中華絨螯蟹幼蟹不同家系的形態(tài)判別分析

胡清彪，李曉東，周 波，孫 娜，劉 胥

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水產(chǎn)研究所，四川 成都 610000；2.盤錦光合蟹業(yè)有限公司，遼寧 盤錦 124200)

【研究意義】中華絨螯蟹肉質(zhì)鮮美，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，深受消費(fèi)者喜愛，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。隨著人們生活水平的不斷提高，河蟹的消費(fèi)量不斷增加，從而促進(jìn)了養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展[1-2]，逐漸形成了規(guī)?；B(yǎng)殖。但大規(guī)模養(yǎng)殖過程中為了減少環(huán)境差異同時(shí)不占用過多的養(yǎng)殖水體，往往需要將不同的家系混養(yǎng)在一起，導(dǎo)致家系之間個(gè)體不易區(qū)分，對(duì)未來選育過程中選擇親本并防止近親交配造成了一定的困難。因此嘗試對(duì)不同家系幼蟹做行之有效的鑒別方法對(duì)中華絨螯蟹養(yǎng)殖業(yè)及種質(zhì)資源保護(hù)有重要作用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】河蟹形態(tài)差異的研究主要集中于成蟹階段且主要在區(qū)分不同地理群體間的差異。徐興川[3-4]對(duì)長(zhǎng)江蟹、甌江蟹與遼河蟹在外部形態(tài)、大小及體色等方面的差別進(jìn)行了相應(yīng)的研究；許家武等[5]對(duì)長(zhǎng)江、遼河、甌江中華絨螯蟹種群的形態(tài)進(jìn)行了比較與判別分析；李勇等[6]建立了遼河、長(zhǎng)江及甌江三水系中華絨螯蟹幼蟹形態(tài)判別程序；盧義等[7]對(duì)長(zhǎng)江、黃河、遼河水系中華絨螯蟹野生扣蟹的形態(tài)學(xué)進(jìn)行了研究分析，并分別對(duì)雌雄扣蟹建立了判別方程?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前還未有人嘗試通過形態(tài)判別來進(jìn)行區(qū)分中華絨螯蟹的不同家系。本研究以中華絨螯蟹新品種‘光合1號(hào)’后代扣蟹為研究對(duì)象，采用聚類分析和逐步判別分析試圖區(qū)分扣蟹不同家系。【擬解決的關(guān)鍵問題】對(duì)未來中華絨螯蟹的選育工作有一定的理論指導(dǎo)意義。

表1 不同家系幼蟹的采樣時(shí)間、樣本數(shù)及平均體重Table 1 Sampling time, sample size and average body weight of juvenile crab from different families

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所用中華絨螯蟹為盤錦光合蟹業(yè)有限公司選育的親緣關(guān)系明確的‘光合1號(hào)’后代，經(jīng)過人工育苗后將不同家系大眼幼體分別于室外不同稻田圍隔中飼養(yǎng)，待其生長(zhǎng)發(fā)育為扣蟹，于10月初捕回并測(cè)量記錄。測(cè)定樣本大小如表1所示(所有樣本附肢齊全)。

a：頭胸甲背部，共9個(gè)參數(shù)；b：頭胸甲右側(cè)面，共2個(gè)參數(shù)；c：腹甲測(cè)，共3個(gè)參數(shù)；d：第2～4步足，共4個(gè)參數(shù)a: The back of carapace with 9 parameters; b: The right part of carapace with 2 parameters; c: The shell of abdomen with 3 parameters; d: The 2-4th ambulatory legs with 4 parameters圖1 中華絨螯蟹測(cè)量部位Fig.1 Sketch diagram of measuring points of E. sinensis

