中华绒螯蟹幼蟹不同家系的形态判别分析

胡清彪，李晓东，周 波，孙 娜，刘 胥

(1.四川省农业科学院水产研究所，四川 成都 610000；2.盘锦光合蟹业有限公司，辽宁 盘锦 124200)

【研究意义】中华绒螯蟹肉质鲜美，营养价值高，深受消费者喜爱，具有很高的经济价值。随着人们生活水平的不断提高，河蟹的消费量不断增加，从而促进了养殖业的快速发展[1-2]，逐渐形成了规模化养殖。但大规模养殖过程中为了减少环境差异同时不占用过多的养殖水体，往往需要将不同的家系混养在一起，导致家系之间个体不易区分，对未来选育过程中选择亲本并防止近亲交配造成了一定的困难。因此尝试对不同家系幼蟹做行之有效的鉴别方法对中华绒螯蟹养殖业及种质资源保护有重要作用。【前人研究进展】河蟹形态差异的研究主要集中于成蟹阶段且主要在区分不同地理群体间的差异。徐兴川[3-4]对长江蟹、瓯江蟹与辽河蟹在外部形态、大小及体色等方面的差别进行了相应的研究；许家武等[5]对长江、辽河、瓯江中华绒螯蟹种群的形态进行了比较与判别分析；李勇等[6]建立了辽河、长江及瓯江三水系中华绒螯蟹幼蟹形态判别程序；卢义等[7]对长江、黄河、辽河水系中华绒螯蟹野生扣蟹的形态学进行了研究分析，并分别对雌雄扣蟹建立了判别方程。【本研究切入点】目前还未有人尝试通过形态判别来进行区分中华绒螯蟹的不同家系。本研究以中华绒螯蟹新品种‘光合1号’后代扣蟹为研究对象，采用聚类分析和逐步判别分析试图区分扣蟹不同家系。【拟解决的关键问题】对未来中华绒螯蟹的选育工作有一定的理论指导意义。

表1 不同家系幼蟹的采样时间、样本数及平均体重Table 1 Sampling time, sample size and average body weight of juvenile crab from different families

1 材料与方法

1.1 试验材料

本实验所用中华绒螯蟹为盘锦光合蟹业有限公司选育的亲缘关系明确的‘光合1号’后代，经过人工育苗后将不同家系大眼幼体分别于室外不同稻田围隔中饲养，待其生长发育为扣蟹，于10月初捕回并测量记录。测定样本大小如表1所示(所有样本附肢齐全)。

a：头胸甲背部，共9个参数；b：头胸甲右侧面，共2个参数；c：腹甲测，共3个参数；d：第2～4步足，共4个参数a: The back of carapace with 9 parameters; b: The right part of carapace with 2 parameters; c: The shell of abdomen with 3 parameters; d: The 2-4th ambulatory legs with 4 parameters图1 中华绒螯蟹测量部位Fig.1 Sketch diagram of measuring points of E. sinensis

表2 中华绒螯蟹幼蟹家系间的欧式距离Table 2 Euclidean distance of families of juvenile E. sinensis

1.2 参数收集

所有参数均使用游标卡尺测量，精确到0.1 mm，所测参数参考文献[6]并做了相应的改进，每只幼蟹逐一测量点间距离，获得共3240个形态数据，每个个体测量点如图1，每个个体统计如下数据：X1=AB, X2=BC, X3=CC, X4=DD, X5=EE, X6= FF, X7=OE, X8=OF, X9=IP, X10=JJ, X11=KK, X12=NQ (第三步足), X13=LM (第二步足), X14=MQ (第二步足), X15=LM (第四步足),X16=RS (体高：背甲最凸点到腹甲的垂直距离), X17=GG(头胸甲宽) 及 X18=HP (头胸甲长)。

1.3 数据分析

为了消除幼蟹规格大小差异对参数的影响，分析获得的形态学测量数据时，参照文献[8]，将每只幼蟹的所有值均除以它的头胸甲长(X18)进行校正，X1～X18对应校正值为V1～V18。对所有校正后的形态参数使用聚类分析以及逐步判别分析2种多元分析方法，均采用SPSS 20.0软件进行分析处理。

