Spatial pattern characteristics of albacore tuna resources at different spatial scales in South Pacific
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摘要: 长鳍金枪鱼 (Thunnus alalunga) 是延绳钓渔业主要捕捞目标物种，占金枪鱼年渔获量的1/3。南太平洋的长鳍金枪鱼资源丰富，探究其渔业资源的空间格局特征，分析是否存在空间尺度差异，对其渔业资源的合理利用和保护具有重要意义。根据2015—2019年中国大陆延绳钓渔捞日志数据，按季度以3种空间尺度进行聚合 (1°、2°和5°)，以及中西太平洋渔业委员会提供的5°网格数据，分别计算其空间格局特征，以比较不同空间尺度下资源分布格局的差异。结果表明：1) 南太平洋长鳍金枪鱼资源空间格局方向特征的椭圆扁率大，所有尺度的空间格局均呈现显著的东西向分布，且资源的空间格局特征 (资源的分布范围、扁率、分布方位角等) 呈明显的季节性波动特征；2) 同源的3种不同尺度数据反映的资源空间格局差异性较小，而不同源数据反映的则差异性较大；3) 在同尺度5°网格数据中，相较于中西太平洋委员会数据，渔捞日志数据中空间格局的资源中心更偏东南，偏东约10°经度；4) 采用较大尺度聚合的数据反映出的资源空间聚集特征更强，且不同尺度数据得到的资源空间热点区域有一定差异。Abstract: Albacore tuna (Thunnus alalunga) is the main target species of longline fishery, accounting for 1/3 of the annual catch of tuna. Since the fishery resources of T. alalunga are rich in South Pacific, to explore the spatial pattern characteristics of its fishery resources in that sea area, and to analyze whether there are differences in the spatial scale are important for the rational utilization and protection of its fishery resources in South Pacific. We aggregated the longline fishing logs of the Chinese mainland from 2015 to 2019 at three spatial scales (1°, 2° and 5°) by season, and calculated their spatial pattern characteristics based on the 5° grid data from Western and Central Pacific Fisheries Commission (WCPFC). The results show that: 1) The spatial pattern of T. alalunga resources in the South Pacific was characterized by great ellipticity, and there was a significant eastwest distribution in the direction of the spatial pattern at all scales. The spatial pattern characteristics of resources (Distribution range, flatness, azimuth, etc.) had similar and obvious seasonal fluctuation characteristics. 2) The spatial pattern of resources obtained from three different scales of the same origin had a small difference, while that from different sources had a great difference. 3) For the same scale of 5° grid data, the resource center of the spatial pattern in China was more southeast and about 10° east in longitude than that of the data from the WCPFC. 4) Data aggregated at larger scales reflect stronger spatial aggregation characteristics of resources. Besides, the hot spots of spatial pattern obtained from different scale data of same origin were different to some extent.
