刺参选育群体F5代形态性状与体质量相关性及通径分析

韩莎，胡炜，李成林*，李文文，赵斌，曲红霞，王琦，姚琳琳

（1.山东省海洋科学研究院，山东 青岛 266104；2.莱阳市渔业技术服务中心，山东 烟台 265200；3.乳山市水产技术推广站，山东 威海 264500）

刺参（Apostichopus japonicus）隶属于棘皮动物门（Echinodermata）海参纲（Holothuroidea），是温带区最主要的经济种类，且近年来刺参产业蓬勃发展。随着养殖技术的发展和市场需求的增多，刺参养殖密度不断增加，然而栖息地环境恶化、苗种混杂，使得现有品种种质退化、生长缓慢、抗逆性降低。因此，种质创制已成为我国水产养殖业研究的重点之一[1]。鉴于此，国内刺参育种科研院所与生产单位历经多年，相继选育出具有生长速度快、疣足数量多、耐高温、抗病等优异生产性状的刺参新品种，为国内刺参产业进一步发展奠定了种质基础[2]。

形态性状和体质量性状是水产动物的重要经济性状，多元回归分析作为研究水产动物形态性状和体质量性状之间关系的主要方法，在水产动物选择育种中发挥了指导作用。已有研究表明，通过统计分析方法来设计和优化选择育种策略，可以提高水产动物的养殖产量。通过形态性状间接地指导品种选育，是一种有效的辅助选育手段，目前已被广泛应用于其他水产动物的选育过程中[3-6]。刺参具有离水后身体收缩变形和吐水等特点，其生长性状的测量非常困难，不同发育阶段形态性状的变化对重要经济性状（体质量）的影响尚不清楚，尤其是选育刺参形态性状与体质量相关关系的研究尚未见报道。

本研究中的刺参选育群体是山东省海洋科学研究院刺参遗传育种团队以生长速度和耐低盐为选育目标，采用群体选育的方法培育的刺参新品系，至2019年已成功选育到第5代。本研究以一龄刺参选育群体为研究对象，对刺参群体的形态性状和体质量性状进行相关性分析和通径分析，并分析形态性状对体质量的通径系数，探明影响刺参体质量的主要形态性状，建立刺参群体形态性状和体质量之间的最优回归方程。依据刺参表观形态性状指导选择育种工作，对刺参优异种质创制及育种目标的选择具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料的性状测量

2020 年5 月，以山东省海洋科学研究院海洋种质资源研究所选育的F5代一龄刺参为实验材料，将10 kg 参苗放在山东省青岛市鳌山实验基地室内5 m3养殖玻璃钢槽中进行暂养。随机选取366头刺参样本，测量刺参的体长（body length, BL）、体宽（body width,BW）和体质量（body mass,BM）3 个生物学指标，并计算复合形态指标长宽平方根（square root of the length-width,SLW）。参考韩莎等[7]的研究方法，将刺参放入0.2 mol/L 薄荷醇溶液中麻醉5～10 min，待其身体放松呈舒展状态时，以直尺为参照物，对样本进行逐一拍照，通过图像软件计算获取刺参体长、体宽数据；体长是指从背部触手前端到肛门的长度，体宽是指背部体壁正中的宽度，测量时均精确到0.01 cm；将刺参样本吸干体表水分后沥水10 min，用电子天平测量体质量，精确到0.01 g。复合形态指标SLW（cm）计算公式如下：

式中：BL为体长，cm；BW为体宽，cm。

1.2 数据统计与分析

使用SPSS 25.0 软件进行统计并对刺参各性状数据进行非参数检验。卡方检验结果显示，P值均大于0.05，说明所分析性状符合正态分布，可以对这些性状做进一步描述性统计，包括平均数、标准差和变异系数（coefficient of variation,CV）；对各性状数据进行相关性分析，计算相关系数；在相关性分析的基础上，以刺参外部形态性状为自变量（x1～x3），体质量为因变量（y），通过逐步回归法，剔除偏回归系数不显著的性状，建立最优多元回归方程，如下所示：

式中：y为因变量，xi为自变量，b0为常数，bi为对应的偏回归系数。

自变量对因变量的间接通径系数由自变量之间的相关系数及自变量对因变量的通径系数计算得到，计算公式为：

式中：Pxixj为间接通径系数，rij为各性状间的相关系数，Pj，y为通径系数。

决定系数d由通径系数的平方计算得到，其中：直接决定系数di=，间接决定系数dij=2rijPi，yPj，y，总决定系数R=。

为研究单个形态性状与体质量的回归关系，分别以形态性状为自变量，体质量为因变量绘制散点图，并进行幂函数拟合，计算出参数估计值，拟合R2的大小作为判断模型拟合度的评价标准。体质量（y）的回归方程为：

