三亚和北海群体大珠母贝表型性状比较及通径分析

张钰伟,邓正华,黄星美,赵旺,温为庚,王雨,陈明强,于刚*

(1.中国水产科学研究院南海水产研究所热带水产研究开发中心,海南 三亚 572018;2.三亚热带水产研究院,海南 三亚 572426;3.天津农学院,天津 300384)

大珠母贝(Pinctadamaxima)俗称白蝶贝,隶属软体动物门(Mollusca)、双壳纲(Bivalvia)、珍珠贝目(Pterioida)、珍珠贝科(Pteriidae)、珠母贝属(Pinctada)[1],贝壳大而坚厚,呈蝶状,喜欢集群栖息于珊瑚礁、岩礁沙砾等环境,主要分布于印度洋和南太平洋沿海,中国境内则分布在海南岛、西沙群岛和雷州半岛的沿岸海域[2]。珍珠是贝类在受到进入体内的外来物刺激的情况下孕育而成,其中海产珍珠的质量当属上乘,而大珠母贝是中国最大的珍珠贝,所产的珍珠最大,而且色泽靓丽,圆滑光润,深受广大消费者喜爱,极具市场潜力[3]。因此,对大珠母贝进行大规模养殖和开发利用是国内外珍珠贝养殖者的共同目标。然而,随着社会经济的发展,海洋捕捞技术的进步和装备的更新换代,过度捕捞现象屡见不鲜,许多生物濒临灭绝[4],大珠母贝也不例外[3]。大珠母贝对生长环境要求苛刻,在自然海域分布范围有限,急需开展人工养殖技术研究,促进养殖业的发展[1]。

生物的外部形态性状受基因与环境交互影响,不同地理群体的同种贝类外部形态性状可能存在差异,与质量性状之间也存在一定的联系[5],而贝类的质量性状是衡量贝体生长及其健康状况等生产性能的重要指标,部分外部形态性状也会直接影响大珠母贝插核育珠的效果。研究表明,日本马氏珠母贝体质量与其所产的珍珠质量显著相关,珍珠大小和育珠贝规格有密切联系,育珠贝壳长、壳宽、体质量等可量性状之间也存在着线性关系[6]。相对质量性状而言,外部形态性状比较直观,肉眼可辨。邓正华等[7]已对海南三亚附近海域单一群体野生大珠母贝进行了形态性状对体质量的相关性及其通径分析,其结论为对体质量影响最大的外部形态性状是壳高;而武禹安[8]研究表明不同群体菲律宾蛤仔(Ruditapesphilippinarum)对体质量起决定作用的外部形态性状是不同的;于德良等[9]也得出不同养殖群体虾夷扇贝(Patinopectenyessoensis)的形态存在显著差异;为开展大珠母贝的人工选育工作,需明确不同地域野生大珠母贝的外部形态性状与其体质量之间的关系,筛选出不同地域野生大珠母贝对体质量起决定性作用的关键指标,对人工选育大珠母贝具有重要的指导意义。

随着国内外对大珠母贝的研究逐渐深入,已经涉及到人工育苗[10-11]、养殖[12-14]、育珠[15-16]、遗传生物学[17-20]及病害[21]等多个方面。通径分析作为人工选育常用的方法之一,在贝类中得到广泛的应用[22-26],其中包括华贵栉孔扇贝(Clamysnobilis)[27]、文蛤(Meretrixmeretrix)[28]、企鹅珍珠贝(Pteriapenguin)[29]等,对海水贝类的人工选育起了重要的指导作用。本研究以海南三亚、广西北海自然海域2龄野生大珠母贝为研究对象,根据其壳宽、壳长、壳高、绞合线长、体质量进行多元回归分析,明确彼此之间的相关性,并采用逐步回归分析的方法,根据显著性检验结果剔除差异不显著的性状,建立最佳回归方程,从而深入挖掘不同地域野生大珠母贝外部形态性状对体质量的影响程度及其决定系数,为其人工选育提供参考。

