唇、花及其杂交F1的形态差异分析

2011-03-20练青平宓国强胡廷尖王雨辰沈土山姚子亮

大连海洋大学学报 2011年6期

练青平,宓国强,胡廷尖,王雨辰,沈土山,姚子亮

(1.浙江省淡水水产研究所,浙江湖州313001;2.浙江省湖州市锦山鱼种场,浙江湖州313012; 3.浙江省丽水市水产技术推广站,浙江丽水323000)

练青平1,宓国强1,胡廷尖1,王雨辰1,沈土山2,姚子亮3

(1.浙江省淡水水产研究所,浙江湖州313001;2.浙江省湖州市锦山鱼种场,浙江湖州313012; 3.浙江省丽水市水产技术推广站,浙江丽水323000)

运用3种多元分析法分析了唇Hemibarbus labeo、花H.maculates及其杂交F1(唇♀×花♂)的形态差异。结果表明:杂交F1在体形和体色上完全偏向于母本唇,仅背部的小黑点是继承了花的形态特征;唇、花和杂交种F1的可数性状中背鳍、臀鳍、胸鳍和腹鳍条数基本上一致,各项差异均不显著。利用主成分分析构建了9个主成分,对总变异的累积贡献率为80.8%。聚类分析结果表明,杂交F1的形态与唇形态较为相似。采用逐步判别分析方法建立了3种鱼的判别函数,判别准确率分别为86.7%～100%(P1)、87.9%～100%(P2),综合判别率为94.4%。

唇;花;杂交F1;形态差异;框架分析

采用传统形态学分析方法鉴定物种是有效的,但用该方法无法对不同地理种群及家系间物种的形态进行鉴定,而采用多元分析法则能准确地鉴定鱼类种群及家系间形态学的差异[13-14]。国内外学者将多元分析法广泛用于鱼类种内鉴定中并取得成功[15-29]。为此,本研究中,作者采用主成分分析、聚类分析和判别分析等多元分析方法,对用传统方法测定的可数性状与可量性状以及用现代方法测定的框架数据进行综合分析,旨在揭示杂交F1与父母本之间的形态遗传关系,找出其差异较大的形态特征,为属内杂交育种的优势提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.2 方法

1.2.1 外形的观察取体型正常、体表无伤的鲜活个体,分别观察3种鱼的体色及体形特征。

1.2.2 形态学指标测定用电子天平(L2001)对试验鱼进行称重(精确到0.1 g),用广陆电子数显卡尺对试验鱼进行测量(精确到0.1 mm)。传统可数性状包括背鳍、臀鳍、胸鳍和腹鳍条数;

传统形态学数据指标包括全长(TL)、体长(BL)、头长(HL)、体高(BD)、体厚(BW)、眼径(ED)、眼间距(ES)、吻长(SL)、尾柄长(CL)、尾柄高(CD) 10项。框架数据的测量方法主要参照李思发等[30]的方法,共有23项(图1)。

1.3 统计分析

1.3.1 数据处理为了消除鱼体规格差异对形态分析的影响,先将每尾鱼的所有实测形态学数据和框架数据均除以体长进行校正,再分别求出各组样本每个参数的平均比值,得到9个形态学及23个框架数据的比例性状,然后用此比例性状做多元统计分析。

1.3.3 聚类分析求出各组样本每个参数校正值的平均值,对平均校正值进行聚类分析,绘出反映形态相似性的树形图。采用的聚类分析方法为欧式距离的最短系统聚类法[31]。

1.3.4 主成分分析对9个形态学参数及23个框架数据进行主成分分析,获得多个形态综合指标,主成分贡献率和累计贡献率的计算参照张尧庭等[31]的方法。

1.3.5 判别分析用逐步判别法建立3种鱼的判别函数,再据此对所有样本的类别进行判别,判别准确率的计算公式为[15]

P1=O/M×100%,

P2=O/N×100%,

式中:O为某种鱼判别正确的尾数;M为该种鱼的实际尾数;N为判入该种鱼的尾数。

式中:Ai为第i种鱼判别正确的尾数;Bi为第i种鱼的实际尾数;n为鱼的种数。

2 结果

2.1 体色差异

图2 唇、花和杂交F1的外形图Fig.2 Body shapes of Hemibarbus labeo,Hemibarbus maculates and their hybrid F1

2.2 可数性状的差异

2.3 可量性状数据与框架数据分析

为77.8%;HL/BL、BD/BL、BW/BL、ED/BL 4个性状参数,在杂交F1和花间差异不显著(P＞0.05),比例为44.4%。

表1 唇、花和杂交F1可数性状数据Tab.1 Meristic data of Hemibarbus labeo,Hemibarbus maculates and their hybrid F1

