Genetic structure of Priacanthus macracanthus population from the South China Sea
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摘要:
在南海北部陆架和南海南沙西南陆架6个地理位点采集224尾短尾大眼鲷(Priacanthus macracanthus)样品，采用线粒体控制区(mtDNA D-loop区)序列分析了其种群遗传结构，探讨了6个采样位点之间短尾大眼鲷种群归属关系。所得224条同源序列D-loop片段(729 bp)中检测到101个突变位点和94个核苷酸多态位点，定义了172种单倍型；遗传多样性表现出高单倍型多样性(0.980 5~0.997 1)和低核苷酸多样性(0.048 2~0.060 9)的特点；系统发育分析、分子方差分析和成对的Fst分析显示南海各群体之间有较高的遗传同质性，遗传分化不显著，也没有出现明显的地理分支或聚簇；中性检测和不对称分布分析发现南海的短尾大眼鲷群体发生过种群扩张。结果表明，南海海域的6个短尾大眼鲷群体属于同一种群，该结果为今后中国与南海周边国家渔业资源共享和争取捕捞配额提供了依据。
Abstract:We investigated the genetic structure of red bigeye (Priacanthus macracanthus) population in six sampling sites off the South China Sea including five coastal waters of Beibu Gulf, Sanya, Maoming, Zhuhai, Shantou and the Southwest Nansha. Sequences of the mitochondrial control region (D-loop) were amplified by polymerase chain reaction. Fragments of 729 bp of the mitochondrial D-loop were sequenced from 224 individuals, and 101 mutated sites, 94 nucleotide polymorphism sites as well as 172 haplotypes were identified. All the six groups were characterized with high haplotype diversity (0.980 5~ 0.997 1) and low nucleotide diversity (0.048 2~0.060 9). Analyses of phylogeny, molecular variances and pairwise Fst showed no significant genealogical clades or clusters of samples corresponding to sampling localities. Both neutrality tests and mismatch distribution analyses revealed a recent population expansion in P.macracanthus. Thus, the six P.macracanthus groups in the South China Sea belong to one population. The results provide references for the fishery resources sharing and quotas winning between China and the South China Sea surrounding countries.
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盐度是与海水鱼类生长和繁育有着密切关系的外在环境因素之一，对海水鱼类的生长繁殖具有重要的影响，尤其在进行海水鱼类的人工繁殖和种苗培育时，盐度更是重要的环境因子。有关盐度对海水鱼类胚胎和早期仔鱼发育影响的研究国内外已见有不少文献报道，所涉及的研究种类有大西洋油鲱(Brevoortia tyrannus)[1]，黑鲷(Sparus macrocephalus)[2]、花鲈(Lateolabrax japonicus)[3]、NFDBF状黄姑鱼(Nibea miichthioides)[4]、梭鱼(Liza haematocheila)[5]、鲻(Mugil cephalus)[6]、大菱鲆(Scophthalmus maximus)[7]、赤点石斑鱼(Epinephelus akaara)[8]以及鲯GF6FA (Coryphaena hippurus)和遮目鱼(Chanos chanos)[8-9]等。
卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)，俗称黄腊鲳、黄腊鲹、卵鲹、短鳍鲳鲹、金鲳、红杉、红沙等[10]，隶属于鲈形目(Perciformes)鲹科(Carangidae)鲳鲹亚科(Trachinotinae)鲳鲹属，广泛分布于印度洋和太平洋的温暖水域，在中国东海、南海和黄海均有分布。卵形鲳鲹是海水养殖优质的种质资源，是近年来海湾深水网箱养殖的重要鱼类之一。近年来，国内外陆续开展了对卵形鲳鲹人工繁育技术的研究[11-12]，但尚未见有关盐度对该鱼早期发育影响的文献报道。文章研究观察了卵形鲳鲹受精卵在不同盐度中的沉浮性，测定其在不同盐度海水中的孵化率、初孵仔鱼的畸形率以及仔鱼在不投饵条件下的存活系数(survival activity index，SAI)，旨在为卵形鲳鲹的种苗生产提供参考依据，并为该种类的发育生物学研究积累基础资料。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
试验用卵形鲳鲹于2008年4月取自南海水产研究所深圳试验基地，亲鱼自然产卵后立即用手抄网收集漂浮在水表面的受精卵运回实验室。选取一批由质量好的受精卵在适宜水温和盐度条件下孵化的仔鱼，挑选其中肉眼观察体形正常、活力好的个体用做不同盐度下SAI的观察试验。
1.2 盐度的配制及试验设计
试验用水为经沉淀及沙过滤的当地自然海水，温度为26.8±1.4 ℃，盐度28.2±0.8。
1.2.1 试验用水处理
供试海水均经过历时36 h以上的黑暗沉淀，再经沙池过滤及紫外线消毒。盐度试验所需高盐度海水用普通海水与加盐后的海水调配，低盐度海水用普通海水加淡水调配而成，用日产ATAGO型折光计测定海水盐度。
1.2.2 不同盐度对受精卵沉浮的影响
试验在盐度5.0~50.0范围内共设置10个盐度梯度组，每个盐度梯度为5，各设置3个平行，数据计算时取其平均值。用1 L烧杯作为试验容器，各放入100粒受精卵。试验开始时卵细胞还没有开始分裂，观察其在各种盐度海水中的沉浮状态。
1.2.3 不同盐度对胚胎发育的影响
设置10个海水盐度梯度(同1.2.2)，采用1 L烧杯做实验容器，取受精卵100个。试验过程中用空气压缩机连续微充气，室温培育(温度26.8±1.4 ℃)，待仔鱼破膜孵化后，观察仔鱼的孵化率和畸形率；孵化率和畸形率取3个平行组的平均值；孵化率为孵出成形的仔鱼与放入受精卵的比值。畸形仔鱼指油球异位或异数、尾部或脊柱弯曲的个体。
1.2.4 不同盐度下仔鱼SAI的测定
试验共设置8个盐度梯度组：10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0、40.0和45.0；实验容器采用1 L烧杯，各放入100尾初孵仔鱼，置于实验室内阴凉通风处(水温26.8±1.4 ℃)，试验期间不充气，不投喂，每天用玻璃吸管吸去死亡的仔鱼，记录存活的仔鱼尾数，一直到所有仔鱼全部死亡为止。仔鱼SAI计算公式如下：
$$ \mathrm{SAI}=\sum\limits_{i=1}^k\left(N-h_i\right) \times i / N $$ 式中N为试验开始时的仔鱼尾数，k为仔鱼全部死亡所经历的时间(天数)，hi为第i天仔鱼的累积死亡尾数。
1.3 相关生物学指标的确定
试验期间，定期观察并记录各试验胚胎组的发育情况。胚胎孵化时间(h: min)指从卵受精开始到约有50%以上鱼苗孵化出膜所经历的时间；孵化率(%)指全部孵出的仔鱼尾数与受精卵总数的比率×100；胚胎发育的适宜盐度范围指孵化率不低于50%的盐度范围[13]。
1.4 统计方法
应用Excel和SPSS统计软件进行分析，计算其平均值和标准差，并对变化趋势进行回归等相关分析。
2. 结果
2.1 不同盐度对卵形鲳鲹受精卵沉浮的影响
卵形鲳鲹受精卵圆形、透明、浮性、单油球，卵径为1.2 mm，油球径为0.16 mm，每1 g受精卵的数量约1 000~1 200粒。从观察结果可以看到，在相对静止的水环境条件下，卵形鲳鲹受精卵在盐度25.0以下时全部沉到烧杯的底部；当盐度在30.0时50%浮在中层，其余50%沉底；当盐度35.0以上时全部浮在水的表面(表 1)。
表 1 卵形鲳鲹受精卵在不同盐度下的沉浮情况Table 1. Buoyancy observation of T.ovatus fertilized eggs at different salinities盐度 salinity 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 状态 state 沉 沉 沉 沉 沉 半浮沉 浮 浮 浮 浮 2.2 不同盐度对卵形鲳鲹胚胎发育的影响