表2 中華絨螯蟹幼蟹家系間的歐式距離Table 2 Euclidean distance of families of juvenile E. sinensis

1.2 參數(shù)收集

所有參數(shù)均使用游標(biāo)卡尺測(cè)量，精確到0.1 mm，所測(cè)參數(shù)參考文獻(xiàn)[6]并做了相應(yīng)的改進(jìn)，每只幼蟹逐一測(cè)量點(diǎn)間距離，獲得共3240個(gè)形態(tài)數(shù)據(jù)，每個(gè)個(gè)體測(cè)量點(diǎn)如圖1，每個(gè)個(gè)體統(tǒng)計(jì)如下數(shù)據(jù)：X1=AB, X2=BC, X3=CC, X4=DD, X5=EE, X6= FF, X7=OE, X8=OF, X9=IP, X10=JJ, X11=KK, X12=NQ (第三步足), X13=LM (第二步足), X14=MQ (第二步足), X15=LM (第四步足),X16=RS (體高：背甲最凸點(diǎn)到腹甲的垂直距離), X17=GG(頭胸甲寬) 及 X18=HP (頭胸甲長(zhǎng))。

1.3 數(shù)據(jù)分析

為了消除幼蟹規(guī)格大小差異對(duì)參數(shù)的影響，分析獲得的形態(tài)學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，參照文獻(xiàn)[8]，將每只幼蟹的所有值均除以它的頭胸甲長(zhǎng)(X18)進(jìn)行校正，X1～X18對(duì)應(yīng)校正值為V1～V18。對(duì)所有校正后的形態(tài)參數(shù)使用聚類分析以及逐步判別分析2種多元分析方法，均采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行分析處理。

1.3.1 聚類分析 采用歐式距離(Euclidean距離)的最短距離系統(tǒng)聚類法[9]。

1.3.2 逐步判別分析 根據(jù)聚類分析結(jié)果，采用逐步判別方法進(jìn)行分析，選取默認(rèn)臨界F值 (選取進(jìn)入模型的F值為3.84，從模型中剔除變量的F值為2.71)，并對(duì)判別貢獻(xiàn)大的參數(shù)建立相應(yīng)的判別公式，繪制個(gè)體散布圖。

圖2 6個(gè)中華絨螯蟹幼蟹家系的聚類分析圖Fig.2 Clustering dendrogram of Chinese mitten crab from six families of juvenile E. sinensis

2 結(jié)果與分析

2.1 聚類分析

家系間歐式距離如表2，樹狀圖如圖2，結(jié)果顯示c 家系、f 家系趨異程度較高，f家系趨異程度最大，a家系、b家系、d家系、e家系形態(tài)差異不大。

2.2 逐步判別分析

由于聚類分析尚不能夠判別樣本的家系所屬，因此進(jìn)一步進(jìn)行判別分析。為了建立簡(jiǎn)便實(shí)用的判別公式，在確保一定的判別準(zhǔn)確率的前提下，篩選出貢獻(xiàn)較大的特征值。運(yùn)用SPSS 20.0 對(duì)校正后的18個(gè)參數(shù)進(jìn)行逐步判別分析，篩選出10個(gè)形態(tài)參數(shù)，入選的先后順序?yàn)閂3、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12、V15。用篩選出的10個(gè)形態(tài)參數(shù)做為自變量分別建立a、b、c、d、e、f 6個(gè)家系的形態(tài)判別公式，如下：

Pa= 889.995V3- 353.589V5+ …… + 553.628V12- 244.759V15- 542.102

Pb= 890.401V3- 229.401V5+ …… +549.753V12- 238.621V15-531.479

……

Pf= 531.272V3- 469.763V5+ …… + 485.842V12- 206.531V15-480.773

所得公式中各項(xiàng)系數(shù)值以及常數(shù)項(xiàng)詳見表3。

根據(jù)上述公式，對(duì)某一幼蟹的10個(gè)參數(shù)值進(jìn)行收集，并經(jīng)過校正，代入上述各項(xiàng)公式中，計(jì)算結(jié)果，所得結(jié)果值(P)哪個(gè)最大即屬于哪個(gè)家系(如：所有值中Pa值最大，則判定該蟹屬于a家系)。

