羅氏沼蝦3個(gè)養(yǎng)殖群體形態(tài)差異分析

馮 藝，陳文強(qiáng)，楊 虹，巫輔達(dá)，陳文堅(jiān)，陳建酬

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 生命科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 佛山 528000)

羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)又稱馬來(lái)西亞大蝦、淡水大蝦、大長(zhǎng)臂大蝦，隸屬于節(jié)肢動(dòng)物門(Arthropoda)、軟甲綱(Malacostraca)、十足目(Decapoda)、長(zhǎng)臂蝦科(Palaemonidae)、沼蝦屬(Macrobrachium)，是世界上大型的熱帶淡水蝦之一，具有生長(zhǎng)快、食性廣、耐高溫、抗病力強(qiáng)、養(yǎng)殖周期短、口感鮮嫩以及營(yíng)養(yǎng)成分豐富等特點(diǎn)，廣受消費(fèi)者青睞[1]。羅氏沼蝦原產(chǎn)于印度太平洋地區(qū)，生活在各種類型的淡水或咸淡水水域，后來(lái)被不少國(guó)家和地區(qū)移養(yǎng)繁殖，成為當(dāng)?shù)刂饕B(yǎng)殖蝦類。目前，羅氏沼蝦在中國(guó)的養(yǎng)殖面積較大，占有重要的經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖地位。

迄今為止，羅氏沼蝦的研究主要集中在育種與抗病，對(duì)于其生長(zhǎng)特征、繁殖育種、遺傳結(jié)構(gòu)和種質(zhì)資源等方面都有深入的研究。而關(guān)于羅氏沼蝦引入中國(guó)并在不同省份進(jìn)行定向選育后，養(yǎng)殖群體形態(tài)學(xué)的差異方面的研究尚未見報(bào)道。為此，本研究采用描述統(tǒng)計(jì)、單因素方差分析、聚類分析、判別分析和主成分分析，對(duì)廣東、廣西、海南的3個(gè)羅氏沼蝦養(yǎng)殖群體進(jìn)行形態(tài)的比較分析，探討3個(gè)養(yǎng)殖群體的形態(tài)特征與變異，旨在為提高羅氏沼蝦目標(biāo)性狀的選擇與實(shí)現(xiàn)不同性狀的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、培育出兼具多優(yōu)良性狀的新品種提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

2017年8月，供試羅氏沼蝦由三水白金育種公司的種苗基地提供，其中廣東(GD)157尾，廣西(GX)76尾，海南(HN)61尾。

1.2 樣品的采集與處理

將樣品水分吸干稱質(zhì)量后，把養(yǎng)殖群體編號(hào)放在樣本旁邊，同時(shí)再放1 把精確到0.1 mm的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照尺，然后用尼康相機(jī)COOLPIX B700拍照。把照片儲(chǔ)存入電腦，用生理外部形態(tài)測(cè)量Image J軟件對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量，得到15個(gè)性狀參數(shù)，即全長(zhǎng)(OL)、體長(zhǎng)(BL)、劍額長(zhǎng)(RL)、頭胸甲長(zhǎng)(CL)、尾扇長(zhǎng)(TL)、眼窩距(ED)、頭胸甲寬(CW)、腹節(jié)寬(AW)、尾節(jié)寬(TW)、第二步足長(zhǎng)(P2L)、第二步足指節(jié)長(zhǎng)(P2FL)、第二步足掌節(jié)長(zhǎng)(P2PL)、頭胸甲高(CH)、腹節(jié)高(AH)、尾節(jié)高(TH)[2-3]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Excel初步對(duì)羅氏沼蝦不同養(yǎng)殖群體的形態(tài)性狀進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成性狀比例參數(shù)，應(yīng)用單因素方差分析、主成分分析、聚類分析、判別分析比較羅氏沼蝦的形態(tài)差異，均使用 SPSS 22.0 軟件對(duì)所有性狀參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

1.3.1 單因素方差分析 采用單因素方差分析和LSD比較的方法初步分析羅氏沼蝦不同養(yǎng)殖群體的外部形態(tài)差異[4]。

1.3.2 聚類分析 采用SPSS 22.0分別求出各養(yǎng)殖群體各項(xiàng)性狀比例參數(shù)的平均值，然后用系統(tǒng)聚類中歐氏距離的最短系統(tǒng)聚類法進(jìn)行聚類分析[5]。

1.3.3 主成分分析 通過SPSS 22.0降維中的因子分析程序，經(jīng)KMO及Bartlett檢驗(yàn)，篩選形態(tài)差異較大的主成分，并計(jì)算各主成分的貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率以及各變量的因子荷載[6]，再利用以上數(shù)據(jù)構(gòu)建主成分散點(diǎn)圖。