1 材料和方法

1.1 实验材料

本实验所用的野生大珠母贝分别采于海南省三亚市和广西省北海市的自然海域,分别取样31和33只于中国水产科学研究院南海水产研究所热带水产研究开发中心暂养。

1.2 实验方法

1.2.1 数据测量

以电子游标卡尺测量得到大珠母贝的壳长(SL)、壳高(SH)和壳宽(SW),精确度为0.01 mm,其中壳长为贝壳前端至后端的最大距离,壳高为背腹间最大的距离,壳宽则为贝壳左右间横向的最大距离,其各形态测量如图1所示。用电子天平测量大珠母贝的体质量(BW),精确度为0.01 g。

图1 大珠母贝外部形态性状Fig.1 External morphological traits of P. maxima

1.2.2 分析方法

每个群体大珠母贝所测量的各性状数据均采用SPSS 21.0软件进行分析,得到各性状均值(Mean)、标准差(SD)、变异系数(CV),将各性状之间进行相关性分析、外部形态性状对质量性状的直接作用和间接作用,并计算各形态性状对质量性状的决定系数,采用逐步线性回归法剔除差异不显著的外部形态性状,建立外部形态性状对质量性状的最优回归方程。

2 结果与分析

2.1 三亚和北海群体野生大珠母贝各性状统计计量及比较结果

三亚和北海群体野生大珠母贝主要外部形态性状和体质量的统计结果如表1所示。北海群体大珠母贝的壳长、壳高和绞合线长的平均值均高于三亚群体大珠母贝。三亚群体大珠母贝除了绞合线长,各性状的标准差均高于北海群体大珠母贝。对于变异系数而言,三亚和北海群体大珠母贝的体质量均大于其他性状,其中三亚群体大珠母贝除了壳宽和绞合线长,其他表型性状及体质量均高于北海群体大珠母贝。

表1 三亚和北海群体野生大珠母贝表型性状和质量性状的统计计量的比较结果Tab.1 Comparison of statistical measurement results of phenotypic traits and quality traits of wild P. maxima in Sanya and Beihai populations

2.2 三亚和北海群体野生大珠母贝各性状之间的相关性分析

2.2.1 三亚群体大珠母贝各性状之间的相关系数

如图2所示,三亚群体大珠母贝各参数指标间的相关性除了壳长与体质量和壳宽与绞合线长之间的相关性呈显著水平外(P<0.05),均达到极显著水平(P<0.01),其中壳长与壳高之间的相关系数最大为0.93,各外部形态性状与体质量间的相关系数从大到小分别为壳宽(0.71)>绞合线长(0.52)>壳高(0.49)>壳长(0.45)。

图2 三亚群体大珠母贝各性状之间的相关系数注：“**”表示极显著相关(P<0.01);“*”表示显著相关(P<0.05)。Fig.2 Correlation coefficient between traits of Sanya population P. maximaNotes：“**”means extremely significant correlation(P<0.01);“*”means significant correlation (P<0.05).

2.2.2 北海群体大珠母贝各性状之间的相关系数

北海群体大珠母贝各参数指标间的相关性如图3所示,各性状之间的相关性均达到极显著水平(P<0.01),其中壳长与壳高之间的相关系数最大为0.89,各外部形态性状与体质量间的相关系数从大到小分别为壳高(0.84)>壳宽(0.80)>壳长(0.68)>绞合线长(0.62)。

图3 北海群体大珠母贝各性状之间的相关系数注：“**”表示极显著相关(P<0.01);“*”表示显著相关(P<0.05)。Fig.3 Correlation coefficient between traits of Beihai population P. maximaNotes：“**”means extremely significant correlation(P<0.01);“*”means significant correlation (P<0.05).