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Keywords:
- Thunnus alalunga /
- Spatial pattern /
- Standard deviation ellipse /
- Hot spot analysis /
- South Pacific
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超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)被FRIDOVICH等国内外学者[1-4]统称为保护酶系统。细胞内自由基的产生与消除是因为SOD、CAT及POD 3种酶协调一致，处于一种动态平衡状态，使自由基维持在一个低水平，从而防止自由基毒害，一旦这种平衡受到破坏，就可能产生伤害作用。所以研究保护酶活性在药物胁迫下发生的变化可以作为灵敏指示动物受药物胁迫的生化指标，尝试以这些抗氧化防御系统成分的变化作为氧化胁迫的生化指标的研究，正在成为毒理学研究的新热点，而国内这一领域的研究较少[5-7]。
三唑磷是一种有机磷农药，曾经作为有机氯的替代产品在我国农林业生产、水产养殖业中作为杀虫剂广泛使用。它在浙江沿岸，主要用于池塘的清理，杀灭大型甲壳类，其杀灭作用强，但残留时间较长，有时候在虾蟹饲养过程中也用三唑磷控制桡足类的大量繁殖。1996年以来，由于三唑磷污染造成死虾、死鱼、死贝的事故时有发生[8]，其对海洋生物资源、水产养殖品种和生态环境的影响颇令人担忧，已引起有关专家的重视。本文通过研究日本
1. 材料与方法
1.1 实验材料
本实验所用的日本
1.2 实验设计和方法
1.2.1 毒性实验
首先采用常规急性毒性实验的方法以确定三唑磷对日本
1.2.2 药物积累试验
根据急性毒性实验的结果，把三唑磷对日本
1.2.3 样品处理
从毒性实验开始的当日起，每2 d取样1次，每组取4只个体(2雌2雄)，活体解剖，分别取出肌肉，鳃、肝胰脏，心脏、性腺等组织器官，用生理盐水洗过后放进-70℃冰箱备用。测量前取出组织称重，按0.1 g组织加入0.5 mL磷酸盐缓冲液(pH=7.0)的比例，放入玻璃匀浆器在冰浴条件下研磨，然后置冰冻离心机内以14 000 r · min-1的速度离心25 min，然后取其上清液进行酶活性测定。另取暂养后的健康蟹10只用来分析日本
1.2.4 酶活性测定
SOD活性测定采用FRIDVICH[1]建立略有改进的氮蓝四唑光化学反应法，一个SOD活力单位定义为能引起反应初速度(指不加酶时)半抑制时的酶用量；CAT活性采用紫外吸收法测定，以1 min内吸光度减少0.1的酶量为一个酶活单位；POD活性参照蒋继宏等[9]方法，略有改进，以每分钟光密度变化值来表示酶活性的大小。每个样品做5个平行，取其平均值。
1.2.5 数据处理
以“酶活单位”表示酶活性的大小，为了更清楚表示药物作用下酶活性的变化，去除饥饿等其它因素对酶活力的影响，用酶比活力(酶活单位相对值，即把处理组酶活单位同对照组酶活单位进行比较)表示酶活性变化。数据处理采用SPSS统计软件。
2. 实验结果
2.1 急性毒性试验结果
急性毒性试验结果见表 1。
表 1 三唑磷对日本
Table 1. LC50 and safe concentration of triazopnios on C.japonicamg · L-1 影响
effect浓度
concentration影响
effect浓度
concentration24 h半致死浓度
LC50(24 h)8.76 96 h半致死浓度
LC50(96 h)2.70 48 h半致死浓度
LC50(48 h)5.94 安全浓度safe concentration 0.27 72 h半致死浓度
LC50(72 h)3.94 2.2 三唑磷对日本
试验期间对照组日本
U · (g · mL)-1 5种组织five tissues 时间/d time 0 2 4 6 8 10 12 14 16 鳃(对照/试验)
gill(control/test)73.89/
75.4168.95/
48.5691/
74.8258.79/
56.2449.75/
122.32116.56/
137.63107.43/
144.36118.07/
141.36120.3/
86.74肝胰脏(对照/试验)
hepatopancreas (control/test)30.29/
29.2927.16/
35.7427.34/
35.1224.9/
49.55251.16/
62.5424.83/
60.33154.61/
80.64114.78/
39.66135.8/
28.25心脏(对照/试验)
heart(control/test)160.58/
160.84160.92/
151.55186.35/
253.83166.67/
147.1326.75/
214.49269.3/
263.17300.14/
243.82227.86/
282.62229.68/
247.11肌肉(对照/试验)
muscle(control/test)82.22/
86.2277.6/
74.0479.68/
72.0784.08/
91.32111.24/
139.78136.07/
145.64170.88/
155.23124.4/
143.09109.87/
