鲚属鱼类(genus Coilia,Gray 1831)，隶属鲱形目( Clupeiformes )，鳀科(Engraulidae)。目前在中国有4种，即刀鲚(C. ectenes)、凤鲚(C. mystus)、七丝鲚(C. grayii)和发光鲚(C. dussumieri)^[1]。袁传宓等^[2]将定居在太湖的湖鲚视为刀鲚的一个亚种，命名为Coilia ectenes taihuensis。刀鲚在每年的2月到6月从近海进入长江，进行生殖洄游，并形成渔汛，是长江春季捕捞中的一种重要的经济鱼类。近年来由于大规模捕捞和水域污染，鲚属鱼类尤其是刀鲚的产量逐年下降，价格日趋上升^[3]，利用其他鲚属鱼类假冒刀鲚进行销售的情况也时有发生。

目前，对鲚的研究主要集中在形态分类、生态习性、遗传多样性和资源评估上，近年来，一些新的研究方法，如形态测量系统(如框架系统)^{[4, 5, 6]}、分子标记^{[7, 8, 9, 10]}等技术也有报道。程起群等^[4]测量了刀鲚和湖鲚形态特征的传统可量形状和框架参数，利用挑选后的9项参数做判别分析，综合判别率为97.5%。郭弘艺等^[11]通过分析七丝鲚、凤鲚、刀鲚和短颌鲚的矢耳石的32个形态特征，逐步判别显示平均正判率为95.6%。

元素含量特征研究，被称为“元素指纹图谱技术(Elemental fingerprint)”，该技术多用于农产品原产地判定^[12]。在对鲚属鱼类的元素研究进展中，王桂学等^[13]对长江下游凤鲚、湖鲚和刀鲚卵巢矿物元素组成及含量进行了测定分析，窦硕增等^[14]研究了5个刀鲚群体的耳石核区元素指纹，但对刀鲚、湖鲚、凤鲚和七丝鲚4种鲚鱼的元素含量及其差异的研究尚未见报道。本研究通过分析比较四种鲚属鱼类的元素含量及其特征，一方面希望明确鲚鱼体内元素含量的特征，另一方面旨在通过该技术，尝试提供一种较简便的、且能反映出鱼类随环境相互作用的方法。

实验用活鱼于2013年3月-2014年6月采自江苏靖江、江苏太湖、浙江舟山大洋山、广东汕头。样本采集后当即于-20 ℃冷冻保存直至样品分析。所采集样本的详细情况见表1。

表1(Tab. 1)

表1 几种鲚属鱼类的样品采集信息Tab. 1 The information of samples examined in this study (x±SD) 种名species 采集地sampling site 采集时间sampling date 样本数N 雌雄比例♀∶♂ 体长/mmbody length 体质量/gbody weight 刀鲚C. ectenes 靖江Jingjiang 2013.03 5 4∶1 31.6±2.76 144.90±46.84 湖鲚taihuensis 太湖Taihu Lake 2013.06 4 4∶0 12.86±3.12 18.12±4.12 凤鲚C. mystus 舟山Zhoushan 2014.05 11 9∶2 16.99±1.16 21.34±5.68 七丝鲚C.grayii 汕头Shantou 2014.06 10 6∶4 16.44±1.58 18.62±6.52

表1 几种鲚属鱼类的样品采集信息 Tab. 1 The information of samples examined in this study (x±SD)

将样品解冻后，擦干体表水分，称重(精确到0.1 g)并测量体长(精确到0.1 cm)。去除体表所有鳞片(减小鲚属鱼类鳞片脱落所导致的误差)，然后将样品洗净，解剖并去除内脏。解剖发现，4组样品个体精卵巢均已发育到Ⅳ或Ⅴ期，这表明样本均处于繁殖前，不会因为繁殖对实验数据产生误差。再用超纯水清洗6遍，切成小块，冷冻干燥至恒重(24 h)。最后将全鱼用组织研磨机碾磨成粉末状并充分混匀，置于干燥器中-20 ℃保存待用。

