基于通径分析与灰色关联度分析的中华草龟形态性状与体质量的关系探讨

张晓华 鲍传和

摘要 采用相關分析、多元回归分析、通径分析和灰色关联度分析多种方法分析了安徽省3个龟鳖养殖场中华草龟幼龟养殖群体的外部形态性状与体质量的关系，测量了体质量（Y）和8个形态性状[背甲宽（X1）、背甲长（X2）、体高（X3）、腹甲长（X4）、腹甲宽（X5）、前肢长（X6）、后肢长（X7）、尾长（X8）]。结果显示：3个龟鳖养殖场幼龟形态性状与体质量的相关性达到极显著水平（P<0.01）[除南陵群体的尾长（P>0.05）和金安群体的后肢长（P<0.05）以外]。通径分析结果显示，南陵群体（NL）背甲长、腹甲长和腹甲宽对体质量的通径系数达到极显著水平（P<0.01）;无为群体（WW）背甲宽、后肢长和体高对体质量的通径系数达到极显著水平（P<0.01）;金安群体（JA）背甲长和体高对体质量的通径系数达到极显著水平（P<0.01）。采用逐步回归方法建立3个群体形态性状与体质量的多元回归方程：NL，Y=-92.804+8.316X2+11.865X5+6.463X4;WW，Y=-35.672+8.820X1+4.510X7+5.954X3;JA，Y=-23.604+7.991X2+2.821X3，方差分析显示回归方程的模拟结果准确可靠。灰色关联度分析结果显示，南陵和金安群体中与体质量关联度较高的前2个性状为背甲长（X2）和腹甲宽（X5），而在无为群体中则为腹甲宽（X7）和背甲宽（X1）。2种分析方法得到的影响体质量的主要形态性状有所不同。通过比较这些形态性状发现，背甲和腹甲的数据与体质量之间的关系最为密切，可作为中华草龟选育测量指标的参考数据。

关键词 中华草龟;幼龟;形态性状;体质量;通径分析;灰色关联度

中图分类号 S917  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）24-0127-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.030

Discussion on the Relationship between the Morphological Traits and Body Mass of Chinemys reevesii Based on the Path Analysis and Grey Correlation Analysis

ZHANG Xiao-hua，BAO Chuan-he （College of Animal Science and Technology，Anhui Agricultural University，Hefei，Anhui  230036）

Abstract Using many methods of correlation analysis，multiple regression analysis，path analysis and grey correlation analysis，the relationship between the external morphological traits and body mass of young Chinemys reevesii breeding population in three turtle farms of Anhui Province was analyzed.The body mass and 8 morphological traits （including carapace width （X1），carapace length （X2），body height （X3），plastron length （X4） ，plastron width （X5），forelimb length （X6），hindlimb length （X7），tail length（X8） were measured.The results showed that the morphological traits of young turtles in three turtle farms had extremely significant correlation with the body mass （P<0.01），except for tail length of Nanling tortoise （P> 0.05） and hindlimb length of Jin’an tortoise （P<0.05）.The results of path analysis showed that the path coefficient of carapace length，plastron length and plastron width to the body mass was extremely significant （P<0.01） in Nanling population.The path coefficient of carapace width，hindlimb length and body height to the body mass was extremely significant （P<0.01） in Wuwei population. The path coefficient of the carapace length and body height to the the body mass was extremely significant（P<0.01） in Jin’an population.The multiple regression equation between the morphological traits and body mass in the three populations were established as follows：Y=-92.804+8.316X2+11.865X5+ 6.463X4（for NL population），Y= -35.672+8.820X1+4.510X7+5.954X3（for WW population） ，Y= -23.604+7.991X2+2.821X3（for JA population）.ANOVA showed that the simulation results of the established equation were accurate and reliable.The gray relational analysis results showed that carapace length （X2） and abdominal carapace width （X5） had the closest relationship with body mass in Nanling and Jin’an populations，while plastron width （X5） and carapace width （X1）  had the closest relationship with body mass in Wuwei population.The main morphological traits that affected the body mass obtained by the two analysis methods were different.Through comparing these morphological traits，it was found that the data of carapace and plastron were the closest to the body mass，and the research results could be used as the reference data for selecting the measurement indices of C.reevesii.