项目item唇Hemibarbus labeo花Hemibarbus maculates杂交F1hybrid F1背鳍数3,73,73,7臀鳍数3,63,63,6胸鳍数1,17～181,16～181,17～18腹鳍数1,81,81,8

表2 唇、花和杂交F1形态特征的描述性统计值(¯x±s)Tab.2 The descriptive statistics on morphological characteristics of Hemibarbus labeo,Hemibarbus maculates and their hybrid F1cm

性状character唇Hemibarbus labeo花Hemibarbus maculates杂交F1hybrid F1TL23.38±1.370721.08±1.224522.69±2.0552体长BL20.08±1.179017.64±1.090019.49±1.8080头长HL5.03±0.58314.41±0.31604.97±0.4145体高BD4.17±0.34383.89±0.30954.34±0.4923体厚BW2.59±0.17412.39±0.26122.56±0.3070眼径ED1.16±0.09281.11±0.21731.21±0.0960眼间距ES2.23±0.15961.17±0.18792.25±0.1814吻长SL2.19±0.15911.66±0.23762.07±0.1841尾柄长CL0.99±0.42132.52±0.31380.93±0.4481尾柄高CD1.73±0.14181.76±0.38141.68±0.2344 D1-24.12±0.36633.32±0.20344.04±0.3385 D1-35.05±0.39304.13±0.25684.77±0.3977 D2-32.90±0.23052.52±0.18092.72±0.2308 D2-45.04±0.55434.86±0.32175.19±0.6084 D2-67.28±0.60226.55±0.47816.97±0.8200 D3-45.01±0.51584.82±0.35415.18±0.6267 D3-58.05±0.66616.79±0.49677.40±0.9933 D3-65.36±0.52604.81±0.40165.24±0.8212 D4-53.87±0.63902.75±0.32093.11±0.6098 D4-64.24±0.58733.91±0.30683.91±0.5185 D4-77.62±0.80876.92±0.52487.26±0.7564 D5-63.94±0.32303.45±0.26313.66±0.4724 D5-74.36±0.50494.43±0.43424.53±0.5271 D5-85.48±0.55645.17±0.46545.51±0.6197 D5-96.83±0.70626.78±0.64447.15±0.7698 D5-107.39±0.70567.20±0.64717.62±0.8343 D6-75.12±0.51794.66±0.38824.97±0.5913 D6-99.39±0.68988.57±0.68529.11±0.9257 D7-82.12±0.71451.51±0.58751.68±0.2051 D7-94.65±0.45894.29±0.36434.58±0.5008 D8-92.82±0.34122.93±0.30032.98±0.4018 D8-102.11±0.36132.27±0.28252.41±0.3734全长D9-101.99±0.16371.79±0.15461.97±0.2139

表3 9个可量性状和23个框架数据的Duncan多重比较(¯±s)Tab.3 Duncan multiple comparisons for morphometric characters of Hemibarbus labeo,Hemibarbus maculates and their hybrid F1

注:同行中标有不同小写字母者表示组间差异显著(P＜0.05);标有相同小写字母者表示组间差异不显著(P＞0.05)。Note:The means with the different letters within the same line are significant differences at the 0.05 probability level,and the means with the same letters within the same line are not significant differences.

性状character唇Hemibarbus labeo花Hemibarbus maculates杂交F1hybrid F1TL/BL1.17±0.0193a1.20±0.0230b1.17±0.0262aHL/BL0.25±0.0273a0.25±0.0164a0.26±0.0078aBD/BL0.21±0.0129a0.22±0.0138b0.22±0.0100bBW/BL0.13±0.0064a0.13±0.0143a0.13±0.0103aED/BL0.06±0.0051a0.06±0.0133a0.06±0.0048aES/BL0.11±0.0061a0.07±0.0100b0.12±0.0068cSL/BL0.11±0.0094a0.09±0.0143b0.11±0.0062aCL/BL0.05±0.0209a0.14±0.0177b0.05±0.0210aCD/BL0.09±0.0067a0.10±0.0222b0.09±0.0096aD1-2/BL0.21±0.0148a0.19±0.0102b0.21±0.0097aD1-3/BL0.25±0.0161a0.23±0.0107b0.25±0.0119aD2-3/BL0.14±0.0093a0.14±0.0068a0.14±0.0072aD2-4/BL0.25±0.0184a0.28±0.0081b0.27±0.0130cD2-6/BL0.36±0.0161a0.37±0.0109b0.36±0.1813aD3-4/BL0.25±0.0173a0.27±0.0109b0.26±0.0133cD3-5/BL0.40±0.0219a0.38±0.0141b0.38±0.0267bD3-6/BL0.27±0.0162a0.27±0.0109a0.27±0.0257aD4-5/BL0.19±0.0310a0.16±0.0148b0.16±0.0247bD4-6/BL0.21±0.0292a0.22±0.0086a0.20±0.0181bD4-7/BL0.38±0.0319a0.39±0.0115b0.37±0.0185aD5-6/BL0.20±0.0143a0.20±0.0107a0.19±0.0127bD5-7/BL0.22±0.0211a0.25±0.0173b0.23±0.0211cD5-8/BL0.27±0.0233a0.29±0.0173b0.28±0.0243bD5-9/BL0.34±0.0291a0.38±0.0219b0.37±0.0274cD5-10/BL0.37±0.0276a0.41±0.0213b0.39±0.0336cD6-7/BL0.26±0.0203a0.26±0.0154a0.25±0.0189aD6-9/BL0.47±0.0246a0.49±0.0206b0.47±0.0221aD7-8/BL0.11±0.0333a0.09±0.0340b0.09±0.0107bD7-9/BL0.23±0.0187a0.24±0.0122b0.24±0.0128aD8-9/BL0.14±0.0143a0.17±0.0100b0.15±0.0106cD8-10/BL0.11±0.0168a0.13±0.0120b0.12±0.0119bD9-10/BL0.10±0.0061a0.10±0.0051a0.10±0.0057a