观察到在室温26.8±1.4 ℃，盐度15.0~45.0条件下，卵形鲳鲹受精卵经20 h左右孵化出仔鱼，盐度变化对孵化时间的影响不大。当盐度较低(5.0~10.0)时，胚盘于受精后4~6 h起呈现严重扩散和融合状，分裂球间界线模糊不清，胚胎在受精后6~8 h即发育到多细胞期至高囊胚期间死亡；在盐度最高(50.0)组，胚盘在受精后4~6 h开始出现收缩，分裂球界线模糊不清，而且随着盐度的升高胚盘加剧收缩，当发育到多细胞期至高囊胚期间形成死胚。试验结果显示，卵形鲳鲹胚胎在盐度15.0~45.0之间都能完成发育过程并孵化出仔鱼；盐度低于15.0或高于45.0时都无法孵化出仔鱼。总孵化率与盐度变化呈反抛物线形分布，其回归关系可用y=-0.0025x2+0.1409x-1.0557(R2=0.9607，P < 0.05)来表达，畸形率呈正抛物线形分布，其回归关系可为y=0.0023x2-0.1214x+1.8500(R2=0.9572，P < 0.05)，计算可得在微充气的试验条件下，卵形鲳鲹胚胎孵化的适盐范围为14.9~39.4，孵化率为50.4%~63.7%，畸形率在55.17%~63.72%。最适盐度为26.0~28.2，孵化率为91.2%~93.4%，畸形率为25.00%~26.60%(图 1)。
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图 1 盐度对卵形鲳鲹胚胎形成、总孵化率、畸形率的影响Figure 1. Effects of salinity on embryo formation, total hatching rate and abnormality of T.ovatus2.3 不同盐度下卵形鲳鲹仔鱼SAI的测定
卵形鲳鲹仔鱼从孵化后3日龄开始能够从环境中摄食，进入内源营养和外源营养混合期的生长发育阶段，在盐度25.0~30.0的试验范围内，SAI为44.19~47.44，仔鱼的活力较强(表 2)。盐度10.0时，SAI为3.17，仔鱼在开口或开口后1 d全部死亡；盐度15.0时，SAI为16.43，并在4日龄时存活率下降到70%以下；盐度35.0~40.0时，SAI为13.26~24.66，仔鱼的畸形率较高，活性较差；盐度达到45.0时，SAI仅为1.00，第2天均全部死亡。从表 2中所列的SAI可见，卵形鲳鲹早期仔鱼发育的最适盐度范围应在25.0~30.0之间。
表 2 盐度10.0~45.0条件和饥饿状态下卵形鲳鲹仔鱼成活率和生存活力指数Table 2. Survival rate and SAI of larval T.ovatus under starvation at salinity of 10.0~45.0盐度
salinity仔鱼不同天数的成活率/%
the survival rate of larval on different daysSAI 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 10.0 100 52 37 8 0 0 0 0 0 0 0 0 3.17 15.0 100 88 74 69 54 45 13 2 0 0 0 0 16.43 20.0 100 93 90 85 84 83 54 34 16 2 0 0 26.18 25.0 100 98 95 95 93 88 86 73 70 60 4 0 44.19 30.0 100 99 98 98 98 89 89 86 85 60 12 0 47.44 35.0 100 96 93 90 89 80 70 15 0 0 0 0 24.66 40.0 100 85 70 63 49 35 13 6 0 0 0 0 13.26 45.0 100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.00 3. 讨论
3.1 不同盐度对鱼类受精卵沉浮的影响
在不同盐度范围内，受精卵在水层中的分布情况有所不同。此试验中，卵形鲳鲹受精卵在盐度小于25.0时全部沉底；在盐度大于35.0时全部为浮性。花尾胡椒鲷(Plectorynchus cinctus)的受精卵在盐度小于26.47的海水中全部为沉性，在大于30.12的海水中则呈现为浮性[14]。在试验温度下，点带石斑鱼(E.malabaricus)受精卵的相对比重与盐度30或31的海水比重相当，大致界于1.020~1.021之间[15]。高体NFDA4 (Seriola dumerili)受精卵在盐度为30.0以下呈沉性；在盐度32.0以上的海水呈浮性[16]。黄鲷(Dentex tumifrons)在相对静止的环境条件下，其胚胎在盐度32.0以下的海水时全部都沉到容器底部；在盐度33.0时40%的胚胎浮在水体中层, 60%沉底；在34.0时90%的胚胎分布于水体中间，呈现悬浮状态，10%的胚胎浮在水体表面；在35.0时40%的胚胎呈悬浮状态，60%的胚胎浮在水体表面；在盐度36.0以上时胚胎全部浮在水的表面[17]。在26.8~29.5 ℃条件下，军曹鱼(Rachycentron canadum)受精卵在盐度26.0以下的海水中呈现完全沉性；在盐度29.0时呈现半沉浮状态，大多数的受精卵悬浮在水体的中间；在盐度32.0以上的海水中受精卵呈现完全浮性[18]。由此可见，鱼类卵子在不同盐度水中的沉浮状态具有种间差异。因此，在种苗繁育过程中，为了获得高的成活率，应根据不同鱼类受精卵的沉浮特性，调整好生产用水的盐度，使之处于悬浮状态，以避免因盐度过低，受精卵下沉堆积，胚胎无法摄取充足的溶氧。