判別結(jié)果表明：6個(gè)家系中每個(gè)家系分別有30只幼蟹，a 家系運(yùn)用判別函數(shù)進(jìn)行回代分類，分類結(jié)果與實(shí)際情況相符的共25只，錯(cuò)分了5只，判別準(zhǔn)確率為83.8 %；b 家系運(yùn)用判別函數(shù)回代分類，分類結(jié)果與實(shí)際相符28只，錯(cuò)分2只，判別準(zhǔn)確率為93.3 %；c 家系運(yùn)用判別函數(shù)回代分類，分類結(jié)果與實(shí)際相符29只，錯(cuò)分1只，判別準(zhǔn)確率為96.7 %；d 家系運(yùn)用判別函數(shù)回代分類，分類結(jié)果與實(shí)際相符28只，錯(cuò)分2只，判別準(zhǔn)確率為93.3 %；e 家系運(yùn)用判別函數(shù)回代分類，分類結(jié)果與實(shí)際相符0只，錯(cuò)分30只，主要錯(cuò)分為a家系(25只)，判別準(zhǔn)確率為0 %；f 家系運(yùn)用判別函數(shù)回代分類，分類結(jié)果與實(shí)際相符30只，錯(cuò)分0只，判別準(zhǔn)確率100 %，平均擬合概率為77.8 % (圖3，表4)。

表3 6個(gè)中華絨螯蟹幼蟹家系判別公式各項(xiàng)系數(shù)及常數(shù)Table 3 The coefficients of linear discriminant functions and constant terms for six families of juvenile E. sinensis

經(jīng)交叉驗(yàn)證，a、b、c、d、e、f 6個(gè)家系分類準(zhǔn)確率分別為0 %、93.3 %、86.7 %、90.0 %、0 %、96.7 %，其中a家系幼蟹主要誤判為e家系(25只)，e家系幼蟹主要誤判為a家系(25只)，平均擬合概率為61.1 %。

圖3 6個(gè)家系中華絨螯蟹幼蟹的形態(tài)判別分析散點(diǎn)圖Fig.3 Canonical plot scores from discriminant analysis on morphological measurement of juvenile E. sinensis from six families

為了檢驗(yàn)上述判別公式的適用性，對(duì)飼養(yǎng)于盤錦光合蟹業(yè)公司育種車間的6個(gè)家系的幼蟹重新隨機(jī)取樣(每個(gè)家系15只)，這些樣品均為參加建立判別公式模型，測(cè)得10個(gè)參數(shù)后，所有參數(shù)均除以體長(zhǎng)校正后，代入判別函數(shù)得出：a家系有12只幼蟹同時(shí)被判入了a家系和e家系，b家系判別準(zhǔn)確率為53.3 %，c家系判別準(zhǔn)確率為80 %，d家系判別準(zhǔn)確率為0 %，有12只同時(shí)判入了a家系和e家系；e家系有11只同時(shí)判入了a和e家系，f家系判別準(zhǔn)確率為60 %。由此可見，通過判別分析對(duì)于家系水平來說，部分家系可以有很好的判別，但部分家系判別上存在一定的困難。

3 討 論

在魚類分類學(xué)上，形態(tài)度量的性狀是一個(gè)很重要的分類指標(biāo)[10-11]，用于新物種的發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)[12]，地理種群間的變異問題[13]。大多數(shù)通過統(tǒng)計(jì)方法對(duì)中華絨螯蟹進(jìn)行不同地理種群間的差異分析均是對(duì)中華絨螯蟹成蟹進(jìn)行形態(tài)學(xué)的研究分析[5,14]，僅少量對(duì)幼蟹進(jìn)行研究[6-7]。但尚未有過對(duì)中華絨螯蟹不同家系的幼蟹進(jìn)行形態(tài)學(xué)區(qū)分的報(bào)道。家系在動(dòng)物育種學(xué)上是指共同祖先繁殖的后代。本文通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法嘗試對(duì)中華絨螯蟹新品種‘光合1號(hào)’后代不同家系幼蟹進(jìn)行形態(tài)鑒別區(qū)分。如果家系可以通過形態(tài)學(xué)鑒定而區(qū)分的話，將會(huì)對(duì)遺傳育種起到巨大的推動(dòng)作用。