23个框架数据中,杂交F1和唇间差异不显著(P＞0.05)的有10个,占43.5%,杂交F1和花间差异不显著(P＞0.05)的有9个,占39.1%。

从方差分析结果可知,杂交F1的形态为介于唇和花的中间类型,但偏向母本唇。

表4 32个性状对9个主成分的特征向量及主成分的贡献率Tab.4 Eigenvectors and contributive proportion of nine principal components from 32 morphological traits

利用提取的9个主成分作散点图,其中第一主成分对第三主成分的散点图(图3,主成分为相对值)可以将唇、花和杂交F1清楚地区分开。从图3可见:在第一主成分轴上,杂交F1群体处在唇群体和花群体的中间,并稍偏向于唇群体。在第一主成分中,具有较大贡献率的变量主要取决于ES/BL、CL/BL、D2-4/BL、D3-4/BL、D5-7/BL、D5-8/BL、D5-9/BL、D5-10/BL、D8 -9/BL、D8-10/BL,因此认为唇、花和杂交F1在这10种参数上存在着较明显的差异。在第三主成分轴上,3种鱼之间的差异较小。因为在第三主成分中,具有较大贡献率的变量主要取决于D5-8/BL,因此认为唇、花和杂交F1在D5-8/BL上没有显著差异。

图3 唇、花和杂交F1的第一、第三主成分散点图Fig.3 Distribution of factor(3)×factor(1)coordinate in Hemibarbus labeo,Hemibarbus maculates and their hybrid F1

表5 唇、花和杂交F1间的欧式距离Tab.5 Euclidean distance values of Hemibarbus labeo, Hemibarbus maculates and their hybrid F1

性状character唇Hemibarbus labeo花Hemibarbus maculates杂交F1hybrid F1唇0.3580.005花0.358-0.353 -杂交F10.0050.353-

图4 唇、花和杂交F1间的聚类分析图Fig.4 Clustering dendrogram of factor(3)×factor (1)coordinate in Hemibarbus labeo,Hemibarbus maculates and their hybrid F1

2.3.4 判别分析对所测样本的可量性状与框架数据采用逐步筛选变量的方法,从9个可量性状与23个框架数据参数中进行筛选,得到对区分这3种鱼贡献率最大的6个参数,这6个参数中有3个是传统可量数据,3个是框架数据,分别是BD/BL、ES/BL、CL/BL、D4-5/BL、D4-7/BL、D8-10/BL。根据6个可量性状和框架数据的体长校正值,得到唇、花和杂交F1的判别准确率P1为86.7%～100%,判别准确率P2为87.9%～100%(表6),其中对花的判别准确率为100%,判别成功率非常高。

表6 用判别函数对观测样本的预测分类及判别准确率Tab.6 Predicted classification of discrininant functions and their percentages of accyracy for observed specinens

利用筛选出的6个可量性状和框架性状做判别分析,得到3种鱼的线性判别公式如下:

杂交F1Y3=1434.4X1+2017.8X2-329.9X3+ 125.5X4+500.2X5+1349.1X6-455.7。

应用以上判别公式,就可以判别未知样本属于哪个群体,即测量未知来源样本的6个形态比较参数值,并将所测值带入每个判别函数,哪个判别函数值大,该样本就属于哪个群体。

3 讨论

聚类分析是对不同品种(家系)进行初步分类且分析其间相似程度和差异程度的一种分析方法[32]。本研究中聚类分析结果表明,杂交F1的形态与唇形态较为相似,与花距离较远,这可能与唇作为母本有一定的关系,因为杂交F1的大多数遗传物质来源于母本。

