長江口及鄰近海域鳳鱭4個不同地理群體的形態(tài)差異

楊 琴，趙 峰，3，宋 超，張 濤，苗中博，莊 平

（1．中國水產科學研究院東海水產研究所，上海 200090；2．上海海洋大學水產與生命學院，上海 201306；3．農業(yè)農村部東海與長江口漁業(yè)資源環(huán)境科學觀測實驗站，上海 200090）

鳳鱭（Coilia mystus），隸屬于鯡形目（Clupeiformes），鳀 科 （Engraulidea），鱭 屬（Coilia），俗稱鳳尾魚、烤子魚、籽鱭等，為河口洄游性魚類，在我國東海、黃海和渤海的近海海域均有分布［1-2］。鳳鱭曾是長江口“五大漁汛”之一，1974年捕撈產量高達5 284 t，占長江口漁業(yè)總捕撈量的 48．6%［3］。20年來，在棲息地環(huán)境變遷和過度捕撈等因素的影響下，鳳鱭資源急劇衰退，到2011年長江口的捕撈產量僅為107．6 t［4］，現(xiàn)今已幾乎不能形成漁汛［3-5］，捕撈價值基本喪失，農業(yè)農村部也通告要求“自2019年2月1日起禁止刀魚、鳳鱭、河蟹三種天然資源的生產性捕撈”，因此長江口鳳鱭資源的養(yǎng)護管理工作亟待開展。

鳳鱭屬于短距離洄游型魚類，平時棲于淺海，呈分散型生活。每年繁殖盛期為5—7月，大量成熟個體集群洄游至不同河口咸淡水或淡水區(qū)域進行生殖洄游，產卵結束后，親魚返回近海，仔幼魚在河口覓食。不同河口區(qū)繁殖的鳳鱭群體間個體存在遷入或遷出現(xiàn)象，群體結構復雜。對長江口鳳鱭資源進行評估和管理，需要考慮到其與附近河口區(qū)鳳鱭地理群體間的差異及聯(lián)系，以避免管理策略偏差［6］。魚類形態(tài)是基因和環(huán)境相互作用的產物，在魚類種群鑒別及劃分中起到重要作用，主要包括種間及種內的群體劃分［7-8］。隨著測量及統(tǒng)計方法的不斷改進，采用傳統(tǒng)形態(tài)測量及框架法與多元分析相結合的方法，除了已應用于華鳊屬（Sinibrama）［9］、石爬鮡（Euchiloglanis sp．）［10］、鱸屬（Perca）［11］和鯔科（Mugilidae）［12］等的種間差異性研究，也在刀鱭（Coilia nasus）［13］、紅 鰭 東 方 鲀 （Takifugu rubripes）［14］、多 鱗 四 指 馬 鲅 （Eleutheronema rhadinum）［15］、日本蟳（Charybdis japonica）［16］、羅氏 沼 蝦 （Macrobrachium rosenbergii）［17］和 錦 鯉（Cyprinus carpio）［18］等水生生物的種內分化研究中得到應用。本研究采用傳統(tǒng)形態(tài)測量法和框架法描述鳳鱭形態(tài)的幾何特征，再利用多元統(tǒng)計分析方法對長江口及其鄰近海域4個地理群體鳳鱭的形態(tài)差異進行綜合分析，旨在查明長江口及其鄰近海域不同鳳鱭群體間的差異性及親緣關系，為長江口鳳鱭資源養(yǎng)護和管理提供科學支撐。

1 材料與方法

1．1 實驗材料

本研究所用樣本分別采集于江蘇呂四（121°35′51″E、32°5′49″N）、上海崇明（121°44′57″E、31°23′22″N）、浙江舟山（122°2′27″E、29°36′28″N）和浙江溫州（120°57′20″E、28°5′20″N）4個近岸海域（圖1），各40尾成魚，冷凍保存，實驗室測量、稱重及拍照。采集時間為2018年9—10月，鳳鱭繁殖期基本結束，不存在懷卵的雌性鳳鱭，因此無法從外形上區(qū)分樣本性別，故選用雌雄混合樣本用于形態(tài)分析（表1）。

