不同群體中華鱉的形態(tài)多樣性分析

陸文浩，韓曉磊，陳 梁，徐建榮，韓曜平

( 1. 太倉(cāng)市水產(chǎn)指導(dǎo)站，江蘇 太倉(cāng) 215400； 2. 常熟理工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500 )

不同群體中華鱉的形態(tài)多樣性分析

陸文浩1，韓曉磊2，陳 梁2，徐建榮2，韓曜平2

( 1. 太倉(cāng)市水產(chǎn)指導(dǎo)站，江蘇 太倉(cāng) 215400； 2. 常熟理工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500 )

對(duì)長(zhǎng)江口、太湖和洪澤湖3個(gè)不同區(qū)域的中華鱉野生群體的16項(xiàng)生物形態(tài)特征進(jìn)行測(cè)量，利用多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)其進(jìn)行形態(tài)多樣性差異的比較研究。聚類(lèi)結(jié)果顯示，長(zhǎng)江口群體和太湖群體首先聚類(lèi)，再與洪澤湖群體聚合；主成分分析中，共得到了3個(gè)主成分，其貢獻(xiàn)率分別為56.208%、10.894%和7.165%，累積貢獻(xiàn)率為74.267%，其種間形態(tài)差異主要取決于頭部的一些形態(tài)特征；判別分析中，洪澤湖群體、太湖群體和長(zhǎng)江口群體的判別準(zhǔn)確率分別為100%、100%和93.3%，平均為97.8%。試驗(yàn)結(jié)果表明，在3個(gè)中華鱉群體中，長(zhǎng)江口群體與洪澤湖群體之間分類(lèi)水平已經(jīng)達(dá)到亞種以上，而長(zhǎng)江口群體和太湖群體還未達(dá)到亞種水平，說(shuō)明采用形態(tài)差異多元分析進(jìn)行中華鱉種間遺傳多樣性研究的可行性，同時(shí)也為種質(zhì)保護(hù)和遺傳育種提供了一定的理論基礎(chǔ)。

中華鱉；多元統(tǒng)計(jì)分析；形態(tài)多樣性

中華鱉(Trionyxsinensis)是中國(guó)重要的特種經(jīng)濟(jì)水生動(dòng)物之一，隸屬于爬行綱、龜鱉目、鱉科、鱉屬，俗稱(chēng)團(tuán)魚(yú)、甲魚(yú)等。在我國(guó)，中華鱉分布廣泛，除西藏和青海外的其他各省均有發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江流域和華南地區(qū)分布較多[1]。中華鱉自古以來(lái)就是名貴的食材和藥物，具有較高的食用和藥用價(jià)值，因此在近代中華鱉的人工養(yǎng)殖發(fā)展非常迅速[2]。中華鱉養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展也帶來(lái)了一系列問(wèn)題的出現(xiàn)，由于中華鱉種間分類(lèi)不明確，加之養(yǎng)殖企業(yè)引種頻繁，導(dǎo)致了種群混雜，群體多樣性不斷降低，致使中華鱉種質(zhì)退化問(wèn)題尤為突出[3]。目前研究顯示，中華鱉還沒(méi)有明確的亞種分類(lèi)，但存在著一些不同的地理群體，而外部形態(tài)特征是中華鱉種質(zhì)資源鑒定最簡(jiǎn)單最直觀的重要方法[4]，可以為中華鱉不同群體間的種質(zhì)鑒定提供一定的理論支持。

多元統(tǒng)計(jì)分析能夠針對(duì)形態(tài)特征的多個(gè)參數(shù)，在多個(gè)對(duì)象和指標(biāo)互相關(guān)聯(lián)的情況下分析其存在的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，適合現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的特點(diǎn)。目前，已大量應(yīng)用于魚(yú)類(lèi)物種確認(rèn)、種群變異、性別差異等方面的研究[4-7]，但是龜鱉類(lèi)動(dòng)物的相關(guān)報(bào)道還不多見(jiàn)。因此，本研究通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)中華鱉的形態(tài)參數(shù)進(jìn)行研究，以期為中華鱉種質(zhì)資源的管理、保護(hù)和開(kāi)發(fā)利用提供有效的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于洪澤湖流域、長(zhǎng)江口流域和太湖流域3個(gè)不同地區(qū)天然水域進(jìn)行野生中華鱉的樣品采集。每個(gè)群體隨機(jī)選取20～30尾中華鱉成鱉進(jìn)行試驗(yàn)，樣本信息見(jiàn)表1。