1.3.4 判別分析 采用SPSS 22.0的逐步判別法構(gòu)建判別函數(shù)，根據(jù)費(fèi)舍爾線性判別函數(shù)系數(shù)表，分別建立3個(gè)養(yǎng)殖群體的判別函數(shù)[7]。

P1=某群體判別正確的尾數(shù)/該群體實(shí)際尾數(shù)×100%

(1)

P2=某群體判別正確的尾數(shù)/判入該群體的尾數(shù)×100%

(2)

(3)

式中，Ai為第i個(gè)群體判別正確的尾數(shù)，Bi為第i個(gè)群體的實(shí)際尾數(shù)，k為群體數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 羅氏沼蝦性狀的描述統(tǒng)計(jì)結(jié)果

對(duì)所測(cè)得的性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行表型統(tǒng)計(jì)分析。由表1可見，各性狀的變異系數(shù)較大，均在15.000%以上，其中，第二步足長(zhǎng)極大值與極小值差值最大，眼窩距差值最小；第二步足指節(jié)長(zhǎng)的變異系數(shù)最高，為43.513%，體長(zhǎng)最低，為16.687%。取樣個(gè)體生長(zhǎng)時(shí)間有所差異與養(yǎng)殖群體間的形態(tài)差異較大，皆導(dǎo)致變異系數(shù)結(jié)果較高。為了在后續(xù)分析中得到更準(zhǔn)確可行的分析結(jié)果，本研究對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，將所有形態(tài)性狀轉(zhuǎn)化為形態(tài)性狀比例參數(shù)，用于后續(xù)分析。

表1 羅氏沼蝦性狀的描述性統(tǒng)計(jì)

2.2 羅氏沼蝦性狀比例參數(shù)的單因素方差分析結(jié)果

對(duì)3個(gè)羅氏沼蝦養(yǎng)殖群體的15個(gè)性狀比例進(jìn)行單因素方差分析及多重比較(表2)。結(jié)果顯示，僅第二步足指節(jié)長(zhǎng)/第二步足長(zhǎng)在3個(gè)養(yǎng)殖群體中均無(wú)顯著差異(P>0.05)；廣東和廣西養(yǎng)殖群體中，劍額長(zhǎng)/體長(zhǎng)、頭胸甲長(zhǎng)/體長(zhǎng)、頭胸甲寬/體長(zhǎng)、腹節(jié)寬/體長(zhǎng)、第二步足長(zhǎng)/體長(zhǎng)、第二步足掌節(jié)長(zhǎng)/第二步足指節(jié)長(zhǎng)、第二步足掌節(jié)長(zhǎng)/第二步足長(zhǎng)、頭胸甲高/體長(zhǎng)、腹節(jié)高/體長(zhǎng)、尾節(jié)高/體長(zhǎng)差異極顯著(P<0.01)。廣東與海南養(yǎng)殖群體中，頭胸甲長(zhǎng)/體長(zhǎng)、第二步足長(zhǎng)/體長(zhǎng)、尾節(jié)寬/體長(zhǎng)、第二步足掌節(jié)長(zhǎng)/第二步足指節(jié)長(zhǎng)、第二步足指節(jié)長(zhǎng)/第二步足長(zhǎng)無(wú)顯著差異(P>0.05)。廣西與海南養(yǎng)殖群體中，全長(zhǎng)/體長(zhǎng)、頭胸甲長(zhǎng)/體長(zhǎng)、尾扇長(zhǎng)/體長(zhǎng)、眼窩距/體長(zhǎng)、頭胸甲寬/體長(zhǎng)、腹節(jié)寬/體長(zhǎng)、第二步足長(zhǎng)/體長(zhǎng)、第二步足掌節(jié)長(zhǎng)/第二步足長(zhǎng)、頭胸甲高/體長(zhǎng)、腹節(jié)高/體長(zhǎng)、尾節(jié)高/體長(zhǎng)差異極顯著(P<0.01)。

表2 羅氏沼蝦3個(gè)養(yǎng)殖群體性狀比例參數(shù)的單因素方差分析

注：同行數(shù)據(jù)上標(biāo)不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，上標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 羅氏沼蝦性狀比例參數(shù)的聚類分析結(jié)果

從表3中可以看出，羅氏沼蝦廣東與海南養(yǎng)殖群體的歐氏距離最小，為5.082；廣西與海南養(yǎng)殖群體歐氏距離最大，為6.613；廣西與廣東養(yǎng)殖群體次之，為5.142?？梢?，廣東與海南養(yǎng)殖群體形態(tài)差異最小，廣西與海南養(yǎng)殖群體形態(tài)差異最大，其次是廣東與廣西養(yǎng)殖群體。

