6个克氏原螯虾群体形态学分析

徐 滨，李 忠，魏开金，马宝珊，朱祥云，徐 进

(中国水产科学研究院长江水产研究所，农业农村部淡水生物多样性保护重点实验室 武汉 430223)

克氏原螯虾(Procambarusclarkii)，属于甲壳纲(Crustacea)十足目(Decapoda)鳌虾科(Cabaridae)[1],原产于墨西哥北部和美国南部，后扩散至夏威夷、日本、欧洲和尼罗河流域[2]。1918年移植到日本，20世纪30年代末由日本引入我国南京地区。由于其适应性广、生命力和繁殖能力强，对水质要求不高，现已遍布于我国中东部地区十余省市，在有些地方已成为一些湖泊和沟渠的优势种群,也是我国一种重要的水产养殖对象[3]。

国内外学者已经开展了克氏原螯虾的多种生物学方面研究[4-7]；Barki等[8]用Von Beralanffy 生长方程描述了克氏原螯虾的生长情况；李浪平等[9]和唐建清等[10]对其形态参数及生长模型等进行了研究；Barbaresi等[11-12]、Yue等[13]、刘炜[14]及Wang等[15]利用微卫星标记对克氏原螯虾的遗传多样性进行了研究。多元统计分析可以对形态特征的多个参数进行综合分析，在鱼类物种鉴定、种群变异及性别差异等方面大量应用[16-17]。本研究应用聚类分析、判别分析和主成分分析方法对长江中下游地区6个克氏原螯虾群体的遗传差异进行了探讨，以期为克氏原螯虾地理群体的形态差异、种质资源挖掘与遗传育种提供支持。

1 材料与方法

1.1 材料

6个克氏原螯虾野生群体分别采自于长江中下游的湖北、江苏、安徽、湖南4个省，均采自天然湖泊或河流。每组群体样本数量均为30个。盱眙群体(x)采自江苏省淮安市盱眙县洪泽湖；合肥群体(h)采自安徽省合肥市蜀山湖；沅江群体(y)采自湖南省沅江市洞庭湖；武汉群体(w)采自湖北省武汉市梁子湖；潜江群体(q)采自湖北省潜江市；沙市群体(yw)采自湖北省荆州市。所有活体样品都保鲜运至长江水产研究所实验室直接测量。

1.2 形态参数测量

用游标卡尺测量每尾虾的全长、体长、头胸甲长、头胸甲宽、腹长、腹宽、尾扇长，精确到0.001 cm；用天平称体质量和精确到0.01 g，方法参照文献[18]，测量图见图1，样本信息见表1。

图1 克氏原螯虾各形态测量指标Fig.1 The morphological measurement indexes of P.clarkii 1:全长；2：体长；3：头胸甲长；4：腹长； 5：尾扇长；6：头胸甲宽；7：腹宽

1.3 数据统计

实验数据用SPSS 22.0软件包处理：F检验法；聚类分析、主成分分析和判别分析3种多元分析方法，对所得数据进行分析。

1.3.1 聚类分析

为了科学合理地进行试验数据的整理与分析，消除虾体规格对参数值的影响，多元分析中采用除以体长校正或取2个形态参数比值。本研究选用10项形态特征比例参数，各参数代号见表2。

表1 6个克氏原螯虾群体的样本信息Tab.1 Samples information of P.clarkii

表2 形态比例参数与代码Tab.2 Morphological parameters and codes

1.3.2 主成分分析

在主成分分析前，利用SPSS 16.0软件对6个群体的形态参数进行正态分布检验，同时为了消除不同规格个体对参数值的分析造成一定影响，将各形态参数值分别除以对应的体长作为度量值予以校正处理。采用SPSS软件对10个群体的形态学特征数据进行主成分分析，得到各主成分的特征值、主成分贡献率、累计贡献率等。

