巖原鯉形態(tài)性狀與體質(zhì)量的相關(guān)性及通徑分析

曲煥韜，楊元金，魯雪報，劉 勇

( 中國長江三峽集團(tuán)公司 中華鱘研究所，三峽工程魚類資源保護(hù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 宜昌 443100 )

巖原鯉(Procyprisrabaudi)屬鯉形目、鯉科、原鯉屬，俗稱巖鯉巴、巖鯉，其自然資源主要分布于長江中上游干、支流水系，尤其以嘉陵江和岷江盛產(chǎn)，是長江中上游重要的土著經(jīng)濟(jì)魚類和特有魚類[1-3]。近年來，由于過度捕撈、水域環(huán)境污染等因素影響，野生巖原鯉種群資源日益枯竭，現(xiàn)已被列入《中國瀕危動物紅皮書》，屬易危動物[4-5]。目前，巖原鯉的研究主要集中在生態(tài)習(xí)性[6]、繁殖生物學(xué)[7-8]、營養(yǎng)和消化生理[9-12]、遺傳多樣性[13-14]以及人工繁殖[15]等方面，而關(guān)于其種群選育方面的研究尚未見報道。隨著巖原鯉人工馴養(yǎng)、繁殖技術(shù)日漸成熟，繁育規(guī)模不斷擴(kuò)大，通過對魚類養(yǎng)殖群體進(jìn)行系統(tǒng)的良種選育，可以有效解決累代養(yǎng)殖后近親繁殖導(dǎo)致的種質(zhì)資源及生物學(xué)性狀退化問題，對市場化開發(fā)及遷地種群的保護(hù)具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在選擇育種過程中，體質(zhì)量具有直觀性和可度量性，通常被作為最直接的目標(biāo)性狀[16]。然而實(shí)際操作過程中，體質(zhì)量的測定容易受到各種因素(如體表殘留水分、腸道飼料殘留)的影響而導(dǎo)致一定偏差[17]，因此，利用通徑分析明確魚類形態(tài)性狀對體質(zhì)量的影響，并在此基礎(chǔ)上通過間接選擇形態(tài)性狀實(shí)現(xiàn)選擇育種，已成為一種更為便捷、可靠的技術(shù)手段。目前，通徑分析、多元回歸分析及決定系數(shù)分析已廣泛應(yīng)用于水生經(jīng)濟(jì)動物選育相關(guān)的基礎(chǔ)研究[18-22]。筆者利用相關(guān)分析和通徑分析，對影響巖原鯉體質(zhì)量的主要形態(tài)性狀進(jìn)行判別，分析量化各形態(tài)性狀的直接作用和間接作用，通過采用逐步回歸的方法，建立了巖原鯉幼魚形態(tài)性狀與體質(zhì)量間的最優(yōu)多元線性回歸方程，篩選出最優(yōu)擬合模型，為巖原鯉群體選育提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2017年11月在金沙江溪洛渡向家壩水電站珍稀特有魚類增殖放流站開展，試驗(yàn)魚為放流站自行繁育的6月齡巖原鯉幼魚，繁殖親本為2013—2014年引進(jìn)巖原鯉的子一代，隨機(jī)選取165尾體質(zhì)量(7.53±1.88) g的巖原鯉幼魚作為試驗(yàn)群體。

1.2 數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)正式開始前停喂1 d，使用質(zhì)量濃度100 mg/L的間氨基苯甲酸乙酯甲磺酸鹽對試驗(yàn)魚進(jìn)行麻醉，分別測量試驗(yàn)魚的體質(zhì)量(y)、全長(x1)、體長(x2)、軀干長(x3)、頭長(x4)、眼后頭長(x5)、吻長(x6)、眼徑(x7)、體高(x8)、體寬(x9)、尾柄長(x10)、尾柄高(x11)12項性狀指標(biāo)。參照文獻(xiàn)[23]中淡水魚類形態(tài)特征測量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各形態(tài)指標(biāo)的測量。其中，形態(tài)學(xué)指標(biāo)使用游標(biāo)卡尺測量(精確至0.01 mm)，體質(zhì)量用電子天平稱量(精確至0.01 g)。

1.3 統(tǒng)計分析

運(yùn)用Excel 2010和SPSS 13.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，各性狀測定結(jié)果經(jīng)初步統(tǒng)計整理，分別計算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，獲得各性狀表型參數(shù)統(tǒng)計量。