式中：α为常量；x为自变量；β为异速生长因子，当β＞3时为正异速生长，β＜3时为负异速生长。

2 结果与分析

2.1 刺参各性状的描述性统计

有关刺参选育群体F5代样本的体长、体宽、SLW 3个形态性状和体质量数据统计的结果见表1。从中可知：刺参体质量范围为0.46～88.17 g，平均值为14.95 g；各性状的变异系数不等，在32.19%～94.85%范围内波动，其中，体质量的CV值最大，为94.85%，其次是体宽，为52.84%；体宽的峰度值和偏度值最大，分别为11.44和2.46，体长的峰度值和偏度值最小，分别为0.07和0.37。

表1 刺参各性状的描述性统计结果Table 1 Descriptive statistical results of traits of A.japonicus

2.2 刺参形态性状与体质量间的相关性

从表2 中可以看出，刺参各性状间呈极显著正相关（P＜0.01）。从形态性状的相关性来看，体宽和SLW 的相关系数最大，为0.93；体长和体宽的相关系数最小，为0.62。从形态性状和体质量的相关性来看，相关系数从大到小依次为SLW＞BW＞BL，分别为0.88、0.86、0.71。

表2 刺参形态性状及体质量间的相关系数Table 2 Correlation coefficients between morphometric traits and body mass of A.japonicus

2.3 刺参形态性状对体质量影响的通径分析

不同形态性状对体质量影响的通径分析结果如表3所示。从中可知，SLW、体宽对体质量的通径系数达到极显著水平（P＜0.01），SLW 对体质量的直接作用最大，通径系数达0.62，可见SLW 是影响体质量的主要因素，而体宽对刺参体质量的间接作用大于直接作用，且这种间接作用主要通过SLW产生的影响体现。

表3 刺参形态性状对体质量的通径系数Table 3 Path coefficients of morphometric traits on body mass of A.japonicus

2.4 刺参形态性状对体质量的决定程度

刺参各形态性状及其协同对体质量的决定系数如表4 所示。从中可知：形态性状对体质量的总决定系数为0.78，表明本研究表4 中所列形态性状是影响体质量的重点性状，其他形态性状影响相对较小，为0.22。各性状中，SLW 对体质量的单独决定程度最大，其决定系数为0.38，SLW 与体宽的共同决定系数为0.32。

表4 刺参形态性状对体质量的决定系数Table 4 Determination coefficients of morphometric traits on body mass of A.japonicus

2.5 刺参形态性状对体质量最优回归方程的建立

通过逐步回归统计分析形态性状对体质量的回归关系，其回归系数和通径系数分别见表5～6。回归模型分析结果保留了2个对体质量影响显著的形态性状SLW 和体宽。随着自变量被逐步引入回归方程，自变量从1个增加到2个，回归模型的相关系数从0.88 增加至0.89，同时标准误从6.69 逐渐降低为6.52，表明回归模型的准确性在增加。形态性状对刺参体质量的多元线性回归方程为：BM=－16.14+6.70SLW+4.31BW。从相关指数计算剩余因子e= 1－R2=0.46，该值较大，说明对体质量产生影响的自变量不只2个。

表5 刺参形态性状对体质量的多元回归模型输出结果Table 5 Output results of multiple regression models of morphometric traits to body mass in A.japonicus

2.6 刺参形态性状与体质量的回归关系

以多元回归方程中的形态性状SLW 和体宽为自变量，体质量为因变量，分别进行幂函数回归，得到刺参SLW-体质量、体宽-体质量关系的散点图（图1～2），这两者的幂函数模型分别为BM=0.39SLW2.66（R2=0.86，P＜0.001）和BM=3.67BW2.03（R2=0.78，P＜0.001）。BW、SLW 和BM 模型的回归系数均大于0.70，且达到了极显著水平（P＜0.001），根据拟合值R2的大小判断，SLW和体质量拟合效果最好。采用t检验回归方程的幂指数（β）与3之间的差异性，结果为差异显著（P＜0.05），表明刺参群体为负异速生长模式（β＜3），即形态性状的生长明显快于体质量的增加。从体长-体宽关系的散点图3可知，体长与体宽的回归方程为ln BW=0.22ln BL1.02（R2=0.55，P＜0.01），说明体长的生长明显快于体宽。

图1 刺参SLW-体质量关系Fig.1 Relationship between SLW and body mass of A.japonicus

图3 刺参体长-体宽关系Fig.3 Relationship between body length and body width of A.japonicus

表6 刺参形态性状对体质量的多元回归系数输出结果Table 6 Output results of multiple regression coefficients of morphometric traits to body mass in A.japonicus

