湖北7个克氏原螯虾群体形态差异分析

2023-11-23崔学海郜卫华梁宏伟罗相忠

淡水渔业 2023年6期

崔学海，沙航，郜卫华，梁宏伟，罗相忠

(1.长江大学动物科学学院，湖北荆州434020；2.中国水产科学研究院长江水产研究所，武汉430223)

克氏原螯虾(Procambarusclarkii)俗称小龙虾，又称克氏螯虾、红色沼泽螯虾，隶属节肢动物门甲壳纲十足目螯虾亚目刺姑科原螯虾属[1]。克氏原螯虾肉质鲜美，营养价值丰富，是一种高蛋白、低热量和低脂肪的优质水产品，深受人们的青睐[2]。近年来克氏原螯虾养殖业得到迅猛发展，其中湖北、湖南、安徽、江苏等省养殖最为集中。由于各地区生长环境不同，以及不规范的引种、繁养不分离、捕大留小、近亲繁殖等，克氏原螯虾种质较为混杂，遗传多样性下降[3]。

采用多元统计分析克氏原螯虾形态学差异可以克服其因地域、水质、当地气候以及其他因素的变化对虾体本身造成一些形态上的影响，能够快速、直观、准确地反映出不同群体之间的差异。张龙等[4]对11个克氏原螯虾群体形态特征分析发现不同地方的养殖群体之间存在一定的差异。魏青山[5]对武汉群体分析发现，随着虾龄的增长，长度生长速度逐渐变慢，体重生长速度逐年加快。郑友等[6]对江苏克氏原螯虾群体进行调查发现，江苏各地的克氏原螯虾不同群体之间也存在形态差异。韩晓磊等[7]通过聚类分析和主成分分析方法分析了克氏原螯虾肢体长度、头胸甲部、腹部和尾部间比例参数，证实山东、安徽、江苏、湖北4个地区由于地理不同野生克氏原螯虾已经产生了形态上的差异。BARKI等[8]用Von Beralanffy生长方程描述了克氏原螯虾的生长情况。本研究对湖北省内主要养殖地域的克氏原螯虾形态学差异进行分析，旨在探明湖北不同养殖群体形态特征差异，以期为克氏原螯虾的群体鉴别以及种质资源挖掘提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

7个养殖群体克氏原螯虾于2022年4月收集自湖北省主要养殖区域监利市、公安市、潜江市、洪湖市、江陵县、石首市和鄂州市，具体样本采集信息见(表1)。

表1 样品采集信息表Tab. 1 Sample Collection Information

1.2 形态参数测量与数据处理

用游标卡尺测量每尾虾的全长、体长、头胸甲长、腹长、尾扇长、头胸甲宽、第一腹节宽，测量数据精确到0.01 mm，测量如图 1，测量方法参照文献[9]；用天平称取全虾体重，精确到0.01 g。实验数据分析用Origin和SPSS 22.0软件处理，通过聚类分析、主成分分析、差异系数检验、T检验、判别分析对实验所得数据进行分析。为消除一些对参数值影响的条件，使实验数据科学合理，因此在多元统计分析中采用各性状参数与体长之比进行校正，具体见(表2)。

图 1 克氏原螯虾各形态测量指标Fig 1 The morphological measurement indexes of P.clarkiiW：体重 a：全长；b：体长；c：头胸甲长；d：腹长； e：尾扇长；f：头胸甲宽；g：第一腹节宽

表2 10项克氏原螯虾形态特征比例参数Tab. 2 10 Morphological characteristics of P. clarkii

表3 雌性克氏原螯虾特征因子负荷矩阵及累计贡献率Tab．3 Characteristic factor load matrix and cumulative contribution rate of female P. clarkii

1.3 分析方法

1.3.1 聚类分析

首先运用EXCEL分别求出各个群体10项形态指标的平均值，然后采用欧式系统聚类法对这些平均值进行聚类分析。

1.3.2 主成分分析

用SPSS 22.0对克氏原螯虾进行主成分分析，得到最后主成分的特征值和贡献率，用以判断最终影响克氏原鳌虾形态的性状。

1.3.3 差异系数检验

差异系数用CV表示，通过SPSS 22.0求出各个参数的平均值和标准差，如果CV值低于1.28则表示某项指标的差异未达到亚种水平。

差异系数(coefficient variance，CV)参考公式如下：

CV=(M1-M2)/(S1+S2)

式中：M1、M2表示2个群体某项指标的平均值，S1、S2为标准差。

1.3.4 T检验

首先将收集的各群体克氏原螯虾分为雌、雄两组，然后用SPPS 22.0对这两个组进行独立样本T检验。如果P<0.05则表示之间有显著性差异，反之无显著差异。

1.3.5 判别分析

根据各项已知的形态指标用逐步判别法判断各群体的性质，建立判别函数，用SPSS分析判别出各群体的分类。判别准确率公式参照李思发等[10]的方法，公式如下：

判别准确率=(某克氏原螯虾群体判别的正确尾数/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 结果分析