1.3.3 判别分析

在已知测量值的参数比例中判断各群体性质，建立判别函数，用程序分析判别出各群体的类别。判别准确率的计算参照李思发等[16]的方法：

判别准确率=某克氏原螯虾群体判别正确的尾数/该群体实际尾数×100%，

式中：Ai为第i个群体中判别正确的尾数，Bi为第i个群体中的实际尾数，k为群体数。

2 结果

2.1 性状参数

正态检验表明克氏原螯虾各群体形态数据均符合正态分布。各性状参数见表3，从性状参数看，6个群体的克氏原螯虾均表现出头胸甲长/体长(A3)、头胸甲宽/体长(A6)雄性大于雌性，腹部长/体长(A4)雌性大于雄性，在体型特征上存在差异。

表3 不同群体克氏原螯虾的性状参数Tab.3 Appearance parameters of different populations of P.clarkii

2.2 克氏原螯虾6个群体的聚类分析

6个群体雌、雄体群体欧式距离平方见表4。对其进行聚类分析，结果表明(见图2)，无论是雄虾还是雌虾，6个群体可分为三个主要分支。第一分支为潜江、沅江和武汉三个群体，其中潜江和沅江群体遗传距离最短，表明它们之间的亲缘关系最近。沙市群体和合肥群体构成第二分支，两群体间的遗传距相对较短，亲缘关系较近。第一和第二分支先聚类，然后才与第三分支盱眙群体聚类，说明盱眙群体与其他群体的遗传距离最远。

2.3 主成分分析

对6个不同群体的克氏原螯虾的性状参数进行主成分分析，共获得4 个主成分，10个性状参数入选主成分的特征向量、性状特征值和累计贡献率见表4。其中雌虾的4个主成分的累计贡献率为84.80%，雄虾的4个主成分的累计贡献率为86.29%，利用这些进行主成分分析能基本上反映所隐含的信息。

雌虾的第一主成分特征值为4.14，方差贡献率为41.38%，其主要作用的是腹部宽/体长(A7)和腹部宽/腹部长(A10)，反映了克氏原螯虾的腹部特征；第二主成分的特征值为1.95，方差贡献率为19.54%，其主要作用的是腹部宽/头胸甲宽(A8)，反映了克氏原螯虾的宽度特征；第三主成分主要作用的是头胸甲长/体长(A3)和腹部长/体长(A4)，反映的是长度的特征；第四主成分主要反映的是腹部长/体长(A4)。雄虾的第一主成分特征值为3.81，方差贡献率为38.06%，其主要作用的是头胸甲宽/体长(A6)、体质量/体长(A1)和头胸甲宽/头胸甲长(A9)，反映了克氏原螯虾的头胸甲特征；第二主成分的特征值为2.13，方差贡献率为21.31%，其主要作用的是腹部宽/头胸甲宽(A8)和腹部宽/腹部长(A10)，反映了克氏原螯虾的宽度特征；第三主成分主要作用的是腹部长/体长(A4)反映的是长度的特征；第四主成分主要反映的是头胸甲长/体长(A3)。从上述产生影响的变量中可以看出，腹部宽、腹部长、头胸甲宽和体长是决定雌雄克氏原螯虾6个群体形态分类的主要依据。此外，对雌虾形态差异影响较大的还有全长和尾扇长2个性状，雄虾的体质量也对其形态有一定的影响力。

图2 克氏原螯虾雌、雄群体6群体聚类分析图Fig.2 Clustering analysis on six different populations of P.clarkii

表4 克氏原螯虾特征值及累计贡献率Tab.4 Principal eigen and cumulative contribution rate of P.clarkii

在6个雌虾群体中(表5)，第一主成分贡献率最高的是合肥群体(38.66%)，最低为武汉群体(29.31%)；4个主成分累积贡献率最高的是潜江群体(85.91%)，最低为沅江群体(81.56%)。雄虾群体中，第一主成分贡献率最高的为沅江群体(36.83%)，最低为潜江群体(27.82%)；4个主成分累积贡献率最高的是沅江群体(89.74 %)，最低为武汉群体(81.42%)。

表5 6个克氏原螯虾群体累计贡献率Tab.5 Cumulative contribution rate six population of P.clarkia %