94.27性腺(对照/试验)
sex gland(control/test)42.58/
46.5842.92/
165.13174.48/
298.35251.84/
377.14339.58/
324.32409.68/
572.06613.9/
431.03238/
414.79224.6/
288.15![]()
图 1 三唑磷对日本2.3 三唑磷对日本
试验期间对照组日本
U · (g · mL)-1 5种组织five tissues 时间/d time 0 2 4 6 8 10 12 14 16 鳃(对照/试验)
gill(control/test)14.71/
16.7112.87/
19.0211.22/
11.126.63/
7.635.88/
8.716.78/
7.398.16/
2.219.52/
15.611.78/
13.17肝胰脏(对照/试验)
hepatopancreas (control/test)66.64/
66.6766.74/
16.6923.05/
3.3223.05/
49.19126.63/
120.24156.29/
74.3369.57/
121.8164.67/
98.2196.75/
63.52心脏(对照/试验)
heart(control/test)38.64/
36.6350. 62/
53.9930.98/
18.1020.65/
17.6242.41/
31.2630/
26.4923.11/
26.5528.34/
34.8132.28/
43.06肌肉(对照/试验)
muscle(control/test)10.11/
11.009.06/
29.3219.93/
9.4515.99/
6.4011.12/
17.9913.05/
9.4411.2/
11.459.93/
11.8010.13/
19.88性腺(对照/试验)
sex gland(control/test)73.92/
93.8217.96/
54.9714.8/
63.3714.14/
53.4712.46/
19.3354.32/
46.6746.92/
32.9418.5/
14.3618.96/
39.84![]()
图 2 三唑磷对日本3. 讨论
3.1 5种组织中保护酶系统分析
本实验中检测了日本
关于甲壳动物POD的研究并不多见，仅见有关鱼和昆虫的报道[2-4, 10-14]。本实验未在日本
3.2 5种组织对三唑磷敏感性分析
从实验结果可以看到，5种组织中对三唑磷最为敏感的组织是肝胰脏、性腺和鳃(F*>F0.05，P < 0.05)，肌肉和心脏比较稳定，这和白洁等[15]、唐学玺和张培玉[16]、贾秀英和陈志伟[17]的研究结果相似。组织对毒物的敏感性不同和各组织结构以及所执行的功能有关。鳃是日本
此外，同一组织中SOD和CAT活性在三唑磷胁迫下的变化趋势也不尽相同，这说明机体的保护酶系统是一个相互制约、协同作用的有机整体，它们可以达到一种动态的平衡以抵御外界的损害。
3.3 药浴时间对保护酶活性的影响及其机制
药浴时间的长短对酶活性的影响不同，组织细胞酶活性的大小是药物作用和保护酶系统自身防御共同的结果。肝胰脏、性腺中SOD和肌肉中CAT在实验前2 d和对照组相比均有不同程度的升高，然后逐渐降低，到实验结束时大部分酶活性已经基本和对照组的相当，但有的仍在波动中(图 1、图 2)。STEBBING[18]认为毒物在低浓度下出现的这种增益现象是其在无毒情况下的刺激效应，把这一现象称为“毒物兴奋效应”。许多研究证明“毒物兴奋效应”具有普遍性，本实验也证明了这一点。
动物细胞在低浓度毒物的胁迫下产生大量的自由基，保护酶SOD、CAT活性也在自由基的诱导下随之升高，以清除过量的自由基，因此便出现了酶活性在处理2 d后逐渐升高并超出对照组水平的现象。但自由基反应速度非常快，有些未得到及时清除的自由基就对细胞产生了伤害，细胞结构也受到一定程度的损伤。此外，当毒物长时间作用于机体后，大量的活性氧中间体超过了机体清除活性氧的能力，结果大量的活性氧中间体作用于酶蛋白质分子的关键性氨基酸残基，使酶活性受到抑制，即把CAT上的-SH巯基氧化成SO2，从而改变CAT的结构，抑制其活性。因此，酶活性又会逐渐回落。国内外大量研究证明[7, 16-17, 19-20]，低度污染胁迫下的生物机体SOD、CAT的活性显著上升，但随着毒物浓度的升高，或者暴露时间的延长其活性又被显著抑制。
随着实验时间的延长，受毒物胁迫低的细胞在生物体内各种酶机制的相互作用下还可以渐渐恢复到对照组的水平，如性腺中CAT和SOD以及肌肉中CAT，这说明机体本身对外界的轻微胁迫具有一定的防御能力，生物体可以通过调节抗氧化酶的水平来增强其清除活性氧的能力，以减轻污染物的伤害。但是，肝胰脏中SOD和CAT的活性都表现出了不同程度的紊乱，说明这些组织的细胞已经受到了较深的毒害，不能恢复到对照组的水平，同时也说明机体对抗外界环境污染胁迫的能力是有限的，一旦污染物超过某一限度，便会导致细胞代谢失调和细胞结构的破坏[21]。
4. 结语
日本
毒理学研究者一致认为，污染物对生物体的作用归根结底是在分子水平上进行的，是污染物分子和生物大分子的相互作用引起的。保护酶的变化是污染物在生物体内代谢过程中与生物大分子相互作用的一种表现，要想对毒害机制做进一步的研究必须利用生物化学或分子生物学的方法。