图2 刺参体宽-体质量关系Fig.2 Relationship between body width and body mass of A.japonicus

3 讨论与结论

3.1 刺参形态特征和生长特性

刺参体型为纺锤形，两头细，中间粗，体壁中间凸出、体壁较厚，身体具有伸缩变形的特性，其形态和生理特性决定了其形态指标少且度量性差。体质量是最重要的经济性状指标，在刺参中多通过测量体质量来了解其生长规律，而刺参的生长特征不同于其他水产品种，个体差异大是海参的普遍特征[8]，但其生长机制尚不清楚。在育种过程中，同一批选育子代群体生长越均匀、同一性越高，其基因的纯合度就越高。通常用变异系数来表示鱼类等水产动物群体生长规格的同一性程度[9]，变异系数作为人工选育的参考依据，其值越大说明选择潜力也越大，这是保证选择育种结果的前提。本研究中，刺参形态性状的变异系数均在30%以上，其中体宽的变异系数最大，为52.84%，表明同一时间段不同个体间体宽在生长速度上存在较大差异；体质量的变异系数高达94.85%，可见刺参体质量具有非常大的选择潜力。

3.2 刺参形态性状与体质量相关性分析及通径分析

不同水产动物生物学特征不同。体质量受不同形态性状的影响，与刺参种类、性别、养殖密度密切相关[10-11]。本研究中，通径分析结果表明，多个形态性状共同影响刺参体质量，而影响体质量的主要形态性状为体宽和复合形态指标SLW。其中，复合形态指标SLW对刺参体质量的直接作用最大，而体宽对体质量的影响达到正向显著水平，但通径系数却不高，这是两者的直接作用和其他变量的间接作用正负影响相互抵消的结果。本研究结果显示，复合形态指标SLW为影响刺参体质量的重点性状，符合刺参的形态学特征，其体长和体宽的变化具有联动性，作为综合体长和体宽2个性状的指标，在一定程度上不仅能够减少数据的变异性，更能提高数据的准确性，因此这一复合指标逐渐被应用于刺参生长性状的研究中[12-13]。在以往的研究中，多选择体长指标分析与刺参体质量的相关关系。本研究结果发现，刺参体宽与体质量的相关关系较体长更为紧密，且体宽通过SLW对刺参体质量产生的间接影响更大，这一结果与刺参选育群体F5代呈“体宽型”，中段形态“宽大”的特征相吻合。不同种类水产动物影响体质量的形态性状是不同的[14-15]，李思发等[16]研究结果表明红鲤的体质量主要由全长、体长等主要长度性状决定，何小燕等[17]分析得出大口黑鲈体宽对体质量的直接影响最大。有研究表明，影响菲律宾蛤仔体质量的主要性状是体宽，体宽较大的品种，出肉率较高[18]，而刺参体宽是指身体中间凸出的最大宽度，体宽越大，刺参肉质越厚，出皮率越高，本研究结果与此相似。

3.3 刺参形态性状对体质量的影响

本研究构建的刺参多元回归方程复相关系数为0.79，可以得出该方程对刺参体质量的估算具有较好的参考价值，但剩余因子（0.46）较大，而且所有形态性状对体质量的总决定系数为0.78，其他影响因素对体质量的决定系数为0.22。根据相关研究，当各自变量对因变量决定系数或两两共同决定系数的总和大于或者等于0.85时，即可确定影响因变量的主要自变量[11,19]。本研究结果表明，除SLW、体宽这2 个性状外，还有其他对刺参体质量性状影响较大的因素未被考虑到，在双壳贝类研究中也得到类似的结果[20]。通过对刺参外部形态进一步观察分析发现，刺参体型比较饱满，背部隆起，体壁较肥厚，说明刺参的形态大小同时受到体长、体宽及体壁厚度的影响，而刺参体壁厚度作为影响刺参体宽的重要因素，对决定体质量非常重要。鱼类中存在异速生长现象，因而不同生长阶段影响体质量的形态性状存在明显差异[21-22]。海参中也存在异速生长现象[23-25]，本研究发现选育刺参群体为负异速生长，即形态性状的生长快于体质量的增加，体长的生长快于体宽。刺参的体壁随其生长不断增厚，伴随着体宽的变粗而增厚，实际上体壁厚度这一形态性状度量非常困难，但可通过其他性状如体宽间接地影响体质量。因此，不同生长时期、不同发育阶段影响刺参体质量的因素有待进一步探讨。

众所周知，体质量等经济性状是选育优良品种的目标性状。在鱼类等的选择育种中，常以体质量为主要指标，以全长、体长等可测量的形态性状为辅助育种选择指标[26-27]。目前，选育刺参新品种时多以速生、抗逆、耐高温等为选育目标，而形态性状对体质量有重要的影响，若在选育过程中能通过其他相关性较高的目标性状加以间接选择，则能达到更好的选育效果。

因此，在选择育种工作中，以刺参体质量为主要选育目标性状时，应把形态性状纳入选择中，将体宽性状作为直接选择，同时加强对体长的协同选择，采用多性状协同选择将提高良种选育率。