乌伦古湖池沼公鱼生物学及其在湖泊生态系统中的作用

摘要

池沼公鱼（Hypomesusoliduspallas）隶属于鲑形目（Clupeiformes），胡瓜鱼科（Osmeridae），公鱼属（Hypomesus），是一种小型食浮游动物鱼类，原产于我国东北地区的，在上世纪90年代被广泛引种到我国其他很多地区，包括新疆的乌伦古湖、博斯腾湖等。乌伦古湖是我国十大淡水湖之一和新疆第二大湖泊，是新疆自治区特别是北疆地区最重要的渔业生产基地，由于其鱼类区系组成独特，成为我国内陆鱼类的重要种质资源库。湖内鱼类资源丰富，主要由乌伦古河和额尔齐斯河两大水系鱼类组成。然而，自上世纪90年代初引入池沼公鱼后，该鱼迅速在湖泊生态系统中形成较大种群，成为乌伦古湖渔产量最重要的组成，连续多年占据乌伦古湖渔产量的第一位，将近总产量的一半，为当地带来了丰厚的经济效益的同时，也使湖泊的鱼类组成发生巨大变化，多种土著鱼类几乎消失，从而使池沼公鱼的引种问题引起了广泛关注和争议。在湖泊鱼类群落结构发生变化的同时，池沼公鱼种群自身也发生了较大的变化，即种群发生了明显的小型化现象，小型化的出现，影响了池沼公鱼的商品价格，从而影响了湖泊渔业的整体经济效益。因此也引起了人们对乌伦古湖是否要发展池沼公鱼渔业的进一步思考和争议。本研究于2007～2008年间采集了池沼公鱼样本1000余尾，并参照对乌伦古湖生态系统的研究文献构建了乌伦古湖的Ecopath模型，分析了以池沼公鱼作为优势种群的乌伦古湖生态系统特征，以此评价了池沼公鱼在该湖泊生态系统中所发挥的作用。研究内容主要包括，池沼公鱼的年龄与生长、食性、繁殖生物学、不同池沼公鱼种群的遗传多样性分析，以及对以池沼公鱼为优势种的乌伦古湖生态系统现状特征进行Ecopath模型分析，从而对乌伦古湖池沼公鱼的渔业生态学开展了系统的研究，旨在为乌伦古湖鱼类资源的合理利用和保护提供参考。 本研究得到的主要结果如下： 1.池沼公鱼的体长与矢耳石长半径、体重相关公式及最适生长方程为： （1）体长与矢耳石长半径：L=3.6957R+0.6092（r=0.8928） （2）体长与体重：W=0.0129L2.7379（r=0.9367）（L，cm；W，g） （3）体长生长方程：Lt=8.08954（1-e-0.20506（t+0.33453））（L，cm） （4）体重生长方程：Wt=3.94815（1-e-0.20506（t+0.33453））2.7379（W，g）式中各参数为：L∞=8.08954cm；W∞=3.94815g；k=0.205056；t0=-0.33453生长的拐点年龄为ti=4.577（月龄），对应的体长和体重分别为：Li=5.135（cm），Wi=1.138（g）。 食性研究表明，池沼公鱼的食物以枝角类、桡足类、轮虫、摇蚊幼虫和水生昆虫为主，但会随不同季节水体中食饵的改变有所变化。秋季，池沼公鱼的食物以枝角类的象鼻溞为主；冬季则以轮虫为主要食物；春季，其食物则以轮虫和摇蚊为主。 池沼公鱼为一年生鱼类，繁殖季节一般在每年的4、5月份。绝对繁殖力的变幅为216～2110粒，平均为962粒；相对繁殖力的变幅为143.14～1172.22粒/g，平均为608粒/g。绝对繁殖力随体长的增加而增加，而相对繁殖力随体长的变化不明显。雌性个体的性成熟系数随季节变化明显，处于繁殖季节的池沼公鱼的性成熟系数最大。池沼公鱼种群的雌雄性比为1：1.48。 通过本研究的结果与相同湖泊同种群及其他湖泊的池沼公鱼种群的历史资料相比较，发现乌伦古湖池沼公鱼在形态特征和年龄结构上均发生了小型化。 2.本研究应用10对微卫星引物对6个不同水域的池沼公鱼种群的样本进行了遗传多样性分析，扩增的多态性位点为89个。在6个种群中平均有效等位基因数为5.1062～5.8673；观察等位基因数为7.6～8.1；平均观察杂合度为0.6750～0.7143；平均期望杂合度在0.7504～0.8012之间；平均PIC值为0.7733（0.5381～0.9032）。结果表明，本实验所用的10个微卫星位点具有较丰富的多态性，显示了这6个池沼公鱼种群的遗传多样性。用POPGEN1.31软件构建6个池沼公鱼种群的Nei's遗传距离矩阵，结果表明，6个种群的Nei's遗传相似度在0.8322～0.9337之间，Nei's遗传距离在0.0686～0.1837之间。根据Nei's遗传距离矩阵通过MEGA3.1软件中NJ法构建6个群体的分子系统树。结果表明WLGH群体虽然在表型上与其他种群相差较大，但与其他种群的遗传差异较小，没有出现群体分化现象，说明了乌伦古湖池沼公鱼种群出现的小型化可能不是遗传退化的结果，而可能与乌伦古湖的环境压力（如饵料条件或渔业利用）有关。 3.构建了一个具有15个功能组、能够代表2007年以池沼公鱼为优势种的乌伦古湖生态系统特征的Ecopath模型，并通过EwE软件的基本分析和网络分析功能，对该生态系统的结构、功能和生态系统发育等进行了定量分析并对池沼公鱼在湖泊生态系统中的作用进行了探讨。研究表明，乌伦古湖生态系统由5个整合营养级构成，但99.5％的能流发生在Ⅰ、Ⅱ两个整合营养级之间，两个营养级之间的的营养流通量和传输效率分别为3787.607t/k㎡/y和48.7％。而Ⅱ、Ⅲ营养级的传输效率仅为2.2％和4.4％，虽然Ⅳ营养级和Ⅴ营养级的转换效率较高，分别为23.1％和26.6％，但其绝对营养流通量已经降到很低水平了。乌伦古湖生态系统中鱼类主要来自第Ⅱ、Ⅲ营养级，占了整个捕捞量的85％，因此不但顶级消费者的ETL较低（白斑狗鱼为3.67），捕捞的平均营养级也仅为2.87。在生态系统性能方面，乌伦古湖较高的Pp/R值和较低的FCI和FML，说明池沼公鱼为优势种的乌伦古湖生态系统的食物网结构仍然不太成熟，乌伦古湖还是一个不成熟的发育中的系统。池沼公鱼在该湖泊生态系统中的ETL为2.76，池沼公鱼在该湖泊生态系统的食物网结构中处于较为重要的地位，占据着较为独特的生态位，并在生态系统的能量传递中发挥着极为重要的作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 研究鱼类生物学的意义