表3 羅氏沼蝦3個(gè)養(yǎng)殖群體形態(tài)差異的歐氏距離

2.4 羅氏沼蝦性狀比例參數(shù)的主成分分析結(jié)果

15個(gè)性狀比例參數(shù)經(jīng)KMO及Bartlett檢驗(yàn)，KOM值為0.613，可進(jìn)行下一步分析，提取貢獻(xiàn)率最大的5個(gè)主成分。從表4中可知，各性狀比例在第一主成分上的負(fù)荷數(shù)多數(shù)為正值，其中頭胸甲寬/體長(zhǎng)、第二步足長(zhǎng)/體長(zhǎng)、頭胸甲高/體長(zhǎng)、腹節(jié)高/體長(zhǎng)的負(fù)荷值較大，均在0.700以上，主要反映的是羅氏沼蝦頭胸腹部及第二步足特征；第二主成分中全長(zhǎng)/體長(zhǎng)、劍額長(zhǎng)/體長(zhǎng)與第三主成分中眼窩距/體長(zhǎng)的負(fù)荷值較大，主要反映的是體長(zhǎng)與頭部特征。因此，經(jīng)過主成分分析對(duì)數(shù)據(jù)降維處理后，獲得分別代表羅氏沼蝦頭部特征，身體、尾部長(zhǎng)短的主成分。5個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率分別為30.701%、14.740%、13.861%、9.572%和6.689%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為75.563%，可以用這些相互獨(dú)立的因子來(lái)概括不同養(yǎng)殖群體間的形態(tài)差異。

用篩選獲得的主成分作為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)繪制羅氏沼蝦3個(gè)養(yǎng)殖群體的分散圖(圖1)。圖1可直觀地顯示不同養(yǎng)殖群體的差異情況，3個(gè)養(yǎng)殖群體的大部分面積幾乎完全相互重疊，只有小面積不重疊。

2.5 羅氏沼蝦性狀比例參數(shù)判別分析結(jié)果

對(duì)所有樣本的15個(gè)性狀比例參數(shù)進(jìn)行逐步判別分析，篩選出對(duì)判別貢獻(xiàn)較大的9個(gè)性狀比例，即劍額長(zhǎng)/體長(zhǎng)、尾扇長(zhǎng)/體長(zhǎng)、眼窩距/體長(zhǎng)、頭胸甲寬/體長(zhǎng)、腹節(jié)寬/體長(zhǎng)、尾節(jié)寬/體長(zhǎng)、第二步足掌節(jié)長(zhǎng)/第二步足長(zhǎng)、第二步足指節(jié)長(zhǎng)/第二步足長(zhǎng)、腹節(jié)高/體長(zhǎng)。判別函數(shù)的系數(shù)見表5，據(jù)此可建立各個(gè)養(yǎng)殖群體的判別函數(shù)。

表4 羅氏沼蝦15個(gè)性狀主成分分析的因子負(fù)荷矩陣及主成分貢獻(xiàn)率

圖1 羅氏沼蝦3個(gè)養(yǎng)殖群體的第一、二主成分散點(diǎn)圖

表5 羅氏沼蝦3個(gè)養(yǎng)殖群體的判別函數(shù)系數(shù)

對(duì)各個(gè)地區(qū)采集的樣本按判別函數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分類，判別結(jié)果見表6。由表6可知，羅氏沼蝦各養(yǎng)殖群體的判別準(zhǔn)確率由小到大依次為廣東、廣西、海南，綜合判別率為75.900%。

表6 羅氏沼蝦3個(gè)養(yǎng)殖群體間判別分析

3 結(jié)論與討論

形態(tài)差異分析用于探討物種種內(nèi)形態(tài)特點(diǎn)，是遺傳育種工作中需要考量的重要基礎(chǔ)指標(biāo)。本研究通過描述統(tǒng)計(jì)、單因素方差分析、聚類分析、判別分析和主成分分析比較羅氏沼蝦不同養(yǎng)殖群體的形態(tài)特征。在描述統(tǒng)計(jì)中比較性狀的變異系數(shù)；單因素方差分析比較不同性狀比例參數(shù)的差異；聚類分析對(duì)不同養(yǎng)殖群體進(jìn)行初步歸類，直觀地顯示分類對(duì)象的差異和聯(lián)系；主成分分析將多個(gè)形態(tài)比例性狀綜合成幾個(gè)主要因子，找出在形態(tài)上差異較大的參數(shù)，揭示群體間的差異；判別分析通過建立簡(jiǎn)單的公式鑒別群體[8-9]。目前，多元分析法被廣泛用于育種方面的研究，并在各生物類群的形態(tài)特征研究中獲得較好的效果，如紅樹蜆(Polymesodaerosa)、歪紅樹蜆(Polymesodaexpansa)[10]、河川沙塘鱧(Odontobutispotamophila)[11]、紫海膽(Anthocidariscrassispina)[12]和紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)[13]等。