Key words Chinemys reevesii;Young turtle;Morphological traits;Body mass;Path analysis;Grey correlation

基金项目 安徽省重点研发项目（1804a07020136）;安徽省现代农业产业体系项目（皖农科〔2016〕84号）。

作者简介 张晓华（1966—），女，安徽灵璧人，副教授，硕士，硕士生导师，从事水产养殖学研究。

收稿日期 2021-03-22

体质量是水产动物育种最主要的目标性状，但对水产动物而言，体质量测量受多种因素的影响，且操作不便，会使结果容易出现偏差，而形态性状的测量快捷、准确，尤其水产动物可以借助相关的图形处理工具，不仅高效，而且便于统一规格，提高准确性，因此明确形态性状与体质量之间的关系非常必要。目前，采用多元分析利用形态性状与体质量的关系已经被广泛应用于多种水产动物的育种和产量估计[1-5]。通径分析是多元回归分析的扩展[6]，具有准确、直观等特点，可以通过通径系数来分析自变量和因变量之间的直接作用、间接作用以及作用的大小，在水产育种中被广泛应用[7]。我国学者邓聚龙教授创立的灰色系统理论[8]是近些年新兴的一种分析方法，可基于少数据、贫信息、不确定性问题研究的一种新方法，已经在农业、工业、气象等领域得到应用[9-13]，在水产动物中也已经有相关报道[14-17]。可通过比较关联度的大小来确定自变量对因变量的重要性，但该方法在龟类育种中尚未见报道。

中华草龟（Chinemys reevesii）隶属龟鳖目（Testudinate）龟科（Emydidae） 乌龟属，俗称乌龟、泥龟、臭龟、草龟，在我国各地均有分布[18]。中华草龟适应性强，在国内不少地区都有养殖。笔者曾参与安徽省南陵龟鳖有限公司（NL）、无为蓝田特种龟鳖有限公司（WW）和金安特种龜鳖有限公司（JA）3个龟鳖养殖场的种质鉴定工作，收集了3个养殖场中华草龟的主要形态性状数据，包括亲本龟、后备龟及幼龟的资料。笔者通过相关分析、通径分析和灰色关联度分析，研究不同养殖群体中华草龟幼龟表型性状与体质量的相关性以及影响幼龟体质量的主要形态性状，旨在为中华草龟的养殖与选育提供科学、合理的指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料 选用安徽省南陵县有闲龟鳖有限公司（简称“南陵”或NL，采样时间为2014年）、安徽无为蓝田特种龟鳖有限公司水产良种场（简称“无为”或WW，采样时间为2014年）及安徽金安特种龟鳖养殖有限公司（简称“金安”或JA，采样时间为2020年）中华草龟当年稚龟各30尾。样本测量均在现场。

1.2 测量指标与方法

使用卷尺测量背甲宽（X1）、背甲长（X2）、体高（X3）、腹甲长（X4）、腹甲宽（X5）、前肢长（X6）、后肢长（X7）、尾长（X8）共8个形态性状，精确到0.01 cm;使用电子天平称量体质量（Y），精确到0.01 g。

1.3 分析方法

1.3.1 通径分析。使用Excel 2003软件整理各形态性状和体质量的测量数据，统计各表型参数。采用Huo等[19]的方法进行各性状间的相关分析，利用SPSS 19.0统计软件，参考杜家菊等[20]的方法采用逐步回归法进行以形态性状为自变量、以体质量为因变量的多元回归分析，建立多元回归方程。在此基础上，参照Wright[21]的计算公式，计算直接通径系数和间接通径系数，进而计算出直接决定系数、共同决定系数。

间接通径系数=rXiXj×PXj（1）

决定系数 dXi=P2Xi（2）

共同决定系数dXiXj=2×rXiXj×PXj×PXi（3）

式中，rXiXj 为形态性状Xi和Xj之间的相关系数，PXi为性状Xi对体质量的通径系数，PXj为性状Xj对体质量的通径系数。

1.3.2 灰色关联度分析。

首先，按照灰色系统理论，将中华草龟体质量和8个生长性状统一构成一个灰色系统，体质量为参考序列X0，8个生长性状为比较序列Xi（i=1，2，3，..，8）。由于体质量和形态性状量纲不同，无法直接比较，因此利用公式（4），采用标准差法对各性状进行无量纲化处理。