1．2 形態(tài)參數(shù)測定

利用傳統(tǒng)形態(tài)測量法和形態(tài)框架法對4個海域的鳳鱭樣本進行測量。參照解剖學坐標點以及測量指標，采用Image Pro Plus 6．0軟件進行測量。其中，傳統(tǒng)形態(tài)學性狀測量包括11個參數(shù)（圖2），即全長（FL）、體長（BL）、體高（BD）、頭高（HD）、頭長（HL）、眼后頭長（HBE）、軀干長（STL）、尾長（TL）、吻長（SL）、眼徑（ED）、尾柄高（CPH）；框架測量指標19個，即D1～D19（圖3）。

圖1 采樣地點Fig．1 Sampling sites

1．3 數(shù)據分析

利用Microsoft Excel初步統(tǒng)計所有樣本11個傳統(tǒng)形態(tài)學特征數(shù)據及19個形態(tài)框架數(shù)據，為消除樣本個體大小差異對形態(tài)特征的影響，將以上除體長（BL）外29個形態(tài)數(shù)據與其體長（BL）的比值作為形態(tài)度量分析的性狀值，從而得到29個形態(tài)比例性狀參數(shù)，然后采用SPSS 23．0統(tǒng)計軟件對4個群體鳳鱭的29個形態(tài)比例性狀參數(shù)進行非參數(shù)檢驗、主成分分析、判別分析和聚類分析，通過分析結果探討群體間的差異性及關聯(lián)性。

表1 鳳鱭樣本信息Tab．1 Sampling information of C．mystus

圖2 鳳鱭形態(tài)學測量位點Fig．2 Morphological and mark points for measurement of C．mystus

圖3 鳳鱭框架圖Fig．3 Truss network of distance measurement of C．mystus

2 結果與分析

2．1 非參數(shù)檢驗

對29個比例性狀進行非參數(shù)檢驗，Kruskal-Wallis H檢驗顯示，除了吻長／體長（SL／BL）外，4個海域鳳鱭群體間其它形態(tài)比例性狀存在顯著性差異（P＜0．05，表2）。

2．2 主成分分析

為確定影響不同地理群體鳳鱭形態(tài)差異的主成分因子，對29個形態(tài)學比例性狀進行主成分分析，共獲得7個主成分（PC1～PC7），累計貢獻率為 86．46%，其中主成分 1貢獻率為44．27%，主成分2～7的貢獻率分別為16．31%、8．36%、5．51%、4．38%、4．10%和 3．53%（表3）。貢獻率最大的主成分1主要顯示了D7／BL、STL／BL、TL／BL、D13／BL和 D15／BL等指標，集中反映的是魚軀干部和尾部特征；主成分2主要顯示了 D18／BL、BD／BL、D8／BL、D11／BL和 D9／BL等指標，集中反映的是魚體部和尾部特征；主成分3主要顯示了 HL／BL、ED／BL、HBE／BL和 D5／BL等指標，集中反映的是魚體頭部特征。而鳳鱭4個群體主成分PC1和PC2構成的散布圖顯示，呂四、崇明和舟山3個群體個體間交錯重疊區(qū)域較多，而溫州群體與其它3個群體個體重疊區(qū)域較少，分化最為顯著（圖4）。

表2 鳳鱭4個群體的形態(tài)比例性狀描述性統(tǒng)計值（平均值±標準差）Tab．2 Descriptive statistics of morphological proportional traits for four populations of C．mystus（Mean±SD）

2．3 判別分析

利用逐步判別和交互驗證方法對29個形態(tài)比例性狀進行判別分析，建立由貢獻率較大的8個特征值構成的判別方程式，這8個變量分別為：FL／BL（X1）、HD／BL（X2）、TL／BL（X3）、CPH／BL（X4）、D9／BL（X5）、D13／BL（X6）、D16／BL（X7）、D19／BL（X8）

呂四群體（Ls）：

YLs＝38 542．907X1+3 257．822X2-29 310．853X3-9 782．854X4+1 731．135X5+25 849．984X6+5 899．037X7+15 330．884X8-24 730．902

圖4 鳳鱭4個群體第1、2主成分散布情況Fig．4 Distribution of PC1 and PC2 for four populations of C．mystus

表3 鳳鱭4個群體前7個主成分特征值和貢獻率Tab．3 Initial eigenvalues and contribution ratio of the first seven principal components for four populations of C．mystus

