广西西江干流斑点半鲿形态差异分析

2020-06-22谭虹雨王振光汪开成陈秀荔

西南农业学报 2020年5期

高峰，谭虹雨，张曼，2*，王振光，汪开成，陈秀荔

(1.广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004；2.广西大学海洋学院，广西南宁 530004；3.广西水产科学研究院，广西南宁 530021)

【研究意义】广西境内西江水系水量充沛，渔业资源丰富，其干流包括红水河、黔江、浔江和西江段，但沿线水利水电设施众多[1]。斑点半鲿(Hemibagrusguttatus)曾用名斑鱯，俗称魽鱼、芝麻剑，隶属于鲇形目(Siluriformes)鲿科(Bagridae)半鲿属(Hemibagrus)，广泛分布于西江水系。该鱼全身无鳞，肉质细腻，具有极高的营养价值，被誉为西江四大名贵鱼类之一[2-3]。斑点半鲿人工繁殖技术于1994年取得突破性进展，但目前养殖所需苗种仍以天然采捕为主，苗种质量良莠不齐，且管理粗放，导致人工养殖的斑点半鲿成活率较低，远不能满足当前市场的需求[4-5]，亟待开展斑点半鲿良种选育工作，以推进其养殖产业的发展。众所周知，优良的种质资源是鱼类育种的关键，而鱼类形态特征是良种鉴定与评价的有效方法。江河鱼类易受地理阻隔和生境变化等因素影响，不同地理群体在形态上能产生稳定变异，以选择性适应复杂的栖息环境[6-8]。因此，开展广西西江干流不同地理群体斑点半鲿形态差异研究，对斑点半鲿种质资源鉴定评价、保护和良种选育具有重要意义。【前人研究进展】已有研究表明，运用主成分分析、聚类分析和判别分析等多元统计方法可将大泷六线鱼(Hexagrammosotakii)和红鳍东方鲀(Takifugurubripes)等多个地理群体的形态差异有效地区分开来[9-10]。近年来，针对西江鱼类群体形态分化的研究也有较多报道。赵建等[11]研究发现，柳江、浔江和西江3个河段的卷口鱼(Ptychidiojordani)在整个鱼体上存在明显的形态差异，其中柳江群体的形态变异最大，而西江卷口鱼已分化为两个群体。杨慧荣等[12]研究指出，左江、右江和红水河3个大眼鳜(Sinipercakneri)群体主要在头尾部可量性状和头部、躯干部框架性状上存在形态差异，且与地理分布密切相关。陈方灿[13]对西江来宾、桂平、武宣、梧州和肇庆等5个地理群体的赤眼鳟(Spualiobarbuscurriculus)进行形态多样性分析，推测各采样点栖息环境如水流速度的差异可能是造成其形态差异的主要原因。【本研究切入点】目前，对斑点半鲿的研究主要集中在基础生物学[3，14]、遗传学[2，15]及人工繁育[4-5]等方面，针对不同地理群体斑点半鲿形态差异的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以广西西江干流10个地理群体的斑点半鲿为研究对象，基于可量性状和框架结构性状，运用主成分分析、聚类分析和判别分析等多元统计方法，系统分析不同地理群体间的形态差异，并了解其野外生存状态，旨在从形态特征上为广西西江干流斑点半鲿群体划分及种质资源保护、管理和良种选育提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试野生斑点半鲿于2018年8月至2019年2

图1 广西西江干流斑点半鲿样本采集地点分布情况Fig.1 Distribution of the sampling locations of H. guttatus in the main stream of Xijiang river in Guangxi

表1 广西西江干流斑点半鲿样本信息

月采自广西西江干流的红水河(天峨、东兰、大化、合山和来宾，属西江干流上游)、黔江(武宣、桂平，属西江干流中游)、浔江(平南、藤县，属西江干流中游)及西江(梧州，属西江干流下游)。样本采集后冰鲜运回实验室，试验用鱼均保证体表完好无破损。各采样点地理分布及样本信息见图1和表1(用拼音首字母命名各采样点，如以TE表示天峨)。

1.2 形态性状指标测量

采用电子游标卡尺(精度为0.01 mm)测量斑点半鲿的可量性状和框架结构性状。其中，可量性状包括体长、全长、体高、体厚、头长、吻长、口宽、上颌须长、眼径、眼间距、躯干长、尾长、尾柄长、尾柄高、背鳍基长、脂鳍基长、胸鳍基长、腹鳍基长和臀鳍基长共19项指标；12个框架坐标点参照王峰[16]的方法设定，共测量24项框架数据(图2)，每项均以大写字母D+阿拉伯数字表示，如D1-2表示下颌骨最后端至吻前端的直线距离。