2.3 三亚和北海群体野生大珠母贝各外部形态性状对体质量的回归分析

利用SPSS 21.0软件对自变量壳长x1、壳高x2、壳宽x3和绞合线长x4,因变量体质量y进行逐步回归分析,得到对体质量影响显著的各外部形态性状的通径系数。根据显著性检验结果剔除不显著的性状,保留通径系数显著的性状。外部形态性状对体质量的回归分析如表2所示,除了北海群体大珠母贝壳长对体质量产生显著影响外,其他各外部形态性状对体质量均产生极显著的影响,说明保留下来的外部形态性状与体质量之间有显著的线性关系,最终得到三亚和北海群体大珠母贝表型性状对体质量的最优多元线性回归方程如下：

表2 三亚和北海群体野生大珠母贝各性状对体质量的偏回归系数检验Tab.2 Partial regression coefficient test of wild P. maxima traits on body weight in Sanya and Beihai populations

三亚：y=300.927x3+44.806x4-1087.31;R2=0.584

式(1)

北海：y=46.017x2+140.949x3-897.268;R2=0.750

式(2)

多元线性回归的方差分析结果(表3)表明,三亚和北海群体大珠母贝的外部形态性状与体质量之间的回归均达到极显著水平(P<0.01)。其中三亚和北海群体大珠母贝的外部形态性状与体质量之间的方差分析结果F值分别为19.625和44.994,且均达到极显著差异(P<0.01),说明此结果可用于实际生产。

表3 三亚和北海群体野生大珠母贝外部形态性状对体质量回归的方差分析Tab.3 Variance analysis of external morphological traits on body weight regression of wild P. maxima in Sanya and Beihai populations

2.4 三亚和北海群体野生大珠母贝各外部形态性状对体质量的通径分析

以上述的逐步分析为基础,在剔除差异不显著(P>0.05)的外部形态性状后,计算三亚和北海群体大珠母贝外部形态性状对体质量的直接作用、间接作用及间接作用总和(Σ Total)。三亚和北海群体大珠母贝外部形态性状对体质量的通径分析结果(表4)表明：三亚群体大珠母贝被保留下来的外部形态性状有壳宽和绞合线长,对体质量的直接作用影响最大的为壳宽(0.603);北海群体大珠母贝被保留下来的外部形态性状有壳宽和壳高,其中壳高对体质量的直接作用影响最大(0.553),壳宽通过壳高对体质量的间接作用影响最大(0.434)。

表4 三亚和北海群体野生大珠母贝外部形态性状对体质量的影响的通径分析结果Tab.4 Path analysis results of effects of external morphological traits on body weight of wild P. maxima in Sanya and Beihai populations

2.5 三亚和北海群体野生大珠母贝各外部形态性状对体质量的决定程度分析

三亚和北海群体大珠母贝各外部形态性状对体质量的决定系数(表5)表明：三亚群体大珠母贝壳宽对体质量的决定系数最大为0.364,绞合线长通过壳宽对体质量的间接决定系数为0.132;北海群体大珠母贝单一性状决定系数最大是壳高(0.306),壳宽通过壳高的间接决定系数为(0.314)。

表5 三亚和北海群体野生大珠母贝表型性状对体质量的决定系数Tab.5 The determination coefficient of phenotypic traits of wild P. maxima on body weight in Sanya and Beihai populations

3 讨论

质量性状在一定程度上反应贝类生长、健康状况和育珠效果[7],而外部形态性状较之更直观,肉眼可辨,并且外部形态性状受基因、环境以及基因与环境交互影响,不同地理环境的同种贝类性状存在差异。由于外部形态性状与质量性状之间存在一定联系,因此,明确不同地域野生大珠母贝外部形态性状对质量性状的影响程度,从而筛选出健康、性状优良的目标亲贝,对人工选育工作具有十分重要的指导意义。本研究结果表明,三亚和北海群体野生大珠母贝的体质量的变异系数均大于其他性状,与企鹅珍珠贝[29]、薄片镜蛤(Dosinialaminate)[30]和靓巴非蛤(Paphiaschnelliana)[31]的结果描述一致。在各性状中,体质量的变异系数最大,研究认为性腺成熟饱满的贝类,受到潮水周期、气候变化以及个体生理差异的影响,在一年四季都可以排卵或排精,会减少其软体部分的质量,从而影响体质量的变异系数[32]。壳宽作为珍珠贝人工插核育珠作业过程中一个极为重要的外部形态性状,三亚群体大珠母贝壳宽均值大于北海群体,北海群体变异系数大于三亚群体,此结果表明,北海群体大珠母贝进行人工选育作业过程中其质量性状仍存在巨大的开发潜力。