2.4 雌虾6个群体的判别函数

对6个群体雌虾的10个比例参数进行逐步判别，F检验结果表明，判别效果都比较好，雌体的a1、a7、a8、a9和a10性状差异不显著，雄体的a1-4、a7、和a10性状差异不显著。武汉、沅江、潜江、盱眙、沙市和合肥雌虾群体的判别准确率P1分别是69.23%、88.24%、81.25%、86.67%、78.95%和100%，判别准确率P2分别是64.29%、83.33%、72.22%、100%、88.24%和100%。武汉、沅江、潜江、盱眙、沙市和合肥雄虾群体的判别准确率P1分别是100%、84.62%、78.57%、93.75%、100%和94.74%，判别准确率P2分别是85%、91.67%、84.62%、93.75%、100%和100%(见表6)。F检验结果表明，雌、雄虾群体判别公式是可靠的。

表6 6群体克氏原螯虾的判别方程及判别结果Tab.6 Discriminant equation and discrimination results of six population of P.clarkia

3 讨论

多元分析方法已逐渐渗透到育种和进化方面的研究，并在不同的生物类群的应用中获得较好的效果，国内不少学者利用该方法对鱼类、虾蟹类和贝类等进行过分析[16-17,19-22]，研究结果也显示这三种分析方法通过不同的角度进行分析，虽然所获得的结果具有一定的相似性，但彼此不能代替。

本研究显示6个群体的克氏原螯虾在形态上已经产生了一定程度的变异，可以从形态上很好地区分盱眙群体、合肥群体和沙市群体。沅江与潜江两个群体之间的差异性最小，两者与武汉群体集为一支，表明3个群体亲缘关系比较近。沙市和合肥两个群体之间差异性较大，两群之间的亲缘关系很近。盱眙群体与其他群体之间的差异性很大，可以认为盱眙群体是另一群，区别于其他的5个群体，这表明长江中游地区的克氏原螯虾群体与江苏盱眙这一长江下游地区的群体亲缘关系较远。韩晓磊[23]和张龙等[24]对不同地区的克氏原螯虾形态差异分析也表明江苏群体与湖北群体形态差异较远，符合地理距离远近和群体亲缘关系的一般规律，与本研究结果相一致。同时长江中游5个群体之间存在基因流，地理距离可能是导致不同地理群体出现基因流的主因，一般认为这是由于水体环境水温、底质及水体饵料的丰富程度等的影响导致其形态、生理、生态甚至遗传上出现差异。

主成份分析结果显示腹部宽、腹部长、头胸甲宽和体长4个性状是决定这6个群体形态分类的主要依据，表明这4个性状是所分析性状中进化速度相对较快的性状。该结果与郭慧等[25]研究的罗氏沼虾、孙成波等[26]研究的凡纳滨对虾、韩晓磊等[23]及郑友等[27]对克氏原螯虾研究结果一致。张龙等[24]对长江流域10个不同水域克氏原螯虾野生群体形态差异进行分析后认为，其主要集中在腹节因子上，但他没有测量体长数据，以性状参数除以全长校正，本研究是以性状参数除以体长校正，同时将雌雄数据分别处理。其中雌虾的主要决定性状是腹部宽、腹部长和体长，雄虾的主要决定性状是头胸甲宽、腹部宽和体长，这与6个群体的克氏原螯虾在头胸甲长/体长(A3)和头胸甲宽/体长(A6)雄性大于雌性、腹部长/体长(A4)雌性大于雄性的结果相呼应。同时对克氏原螯虾雌虾形态差异影响较大的还有全长和尾扇长这2个性状，雄虾的体质量对其形态也有一定的影响。

判别分析是群体鉴定的常用方法，建立判别公式可以根据单因子F值的大小，找出对判别作用较大的参数[23,27]。本研究成功建立了6个群体的判别函数。其中雌体判别准确率为69.23% ～ 100%(P1)和64.29% ～100%(P2)，综合判别准确率为83.52%；雄体为78.57%～100%(P1)和84.62%～100%(P2)，综合判别准确率为92.23%，判别准确率较高，表明其能够用于对这6个群体进行有效的判定。本研究综合判别率和韩晓磊[23]、郑友等[27]研究结果类似，但雌性综合判别率略低，雄性综合判别率略高，可能是由于选取的性状为种间分类学形态指标，这些群体在形态上虽有差异，但没有达到亚种水平，同时选取的群体位于不同区域的原因。