1.3 统计分析

为消除样各性状不一致对统计试验数据的影响，除体长外，将18项可量性状和24项框架性状均除以体长并进行标准化处理[7]。

1.3.1 主成分分析参考汪开成等[17]的方法，应用SPSS 25.0对斑点半鲿各地理群体的42项标准化性状进行主成分分析；参考陈薛伟杰等[7]的方法，通过主成分法选取特征值大于1.0的因子作为主成分，并采用最大方差法对因子矩阵进行旋转，输出各主成分的贡献率和累积贡献率，统计各主成分的得分系数。

1.3.2 聚类分析参考王伟等[18]的方法，使用SPSS 25.0对斑点半鲿各地理群体的42项标准化性状参数平均值进行聚类分析；采用欧氏最短距离系统聚类法构建系统发育进化树，探讨斑点半鲿各地理群体间的形态距离。

1：下颌骨最后端；2：吻前端；3：腹鳍起点；4：额部上颌骨最后端；5：臀鳍起点；6：背鳍起点；7：臀鳍末端；8：背鳍末端；9：脂鳍起点；10：脂鳍末端；11：尾鳍腹部起点；12：尾鳍背部起点1：Terminus of mandible；2：Tip of snout；3：Start point of pelvic fin；4：The last end of the frontal maxilla；5：Start point of anal fin；6：Start point of dorsal fin；7：Terminus of anal fin；8：Terminus of dorsal fin；9：Start point of fat fin；10：Terminus of fat fin；11：Ventral start point of caudal fin；12：Dorsal start point of caudal fin图2 斑点半鲿框架结构性状示意图Fig.2 Frame structure diagram of H. guttatus

1.3.3 判别分析通过剔除不相关变量对标准化性状进行逐步判别分析，筛选出贡献率较大的性状，建立斑点半鲿10个地理群体的判别函数。参考刘晓慧等[19]的方法，计算判别准确率和综合判别率，并通过对斑点半鲿所有样本进行预测分类以验证各群体判别函数的准确性。

判别准确率(%)=(某斑点半鲿群体判别正确尾数/该群体实际尾数)×100

式中，n为群体数，Ai为第i个群体判别正确的斑点半鲿尾数，Bi为第i个群体的实际尾数。

1.3.4 体长—体质量回归分析及肥满度计算采用幂函数关系表达式W=aLb建立斑点半鲿10个地理群体的体长—体质量回归方程，其中W为体质量，L为体长，a为反映种群所处环境的条件因子，b为判断斑点半鲿野外生长状态的异速生长因子，当b接近3.000时为匀速生长，表示鱼体体长与体质量以相同的速率增加；当b接近2.000时为负异速生长，表示鱼体体长的增长快于体质量的增加；当b接近4.000时为正异速生长，表示鱼体体质量的增加快于体长的增长[20]。同时，计算鱼体肥满度(K)，并对各地理群体的肥满度进行单因子方差分析[17]。

鱼体肥满度K=W×100/L3

式中，K为肥满度，W为体质量，L为体长。

2 结果与分析

2.1 主成分分析结果

选取信息提取率较高的头长(X1)、口宽(X2)、上颌须长(X3)、眼径(X4)、躯干长(X5)、尾长(X6)、尾柄长(X7)、尾柄高(X8)、D1-2(X9)、D1-3(X10)、D1-4(X11)、D2-3(X12)、D3-6(X13)、D8-3(X14)、D8-5(X15)、D8-7(X16)、D8-10(X17)、D5-10(X18)、D7-11(X19)、D7-12(X20)、D9-11(X21)、D10-12(X22)和D11-12(X23)共23项标准化性状进行KMO检验和巴特勒球度检验，对应的检验值分别为0.684和0，表明所筛选的数据适合进行主成分分析。主成分分析结果显示，前7个主成分(PC1～PC7)的特征值均大于1.0，贡献率分别为23.580 %、13.588 %、10.973 %、7.775 %、6.957 %、5.246 %和4.567 %，累积贡献率为72.686 %，即前7个主成分能解释斑点半鲿10个地理群体间72.686 %的形态差异。其中，PC1、PC2和PC3的贡献率较高，其标准化性状的得分系数见图3。PC1中得分系数较高的是D1-3(X10)、D2-3(X12)、D1-4(X11)、D3-6(X13)、躯干长(X5)和头长(X1)，主要反映鱼体躯干前部和部分头部特征；PC2中得分系数较高的是D8-7(X16)、D8-10(X17)、D8-5(X15)和D9-11(X21)，主要反映鱼体躯干后部的特征；PC3中得分系数较高的是D7-11(X19)、D7-12(X20)、尾柄长(X7)和尾柄高(X8)，主要反映鱼体尾部特征。