X′i（k）=Xi（k）-iSi（4）

式中，X′i（k）表示处理后的数据，Xi（k）表示原始数据，i 表示同一性状的平均值，Si 表示i性状的标准差。

参照公式（5）和（6）计算灰色关联系数和关联度，最后依据灰色关联度的大小来评价体质量与各形态性状的密切程度，判断形态性状对体质量的重要性。

ζi（k）=miniminkΔi（k）+ρmaximaxkΔi（k）Δi（k）+ρmaximaxkΔi（k）（5）

式中，ζi（k）表示Xi对X0 在k点的灰色关联系数，ρ表示灰色分辨系数，取值范围为0～1，一般取 0.5。miniminkΔi（k）表示二级最小差的绝对值，其中minkΔi（k）为X0序列与Xi序列在对应点差值中的最小差值，在一级最小差值的基础上再找出最小差值即二级最小差。

maximaxkΔi（k）表示二级最大差值的绝对值。

关联度的计算公式：γi=1nnk=1ζi（k）（6）

式中，γi表示比较序列Xi对参考序列X0的关联度，根据其数值高低判断比较序列的重要性，并进行排序。

2 结果与分析

2.1 各形态性状对体质量的通径分析

3个龟鳖养殖场中华草龟各性状表型统计量见表1，其无量纲化结果见表2。3个龟鳖养殖场的中华草龟幼龟各性状表型统计量中，体质量的变异系数较大，分别为12.67%、28.40%和20.98%，说明体质量具有较大的选择潜力，无为群体（WW）最大，而南陵群体（NL）最小。各形态性状与体质量之间的相关系数见表3～5。南陵群体（NL）除尾长（X8）与体质量（Y）之间相关性不显著、金安群体（JA）的后肢长（X7）与体质量（Y）之间显著相关外，其余性状与体质量之间的相关性均达到极显著水平（P<0.01）。

根据通径分析原理，计算各性状对体质量的通径系数（表6）。由表6可知，在南陵群体中，背甲长（X2）、腹甲长（X4）、腹甲宽（X5）3个性状与体质量存在极显著相关，直接通径系数分别为0.331、0.399和0.287;无为群体中，背甲宽（X1）、后肢长（X7）、体高（X3）3个性状与体质量存在极显著相关，通径系数分别为0.534、0.265和0.260;金安群体中，背甲长（X2）、体高（X3）这2个性状与体质量存在极显著相关，通径系数分别为0.845和0.168。3个群体中，背甲长、腹甲长、体高这3个性状分别出现2次，其他性状仅出现1次。在南陵群体中，腹甲长对体质量的直接作用大于间接作用，而背甲长和腹甲宽对体质量的间接作用大于直接作用，背甲宽、背甲长与腹甲长之间的相关性极显著，可以理解为背甲长、腹甲宽对体质量通过腹甲长发挥作用;在无为群体则是背甲宽的直接作用大于间接作用，而后肢长和体高之间的间接作用明显大于直接作用，背甲长、腹甲长、腹甲宽与后肢长之间存在极显著相关，说明这几个性状可通过后肢长显著影响体质量;在金安群体，背甲长对体质量的直接作用大于间接作用，体高对体质量的间接作用远大于直接作用。通过分析各性状间的关系发现，背甲宽、腹甲长、腹甲宽等与背甲宽、体高之间的相关性极显著，这些性状可通过背甲宽和体高来影响体质量。各形态性状对体质量的决定系数见表7。3个群体的总决定系数分别为0.852、0.926和0.918，均大于0.85，表明影响中华草龟体质量的主要形态性状均被纳入该研究中。

2.2 多元回归方程 采用逐步回归法，通过剔除对体质量影响不显著的性状，建立了3个群体的多元回归方程：

NL：Y=-92.804+8.316X2+11.865X5+6.463X4（r=0.923）

WW：Y=-35.672+8.820X1+4.510X7+5.954X3（r=0.962）

JA：Y=-23.604+7.991X2+2.821X3（r=0.958）

式中，Y为体质量（g）。對多元回归关系和偏回归系数进行显著性检验（表8），发现均达到显著水平（P<0.05）。这说明建立的多元回归方程模拟结果比较准确。对构建的多元回归方程进行F检验，发现均达到极显著水平（P<0.01），说明建立的多元回归方程可以用来估算中华草龟个体的体质量，可在实际生产中应用。