准确称取0.500±0.005 g干样置于50 mL洁净烧杯中，加入10 mL硝酸(优级纯，德国Merck公司)，因为样本中脂类含量较高，为彻底消解，再加入2 mL高氯酸，静置一夜后用电热板进行消解，然后用超纯水定容至100 mL待测。用热电iCAP6300型电感耦合等离子体发射光谱仪测定23种元素的含量，包括Al、B、Cd、Co、Ca、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、P、Pb、S、Se、Sn、Sr、Ti和Zn。

采用SPSS 19.0统计分析软件(美国Statistical Product and Service Solutions公司)，对实验鱼样品元素含量数据进行分析，先采用单因素方差分析比较4组样本间的元素含量差异，再利用主成分分析、聚类分析和判别分析多元统计法进行总体的差异性特征研究。本研究中所有的元素含量数据均以干重的形式表示。

由于B、Cd、Co、Cr、Li、Mo、Pb、Se、Sn和Ti等10种元素在 2/3 样品中的含量均低于检测限，因此将不在下文中进行讨论。而剩下的另外13种元素的含量均高于仪器检测限，属有效数据。

样品中元素含量的平均值和标准偏差分别如表2所示。对4种繁殖季节的鲚属鱼类样品中元素含量进行方差分析，结果显示4组鲚鱼的样本间Ca、K、Mg、Mn、P和S含量存在极显著差异(P<0.01)，其中，刀鲚的Ca、Mg、Mn、P、S元素极显著低于其他3组，湖鲚的K元素极显著地高于其他3组，七丝鲚的S元素极显著地高于其他3组；Al、Cu、Fe、Na、Ni、Sr和Zn含量存在显著差异(P< 0.05)，其中，凤鲚组的Al和Fe元素含量极显著地高于其他样本组，凤鲚与七丝鲚的Na元素无显著差异，但刀鲚组的Na元素含量极显著低于其他3组。

表2(Tab. 2)

表2 鲚属鱼类样本元素含量Tab. 2 The element concentrations (X±SD; mg/kg) of genus Coilia samples 元素element 刀鲚C. ectenes 湖鲚C. ectenes taihuensis 凤鲚C. mystus 七丝鲚C. grayii Al 43.33±14.36ab 29.00±12.19a 114.50±12.18c* 49.40±8.38b Ca 12342.50±1150.23a* 34267.50±2331.59b* 22491.11±951.77c* 36700.00±818.86d* Cu 13.17±1.83a 28.75±8.99a 3.67±0.78b 2.89±0.78b Fe 40.80±8.93a 101.25±34.03b 152.00±32.47c* 91.44±25.00b K 5218.33±221.85a* 11242.50±195.17b* 6986.88±507.37c* 9992.00±447.05d* Mg 542.50±29.44a* 1371.50±48.99b* 1207.82±120.36c* 1523.78±55.39d* Mn 3.83±0.75a* 15.00±2.94b* 8.83±1.19c* 11.11±1.17d* Na 1293.33±72.67a* 2567.75±128.68b* 3788.57±363.57c 3807.75±377.42c Ni 1.83±0.98a 7.00±1.00b* 3.25±1.14a 2.67±0.87a P 8427.00±422.40a* 21920.00±1306.93b* 16287.14±495.37c* 26146.00±821.94d* S 3996.50±371.61a* 9195.00±456.47b* 7716.86±195.34c* 10543.75±544.98d* Sr 38.00±1.83a 40.50±3.42a 106.00±18.19b 121.86±5.37b* Zn 24.25±2.06a* 81.75±8.77b* 58.55±7.95c 85.83±4.45b 注：表格中同行肩标不同上标字母的表示差异显著(P<0.05)，*表示差异极显著(P<0.01)。 Note: In the same row,different small letter superscripts donate significant difference ( P＜0.05) ,* donates extremely significant difference (P<0.01).