基于PC1和PC2绘制主成分散点图(图4)，发现斑点半鲿各地理群体在PC1轴上的差异较在PC2轴上的差异更明显。此外，位于中下游的武宣、桂平、平南、藤县和梧州等5个群体与上游的天峨群体间存在较多的重叠区域，个体分布相对集中，形态相似度较高；而东兰、大化、合山和来宾等4个上游群体分布较松散，但总体上能与上述群体区分开来，总体形态离散明显。

图3 广西西江干流斑点半鲿形态指标的PC1、PC2和PC3的得分系数Fig.3 Scoring coefficient of PC1，PC2 and PC3 for the morphological index of H. guttatus in the main stream of Xijiang river in Guangxi

图4 广西西江干流斑点半鲿各地理群体在PC1和PC2的分布情况Fig.4 Distribution of H. guttatus in the main stream of Xijiang river in Guangxi from each geographical population on PC1 and PC2

2.2 聚类分析结果

从图5可看出，斑点半鲿10个地理群体分化为两大类群，即中下游群体和上游群体各自的形态相似性较高，分别聚为一类。其中，处于中下游的藤县、平南、武宣、桂平和梧州群体形态距离较近，首先聚为一支，而后与上游的天峨、来宾、东兰、大化和合山群体聚为一大类。

2.3 判别分析结果

采用逐步判别分析法筛选出贡献率较大的19项标准化性状，以表2中各性状的相关系数分别建立斑点半鲿10个地理群体的判别函数，例如：Z天峨=-76.477+1254.980Y1+181.313Y2+······-715.477Y18-535.401Y19。运用各群体判别函数对斑点半鲿所有样本进行逐一判别，结果(表3)表明，各地理群体最多有3尾判别错误，判别准确率均较高(92.7 %～100.0 %)，综合判别率为95.4 %，其中合山群体的判别准确率最高，达100.0 %，说明判别函数可信度较高，能对各群体斑点半鲿进行有效判别。

图5 广西西江干流斑点半鲿各地理群体的聚类分析Fig.5 Cluster dendrogram from each geographical population of H. guttatus in the main stream of Xijiang river in Guangxi

表2 广西西江干流斑点半鲿各地理群体的性状相关系数

续表2 Continued table 2

参数Parameter性状Character地理群体 Geographical populationTEDLDHHSLBWXGPPNTXWZY15D8-3195.411-101.822-41.249-78.837220.61972.133211.55585.247309.609247.344Y16D5-1067.576229.067192.519500.988-27.651-100.834238.569-10.151135.13250.789Y17D9-11805.611443.139831.035590.883889.609810.972757.119899.854797.137834.312Y18D10-12-715.477-1175.952-638.422-1172.959-1140.093-689.200-634.380-807.765-622.370-335.797Y19D11-12-535.401-940.069-853.935-1203.995-936.123-338.751-794.308-808.122-600.797-247.577常量Constant--76.477-61.906-74.013-79.261-79.817-70.617-77.525-79.832-69.267-73.417

表3 广西西江干流各地理群体斑点半鲿的判别分类

2.4 体长—体质量的相关性及肥满度分析结果

斑点半鲿样本的体长—体质量回归分析结果(表4)显示，各地理群体及总体回归方程的回归系数(R2)为0.943～0.993，反映样本体长与体质量均呈幂函数正相关增长；各回归方程的异速生长因子(b)在2.755～3.324，接近3.000，表明广西西江干流斑点半鲿各地理群体在野外环境下接近匀速生长。此外，肥满度在多数群体间差异不显著(P>0.05)，与地理分布无明显关联；10个地理群体中以上游的大化和合山群体平均肥满度最低，与其他地理群体间存在显著差异(P<0.05)。

表4 广西西江干流各地理群体斑点半鲿体长—体质量的回归方程及肥满度差异

Table 4 Body length-body weight regression equation and difference of fatness analysis ofH.guttatusin the main stream of Xijiang river in Guangxi from each geographical population

群体Population回归方程Regression equationR2异速生长因子(b) Allometric factor 肥满度范围Fatness range平均肥满度Average fatnessTEy=0.022x2.8130.9432.8131.06～1.301.22±0.06abcDLy=0.021x2.8060.9532.8060.92～1.471.17±0.17bcDHy=0.021x2.7550.9592.7550.80～1.271.00±0.13dHSy=0.019x2.7660.9542.7660.81～1.291.06±0.12dLBy=0.017x2.8910.9712.8910.91～1.521.23±0.13abWXy=0.012x2.9910.9932.9911.04～1.371.17±0.07bcGPy=0.019x2.8540.9792.8541.06～1.611.24±0.13aPNy=0.015x2.8970.9772.8971.02～1.321.14±0.07cTXy=0.005x3.3240.9773.3240.85～1.711.23±0.14abWZy=0.019x2.8460.9542.8460.90～1.381.15±0.13abc合计Totaly=0.013x2.9700.9702.970

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters in the same column represented significant difference(P<0.05).