2.3 形态性状与体质量的灰色关联度分析

以体质量为参考序列，以生长性状为比较序列，计算出灰色关联度（表9）。然后，再计算各生长性状与体质量的关联度。由表10可知，3个龟鳖养殖场中华草龟幼龟体质量与形态性状的关联度不同，其中南陵群体中华草龟幼龟体质量与形态性状的关联度大小表现为背甲长>腹甲宽>体高>背甲宽>腹甲长>后肢长>前肢长>尾长，无为群体表现为腹甲宽>背甲宽>背甲长>腹甲长>体高>后肢长>前肢长>尾长，金安群体表现为背甲长>腹甲宽>腹甲长>背甲宽>体高>前肢长>尾长>后肢长。由此可见，3个养殖场影响体质量的前5个性状均为背甲长、背甲宽、腹甲宽、体高、腹甲长，但排列顺序不同;前肢长、后肢长和尾长对体质量的影响均排在后面，影响相对较小。

3 讨论

体质量是水产动物遗传改良的直接目标性状，当无法通过对体质量的直接筛选来实现遗传选育的预期目标时，可通过寻找与体质量相关性较高的其他形态性状进行间接筛选[22]，这已经在许多种水产动物育种中被证实。相关性分析揭示各形态性状与体质量的表型相关关系，但这种表型相关并未剔除其他变量的影响，故表型相关分析不能反映自变量与因变量之间的关系。通径分析则将这种表面直接相关性分解，揭示自变量对因变量的直接重要性和间接重要性[11]，从而探索各性状间的真实关系。贺刚等[23]在对野生黑颈乌龟的研究中发现，影响体质量的形态性状由高到低依次为背甲长、腹甲长、背甲宽、体高;贺刚等[24]对中华草龟幼龟形态性状对体质量的影响研究发现，腹甲长、背甲长和体高是影响体质量的主要形态性状。该研究中3个龟鳖养殖场的养殖群体中影响体质量的主要性状不同，其中无为群体差异较大，该群体中后肢长是影响体质量的主要性状，不仅与其他2个群体差异明显，而且与其他研究结果不同。这可能与分布不同区域的种群差异有关。对南陵和金安2个群体的分析结果显示，背甲宽、背甲长、腹甲宽和腹甲长及体高是影响体质量的主要性状，这与其他研究结果相一致。决定系数分析结果显示，3个群体的总决定系数均大于0.85，也说明该研究中3个群体的形态性状是影响体质量的主要性状，而其他被剔除或未测定的性状对体质量的影响较小。

该研究首次将灰色关联度分析应用到中华草龟的形态性状与体质量的相关性分析中，因为灰色关联度分析法对样本数据的要求较低，能更好地分析小样本数据。该研究结果显示，3个群体形态性状对体质量的影响次序不同，其中南陵与金安群体契合度高，影响体质量的前2个形态性状均为背甲长和腹甲宽，而无为群体中影响体质量的前2个形态性状则为腹甲宽和背甲宽。综合分析这3个群体的关联度分析结果发现，腹甲宽与中华草龟体质量的关联度均较高，可视为间接选育性状。

将灰色关联度分析结果与通径分析结果比较可知，这2种分析方法有较大差异，如无为群体，通径分析显示背甲宽、后肢长、体高是影响体质量最重要的3个形态性状，而灰色关联度分析表明腹甲宽、背甲宽与背甲长是最重要的3个性状指标;南陵群体也一样，通径分析显示背甲长、腹甲宽、腹甲长是最重要的3个性状，而灰色关联度分析结果显示背甲长、腹甲宽和体高是最重要的3个性状;金安群体中前者为腹甲长、体高，后者则是背甲长、腹甲宽和腹甲长。在灰色关联度分析结果中3个群体有较大的相似度，背甲长、腹甲宽是共同的2个主要性状。在通径分析中，3个群体都存在的性状没有。出现这种现象的原因与这2种方法对数据的要求及原理不同有关。通径分析及回归分析要求较多的原始数据[17]，而灰色关联度分析可以对小样本、贫数据进行分析。该研究结果也显示，3个群体中影响体质量的最重要的形态性状差异明显，而灰色关联度分析则表明腹甲宽和背甲长是3个群体共同的形态性状。另外，通径分析是在考量自变量间相互关系的基础上进行的，而灰色关联度分析是将自变量独立对待，并未考量自变量显著与否，因此这2种方法在确定自变量的相对重要性上侧重点不同[25]。目前，在龟类选择育种上，未见利用这2种方法进行分析的报道。该研究采用通径分析和灰色关联度分析2种方法对中华草龟幼龟的形态性状对体质量的影响进行了研究，并建立了主要性状与体质量的最优回归方程，并确定了以腹甲宽、背甲长为重要的选育目标性状，可作为今后草龟选育及杂交育种的评价指标。

参考文献

[1] 董义超，盛伟博，于会国，等.花鲈幼鱼形态性状与体质量影响关系的通径分析[J].水产学杂志，2021，34（1）：29-34，39.