表1 中華鱉3個(gè)不同群體的樣本信息

1.2 試驗(yàn)器材和試劑

游標(biāo)卡尺(精度0.02 mm)、電子天平(精度0.001 kg)、塑料密閉容器(40 cm×25 cm×10 cm)；磺酸間氨基苯甲酸乙酯。

1.3 試驗(yàn)方法

由于活動(dòng)的中華鱉難以對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，因此先將待測(cè)中華鱉放入一個(gè)密閉容器，滴入適量的磺酸間氨基苯甲酸乙酯將其麻醉后，再進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量包括中華鱉3個(gè)不同群體的16項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)，有體質(zhì)量、體高、背甲周長(zhǎng)、背甲長(zhǎng)、背甲寬、腹甲長(zhǎng)、腹甲寬、腹甲凹寬、后側(cè)裙邊寬、前肢長(zhǎng)、后肢長(zhǎng)、尾長(zhǎng)、頭長(zhǎng)、頭寬、眼間距、鼻寬。長(zhǎng)度測(cè)量采用游標(biāo)卡尺(精度為0.02 mm)，體質(zhì)量測(cè)量采用電子天平(精度為0.001 kg)，測(cè)量方法參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 21044—2007)[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.1軟件進(jìn)行處理，包括聚類(lèi)分析、主成分分析、判別分析和差異系數(shù)檢測(cè)4種多元分析方法。為消除中華鱉規(guī)格大小對(duì)參數(shù)數(shù)值的影響，多元分析中均采用以背甲長(zhǎng)為基數(shù)進(jìn)行分析。本研究選取15項(xiàng)形態(tài)比例參數(shù)(表2)，分別求出各群體形態(tài)比例參數(shù)的平均值，再用這些平均值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析。

表2 形態(tài)特征比例參數(shù)

1.4.1 聚類(lèi)分析

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分別求出3個(gè)不同群體15項(xiàng)形態(tài)比例參數(shù)的平均值，之后通過(guò)平均值做出聚類(lèi)分析。聚類(lèi)方法為歐氏距離的最短距離系統(tǒng)聚類(lèi)法[9]。

1.4.2 主成分分析

為了使多個(gè)形態(tài)指標(biāo)適合小數(shù)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方法，先校正處理得出15個(gè)形態(tài)參數(shù)比例性狀，通過(guò)SPSS 19.1的主成分分析法得出3個(gè)互不相關(guān)的主成分，以及累計(jì)貢獻(xiàn)率和主成分貢獻(xiàn)率等[9]。

1.4.3 判別分析

在判別分析中，通過(guò)逐步判別法進(jìn)行判別，其中判別準(zhǔn)確率的計(jì)算參照文獻(xiàn)[10]的方法。

1.4.4 差異系數(shù)檢驗(yàn)

形態(tài)差異的差異系數(shù)(CD)公式：

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

式中，M1和M2分別表示兩個(gè)不同群體某項(xiàng)性狀指標(biāo)的平均值；S1和S2是標(biāo)準(zhǔn)差。如差異系數(shù)數(shù)值大于1.28，則可視為亞種及以上水平的差異；反之，則認(rèn)為差異未達(dá)到亞種水平[11]。

2 結(jié) 果

2.1 聚類(lèi)分析

根據(jù)形態(tài)數(shù)據(jù)分析，洪澤湖、長(zhǎng)江口和太湖3個(gè)不同群體形態(tài)比例參數(shù)的聚類(lèi)見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，3個(gè)群體分為兩支，其中長(zhǎng)江口群體和太湖群體首先聚類(lèi)，之后與洪澤湖群體聚合。太湖群體和長(zhǎng)江口群體的形態(tài)相似度較高，而與洪澤湖群體的形態(tài)相似度則相對(duì)較低。

圖1 中華鱉3個(gè)不同群體的形態(tài)聚類(lèi)

2.2 主成分分析

2.2.1 3個(gè)群體主成分

選用方差貢獻(xiàn)率較大的3個(gè)主成分，其貢獻(xiàn)率分別是主成分1為56.208%、主成分2為10.894%、主成分3為7.165%，累積貢獻(xiàn)率為74.267%。3個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率較高，包含其總變異的大部分，可以使用此3個(gè)相互獨(dú)立的因子來(lái)描述中華鱉3個(gè)群體間的形態(tài)差異。在主成分1中，x1、x6、x12、x13和x14這5個(gè)變量影響較大；在主成分2中，x3和x5兩個(gè)變量影響較大；在主成分3中變量x8影響較大(表3)。對(duì)總變差貢獻(xiàn)率最大的主成分1進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)其主要取決于背甲周長(zhǎng)、眼間距、尾長(zhǎng)、頭寬、頭長(zhǎng)和鼻寬這幾個(gè)形態(tài)指標(biāo)，即主成分1基本上反映的是頭部形態(tài)的特征，因此可以認(rèn)為，洪澤湖、太湖、長(zhǎng)江口3個(gè)群體在形態(tài)上的差異很大程度上是由頭部的長(zhǎng)寬不同、眼睛和鼻子的形態(tài)差別引起的。

