 3 柔鱼单位捕捞努力量渔获量与渔场环境因子同太平洋年代际震荡指数的交叉小波功率谱
白色实线圈闭合区域为功率谱值通过置信水平为95%的标准背景谱检验，锥形范围表示有效值；箭头表示位关系，→表示单位捕捞努力量渔获量/海洋表面温度/叶绿素与太平洋年代际震荡同位相，说明两者为正相关关系；↗、↙表示单位捕捞努力量渔获量/海表温度/叶绿素滞后太平洋年代际震荡且分别为正相关关系、负相关关系，↘、↖表示单位捕捞努力量渔获量/海洋表面温度/叶绿素超前太平洋年代际震荡且分别为正相关关系、负相关关系
Figure 3. Cross-wavelet power spectrum of O. bartramii CPUE and fishery environmental factors and PDO index
The white solid coil closed area is the standard background spectrum test with a power spectrum value of 95% confidence level, and the cone range represents the effective value; arrow indicates bit relationship: ‘→’ indicates that the CPUE/SST/Chl a is in phase with PDO, indicating that the both are positively correlated; ‘↗, ↙’ indicate that CPUE/SST/Chl a lags PDO and is positively correlated and negatively correlated; ‘↘, ↖’indicate that CPUE/SST/Chl a leads PDO and is positively correlated and negatively correlated.
![]()
图 4 太平洋年代际震荡冷期与暖期柔鱼渔场热点重心位置分布图
a, b 分别为柔鱼资源2004—2015年的热点和冷点的空间分布；c. 太平洋年代际震荡暖期与冷期柔鱼空间热点分布重心在空间上的变化方向和距离；d. 太平洋年代际震荡冷期与暖期柔鱼资源每个月的热点重心位置在空间上的变化方向与距离
Figure 4. Distribution of center of gravity of hot fishing ground in cold and warm periods of PDO
a–b. The spatial distribution of hot and cold spots of squid resources from 2004 to 2015, respectively; c. The direction and distance of spatial hot spot distribution center of PDO in warm and cold periods; d. The spatial variation direction and distance of the hot spots of soft fish resources in cold and warm periods of PDO
![]()
图 5 暖期和冷期模态下柔鱼中心渔场重心与海洋表面温度的关系
Figure 5. Relationship between central gravity point of fishing ground and SST in warm and cold periods
表 1 西北太平洋柔鱼冬春生群资源样本统计参数与全局空间自相关分析
Table 1 Statistical parameters and global spatial autocorrelation analysis of O. bartramii resources (winter & spring groups) in Northwest Pacific
年份
Year最大值
Max.均值
Mean标准差S
Std. deviation偏态
Skewness峰态
Kurtosis变异值
Cv=S/m集聚系数
S2/mZ得分
Z-scoreP 全局相关系数*
Gearyc*2004 10.67 2.64 1.81 0.78 0.76 0.69 1.24 10.07 0.00 0.13 2005 8.00 2.60 1.68 0.78 0.69 0.53 1.09 7.43 0.00 0.31 2006 5.67 1.88 1.43 0.33 0.33 0.66 1.09 8.47 0.00 0.36 2007 15.00 4.28 2.71 0.85 1.31 0.63 1.71 4.96 0.00 0.22 2008 9.23 2.39 1.85 0.78 0.29 0.77 1.43 9.12 0.00 0.10 2009 3.33 1.02 1.81 0.59 0.19 0.79 3.19 1.94 0.00 0.34 2010 5.00 1.60 1.33 0.53 0.18 0.65 1.11 11.83 0.00 0.34 2011 16.50 1.90 1.56 3.58 22.96 0.82 1.28 1.94 0.00 0.12 2012 8.50 2.24 1.90 1.44 1.56 0.85 1.61 3.60 0.00 0.53 2013 13.74 1.80 1.41 3.29 18.98 0.73 1.11 1.89 0.00 0.13 2014 5.47 1.31 1.87 1.20 2.68 0.66 2.66 6.03 0.00 0.22 2015 7.00 2.60 1.82 0.78 0.69 0.53 1.27 3.87 0.00 0.28 平均值 Average 9.01 2.19 1.76 1.24 4.13 0.69 1.57 5.93 0.00 0.26 注：*. 当S2/m>1 表示集聚分布，S2/m=1表示随机分布，S2/m<1表示均匀分布；*. 大于1表示负相关，等于1表示不相关，而小于1表示正相关 Note: *. S2/m>1 indicates the agglomeration distribution; S2/m=1 indicates a random distribution; S2/m<1 indicates a uniform distribution; *. Greater than 1 indicates a negative correlation, and that equal to 1 indicates no correlation, but that less than 1 indicates a positive correlation. 