本研究结果表明,除了三亚群体大珠母贝壳长与体质量以及壳宽与绞合线长之间的相关性呈显著水平外(P<0.05),其他性状间均达到极显著水平(P<0.01),说明三亚群体个体间差异较大,但并不能全面反应各性状之间的本质联系[33],只是各性状之间相互关系的综合结果。因此需要通过逐步回归分析进一步深入挖掘,根据显著性检验结果剔除不显著的性状,建立最佳回归方程,得出对体质量影响显著的主要外部形态性状的通径系数,通常情况下又将其细分为直接作用与间接作用进行全面剖析,筛选出影响体质量的主要外部形态性状[34-36]。魏海军等[37]研究认为,以表型相关分析为基础,在进行通径系数与决定系数分析时,只有当相关指数R2大于或等于0.850时,才能说明影响因变量的主要自变量已被找到,本研究中R2均小于0.850,说明影响三亚和北海群体大珠母贝体质量的主要外部形态性状除了已经被分析的壳长、壳高、壳宽和绞合线长外,还有其他因素。推测其他外部形态性状可能有条纹数、韧带长、足丝直径、最大对角线等[38-39]。

通径结果表明,三亚和北海群体大珠母贝所保留的外部形态性状存在差异。就外部形态性状对体质量的通径分析结果而言,三亚群体被保留的性状为壳宽和绞合线长,其中对体质量影响最大的是壳宽;北海群体保留下来的为壳宽和壳高,对体质量影响最大的是壳高。因此,不同地域的野生大珠母贝对其体质量产生最大影响的外部形态性状有所不同。研究表明,对天津[40]和赣榆[41]2个群体毛蚶(Scapharcasubcrenata)体质量起决定影响的外部形态性状存在差异,与本研究结果一致;不同群体菲律宾蛤仔[8]和不同养殖群体虾夷扇贝[9]也得出此类结果。说明不同地域其经纬度决定其气候特征,而气候特征又影响着海水的酸碱度、盐度、温度等一系列环境因子,生物多样性也因此存在差异,再加上人类活动等种种因素,均可能对野生大珠母贝生长发育的全过程产生影响,最终导致决定其体质量的主要外部形态性状不同。

不仅同种贝类在不同地域存在此类差异,其不同贝龄往往也存在形态性状差异,如薛宝宝等[42]所研究的不同月龄缢蛏(Sinonovaculaconstricta)对其体质量起决定影响的外部形态性状因月龄不同而不同,4月龄起主要影响的性状为壳长,9月龄为壳宽,11月龄为壳高;Huo等[43]也研究得出不同贝龄的菲律宾蛤仔对体质量的直接作用最大的外部形态性状不同;其中邓正华等[6]研究得出对三亚群体超过2龄野生大珠母贝体质量影响最大的外部形态性状是壳高,与本研究2龄结果不同,说明野生大珠母贝也存在决定其体质量的主要外部形态性状随着贝龄的不同而不同的现象。双壳贝类从受精到成年贝的发育过程中,存在多个生长阶段,而每个生长阶段其体态特征各不相同,甚至其成年贝在生长的过程中也存在肉眼难辨的变化差异。此外,不同壳色之间[44-45]以及雌雄个体之间[46]都可能存在着一定差异。

本研究通过对三亚和北海群体野生大珠母贝外部形态性状和体质量的相关性及通径分析,并对结果进行比较,得出不同地域野生大珠母贝决定其体质量的外部形态性状不同。因此,在对野生大珠母贝进行人工选育作业时,要根据其所处地域,包括贝龄、壳色及其雌雄个体的不同来确定为实现以珍珠质量为选育目的的主要外部形态性状。三亚群体2龄野生大珠母贝应注重对壳宽的选择,北海群体应注重对壳高的选择,对大珠母贝选育工作具有重要的指导意义。