2.2.2 群體散布圖分析

3個(gè)流域中華鱉群體的主成分1和主成分2的散點(diǎn)圖見(jiàn)圖2，其中主成分1和主成分2為相對(duì)值。由圖2可見(jiàn)，洪澤湖的中華鱉與其他兩個(gè)群體間不存在重疊部分，而太湖和長(zhǎng)江口之間有一小部分重疊，運(yùn)用主成分1和主成分2就能將3個(gè)群體基本分開(kāi)。由此可見(jiàn)，洪澤湖、太湖和長(zhǎng)江口3個(gè)中華鱉群體在形態(tài)上差別較大，通過(guò)形態(tài)特征即可將其基本分開(kāi)。

表3 3個(gè)群體形態(tài)特征因子負(fù)荷矩陣及主成分貢獻(xiàn)率

注：下劃線表示負(fù)荷值大于0.500000，并作為主因子.

圖2 3個(gè)中華鱉群體主成分1和2的散布圖

2.3 判別分析

根據(jù)判別分析，獲得貢獻(xiàn)最大的3個(gè)參數(shù)：體質(zhì)量/背甲長(zhǎng)、后側(cè)裙邊寬/背甲長(zhǎng)和前肢長(zhǎng)/背甲長(zhǎng)，即x2、x5和x10。根據(jù)這3項(xiàng)分別建立3個(gè)群體中華鱉的判別方程如下：

洪澤湖：y=4125.238x2+549.829x5+265.833x10-193.782；

太湖：y=760.663x2+631.306x5+328.143x10-118.654；

長(zhǎng)江口：y=1628.811x2+453.206x5+352.951x10-121.181。

當(dāng)判斷哪個(gè)個(gè)體的中華鱉屬于某一群體時(shí)，將所測(cè)數(shù)據(jù)校正后代入以上3個(gè)方程，計(jì)算結(jié)果最大的即為所屬，所得結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，洪澤湖群體、太湖群體和長(zhǎng)江口群體中華鱉的判別準(zhǔn)確率分別為100%、100%和93.3%，平均為97.8%，判別準(zhǔn)確率很高，說(shuō)明3個(gè)群體之間的差異較大。

表4 3個(gè)群體中華鱉的判別結(jié)果

2.4 差異系數(shù)檢驗(yàn)

通過(guò)配對(duì)樣本T檢驗(yàn)得出了群體之間各項(xiàng)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差，然后由差異系數(shù)公式得出如下差異系數(shù)(表5)?？梢?jiàn)洪澤湖與長(zhǎng)江口群體間15項(xiàng)形態(tài)比例參數(shù)差異最大，差異系數(shù)大多大于1.28，基本可認(rèn)為差異達(dá)到亞種以上水平；太湖和長(zhǎng)江口的形態(tài)比例參數(shù)差異則比較小，差異未達(dá)到亞種以上水平；洪澤湖與太湖群體間差異則處于兩者之間。

3 討 論

本文采用多元分析方法，對(duì)中華鱉15項(xiàng)形態(tài)比例參數(shù)進(jìn)行研究，從多個(gè)層面得出不同地區(qū)野生中華鱉群體間的形態(tài)多樣性差異。

表5 3個(gè)不同中華鱉群體間差異比較分析

聚類(lèi)分析能夠?qū)Σ煌后w進(jìn)行初步歸類(lèi)，量化群體間的差異水平，聚類(lèi)先后的順序反映群體間親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近[12]。本研究中，3個(gè)不同地區(qū)中華鱉群體的長(zhǎng)江口群體和太湖群體首先聚類(lèi)，再與洪澤湖群體聚合，表明長(zhǎng)江口群體和太湖群體之間的親緣關(guān)系較洪澤湖群體近，這與其群體分布的地理流域存在顯著的相關(guān)性，即長(zhǎng)江口和太湖存在一定程度上的流域重疊，且水系也有交織和貫通，而洪澤湖則屬于淮河流域，相對(duì)處于隔離狀態(tài)。同時(shí)也反映出3個(gè)不同地區(qū)中華鱉群體之間，特別是長(zhǎng)江口和太湖群體已經(jīng)與洪澤湖群體產(chǎn)生了一定程度的形態(tài)差異。