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图 2 2015—2019年不同空间尺度的长鳍金枪鱼资源第一级标准差椭圆
Figure 2. First order standard deviational ellipse spatial distribution of T. alalunga at different scales from 2015 to 2019
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图 3 2015—2019年不同尺度的长鳍金枪鱼资源空间格局差异指数
Figure 3. Spatial pattern difference index of T. alalunga resources at different scales from 2015 to 2019
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图 4 2015—2019年不同尺度的长鳍金枪鱼资源空间格局的分布范围
Figure 4. Distribution range of spatial pattern of T. alalunga resources at different scales from 2015 to 2019
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图 5 2015—2019年不同尺度的长鳍金枪鱼资源标准差椭圆扁率分布
Figure 5. Oblateness of standard deviation ellipticity of T. alalunga resources at different scales from 2015 to 2019
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图 6 2015—2019年不同尺度的长鳍金枪鱼资源标准差椭圆方位角分布
Figure 6. Azimuth of standard deviation ellipticity of T. alalunga resources at different scales from 2015 to 2019
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图 7 南太平洋长鳍金枪鱼渔业资源第三季度不同尺度的空间格局的局部聚集特征
Figure 7. Aggregation characteristics of spatial pattern of T. alalunga fishery resources at different scales in South Pacific in third quarter
表 1 南太平洋长鳍金枪鱼延绳钓渔业船次
Table 1 Number of vessels of longline fishery of T. alalunga in South Pacific
年份Year 船次 (CN)Number of vessels 船次 (WCPFC)Number of vessels 2015 189 1 752 2016 138 1 695 2017 159 1 764 2018 150 1 764 2019 156 1 817 
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表 2 南太平洋长鳍金枪鱼资源空间格局的全局分布聚集性显著性检验
Table 2 Significance test of global distribution and aggregation of spatial pattern of T. alalunga in South Pacific
统计时间
Statistical time中国大陆1°
CN-1中国大陆2°
CN-2中国大陆5°
CN-5中西太平洋渔业委员会5°
WCPFC-5I Z_score I Z_score I Z_score I Z_score 第一季度
Quarter 10.032 3 3.975 1 0.236 6 15.015 6 0.337 4 18.301 4 0.628 7 43.204 7 第二季度
Quarter 20.032 1 2.184 4 0.047 3 10.867 5 0.371 1 17.594 5 0.563 7 47.969 7 第三季度
Quarter 30.042 2 6.137 2 0.064 5 20.338 6 0.487 0 30.940 6 0.614 7 50.730 2 第四季度
Quarter 40.038 1 6.675 1 0.046 4 20.380 1 0.532 6 29.146 5 0.637 4 49.767 8 注：Z得分的临界值为1.65、1.96和2.58分别对应的置信度为90%、95%和99%。Note: The critical values of Z score are 1.65, 1.96 and 2.58, respectively, with confidence levels of 90%, 95% and 99%.
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