下载: 导出CSV
-
[1] 余为, 陈新军. 西北太平洋柔鱼冬春生群体栖息地的变化研究[J]. 海洋学报, 2018, 40(3): 86-94. [2] 魏广恩. 北太平洋柔鱼渔场的时空分析与资源丰度的预测[D]. 上海: 上海海洋大学, 2018: 6-8. [3] YU W, CHEN X J, YI Q, et al. A review of interaction between neon flying squid (Ommastrephes bartramii) and oceanographic variability in the north Pacific Ocean[J]. J Ocean Univ Chin, 2015, 14(4): 739-748. doi: 10.1007/s11802-015-2562-8
[4] BOWER J R, ICHII T. The red flying squid (Ommastrephes bartramii): a review of recent research and the fishery in Japan[J]. Fish Res, 2005, 76(1): 39-55. doi: 10.1016/j.fishres.2005.05.009
[5] CHEN X J, CHEN Y, TIAN S Q. An assessment of the west winter–spring cohort of neon flying squid (Ommastrephes bartramii) in the northwest Pacific Ocean[J]. Fish Res, 2008, 92(2/3): 221-230. doi: 10.1016/j.fishres.2008.01.011
[6] 唐峰华, 樊伟, 伍玉梅, 等. 北太平洋柔鱼渔场资源与海洋环境关系的季节性变化[J]. 农业资源与环境学报, 2015, 32(3): 242-249. [7] 崔雪森, 唐峰华, 张衡, 等. 基于朴素贝叶斯的西北太平洋柔鱼渔场预报模型的建立[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2015, 45(2): 37-43. [8] 余为, 陈新军, 易倩. 不同气候模态下西北太平洋柔鱼渔场环境特征分析[J]. 水产学报, 2017, 41(4): 525-534. [9] 余为. 西北太平洋柔鱼冬春生群对气候与环境变化的响应机制研究[D]. 上海: 上海海洋大学, 2016: 70-88. [10] 刘冀, 董晓华, 李帅. 基于小波消噪的径流趋势变化对比分析[J]. 水电能源科学, 2009, 27(5): 4-7. doi: 10.3969/j.issn.1000-7709.2009.05.002 [11] 杨勇, 普宗朝, 张山清, 等. 近48年新疆博州地区气候变化趋势的分析[J]. 石河子大学学报(自然科学版), 2010, 28(4): 446-452. [12] WANG X L, YAN F J, WANG T R, et al. Changing features of sunshine duration and effects on greenhouse production in Shouguang City [J]. Meteoral Environl Ves, 2016, 7(6): 76-79.