表2 鲚属鱼类样本元素含量 Tab. 2 The element concentrations (X±SD; mg/kg) of genus Coilia samples

对4组样品进行主成分分析，结果表明前三个主成分累计方差贡献率为86.245%，其中第一、第二、第三主成分贡献率分别为51.167%、23.559%和11.520%。第一、第二主成分占了较大的比重，所以利用第一、第二主成分的因子得分做图(图1)。在主成分的特征向量中，第一主成分主要综合了鲚鱼样品中Ca、P、Zn、Mg、K、Mn和S元素含量信息，第二主成分主要综合了样品中Cu、Ni和Sr元素含量信息，第三主成分主要综合了样品中Fe、Al和Na元素含量信息。从图1可以看出，不同组的鲚鱼样品可较好地被区分。图中样品的分布区域与元素含量差异分析的规律一致。刀鲚群体样本中的Ca、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、P、S、Sr和Zn元素平均含量最低，显著低于其他3组，这些元素主要综合在第一主成分信息中，故第一主成分得分较低，位于图中左侧区域。湖鲚群体样本中的Cu、K、Mn和Ni元素平均含量最高，显著高于其他3组，这些元素主要综合在第二主成分信息中，故第2主成分得分较高，位于图中上方区域。可见，主成分分析可以把样品中多种元素的含量信息通过综合的方式更直观地表现出来。

图1(Fig.1)

图1 鲚鱼样品元素含量前2个主成分得分图 Fig.1 Scatter plot of the first 2 PC scores of element contents in genus Coilia samples

对4组样品13种元素用最远邻距离方法进行系统聚类分析，结果如图2所示，和主成分分析结果相同，4组样本清晰地归为4类。从图中可以看出，在第一步刀鲚和凤鲚首先被选取，区分于湖鲚和七丝鲚，第二步刀鲚区分于凤鲚，湖鲚区分于七丝鲚。

图2(Fig.2)

图2 鲚鱼样品元素含量的聚类树状图 Fig.2 HCA dendrogram of element contents in genus Coilia samples JJ.靖江刀鲚；DYS.舟山大洋山凤鲚；TH.太湖湖鲚；ST.汕头七丝鲚。 JJ. C. ectenes samples from Jingjiang； DYS. C. mystus samples from Dayangshan in Zhoushan； TH. C. ectenes taihuensis samples from Taihui Lake； ST.C. grayii samples from Shantou.

由不同种类样品各元素含量的方差分析、主成分分析、聚类分析结果可知，利用元素指纹分析技术判别鲚鱼种类是可行的。为了进一步了解各元素含量指标对鲚鱼种类的判别结果，对有组间显著差异的元素进行逐步判别分析，筛选出对判别有效的变量，剔除不必要的干扰变量，建立判别模型，最终筛选出4个变量即Ca、Cu、Mg和Sr。所建立判别的判别模型为：

刀鲚(C. ectenes)：F₁=0.001Ca+1.399Cu+0.074Mg-0.131Sr-34.563

湖鲚(C. ectenes taihuensis)：F₂=0.004Ca+3.272Cu+0.180Mg-0.674Sr-223.549

凤鲚(C. mystus)：F₃=0.001Ca+0.656Cu+0.133Mg+0.057Sr-90.204

七丝鲚(C. grayii)：F₄=0.003Ca+0.845Cu+0.161Mg-0.107Sr-174.685

利用所建立的判别函数对每尾标本进行种类识别(表3)，发现在全部30尾个体中，判别成功率为100%，交互验证法判断的结果与判别结果完全吻合，判别正确率100%。从相应的典型判别分析散点图可看到(图3)，刀鲚样本集中在函数1的负值、函数2的正值区域，湖鲚样本集中在函数1、2的正值区域，凤鲚样本主要集中在函数1、2的负值区域，七丝鲚样本集中在函数1的正值、函数2的负值区域，4组样本分布区域明显分离。