參照文獻(xiàn)[24]的方法對各性狀表型數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析和形態(tài)性狀指標(biāo)對體質(zhì)量的通徑分析。根據(jù)通徑分析基本原理，將相關(guān)系數(shù)剖分為各形態(tài)性狀對體質(zhì)量的直接作用(通徑系數(shù))和間接作用。依據(jù)相關(guān)分析和通徑系數(shù)計算決定系數(shù)，決定系數(shù)包括單個性狀對體質(zhì)量的決定系數(shù)和兩個性狀對體質(zhì)量的共同決定系數(shù)。

應(yīng)用逐步回歸分析方法中的逐步引入—剔除法，剔除偏回歸系數(shù)不顯著的性狀指標(biāo)，建立形態(tài)性狀估計體質(zhì)量的最優(yōu)多元回歸方程。相關(guān)計算方法參照文獻(xiàn)[25-26]，關(guān)于數(shù)據(jù)比較結(jié)果，當(dāng)P<0.05時為差異顯著，當(dāng)P<0.01時為差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 巖原鯉各形態(tài)性狀表型參數(shù)的描述性分析

巖原鯉幼魚生長相關(guān)的性狀數(shù)據(jù)經(jīng)初步整理后的各表型統(tǒng)計量見表1，在本研究的各生長相關(guān)性狀中，體質(zhì)量變異系數(shù)最大，達(dá)24.97%。各形態(tài)性狀的變異系數(shù)基本接近，為7.07%～14.50%。進(jìn)一步對測得的體質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗(yàn)，顯著性水平P=0.454>0.05,說明該系列數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，可以進(jìn)行多元回歸分析。

表1 表型性狀的描述性統(tǒng)計(n=165)

2.2 形態(tài)性狀間的相關(guān)性分析

對巖原鯉各性狀進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，獲得各性狀間的表型相關(guān)系數(shù)。各形態(tài)性狀與體質(zhì)量呈正相關(guān)，且均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，其中，全長與體質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)最高(0.977)，眼后頭長與體質(zhì)量相關(guān)系數(shù)最低(0.571)(表2)。各形態(tài)性狀與體質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)依次為：全長>體寬>軀干長>尾柄高>頭長>體長>尾柄長>體高>眼徑>吻長>眼后頭長。各形態(tài)性狀間的相關(guān)系數(shù)也均達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)。

表2 表型性狀的相關(guān)系數(shù)

注：y為體質(zhì)量，x1為全長，x2為體長，x3為軀干長，x4為頭長，x5為眼后頭長，x6為吻長，x7為眼徑，x8為體高，x9為體寬，x10為尾柄長，x11為尾柄高.**表示相關(guān)性極顯著(P<0.01)，下同.

2.3 表型性狀對體質(zhì)量的通徑分析

在表型相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件計算得到巖原鯉各形態(tài)性狀對體質(zhì)量的通徑系數(shù)。經(jīng)顯著性檢驗(yàn)，全長、體寬、尾柄高3項形態(tài)學(xué)指標(biāo)對體質(zhì)量的通徑系數(shù)達(dá)極顯著水平(P<0.01)，予以保留，其余通徑系數(shù)不顯著的性狀被剔除。根據(jù)相關(guān)系數(shù)的組成原理，將巖原鯉形態(tài)性狀與體質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)剖分為各性狀的直接作用(通徑系數(shù))和各性狀通過其他性狀的間接作用兩部分。在保留的3項形態(tài)性狀中，全長對體質(zhì)量的直接作用(0.653)最大，間接作用(0.324)最小，且直接作用大于間接作用；而體寬和尾柄高2項形態(tài)指標(biāo)的間接作用均顯著大于直接作用，兩者均是通過影響全長而間接作用于體質(zhì)量(表3)。綜上所述，可以判定巖原鯉各形態(tài)學(xué)指標(biāo)中，全長為體質(zhì)量的主要影響因素。