3 讨论

代应贵等[21]对稀有白甲鱼(Onychostomararum)、舒琥等[22]对大刺鳅(Mastacembelusarmatus)底栖鱼类的研究表明，头尾轴、躯干部和尾部特征是其群体形态变异的主要来源，且与其栖息环境、生活习性和游泳运动能力密切相关。本研究从斑点半鲿的传统可量性状和框架结构性状出发，首先运用主成分分析将42项形态性状转化为7个特征值大于1.0的主成分，其累积贡献率为72.686 %，通过对贡献率较高的前3个主成分分析发现，头尾轴、躯干部和尾部性状特征对斑点半鲿群体的形态差异起关键作用，是区分广西西江干流不同群体斑点半鲿形态差异的重要依据；从基于PC1和PC2绘制的主成分散点图可看出，地处上游天峨群体的斑点半鲿分布较特殊，与中下游5个群体的重合度较高，形态差异性较小，而与东兰、大化、合山和来宾等4个上游群体发生明显偏离，究其原因可能与PC1和PC2对总变异的贡献率较低、不足以概括各地理群体斑点半鲿的形态分化有关。

本研究的聚类分析结果表明，斑点半鲿10个地理群体可明显划分为两大类群：藤县、平南、武宣、桂平和梧州5个中下游群体的欧氏距离最接近，首先聚为一类；天峨、来宾、东兰、大化和合山5个上游群体间形态差异较小，亲缘关系相近，聚为另一类；两个类群斑点半鲿在形态上表现出明显差异，且聚类关系与地理分布具有较高的相关性，与杨慧荣等[12]对大眼鳜、汪开城等[17]对红腹罗非鱼(Coptodonzillii)的研究结果相似。本研究的判别分析结果与聚类分析结果较一致，均能对10个不同地理群体斑点半鲿的形态差异进行有效判别；通过逐步判别分析共筛选出19项对区分各群体斑点半鲿贡献率较大的形态性状，建立的判别函数对各群体的判别准确率均在90.0 %以上，综合判别率达95.4 %，可全面反映各地理群体斑点半鲿的形态差异。

本研究采用主成分分析、聚类分析和判别分析3种多元统计方法从不同角度揭示广西西江干流斑点半鲿的形态特征，即各群体差异主要体现在头尾轴、躯干部和尾部；斑点半鲿10个地理群体分为两个类群，且逐步判别分析法可准确地鉴别斑点半鲿的群体归属。本研究中10个地理群体斑点半鲿均位于西江水系，但上游群体和中下游群体间具有明显的形态分化，与郭焱等[23]研究发现相同水系底栖鱼类斑重唇鱼(Diptychusmaculates)群体在形态上分化不明显的结果不一致。广西西江干流沿线地形地貌复杂多样，上游群体的采集地红水河为典型的喀斯特地貌，地势陡峻，自上而下建有龙滩、岩滩、大化、百龙滩、乐滩和桥巩水电站；中下游群体的采集地黔江、浔江和西江段地势则趋于平缓，拥有大藤峡(在建)和长洲两大水利枢纽[24-28]。综合张化浩等[6]、陈薛伟杰等[7]、潘瑛子等[29]的研究结果，地理分布和生活环境的差异可能是导致斑点半鲿上游与中下游群体间产生形态变异的最直接因素。此外，有学者研究指出，红水河干流梯级电站和大藤峡水利枢纽运行后库区水文情势发生改变，由急流生境向缓流或静水生境转化，水体流速是影响底栖动物演替的主导原因[24，27]，而在拥有我国最大鱼道的长洲水利枢纽中，作为坝下江段优势种的斑点半鲿也并未发现其踪迹[28]。因此，梯级水利水电设施的建设和运行造成广西西江干流生境片段化，加剧了斑点半鲿各群体间的相互隔离，基因交流的匮乏加之对局域水体环境的适应性不同使得各群体在形态上发生明显分化。本研究仅从形态角度分析广西西江干流10个地理群体斑点半鲿的变异特征，而鱼类形态受外界环境和内在遗传因素的双重影响[7，30-31]，因此后续还需对各群体的遗传结构及其遗传分化情况作进一步探究。

体长—体质量关系能反映鱼类的生长及生存状况，本研究中斑点半鲿各地理群体的体长与体质量呈正相关的幂函数关系，且异速生长因子(b)均接近3.000，与Que等[32]对红水河斑点半鲿的研究结果(b为2.980)相近，表明在广西西江干流中斑点半鲿的体长与体质量以相同的匀速速率增加。王德寿和杨松林[33]探究同属大鳍半鲿(H.macropterus)肥满度的月际变化，结果发现4月时大鳍半鲿的肥满度(0.85)最高，而本研究所测得各地理群体样本的平均肥满度均在1.00左右，明显高于大鳍半鲿，说明广西西江干流的斑点半鲿较肥满，生存状况良好。