表3(Tab. 3)

表3 鲚鱼样本逐步判别结果Tab. 3 Results of discriminant analysis of genus Coilia samples 验证方式method 鉴定物种或种群origin groups 预测分类 predicted group 判别准确率/%accuracy rate 刀鲚C. ectenes 湖鲚C. ectenes taihuensis 凤鲚C. mystus 七丝鲚C. grayii 自身验证originalverification 刀鲚C. ectenes 5 0 0 0 100 湖鲚C. ectenes taihuensis 0 4 0 0 100 凤鲚C. mystus 0 0 11 0 100 七丝鲚C. grayii 0 0 0 10 100 交叉验证crossverification 刀鲚C. ectenes 5 0 0 0 100 湖鲚C. ectenes taihuensis 0 4 0 0 100 凤鲚C. mystus 0 0 11 0 100 七丝鲚C. grayii 0 0 0 10 100

表3 鲚鱼样本逐步判别结果 Tab. 3 Results of discriminant analysis of genus Coilia samples

图3(Fig.3)

图3 鲚鱼样品元素含量判别分析散点图 Fig.3 Canonical plot scores from discriminant analysis of the element contents in genus Coilia samples

本研究中刀鲚和湖鲚样本宏量元素含量顺序均为：Ca>P>K>S>Na>Mg，凤鲚和七丝鲚样本宏量元素含量顺序均为：Ca>P>S>K>Na>Mg,而王丹婷^[15]对吕泗渔场、大沙渔场、崇明岛、长江芜湖江段的4个刀鲚样本和太湖宜兴滩的1个湖鲚样本肌肉元素进行测定，结果显示在所有样本中Fe、Mn、Cr、Co、Ni、Cu、Ag、Cd、Pb等元素均未检出，K元素在5个水域刀鲚样本肌肉组织中积累最多，其元素的含量顺序为K>Na>Mg>Ca>Zn>Sr>As>Al>Ba>Mo，产生差异的原因可能主要是因为所测样品构成不同，本研究中测定对象为全鱼粉碎干样(既包括肌肉，也包括骨骼等组织)，而文献中仅取肌肉进行测定。MAETINEZ-VALVERDE等^[16]测定了西班牙3种地中海鱼类鱼骨中的元素含量，结果显示3组样本中均含有大量的Ca和P，且组间差异显著，并且在所有样本中均检出Fe、Zn、Cu、Na 和K。可见，鱼骨中元素含量也能反映出样本特征，因此对全鱼样品元素进行测量是可行的。样本中重金属Cd、Cr、Pb未检出，说明样本没有受到重金属污染，结果表明，本实验所研究的鲚鱼作为食品是安全的。

在主成分分析中，第一特征向量方差贡献率高达51.167%，通过主成分的特征向量得知其主要综合了鲚鱼样品中7种元素含量信息，结合表2可知，除Mn外，其余6种元素在鲚鱼样本间均处于极显著水平，表明在本研究中主成分分析在一定程度上检验了单因素方差分析的准确性。在聚类分析中，树形图直观反映了整个聚类结果，从图2中明显看到每个样品从单独一类逐次合并，一直到全部合并成一大类，期间没有出现交叉混合情况，说明本研究中的4种鲚鱼元素含量特征差异明显。其中，刀鲚组和凤鲚组距离较近，这可能与这两种鱼的育肥环境相似有关。凤鲚为河口型中小型鱼类，平时栖息于沿海，食物主要是浮游动物，以甲壳类为主；刀鲚生长和育肥阶段也在沿海，以桡足类、枝角类、轮虫等浮游动物为主要食物，偶尔摄食小型鱼幼鱼^[1]。对于水产品来说,其体内各种元素的组成反映了其生活湖泊水中的元素组成情况,同时与其对元素的生物利用及营养需求有关^[17]。本实验中的洄游型刀鲚采于江苏靖江，处于刚入长江阶段，凤鲚采自长江入海口和钱塘江入海口交汇处，此前它们的生活环境大致相同，摄取食物种类相近。