表3 形態(tài)性狀對體質(zhì)量影響的通徑分析

2.4 形態(tài)性狀對體質(zhì)量的決定程度分析

根據(jù)巖原鯉單個性狀對體質(zhì)量的決定系數(shù)和復(fù)合性狀對體質(zhì)量的共同決定系數(shù)公式，計算單個性狀及復(fù)合性狀對體質(zhì)量的決定系數(shù)，結(jié)果見表4。表中對角線上的數(shù)據(jù)為每個形態(tài)性狀單獨(dú)對體質(zhì)量的決定系數(shù)，對角線右上方為兩兩性狀協(xié)同作用對體質(zhì)量的決定系數(shù)。單獨(dú)的決定系數(shù)和兩兩共同決定系數(shù)的總和等于總的決定系數(shù)。本研究中，巖原鯉各形態(tài)性狀對體質(zhì)量的總決定系數(shù)為0.970。由此可見，本研究篩選的3個形態(tài)性狀是影響體質(zhì)量的主要性狀，其他形態(tài)性狀對體質(zhì)量的影響相對較小。在3個形態(tài)性狀中，全長對體質(zhì)量的決定系數(shù)最大，達(dá)0.426, 占總決定系數(shù)的43.9%；兩兩性狀對體質(zhì)量的決定程度中，全長和體寬對體質(zhì)量的決定系數(shù)最大，達(dá)0.245，占總決定系數(shù)的25.3%。

表4 形態(tài)性狀對體質(zhì)量的決定系數(shù)

2.5 逐步回歸分析及多元回歸方程的建立

運(yùn)用逐步引入—剔除法對巖原鯉各生長相關(guān)性狀進(jìn)行逐步多元回歸分析，對各形態(tài)性狀的偏回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。剔除偏回歸系數(shù)不顯著的性狀，建立以體質(zhì)量為依變量，全長、體寬、尾柄高3項形態(tài)學(xué)指標(biāo)為自變量的最優(yōu)多元回歸方程：y=-14.901+0.166x1+0.379x9+0.331x11(r2=0.973，y、x1、x9、x11分別為體質(zhì)量、全長、體寬、尾柄高)。該方程的擬合度較好(表5)，通過方差分析和各個偏回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)可知，回歸關(guān)系達(dá)到極顯著水平(P<0.01)(表6)，全長、體寬和尾柄高對體質(zhì)量的偏回歸系數(shù)也均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)(表7)?；貧w預(yù)測表明，估計值和實(shí)際值差異不顯著(P>0.05)，該方程可用于指導(dǎo)巖原鯉選育實(shí)際生產(chǎn)。此外，經(jīng)共線性診斷，進(jìn)入回歸方程的3個自變量的方差膨脹因子均小于10，說明上述自變量間存在共線性的可能性很小。

表5 形態(tài)性狀與體質(zhì)量的復(fù)相關(guān)分析

表6 多元回歸方程的方差分析

表7 偏回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

3 討 論

3.1 不同分析方法的應(yīng)用比較

質(zhì)量性狀是開展水生經(jīng)濟(jì)動物選育的重要性狀指標(biāo)，通過利用相關(guān)分析、通徑分析以及回歸分析等方法可全面準(zhǔn)確揭示不同形態(tài)性狀對體質(zhì)量的影響程度及作用方式，并進(jìn)而確定影響質(zhì)量性狀的主要形態(tài)指標(biāo)，能顯著提高選育準(zhǔn)確性和操作效率[27-28]。因此，近年來這些研究方法被廣泛應(yīng)用于多種水生動物選育相關(guān)的基礎(chǔ)研究。然而上述3種數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法在應(yīng)用過程中仍存在一定差異和不同特點(diǎn)，其中，在相關(guān)分析方法中計算得到的相關(guān)系數(shù)既包含了自變量對依變量的直接作用，同時也包括了通過影響其他變量而產(chǎn)生的間接影響，因此，反映的是兩變量間的綜合關(guān)系。因其不能全面考察變量間的相互關(guān)系，所以分析結(jié)果帶有一定片面性；多元回歸分析在一定程度上能夠消除變量之間的混淆，但由于偏回歸系數(shù)帶有單位，使原因?qū)Y(jié)果的效應(yīng)不能直接進(jìn)行比較[29-30]。通徑分析則克服了相關(guān)分析和回歸分析的不足，將自變量和依變量的相關(guān)系數(shù)剖分為自變量對依變量的直接作用和間接作用，可準(zhǔn)確判斷影響因變量的主要因素。在本研究中，相關(guān)分析結(jié)果表明，各形態(tài)性狀與體質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到了極顯著水平(P<0.01),但進(jìn)一步通徑分析結(jié)果顯示，不同形態(tài)性狀對體質(zhì)量的直接影響存在顯著性差異，僅全長、體寬、尾柄高3項形態(tài)學(xué)指標(biāo)對體質(zhì)量直接影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，其他性狀對體質(zhì)量影響主要是通過間接作用實(shí)現(xiàn)的。在通徑分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用多元回歸分析進(jìn)一步探討了各形態(tài)性狀對體質(zhì)量的作用，其結(jié)果與通徑分析完全吻合，表明全長、體寬及尾柄高是影響體質(zhì)量的主要形態(tài)學(xué)指標(biāo)。因此，在魚類選育過程中可通過綜合應(yīng)用相關(guān)分析、通徑分析以及多元回歸分析對形態(tài)性狀和體質(zhì)量關(guān)系進(jìn)行研究，以提高研究結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