[13] 邱海军, 曹明明, 曾彬. 基于小波分析的西安降水时间序列的变化特征[J]. 中国农业气象, 2011, 32(1): 23-27. doi: 10.3969/j.issn.1000-6362.2011.01.005 [14] 杨晓明, 周应祺, 陈新军, 等. 西北印度洋延绳钓大眼金枪鱼渔获率的时间序列小波特征[J]. 中国水产科学, 2009, 16(6): 941-948. doi: 10.3321/j.issn:1005-8737.2009.06.015 [15] 蔡建堤, 陈方平, 吴建绍. 渔场重心信度测算及渔场重心修正理论构建——以闽南-台湾浅滩渔场二长棘鲷为例[J]. 生态学报, 2015, 35(6): 1929-1937. [16] 魏广恩, 陈新军, 李纲. 西北太平洋柔鱼洄游重心年际变化及预测[J]. 上海海洋大学学报, 2018, 27(4): 573-583. doi: 10.12024/jsou.20171102171 [17] 冯永玖, 陈新军, 杨铭霞, 等. 基于ESDA的西北太平洋柔鱼资源空间热点区域及其变动研究[J]. 生态学报, 2014, 34(7): 1841-1850. [18] 崔丽. 空间多尺度下西北太平洋柔鱼空间模式及其与海洋环境的关系[D]. 上海: 上海海洋大学, 2018: 17-20. [19] CHEN X J, ZHAO X H, CHEN Y. Influence of El Niño/La Niña on the western winter-spring cohort of neon flying squid (Ommastrephes bartramii) in the northwestern Pacific Ocean[J]. ICES J Mar Sci, 2007, 64(6): 1152-1160. doi: 10.1093/icesjms/fsm103
[20] 杨铭霞, 陈新军, 冯永玖, 等. 中小尺度下西北太平洋柔鱼资源丰度的空间变异[J]. 生态学报, 2013, 33(20): 6427-6435. [21] GENCAY R, SELCUK F, WITCHER B. An introduction to wavelets and other filtering methods in finance and economics[J]. Wave Random Media, 2002, 12(3): 399-399. doi: 10.1088/0959-7174/12/3/701
[22] HAN M, NAICHANG Y, CHI H. Signal analysis by time-frequency distributions: applications to impulse radar scattering echoes of plate and dihedral corner[J]. Int J Infrared Millim Wave, 1998, 19(7): 1017-1025. doi: 10.1023/A:1022635710654
[23] 牟萍, 杨胜发, 童思陈. 基于Morlet小波分析的嘉陵江流域年径流周期研究[J]. 重庆交通大学学报 (自然科学版), 2016, 35(1): 76-79. [24] 田俊, 黄淑娥, 祝必琴, 等. 江西双季早稻气候适宜度小波分析[J]. 江西农业大学学报, 2012, 34(4): 646-651, 670. doi: 10.3969/j.issn.1000-2286.2012.04.005 [25] 杨晓明, 戴小杰, 田思泉, 等. 中西太平洋鲣鱼围网渔业资源的热点分析和空间异质性[J]. 生态学报, 2014, 34(13): 3771-3778. [26] DORMANN C. Effects of incorporating spatial autocorrelation into the analysis of species distribution data[J]. Glob Ecol Biogeogr, 2010, 16(2): 129-138.
[27] MARTINO F D, SESSA S. A fuzzy particle swarm optimization algorithm and its application to hotspot events in spatial analysis[J]. J Ambient Intell Hum Comput, 2013, 4(1): 85-97. doi: 10.1007/s12652-011-0096-5
[28] TSENG C T, SUN C L, YEH S Z, et al. Spatio-temporal distributions of tuna species and potential habitats in the Western and Central Pacific Ocean derived from multi-satellite data[J]. Int J Remote Sens, 2010, 31(17/18): 4543-4558.
[29] 田思泉, 陈新军, 冯波, 等. 西北太平洋柔鱼资源丰度与栖息[J]. 上海海洋大学学报, 2009, 18(5): 586-592. [30] 崔雪森, 唐峰华, 周为峰, 等. 基于支持向量机的西北太平洋柔鱼渔场预报模型构建[J]. 南方水产科学, 2016, 12(5): 1-7. doi: 10.3969/j.issn.2095-0780.2016.05.001 [31] 马金, 陈新军, 刘必林, 等. 北太平洋柔鱼渔业生物学研究进展[J]. 上海海洋大学学报, 2011, 20(4): 563-570. [32] 武胜男, 余为, 陈新军, 等. 太平洋褶柔鱼秋生群产卵场环境变化及对资源丰度的影响[J]. 海洋渔业, 2018, 40(2): 4-13. [33] YU W, CHEN X J, YI Q, et al. Variability of suitable habitat of western winter-spring cohort for neon flying squid in the Northwest Pacific under anomalous environments[J]. PLoS One, 2015, 10(4): e0122997. doi: 10.1371/journal.pone.0122997
[34] 陈峰, 陈新军, 钱卫国, 等. 水温变动对2009年西北太平洋柔鱼产量下降的影响[J]. 广东海洋大学学报, 2010, 30(1): 65-71. doi: 10.3969/j.issn.1673-9159.2010.01.013 [35] 陈新军, 田思泉. 西北太平洋海域柔鱼的产量分布及作业渔场与表温的关系研究[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2005, 35(1): 101-107.
计量
- 文章访问数:
- HTML全文浏览量:
- PDF下载量:
粤公网安备 44010502001741号