3.2 不同盐度对鱼类胚胎和早期仔鱼发育的影响
鱼类卵的发育实际上受渗透压的调节。随着胚胎和仔鱼的发育，渗透调节的能力和过程都在变化。在早期胚胎发育过程中，渗透调节是有积极意义的，调节主要归因于细胞质膜的半渗透性和胚盘细胞的紧密连接[19]。盐度主要影响鱼类卵内渗透压的稳定性，在适盐范围内，卵内渗透压可通过自身调节保持在相对稳定的水平，故而有较高的孵化率。因此，海水鱼类的早期发育都有一定的适盐范围。外界水环境的高渗作用会促进鱼类胚胎发育的进程，缩短其孵化时间。但若海水的盐度过高、培育周期太短，则会影响鱼类胚胎发育的正常进行，结果造成孵出的仔鱼成活率低、对环境变化的耐受力差。低盐度条件下孵化率较低，低盐度影响了卵胚胎发育过程的能量消耗、利用规律和效率，使卵黄和油球内营养物质不能正常地转化为胚胎内组织的生长所需，从而破坏其正常的胚胎发育进程，导致孵化时间延长。根据受精卵的孵化时间、孵化率和畸形率等指标来判断，斜带石斑鱼(E.coioides)受精卵孵化的适宜盐度范围为15.0~45.0，以20.0~30.0为最适盐度[20]。高体NFDA4胚胎的最适发育盐度为32.0~35.0，当盐度低于30.0时，仔鱼的孵化率及成活率都呈现出明显的下降趋势[16]。赤点石斑鱼受精卵发育的适宜盐度为24.0~38.0，最适盐度为27.0~35.0，盐度高于35.0，孵化率随盐度的升高而降低、仔鱼畸形率随之升高[21-22]。与上述几种海水鱼类相比，卵形鲳鲹胚胎孵化的适盐范围与斜带石斑鱼相似，较赤点石斑鱼宽，但最适盐度范围比斜带石斑鱼窄，比赤点石斑鱼宽。这可以反映出卵形鲳鲹早期生活阶段的适盐性与一般海水鱼类大致相同。
3.3 SAI与仔鱼活力的关系及其应用
日本在海水鱼类种苗生产中，常用SAI来判断早期仔鱼的活力①。在不投饵的情况下，初孵仔鱼仅靠自身携带的卵黄营养可存活一定的时间。存活时间的长短受其卵黄营养物质的质量和数量影响[22]。在无投饵(饥饿)和静水的条件下，观察仔鱼的耐受能力及存活天数，SAI越大，表明仔鱼的活力越强，用于种苗生产时成活率则较高。根据对目前不少开展人工繁育的海水鱼类的观察，SAI小的仔鱼，往往在第3~4天就会死亡，应整批弃之不用。从不同盐度下仔鱼SAI的变化结果来看，卵形鲳鲹在适宜的盐度内，仔鱼的SAI较高，反之则低。这也表明盐度对仔鱼活力的影响程度，从中得出仔鱼存活的适盐范围②。卵形鲳鲹仔鱼在盐度为25.0和30.0的2个组仔鱼的SAI最高，分别为44.19和47.44；经深入观察，在这2组条件下，仔鱼发育及摄食正常，这与盐度对胚胎发育影响的范围几乎一致，这也表明适时调节培育用水的盐度，是种苗生产工艺流程中一个重要的环节。
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图 2 短尾大眼鲷线粒体D-loop序列的NJ发育树
Figure 2. Neighbour-joining tree for mitochondrial D-loop sequences of P.macracanthus
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图 3 短尾大眼鲷线粒体D-loop序列单倍型的MJ网络图
Figure 3. Median-joining network for mitochondrial D-loop haplotypes of P.macracanthus
表 1 不同群体短尾大眼鲷的碱基频率、中性检验和不对称分布参数
Table 1 Statistics of Tajima′s D, Fu′s Fs and mismatch distribution parameter of P.macracanthus
群体group 编号ID T/% C/% A/% G/% Tajima′s D Fu′s Fs mismatch distribution D P Fs P τ θ0 θ1 南沙Nansha NS 34.2 19.1 31.8 15.0 -1.798 0 0.014 2 -25.346 8 0.000 0 3.675 7 1.453 7 99 999.000 0 北部湾Beibu Gulf BG 34.1 19.1 31.8 15.0 -1.696 4 0.022 7 -25.345 2 0.000 0 5.718 7 0.000 0 99 999.000 0 三亚Sanya SY 34.1 19.1 31.8 15.0 -1.801 9 0.015 0 -25.642 2 0.000 0 4.500 0 0.000 0 99 999.000 0 茂名Maoming MM 34.1 19.1 31.8 15.0 -1.641 3 0.031 0 -25.779 2 0.000 0 4.343 7 0.001 7 99 999.000 0 珠海Zhuhai ZH 34.1 19.1 31.8 15.0 -1.730 1 0.020 9 -25.597 2 0.000 0 4.679 6 0.014 0 143.359 3 汕头Shantou ST 34.1 19.1 31.7 15.0 -1.704 2 0.024 5 -25.104 1 0.000 0 4.187 5 1.221 4 260.625 0 平均average 34.1 19.1 31.8 15.0 -2.062 6 0.000 3 -25.101 2 0.000 9 4.931 6 0.008 7 99 999.000 0 