本研究首次通過描述統(tǒng)計(jì)、單因素方差分析與3種多元分析方法分析羅氏沼蝦廣東、廣西、海南的3個(gè)養(yǎng)殖群體中15個(gè)性狀比例參數(shù)。描述統(tǒng)計(jì)中性狀的變異系數(shù)較高，均在15.000%以上；單因素方差分析將15個(gè)性狀比例參數(shù)進(jìn)行多重比較，除了第二步足指節(jié)長(zhǎng)/第二步足長(zhǎng)在3個(gè)養(yǎng)殖群體之間差異不顯著，其余參數(shù)均有不同程度的差異，表明對(duì)這3個(gè)養(yǎng)殖群體間的形態(tài)差異研究具有較大意義。聚類分析表明廣東和海南這2個(gè)養(yǎng)殖群體首先聚到一起，形態(tài)差異最小，而廣東和廣西這2個(gè)養(yǎng)殖群體之間存在一定差異，不排除兩者之間存在親蝦或種苗互相供給的可能，海南和廣西的形態(tài)差異最大。由于形態(tài)差異是遺傳因子和環(huán)境因子共同作用的結(jié)果，若要更進(jìn)一步確認(rèn)各養(yǎng)殖群體的親緣關(guān)系，還需要進(jìn)行分子水平的驗(yàn)證。后續(xù)將逐步展開對(duì)羅氏沼蝦不同養(yǎng)殖群體分子水平的遺傳差異研究。

主成分分析中篩選出5個(gè)主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率為75.563%，獲得概括羅氏沼蝦不同養(yǎng)殖群體形態(tài)差異的獨(dú)立因子，即頭胸腹部、體長(zhǎng)。這與郭慧等[14]、張萌等[15]、蔡云川等[16]分別在不同羅氏沼蝦、克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)、斑節(jié)對(duì)蝦(Penaeusmondon)種群形態(tài)差異研究中獲得的成分因子基本一致，累計(jì)貢獻(xiàn)率也較為接近。但從主成分分析的散點(diǎn)圖可看出，廣東與海南養(yǎng)殖群體重疊區(qū)和廣東與廣西養(yǎng)殖群體重疊區(qū)較大，海南與廣西重疊區(qū)較小，說(shuō)明廣東與海南養(yǎng)殖群體、廣東與廣西養(yǎng)殖群體差異較小，海南與廣西養(yǎng)殖群體差異較大，與聚類分析結(jié)果相似。此外，3個(gè)養(yǎng)殖群體均出現(xiàn)小部分非重疊區(qū)，說(shuō)明這3個(gè)養(yǎng)殖群體自身具有較大的內(nèi)部差異。總體上，這3個(gè)養(yǎng)殖群體差異較大，雖然羅氏沼蝦引入中國(guó)后經(jīng)過選育和一定時(shí)間的定向培育，但在培育過程中難免受到地理環(huán)境、餌料、天氣等因素影響，使各養(yǎng)殖群體后代個(gè)體性狀表達(dá)不穩(wěn)定，從而在養(yǎng)殖群體間出現(xiàn)一定的差異性。此外，本研究所得累計(jì)貢獻(xiàn)率小于85.00%，有可能是部分蝦的第二步足在生長(zhǎng)過程中脫落，再生的步足小于脫落步足所造成[17]。與此同時(shí)，說(shuō)明由這幾個(gè)獨(dú)立的因子來(lái)判斷不同養(yǎng)殖群體間差異的準(zhǔn)確率并不高。在后續(xù)的研究中將計(jì)劃增加更多的性狀，從而提高主成分分析的累計(jì)貢獻(xiàn)率。

判別分析結(jié)果表明，羅氏沼蝦3個(gè)養(yǎng)殖群體存在一定差異，從15個(gè)性狀比例參數(shù)中得到9個(gè)貢獻(xiàn)較大的性狀比例參數(shù)，綜合判別率為75.900%。廣東和廣西的準(zhǔn)確率較低，說(shuō)明這2個(gè)養(yǎng)殖群體間相互誤判的個(gè)體較多。

本研究結(jié)合了傳統(tǒng)的形態(tài)特征與多元統(tǒng)計(jì)的分析方法，對(duì)不同養(yǎng)殖群體的羅氏沼蝦進(jìn)行形態(tài)學(xué)研究，闡明了羅氏沼蝦養(yǎng)殖群體間的形態(tài)學(xué)差異，以提高羅氏沼蝦目標(biāo)性狀的選擇與利用品系的配套組合，共同實(shí)現(xiàn)不同性狀的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為培育出兼具多優(yōu)良性狀的新品種奠定了基礎(chǔ)。