2.1 聚类分析

利用7个克氏原螯虾养殖群体的10个形态特征比例参数进行聚类分析，结果表明7个群体的克氏原螯虾聚为两支。雌性克氏原螯虾鄂州群体与江陵群体欧式距离最短聚为一支；石首群体与监利群体聚为一支后，与洪湖群体聚为一支，再与公安群体和潜江群体聚为一支(图2)。雄性克氏原螯虾群体中首先鄂州群体与江陵群体聚为一支；石首群体与潜江群体聚为一支，然后两支聚为一大支；洪湖群体与公安群体和监利群体聚为一支(图3)。

图2 7个群体雌性克氏原螯虾聚类分析Fig.2 Cluster analysis of 7 groups of female P. clarkii

图3 7个群体雄性克氏原螯虾聚类分析Fig.3 Cluster analysis of 7 groups of male P. clarkii

2.2 主成分分析

对7个群体的克氏原螯虾进行主成分分析，选取前4个主成分的特征值和累计贡献率。雌性克氏原螯虾前4个主成分累计贡献率为86.10%，雄性克氏原螯虾前4个主成分累计贡献率为87.31%。雌性群体第一主成分中X9的贡献率最高，第二主成分中X10的贡献率最高。雄性群体的第一主成分中X9的贡献率最高，第二主成分中X10的贡献率最高。影响7个群体克氏原螯虾形态的主成分主要体现在头胸甲长和腹长。雌性的第一主成分的贡献率为30.47%，反映的是腹长/头胸甲长的特征；第二主成分的贡献率为25.29%，反映尾扇长/腹长的特征；第三主成分的贡献率为22.26%，反映尾扇长/体长的特征；第四主成分的贡献率为8.08%，反映全长/体长的特征。雄性的第一主成分的贡献率为33.72%，反映腹长/头胸甲长的特征；第二主成分的贡献率是32.09%，反映的是尾扇长/腹长的特征；第三主成分的贡献率为13.83%，反映的是第一腹节宽/体长的特征；第四主成分的贡献率为7.67%，反映的是全长/体长的特征(表 3)。

2.3 差异系数(CV)检验

差异系数检验的结果显示，雌性克氏原螯虾仅有2个群体CV值大于1.28，其余均低于1.28，与全部7项指标参数相比占了很小的比例。雄性有4个群体达到了1.28。因此，总体来说7个群体的克氏原螯虾群体间形态差异并未达到亚种以上分类水平(表4和表5)。

表4 雌性克氏原螯虾群体间差异系数Tab.4 The coefficient of variation among female P. clarkii populations

2.4 T检验

7个群体雌雄克氏原螯虾X4和X7有显著性差异,X1、X3和X9达到极显著性差异。T检验结果显示(表6),克氏原螯虾的7个参数的平均值中X7、X9雌性均大于雄性,而雄性的X1大于雄性。雌雄克氏原螯虾在体重、头胸甲长、腹长、尾扇长以及第一腹节宽上均存在显著差异,且雌性尾扇长与第一腹节宽均值大于雄性,雄性的体重均值大于雌性。

表6 雌雄群体的 10 项形态特征比例参数统计表Tab.6 Statistical of proportion parameters of 10 morphological characteristics of male and female populations

2.5 判别分析

对7个群体的10个比例性状进行逐步判别分析，F检验结果表明雌雄判别结果均较好，雌性群体的X3、X4、X6、X7、X9、X10性状差异不显著，雄性群体的X3、X4、X6、X9性状差异不显著。鄂州、洪湖、江陵、监利、石首、公安和潜江雌性群体判别准确率P1分别是54.2%、70.0%、83.3%、52.4%、40.0%、80.0%和60.0%，判别准确率P2(P2表示交叉验证的判别率)分别是54.2%、63.3%、76.7%、47.6%、36.7%、76.7%和56.7%，综合判别率为63.6%(表7)；雄性群体判别准确率P1分别为73.3%、90.0%、83.3%、90.9%、56.7%、63.3%和63.3%，判别准确率P2分别是53.3%、83.3%、76.7%、86.4%、56.7%、60.0%和60.0%，综合判别率为73.8%(表8)。雌性群体判别准确率率最高的是江陵群体(83.3%)，最低是石首群体(40.0%)，雄性群体判别率最高的是监利群体(90.9%)，最低的同样是石首群体(56.7%)，总体判别效果较好(表7和表8)。

表7 7个雌性群体克氏原螯虾的判别方程及判别率Tab.7 Discrimination equation and discrimination rate of 7 female populations of P. clarkii

表8 7个雄性群体克氏原螯虾的判别方程及判别率Tab.8 Discriminant equation and discrimination rate of 7 male populations of P. clarkii