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表 2 短尾大眼鲷样本信息及遗传多样性参数
Table 2 Sampling information and descriptive statistics of genetic diversity of P.macracanthus
编号ID 群体group 经度longitude 纬度latitude 采样数量quantity of sample 单倍型数(私有单倍型数) No.of haplotypes (private) 多态位点(S) segregating site 单倍型多样性(h) haplotype diversity 核苷酸多样性(π) nucleotide diverity 平均核苷酸差异(k) mean number of nucleotide differences NS 南沙Nansha 109.650E 6.037N 40 37(28) 49 0.994 9±0.007 5 0.060 6±0.032 9 5.698 7±2.788 8 BG 北部湾Beibu Gulf 107.483E 20.427N 46 42(37) 49 0.997 1±0.005 7 0.060 9±0.032 9 5.725 6±2.792 8 SY 三亚Sanya 110.135E 18.075N 37 30(26) 39 0.989 5±0.009 2 0.048 9±0.027 3 4.603 6±2.311 9 MM 茂名Maoming 111.548E 21.132N 34 31(23) 32 0.992 9±0.009 9 0.044 7±0.025 3 4.210 3±2.142 9 ZH 珠海Zhuhai 113.774E 22.353N 37 29(23) 37 0.980 5±0.013 5 0.048 2±0.026 9 4.531 5±2.280 2 ST 汕头Shantou 116.932E 23.062N 30 28(21) 42 0.993 1±0.011 8 0.060 7±0.033 3 5.710 3±2.813 9 平均average 224 172(158) 94 0.990 3±0.002 3 0.094 2±0.048 1 9.140 7±4.218 3
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表 3 短尾大眼鲷的遗传分化系数Fst(对角线下)和P值(对角线上)
Table 3 Pairwise Fst (below diagonal) and P value of population differentiation (above diagonal) of P.macracanthus
南沙NS 北部湾BG 三亚SY 茂名MM 珠海ZH 汕头ST 南沙NS 0.040 0 0.135 7 0.036 1 0.324 2 0.958 9 北部湾BG 0.013 2 0.607 4 0.669 9 0.652 3 0.044 9 三亚SY 0.008 1 -0.002 9 0.793 9 0.976 5 0.338 8 茂名MM 0.017 1 -0.003 4 -0.006 9 0.832 0 0.015 6 珠海ZH 0.002 4 -0.003 7 -0.011 4 -0.008 0 0.238 2 汕头ST -0.012 6 0.014 6 0.001 8 0.024 0 0.004 9
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表 4 不同群体短尾大眼鲷遗传差异的AMOVA多样性分析
Table 4 Analysis of molecular variance (AMOVA) among different groups of P.macracanthus
变异来源source of variation 自由度degrees of freedom 平方和sum of squares 变异组成variance components 变异百分比percentage of variation F P 群体间among populations 5 14.087 0.007 1 0.28 群体内within populations 218 556.654 2.553 5 99.72 总计total 223 570.741 2.560 6 100 Fst=0.002 8 0.207 9
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