主成分分析是將大量參數(shù)綜合成為少數(shù)因子來(lái)說(shuō)明不同群體的差異大小，并可根據(jù)不同群體的主成分?jǐn)?shù)值找出各個(gè)群體在各主成分值上差異較大的參數(shù)[9]。本研究中，3個(gè)主成分分別為56.208%、10.894%和7.165%，其累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了74.267%，囊括了其總變異的大部分，說(shuō)明可以通過(guò)以上幾個(gè)相互獨(dú)立因子概括不同種間的形態(tài)差異。由主成分1可見(jiàn)，中華鱉頭部的形態(tài)差異相比較于其他部位的差異較大，因此頭寬、頭長(zhǎng)、眼間距和鼻寬可作為形態(tài)判別的主要指標(biāo)進(jìn)行群體間判別。

從判定生物種群分化程度的標(biāo)準(zhǔn)以及所測(cè)得的差異系數(shù)來(lái)看，洪澤湖群體和長(zhǎng)江口群體之間分類(lèi)水平已達(dá)到亞種以上，而太湖和長(zhǎng)江口群體之間分類(lèi)水平還未達(dá)到亞種。同樣，通過(guò)散點(diǎn)圖的疏密程度來(lái)看，洪澤湖群體與其他兩個(gè)群體的差異程度比較大，而長(zhǎng)江口和太湖群體的差異程度則較小，這兩種方法得到的結(jié)論基本一致。這也說(shuō)明了形態(tài)學(xué)方法在中華鱉種間遺傳多樣性的比較和劃分研究中的可行性，具有基礎(chǔ)和直觀的研究特點(diǎn)。

形態(tài)差異是生物物種多樣性的一種非常直觀的體現(xiàn)，而通過(guò)研究形態(tài)差異對(duì)生物物種遺傳多樣性進(jìn)行種質(zhì)資源評(píng)估、保護(hù)以及品種改良的研究也有很多[13-17]。于本研究而言，中華鱉3個(gè)不同群體形態(tài)差異較為明顯，可為中華鱉種質(zhì)開(kāi)發(fā)和利用提供基礎(chǔ)理論資料。

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MorphologicalVariationsAnalysisofDifferentGeographicPopulationsofChineseSoftShelledTurtleTrionyxsinensis

LU Wenhao1, HAN Xiaolei2, CHEN Liang2, XU Jianrong2, HAN Yaoping2

( 1. Fisheries Techniques Guidance Station of Taicang, Taicang 215400，China; 2. Department of Biology and Food Engineering, Changshu Institute of Technology, Changshu 215500，China )

Morphological data of three wild geographic populations of Chinese soft shelled turtleTrionyxsinensiscollected from Yangtze estuary, Tai Lake and Hongze Lake in China were analyzed. Sixteen proportions of morphometric traits were measured from Chinese soft shelled turtle and the degree of morphological variation among populations was calculated using four multivariate analysis. The cluster analysis revealed that the morphometric characters of the Tai Lake population were more similar to those of the populations of Yangtze estuary than to those of the populations of Hongze Lake. In the principal component analysis of the populations, three principal components were constructed, with contributory rate of 56.208% in first principal component, 10.894% in second and 7.165% in the third, and cumulative contributory rate of 74.267%. The accuracy rate of discrimination from Lake was 100% from Yangtze estuary,100% from Tai Lake and from Hongze 93.3%, with mean discrimination accuracy rate of 97.8% from the three populations. All results support that there are a little differences in populations of Yangtze estuary and Tai Lake on morphological characters and that the morphological variations in different populations were mostly exhibited by differences in carapace and abdomen, reaching the level of subspecies between Yangtze estuary Population and Hongze Lake population. This finding provides more reliable theoretical basis for better germplasm resources protection and genetic breeding in artificial breeding.

Trionyxsinensis; multivariation analysis; morphological variation

10.16378/j.cnki.1003-1111.2017.06.016

S966.5

A

1003-1111(2017)06-0784-05

2016-09-27；

2017-01-06.

江蘇省科技支撐計(jì)劃(農(nóng)業(yè))項(xiàng)目(BE2013349).

陸文浩(1983-)，男，工程師，碩士；研究方向：水生動(dòng)物疫病及水產(chǎn)技術(shù)示范推廣.E-mail:lwh.nyn@163.com.通訊作者：韓曉磊(1981-)，男，實(shí)驗(yàn)師，碩士；研究方向：淡水水生生物學(xué). E-mail:hanxiaolei0724@163.com.