逐步判别分析最终筛选出4个变量：Ca、Cu、Mg和Sr，有意思的是，这些元素常被用为耳石的研究对象，其中Ca和Sr元素受到较多的关注。窦硕增等^[14]研究发现刀鲚群体耳石核区 Sr ∶Ca 和 Ba ∶Ca 是有效识别各地理群体的元素指纹，RANDY等^[18]研究了28种淡水鱼类、21种洄游性鱼类和32种海洋鱼类的耳石Sr∶Ca，结果表明，淡水鱼比值较低，洄游性鱼类比值较高，海洋鱼类有更高的Sr∶Ca，这和本实验研究结果相似。逐步判别分析筛选出的元素和耳石研究报告所关注的元素类似，这说明不论以何种组织作为研究对象，Ca和Sr元素的含量和比值都是鲚属鱼类研究中的重要参数，这也从一定程度上印证了本实验结果的可靠性。

此外，组间的元素含量差异也反映了不同种鲚属鱼类的生物学特性和环境对其的影响。本研究中刀鲚组元素含量除Al和Cu外，均低于其他3组，其中，Ca、K、Mg、Mn、Na、P、S和Zn极显著低于其他3组，这可能和刀鲚生殖习性相关。刘凯等^[19]研究表明刀鲚能量密度显著高于凤鲚和湖鲚，而且洄游所需的能量贮备更侧重于脂肪的积累。脂肪含量的增加会降低除合成脂肪的主要元素外其他元素在体内含量的相对比例，所以这可能是刀鲚各元素含量均较低的主要原因。不同水域微量元素含量差异较大，淡水中Fe和Mn的含量均显著高于海水，Cu的含量略高于海水，Zn含量则显著小于海水^[20]。所以，相对而言，锌在凤鲚、七丝鲚体内应更易于富集，铜和锰则在湖鲚体内更易于富集。本研究中湖鲚组Cu、K、Mn和Ni均显著高于其他3组，Zn含量也在较高水平，这可能和太湖水质有关。太湖自1980s起富营养化日趋严重，浮游生物食性鱼类的饵料基础也随之改变^[21]。湖鲚是浮游生物食性鱼类，其食物种类随着个体大小不同有一定差异，1龄以下个体主食浮游动物和藻类^[22]，苏彦平等^[23]研究发现太湖藻华样品中K含量高达(6 262±1 856)mg/kg，Mn含量为(31.41±25.91) mg/kg，Zn含量为(23.72±2.03) mg/kg，Ni含量为(17.56±1.34) mg/kg，所以食物和环境可能对湖鲚元素含量产生了一定的影响。凤鲚中Fe含量极显著高于其他3组，这表明凤鲚对Fe的富集能力高于刀鲚和湖鲚，这和刘凯等^[19]研究结果一致，而Al含量显著高于其他3组，这可能和长江入海口悬沙中铝含量相对较高有关^[24]。七丝鲚组P和S极显著高于其他3组，这可能和七丝鲚生活在较温暖海域有关。环境温度和生长速率呈正相关性，即在一定范围内温度越高，生长速率越快^[25]。生物体P含量的变化受有机体rRNA中P含量变化的影响^[26]，因为核糖体需要快速地合成蛋白质以支持快速生长。同样地，S是构成氨基酸的重要组成部分。七丝鲚和湖鲚的Ca含量高于其他两组，这可能和其个体相对较小有关。较小的个体会导致骨骼占全鱼比重增加，而骨骼中Ca等元素含量相比肌肉中含量较高^[27]。凤鲚和七丝鲚Na含量高于其他两组，这可能和在海水中Na含量比淡水中高有关。