主成分分析是将多个形态指标综合成少数或几个因子,从而来说明不同品种(家系)间的差异大小,并可根据不同品种(家系)的主成分值找出各品种(家系)在各主成分值上差异较大的参数。本研究中共获得9个主成分,这9个主成分累积总变异的贡献率为80.8%,其中第一主成分可以大体将花和另外两种鱼区分开,而不能彻底区分唇和杂交F1,而在第一主成分中具有较大贡献率的变量主要位于躯干部位(D2-4/BL、D3-4/BL、D5-7/BL、D5-8/BL、D5-9/BL、D5-10/BL),次要位于尾部(D8-9/BL、D8-10/BL、CL/BL),最后位于头部(ES/BL),因此认为,杂交F1在以上部位的变量上更多地继承了母本唇的形态特征。

判别分析是鉴定鱼类种群的常用方法之一,用构建的判别公式可以较准确地进行种群的判别[16]。在本研究的判别分析中,贡献率最大的6个参数分别位于头部(ES/BL)、躯干部(BD/BL、D4-5/BL、D4-7/BL)和尾部(CL/BL、D8-10/BL),利用此参数构建了3个判别函数,对3种鱼样本的综合判别准确率为94.4%,错判率为5.6%。与Harrell等[33]的研究相比较,错判率在5%～10%,认为本函数的判别效果为良好。本判别函数对花判别准确率为100%,只是在唇和杂交F1之间有误判,这也说明杂交F1更多地继承了母本唇的形态特征。

综上所述,本研究中采用聚类分析、主成分分析及判别分析等3种统计方法进行分析,其分析结果是类似的,它们是从不同角度分析不同种类品系间的形态学差异,其作用是不可相互替代的。

从以上分析可知,杂交F1的形态处于唇与花的中间类型,并偏向于母本唇。已有的杂交育种结果表明,大多数杂交后代的形态性状一般偏向于母本,如团头鲂(♀)×三角鲂(♂)[34];但有一些杂交种形态则偏向于父本,如草鱼(♀) ×赤眼鳟(♂)[35]的杂交F1。也有的研究结果表明,鲤×河内鲫的杂交种可分为鲤型、鲫型和中间型等3种类型[36]。

本研究结果表明,杂交F1在形态上接近唇,而在生长性能上较父母本有优势,杂交F1在养殖业中的优势作用一定会越来越明显。本研究中,采用3种多元分析方法鉴别唇、花和杂交F1的形态,实践证明该法比较有效。这对于养殖生产中杂交F1的养殖管理,以及江河中唇、花自然资源的管理与物种鉴定有一定的借鉴。

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Morphological variations in skin carp Hemibarbus labeo,H.maculates and their hybrid F1(H.labeo♀×H.maculates♂)

LIAN Qing-ping1,MI Guo-qiang1,HU Ting-jian1,WANG Yu-chen1,SHEN Tu-shan2,YAO Zi-liang3
(1.Zhejiang Institute of Freshwater Fisheries,Huzhou 313001,China;2.Zhejiang Jinshan Freshwater Fish Seeding Ground,Huzhou 313012,China; 3.Lishui Fishery Technical Extension Station,Lishui 323000,China)

The morphological variations in skin carp Hemibarbus labeo,Hemibarbus maculates and their hybrid F1(H.labeo♀×H.maculates♂)were studied using three methods of multivariate analysis.The results showed that the body shape and body color of hybrid F1were found similar to their parental female skin carp H.labeo,except for at the back parts from their parental male H.maculates.There were the same numbers of dorsal fin rays,anal fin rays,pectoral fin rays,and pelvic fin rays in three species,without significant differences.Nine principal components were established through principal component analysis,with the cumulative contributory rate of 80.8%. Cluster analysis revealed that the characters of the hybrid F1was similar to the characters of skin carp H.labeo. Then the discrimination functions of the three species were found,the discrimination accuracy being 86.7%-100% for skin carp H.labeo(P1),and 87.9%-100%for H.maculates(P2),the integrated discrimination accuracy being 94.4%.

Hemibarbus labeo;Hemibarbus maculates;hybrid F1;morphometric variation;truss network

S961.5;Q959.46

2095-1388(2011)06-0493-07

2011-01-16

浙江省湖州市科技局科技攻关计划项目(2008GN14,2011GN04);浙江省科技厅公益性项目(2011C22067)

练青平(1979-),男,硕士,工程师。E-mail:Lianqp2001@163.com

宓国强(1960-),男,教授级高工。E-mail:zjmgq@163.com