本研究對(duì)6個(gè)家系幼蟹形態(tài)參數(shù)進(jìn)行聚類分析表明c 家系和f 家系趨異程度高。逐步判別是對(duì)大量入選因子進(jìn)行篩選的一個(gè)過程，篩選過程中不僅考慮到單個(gè)入選因子的重要性，還要考慮入選后對(duì)其他已經(jīng)入選因子的影響作用，最終做出是否入選的決定，這樣就篩選出了最佳組合因子，從而建立相應(yīng)的判別函數(shù)[6]，因此沒有必要比較各個(gè)因子在不同家系之間的差異的顯著性。許加武等[5]對(duì)遼河、長(zhǎng)江、甌江中華絨螯蟹的成蟹種群進(jìn)行了逐步判別分析，最終判別效果比較理想；李勇等[6]對(duì)長(zhǎng)江、甌江及遼河三水系中華絨螯蟹幼蟹種群進(jìn)行了逐步判別分析，區(qū)分結(jié)果比較理想。本研究通過逐步判別分析對(duì)6個(gè)家系共180個(gè)個(gè)體進(jìn)行分析，從18個(gè)參數(shù)中篩選出10個(gè)參數(shù)用于判別函數(shù)的建立，將不同家系之間的差異通過函數(shù)形式體現(xiàn)，運(yùn)用判別函數(shù)回代分類得到平均擬合概率為77.8 %，而交叉驗(yàn)證的擬合概率為61.1 %，這說明已經(jīng)建立的判別公式對(duì)于相應(yīng)的家系的判別在理論上存在一定的可行性，但是當(dāng)重新隨機(jī)選取未參加建立判別公式的樣品進(jìn)行后驗(yàn)時(shí)，結(jié)果更加不理想：b家系的判別準(zhǔn)確率為53.3 %，c家系的判別準(zhǔn)確率理想，達(dá)到80 %，f家系的判別準(zhǔn)確率達(dá)到了60 %其余均不理想，甚至為0，且a、d、e家系大部分同時(shí)判入了a與e家系，這從側(cè)面反映a家系、d家系與e家系之間尚未達(dá)到較大的區(qū)分度。分析原因可能是家系間尚未形成穩(wěn)定差異，只有少部分家系之間差異比較明顯，同時(shí)不同人工育種家系在選擇育種過程中側(cè)重點(diǎn)不同，本育種群體并未將形態(tài)差異這一性狀作為育種過程中的一個(gè)側(cè)重點(diǎn)，這可能占很大一部分原因。且生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)中華絨螯蟹的形態(tài)學(xué)特征存在一定的影響，而本實(shí)驗(yàn)的所有家系幼蟹之間的生長(zhǎng)環(huán)境差異性不大，故其形態(tài)差異較小。家系是比種群更進(jìn)一步的分類，種群因?yàn)橥ㄟ^長(zhǎng)期的地理隔離以及生殖隔離，可以形成穩(wěn)定的遺傳差異，從而形成了穩(wěn)定的形態(tài)差異，而家系之間尚未達(dá)到這一水平。因此，本研究中，形態(tài)差異很難作為本育種家系鑒別的依據(jù)，還需進(jìn)行更深入的研究并且結(jié)合其他生物學(xué)手段才能達(dá)到更準(zhǔn)確的鑒別目的。

表4 判別分析統(tǒng)計(jì)Table 4 The statistic of discriminant analysis

4 結(jié) 論

選取18個(gè)形態(tài)參數(shù)，對(duì)中華絨螯蟹6個(gè)家系共180個(gè)個(gè)體進(jìn)行聚類分析，結(jié)果顯示：c家系、f 家系趨異程度較高；通過逐步判別分析，從18個(gè)形態(tài)參數(shù)中篩選出10個(gè)貢獻(xiàn)率大的參數(shù)建立判別函數(shù)，平均擬合概率為77.8 %，交叉驗(yàn)證平均擬合概率為61.1 %，表明通過逐步判別分析進(jìn)行家系間的區(qū)分理論上可行，但是當(dāng)重新隨機(jī)選取未參加建立判別公式的樣品進(jìn)行后驗(yàn)時(shí)，結(jié)果不甚理想，表明形態(tài)差異很難作為本育種家系鑒別的依據(jù)，后續(xù)還需做更深入的研究。