3.2 影響巖原鯉體質(zhì)量主要形態(tài)性狀的確定

在表型相關(guān)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行通徑分析和決定程度分析時，只有當(dāng)各自變量對依變量的單獨(dú)決定系數(shù)和兩兩共同決定系數(shù)的總和或多元回歸模型中的決定系數(shù)≥0.85，才能表明影響依變量的主要自變量已經(jīng)納入研究范圍[31-32]。本研究中，進(jìn)入回歸方程的3個形態(tài)性狀的總決定系數(shù)為0.970，>0.85，因此，可以判斷全長、體寬、尾柄長3項形態(tài)學(xué)指標(biāo)是影響巖原鯉體質(zhì)量的主要因素。其中，全長對體質(zhì)量的決定系數(shù)最大，其他兩個性狀的間接作用明顯大于直接作用，兩者均通過全長間接對體質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，全長是影響巖原鯉幼魚體質(zhì)量最主要的形態(tài)性狀。然而不同魚類其體質(zhì)量的主要影響性狀仍存在一定差異，鄭昇陽[33]的研究表明，對黃姑魚(Nibeaalbiflora)體質(zhì)量影響最大的形態(tài)性狀為全長；黃建盛等[16]對不同月齡褐點(diǎn)石斑魚(Epinephelusfuscoguttatus)體質(zhì)量主要影響性狀進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，3月齡、8月齡和13月齡時，全長對褐點(diǎn)石斑魚體質(zhì)量的直接作用最大。何小燕等[27]在分析大口黑鱸(Micropterussalmoides)形態(tài)性狀對體質(zhì)量的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)，體寬、體長以及眼間距是影響體質(zhì)量的主要形態(tài)指標(biāo)，且體寬的直接作用遠(yuǎn)大于其他兩項指標(biāo)；劉峰等[19]在研究小黃魚(Pseudosciaenapolyactis)體質(zhì)量的主要影響指標(biāo)時發(fā)現(xiàn)，體長、軀干長、尾柄高及體高是體質(zhì)量的主要影響性狀；綜合對比分析發(fā)現(xiàn)，對體質(zhì)量產(chǎn)生影響的主要形態(tài)性狀的差異可能與不同魚類的生物學(xué)特性、生長環(huán)境以及生長發(fā)育階段等因素密切相關(guān)。此外，在本研究中，體寬也是影響體質(zhì)量的重要性狀，其作用僅次于全長。王新安等[29]研究發(fā)現(xiàn)，大菱鲆(Scophthalmusmaximus)幼魚全長較長和體厚較厚的個體具有較大的幾何空間，有利于脂肪、肝臟等營養(yǎng)物質(zhì)的積累貯存，本試驗(yàn)的研究結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了該觀點(diǎn)。

3.3 多元分析對巖原鯉選育的指導(dǎo)意義

在分析明確各性狀間關(guān)系的基礎(chǔ)上，將形態(tài)性狀納入育種選擇指數(shù)，采用多性狀選擇指數(shù)法選育更易提高選育效率和準(zhǔn)確率。本研究初步探討了巖原鯉幼魚體質(zhì)量和各形態(tài)指標(biāo)間的關(guān)系，經(jīng)篩選確定全長、體寬及尾柄高為體質(zhì)量的主要影響性狀，在魚類選育過程中，應(yīng)結(jié)合上述表型性狀進(jìn)行間接選育，可有效避免單獨(dú)以體質(zhì)量為指標(biāo)進(jìn)行選擇而造成的系統(tǒng)性誤差[34-37]。此外，本研究還通過逐步回歸分析方法，建立了以體質(zhì)量為因變量，全長、體寬及尾柄高為自變量的最優(yōu)多元回歸方程，在實(shí)際生產(chǎn)中可通過該方程對巖原鯉幼魚體質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測，提高選育操作效率。隨著魚類的生長，形態(tài)性狀與體質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系可能有所不同，這在其他魚類如黃姑魚和大黃魚(P.crocea)中有所體現(xiàn)[33,38-39]，本試驗(yàn)僅針對6月齡巖原鯉幼魚形態(tài)性狀與體質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行了研究，關(guān)于其不同生長階段二者的量化關(guān)系還有待進(jìn)一步深入探討。