[2] 杨育凯，虞为，林黑着，等.2月龄花鲈形态性状与体质量相关性及通径分析[J].广东海洋大学学报，2021，41（2）：86-93.

[3] 梁健，王俊杰，郭永军，等.不同地理群体菲律宾蛤仔表型性状的相关性与通径分析[J].水产科学，2020，39（1）：40-47.

[4] 刘国兴，孙海峰，郑友，等.30日龄翘嘴鳜形态性状与体质量之间的关系[J].水产养殖，2019，40（10）：6-11.

[5]  王新安，马爱军，许可，等.大菱鲆幼鱼表型形态性状与体重之间的关系[J].动物学报，2008，54（3）：540-545.

[6]  AKINTUNDE A N.Path analysis step by step using Excel[J].Journal of technical science and technologies，2012，1（1）：9-15.

[7]  刘峰，陈琳，楼宝，等.小黄鱼（Pseudosciaena polyactis）形态性状与体质量的相关性及通径分析[J].海洋与湖沼，2016，47（3）：655-662.

[8] 邓聚龙.灰色控制系统[J].华中工学院学报，1982，10（3）：9-18.

[9] 刘佼，金琼，韩照全.江苏省雷灾特征分析及灾情灰色关联评估[J].气象与环境科学，2019，42（2）：97-103.

[10] 席崇俊，刘志辉，杨岩.基于面板数据灰色关联分析的城市创新能力评估：以长三角城市群为例[J].中国科技资源导刊，2021，53（1）：69-76.

[11] 郑承志.基于GRA的电商与国民经济关系实证分析[J].长春大学学报，2021，31（1）：13-17.

[12] 杜晓宇，李顺成，韩玉林，等.基于灰色关联度法的黄淮南片小麦新品种综合评判[J].中国种业，2021（1）：64-68.

[13] 胡新洲，安正云，杨进成，等.玉溪地区甜玉米主要农艺性状与鲜穗产量的灰色关联度分析[J].安徽农业科学，2020，48（4）：34-36.

[14] 黄小林，张栋国，林黑着，等.网箱养殖点篮子鱼形态性状与体质量灰色关联分析[J].水产科学，2019，38（1）：61-66.

[15] 苏胜彦，董在杰，曲疆奇，等.3个鲤群体杂交后代生长性状的灰色关联及复合杂交后代的体重预测分析[J].水产学报，2011，35（1）：20-26.

[16] 刘永新，周勤，张红涛，等.红鳍东方鲀（Takifugu rubripes）生长性状的遗传参数估计[J].渔业科学进展，2014，35（6）：39-44.

[17] 刘峰，楼宝，陈睿毅，等.小黄鱼形态性状与体质量的灰色关联分析[J].上海海洋大学学报，2017，26（1）：131-137.

[18] 周婷，王伟.中国龟鳖养殖原色图谱[M].北京：中国农业出版社，2009.

[19] HUO Z M，YAN X W，ZHAO L Q，et al.Effects of shell morphological traits on the weight traits of Manila clam （Ruditapes philippinarum） [J].Acta ecologica sinica，2010，30（5）：251-256.

[20] 杜家菊，陳志伟.使用SPSS线性回归实现通径分析的方法[J].生物学通报，2010，45（2）：4-6.

[21]  WRIGHT S.Correlation and causation[J].Journal of agricultural research，1921，20（7）：557-585.

[22] OKAMOTO C，KOMARU A，HAYASHI M，et al.Variation of shell-closing strength among several families in pearl oyster，Pinctada fucata martensii[J].Aquaculture science，2006，54（4）：525-529.

[23]  贺刚，方春林，何力，等.1、2龄乌龟（♀）×黑颈乌龟（♂）杂交F1代的形态性状与体质量的相关分析[J].水产学杂志，2020，33（4）：23-28.

[24] 贺刚，何力，费春平，等.中华草龟（♀）与中华花龟（♂）及其杂种F1代形态性状对体重的影响效果分析[J].四川动物，2014，33（1）：99-105.

[25] 乔有明. 通径分析与灰色关联分析的比较[J].青海畜牧兽医杂志，1997，27（4）：22-25.