1.2 乌伦古湖的自然地理和渔业生产概况

1.3 国内外对池沼公鱼的研究现状

1.4 EwE模型在水域生态系统研究中的应用

1.4.1 EwE简介

1.4.2 EWE在水域生态系统研究中的应用

1.5 微卫星分子标记及其在鱼类种群生态学研究中的应用

1.5.1 微卫星DNA概念和特征

1.5.2 微卫星分子标记

1.5.3 微卫星在鱼类生物学研究中的应用

1.6 本研究的意义

第二章 池沼公鱼的生物学

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 材料来源

2.2.2 耳石测量、制备及观察

2.2.3 数据处理与分析

2.2.4 食性成分的鉴定

2.2.5 摄食强度判别

2.2.6 繁殖

2.3 结果

2.3.1 矢耳石的形态特征

2.3.2 生长特征

2.3.3 池沼公鱼的食性

2.3.4 池沼公鱼的繁殖

2.4.讨论

2.4.1 乌伦古湖池沼公鱼的生物学特性

2.4.2 乌伦古湖池沼公鱼的小型化问题

第三章 池沼公鱼六群体遗传多样性的微卫星分析

3.1 引言

3.2 材料和方法

3.2.1 实验材料

3.2.2 DNA的提取

3.2.3 引物的筛选和PCR扩增

3.2.4 扩增产物的电泳分析

3.2.5 数据分析

3.3 结果

3.3.1 DNA的提取

3.3.2 微卫星引物的筛选

3.3.3 微卫星PCR扩增与电泳

3.3.4 群体的遗传多样性分析

3.4 讨论

3.4.1 池沼公鱼的遗传多样性

3.4.2 池沼公鱼的遗传结构与地理位置之间的关系

3.4.3 池沼公鱼遗传结构与其小型化之间的关系

第四章基于ECOPATH模型以池沼公鱼为优势种的乌伦古湖生态系统现状特征分析

4.1 引言

4.2 研究方法

4.2.1 研究对象

4.2.2 Ecopath的原理

4.2.3 Ecopath模型建立的步骤

4.3 新疆乌伦古湖生态系统Ecopath的模型建立

4.3.1 功能组设置和数据来源

4.3.2 乌伦古湖Ecopath模型的参数估计

4.3.3 模型的调试与平衡及可信度的评价

4.4 结果—池沼公鱼为优势种的乌伦古湖生态系统特征分析

4.4.1 功能组的生态位和混合营养效应分析

4.4.2 乌伦古湖生态系统的营养结构及能量流动

4.4.3 系统的总体特征

4.5 讨论

4.5.1 池沼公鱼为优势种的乌伦古湖生态系统的营养结构特点

4.5.2 池沼公鱼为优势种的乌伦古湖生态系统的生产力和系统规模

4.5.3 池沼公鱼为优势种的乌伦古湖生态系统的发育现状和稳定性

4.5.4 池沼公鱼在乌伦古湖中的作用探讨

结论

参考文献

附录

致谢