3 讨论

多元统计分析在育种和进化方面已有广泛应用，并且在很多生物中获得了较好的效果，国内也有相关学者用多元统计分析对水生生物进行了分析[11-14]。郭慧[15]采用3种多元统计分析对8个罗氏沼虾(Macrobrachiumrosenbergii)群体的形态比例参数进行比较研究指出杂交种群之间形态差异较小。蔡晓鹏等[16]对我国沿海地区5个群体的日本囊对虾(Marsupenaeusjaponicus)形态差异比较分析指出不同地理群体的日本囊对虾有一定的差异。刘若晖等[17]等对长江口刀鲚(Coilianasus)进行分析发现，长江口不同群体刀鲚的躯干横向和头长的差异可能由摄食和环境差异造成的。朱皓东等[18]通过对缅甸野生、泰国和越南养殖群体罗氏沼虾的形态性状进行研究认为，体重通径达到显著差异的形态性状可作为选育指标。李哲等[19]对广西桂林不同性别禾花鲤(Cyprinuscarpiovar. Quanzhounensis)进行形态分析得出可以把全长作为选育的主要参考指标的结论。

聚类分析可以把不同群体的克氏原螯虾进行初步归类，聚类的先后顺序和距离可以反映不同群体间亲缘关系的远近[13]。本研究7个群体的克氏原螯虾中鄂州与江陵群体雌雄均最先聚为一支，2个群体亲缘关系最近。雌雄群体差别在于监利群体石首群体和潜江群体聚类结果不一致，可能是由于人为因素导致的各地区群体交流的结果。近年来，克氏原螯虾在湖北各地已广泛养殖，成虾或虾苗种频繁进行跨地区销售和运输，可能会导致成虾和苗种通过销售等方式进行地区间交流，导致形态发生变化，最终雌雄群体聚类结果不一致。

主成分分析是一种从多个变量中通过线性变换得出几个比较重要变量的一种基础的多元统计分析方法[14]。通过对各形态比例参数在主成分中的特征值和各主成分的贡献率及累积贡献率，来判断最终影响克氏原鳌虾形态的性状。韩晓磊等[20]用主成分分析对克氏原螯虾和东北鳌虾(Cambaroidesdauricus)进行分析发现，克氏原螯虾与东北鳌虾的形态差异是由虾体各个部位的宽度造成的。平洪领等[12]等对斑鰶(Konosiruspunctatus)的形态学特征进行分析表明，斑鰶的第一主成分是与体重、全长和体长有关，并且是以增重、增长为主的生长发育特性。本研究采用主成分分析将10项形态指标简化为4个主成分，雌雄主成分累计贡献率分别是86.10%和87.31%，其中第一主成分都是与头胸甲长和腹长有关，主成分分析结果表明头胸甲长、腹长和尾扇长对7个群体的形态影响较大。进一步分析发现，雌雄克氏原螯虾的形态差异主要体现在全长、尾扇长、头胸甲宽以及第一腹节宽上，且雄性虾的平均值在体重全长、头胸甲长、头胸甲宽和第一腹节宽均大于雌性，腹长和尾扇长的平均值雌性大于雄性。在雌雄全长相等的情况下雄性的体重明显大于雌性，原因可能是雄性的螯普遍比雌性的螯大。在全长相等的情况下雌虾的腹长比雄虾的长，原因可能与雌虾的抱卵以及孵化幼苗的特性有关。

判别分析是多元统计的一种方法，可以通过建立判别函数，对未知样品进行分类[21]。冯艺等[22]对罗氏沼虾3个养殖群体进行判别分析得到9个性状的判别函数系数，3个养殖群体存在一定差异，综合判别率为75.9%。玄文丹等[23]对日本方头鱼(Branchiostegus)和白方头鱼(Branchiostegusalbus)的耳石和鱼体形态进行逐步判别分析，耳石和鱼体形态的判别正确率为85.1%和94.0%，综合判别率达到98.0%。王海山等[24]研究饥饿对眼斑双锯鱼(Amphiprionocellaris)幼鱼形态的影响，分析证实经形态比值处理过的数据比未经比值处理过的数据更具可信度。本研究建立了7个群体的判别函数，分别对雌、雄群体进行逐步判别分析，其中雌性群体准确判别率为40.0%～83.3%，判别准确率率最高的是江陵群体(83.3%)，最低的是石首群体(40.0%)，综合判别率为63.6%(表7)。雄性群体准确判别率为56.7%～90.9%，判别准确率率最高的是监利群体(90.9%)，最低的是石首群体(56.7%)，综合判别率为73.8%(表8)。此结果与张龙等[4]、郑友等[6]、韩晓磊等[13]、徐滨等[25]的研究结果相似，均为雌性群体判别率低，雄性群体判别率高，可能是采样群体来自不同区域，在形态上虽有差异，但未达到亚种水平导致的。分类学上一般把亚种作为最小的分类单位，但有些学者认为还可以继续分类并因此提出差异系数的概念[26]，并把亚种分类的临界值定为1.28[27]。本研究中的7个克氏原螯虾群体大部分差异系数值低于1.28，因此可以判断这7个群体的克氏原螯虾形态差异并未达到亚种水平。国外学者AVISE等[28]在Mayr的原理基础上提出亚种间的形态差异要与分子差异一致。