1.3.1 聚类分析 采用欧式距离(Euclidean距离)的最短距离系统聚类法[9]。

1.3.2 逐步判别分析 根据聚类分析结果，采用逐步判别方法进行分析，选取默认临界F值 (选取进入模型的F值为3.84，从模型中剔除变量的F值为2.71)，并对判别贡献大的参数建立相应的判别公式，绘制个体散布图。

图2 6个中华绒螯蟹幼蟹家系的聚类分析图Fig.2 Clustering dendrogram of Chinese mitten crab from six families of juvenile E. sinensis

2 结果与分析

2.1 聚类分析

家系间欧式距离如表2，树状图如图2，结果显示c 家系、f 家系趋异程度较高，f家系趋异程度最大，a家系、b家系、d家系、e家系形态差异不大。

2.2 逐步判别分析

由于聚类分析尚不能够判别样本的家系所属，因此进一步进行判别分析。为了建立简便实用的判别公式，在确保一定的判别准确率的前提下，筛选出贡献较大的特征值。运用SPSS 20.0 对校正后的18个参数进行逐步判别分析，筛选出10个形态参数，入选的先后顺序为V3、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12、V15。用筛选出的10个形态参数做为自变量分别建立a、b、c、d、e、f 6个家系的形态判别公式，如下：

Pa= 889.995V3- 353.589V5+ …… + 553.628V12- 244.759V15- 542.102

Pb= 890.401V3- 229.401V5+ …… +549.753V12- 238.621V15-531.479

……

Pf= 531.272V3- 469.763V5+ …… + 485.842V12- 206.531V15-480.773

所得公式中各项系数值以及常数项详见表3。

根据上述公式，对某一幼蟹的10个参数值进行收集，并经过校正，代入上述各项公式中，计算结果，所得结果值(P)哪个最大即属于哪个家系(如：所有值中Pa值最大，则判定该蟹属于a家系)。

判别结果表明：6个家系中每个家系分别有30只幼蟹，a 家系运用判别函数进行回代分类，分类结果与实际情况相符的共25只，错分了5只，判别准确率为83.8 %；b 家系运用判别函数回代分类，分类结果与实际相符28只，错分2只，判别准确率为93.3 %；c 家系运用判别函数回代分类，分类结果与实际相符29只，错分1只，判别准确率为96.7 %；d 家系运用判别函数回代分类，分类结果与实际相符28只，错分2只，判别准确率为93.3 %；e 家系运用判别函数回代分类，分类结果与实际相符0只，错分30只，主要错分为a家系(25只)，判别准确率为0 %；f 家系运用判别函数回代分类，分类结果与实际相符30只，错分0只，判别准确率100 %，平均拟合概率为77.8 % (图3，表4)。

表3 6个中华绒螯蟹幼蟹家系判别公式各项系数及常数Table 3 The coefficients of linear discriminant functions and constant terms for six families of juvenile E. sinensis

经交叉验证，a、b、c、d、e、f 6个家系分类准确率分别为0 %、93.3 %、86.7 %、90.0 %、0 %、96.7 %，其中a家系幼蟹主要误判为e家系(25只)，e家系幼蟹主要误判为a家系(25只)，平均拟合概率为61.1 %。

图3 6个家系中华绒螯蟹幼蟹的形态判别分析散点图Fig.3 Canonical plot scores from discriminant analysis on morphological measurement of juvenile E. sinensis from six families

为了检验上述判别公式的适用性，对饲养于盘锦光合蟹业公司育种车间的6个家系的幼蟹重新随机取样(每个家系15只)，这些样品均为参加建立判别公式模型，测得10个参数后，所有参数均除以体长校正后，代入判别函数得出：a家系有12只幼蟹同时被判入了a家系和e家系，b家系判别准确率为53.3 %，c家系判别准确率为80 %，d家系判别准确率为0 %，有12只同时判入了a家系和e家系；e家系有11只同时判入了a和e家系，f家系判别准确率为60 %。由此可见，通过判别分析对于家系水平来说，部分家系可以有很好的判别，但部分家系判别上存在一定的困难。

3 讨 论

在鱼类分类学上，形态度量的性状是一个很重要的分类指标[10-11]，用于新物种的发现和确认[12]，地理种群间的变异问题[13]。大多数通过统计方法对中华绒螯蟹进行不同地理种群间的差异分析均是对中华绒螯蟹成蟹进行形态学的研究分析[5,14]，仅少量对幼蟹进行研究[6-7]。但尚未有过对中华绒螯蟹不同家系的幼蟹进行形态学区分的报道。家系在动物育种学上是指共同祖先繁殖的后代。本文通过统计学方法尝试对中华绒螯蟹新品种‘光合1号’后代不同家系幼蟹进行形态鉴别区分。如果家系可以通过形态学鉴定而区分的话，将会对遗传育种起到巨大的推动作用。

本研究对6个家系幼蟹形态参数进行聚类分析表明c 家系和f 家系趋异程度高。逐步判别是对大量入选因子进行筛选的一个过程，筛选过程中不仅考虑到单个入选因子的重要性，还要考虑入选后对其他已经入选因子的影响作用，最终做出是否入选的决定，这样就筛选出了最佳组合因子，从而建立相应的判别函数[6]，因此没有必要比较各个因子在不同家系之间的差异的显著性。许加武等[5]对辽河、长江、瓯江中华绒螯蟹的成蟹种群进行了逐步判别分析，最终判别效果比较理想；李勇等[6]对长江、瓯江及辽河三水系中华绒螯蟹幼蟹种群进行了逐步判别分析，区分结果比较理想。本研究通过逐步判别分析对6个家系共180个个体进行分析，从18个参数中筛选出10个参数用于判别函数的建立，将不同家系之间的差异通过函数形式体现，运用判别函数回代分类得到平均拟合概率为77.8 %，而交叉验证的拟合概率为61.1 %，这说明已经建立的判别公式对于相应的家系的判别在理论上存在一定的可行性，但是当重新随机选取未参加建立判别公式的样品进行后验时，结果更加不理想：b家系的判别准确率为53.3 %，c家系的判别准确率理想，达到80 %，f家系的判别准确率达到了60 %其余均不理想，甚至为0，且a、d、e家系大部分同时判入了a与e家系，这从侧面反映a家系、d家系与e家系之间尚未达到较大的区分度。分析原因可能是家系间尚未形成稳定差异，只有少部分家系之间差异比较明显，同时不同人工育种家系在选择育种过程中侧重点不同，本育种群体并未将形态差异这一性状作为育种过程中的一个侧重点，这可能占很大一部分原因。且生长环境对中华绒螯蟹的形态学特征存在一定的影响，而本实验的所有家系幼蟹之间的生长环境差异性不大，故其形态差异较小。家系是比种群更进一步的分类，种群因为通过长期的地理隔离以及生殖隔离，可以形成稳定的遗传差异，从而形成了稳定的形态差异，而家系之间尚未达到这一水平。因此，本研究中，形态差异很难作为本育种家系鉴别的依据，还需进行更深入的研究并且结合其他生物学手段才能达到更准确的鉴别目的。

表4 判别分析统计Table 4 The statistic of discriminant analysis

4 结 论

选取18个形态参数，对中华绒螯蟹6个家系共180个个体进行聚类分析，结果显示：c家系、f 家系趋异程度较高；通过逐步判别分析，从18个形态参数中筛选出10个贡献率大的参数建立判别函数，平均拟合概率为77.8 %，交叉验证平均拟合概率为61.1 %，表明通过逐步判别分析进行家系间的区分理论上可行，但是当重新随机选取未参加建立判别公式的样品进行后验时，结果不甚理想，表明形态差异很难作为本育种家系鉴别的依据，后续还需做更深入的研究。