崇明群體（Cm）：

YCm＝38 641．147X1+3 375．915X2-29 267．519X3-10 184．118X4+1 690．028X5+26 028．774X6+5 774．139X7+15 153．911X8-24 720．982

舟山群體（Zs）：

YZs＝38 711．580X1+3 190．348X2-29 321．998X3-9 971．162X4+1 776．692X5+26 133．413X6+5 709．9 36X7+15 158．544X8-24 814．329

溫州群體（Wz）：

YWz＝38 464．330X1+3 029．771X2-29 241．006X3-9 319．513X4+1 865．921X5+25 928．780X6+5 548．9 22X7+14 980．518X8-24 356．985

逐步判別分析結果顯示：綜合判別準確率為76．3%，4個群體判別成功率依次為溫州群體（90．0%）、呂 四 群 體 （87．5%）、崇 明 群 體（67．5%）和舟山群體（60．0%）。交互驗證分析結果顯示：綜合判別準確率68．1%，呂四、崇明和舟山群體判別率分別低于逐步判別分析結果，而溫州群體判別率達到95．0%（表4）。

由4個群體的典型判別分析散點圖（圖5）可以看出，4個鳳鱭地理群體個體基本是互相分離的，呂四群體集中分布在第1象限，溫州群體集中分布在第2、3象限，而崇明和舟山群體都分布在第4象限，兩者組質心距離最近，部分個體發(fā)生混淆。由此可見，崇明和舟山群體形態(tài)最為接近，呂四次之，溫州群體與其它3個群體之間差異最大。

圖5 鳳鱭4個群體形態(tài)測量特征的判別分析Fig．5 Discriminant function analysis for morphological trait measurements of four population of C．mystus

2．4 聚類分析

選擇29個比例性狀變量的平均值，采用組間連接方法，得到群體間歐式距離樹狀圖（圖6）。從鳳鱭4個地理群體間的歐式距離可以看出（表5）：崇明群體（Cm）和舟山群體（Zs）形態(tài)較為接近，兩者之間的歐式距離最短，僅為0．016；從聚類分析圖（圖6）可見：鳳鱭4個群體被分為兩大類群，其中崇明和舟山群體距離最近，最先聚合為一組，后與呂四群體匯為一大組，而溫州群體單獨聚成一組。由此可見，崇明和舟山群體形態(tài)最為相似，而與呂四和溫州群體的形態(tài)差異逐漸增大。

圖6 由歐式距離產生的鳳鱭4個群體的聚類分析圖Fig．6 Cluster analysis of four populations of C．mystus in the Euclidean distance

表4 基于8個貢獻顯著的比率變量判別函數(shù)對4個群體鳳鱭判別分析結果Tab．4 Results of discriminant analysis of four populations of C．mystus based on four discriminant functions with eight significant ratio variables

表5 鳳鱭4個地理群體間的歐式距離Tab．5 Euclidean distance among four geographical populations of C．mystus

3 討論

長期地理隔離以及對不同環(huán)境的適應性使得同種魚類不同地理群體間由于缺乏基因交流而產生一定的生殖隔離，從而在其形態(tài)、生理及遺傳上形成一定的差異［13，19-20］。早期研究表明，我國東南沿海鳳鱭群體存在顯著的地理分化［21］，可分為長江型、閩江型和珠江型3個生態(tài)類群［22］，群體間的分化可能達到了亞種水平［23-24］。劉文斌等［25］基于生化和形態(tài)學研究，將長江口鳳鱭和九龍江鳳鱭劃分為2個亞種。由此可見，地理區(qū)域相距較遠的鳳鱭群體之間存在較大的形態(tài)差異，然而鳳鱭作為一種短距離洄游性魚類，大部分鳳鱭群體的生殖、索餌、育肥等過程都在既定的區(qū)域內進行，大體不會超出其生存環(huán)境的范圍，推測地理位置相距較近的鳳鱭群體之間也可能存在形態(tài)差異。

本研究中，Krushal-Wallis H檢驗和主成分分析直觀有效地判斷出長江口及鄰近海域鳳鱭4個地理群體間的總體關系，除了吻長／體長外，其它形態(tài)比例存在顯著性差異，主成分分析將多個形態(tài)比例性狀轉化為幾個相互獨立或互不相關的幾個因子［26］，根據主成分貢獻率大小，得到影響群體差異的主要形態(tài)參數(shù)，共提取了7個主成分，然而前3個主成分的累積貢獻率較低，僅為68．94%，未達到累積貢獻率大于或等于85%的要求，說明鳳鱭群體難以用幾個相互獨立的因子概括不同群體的形態(tài)差異［27］。其中主成分1貢獻率最大，為44．27%，主要反映了 D7／體長、軀干長／體長、尾長／體長、D13／體長和 D15／體長等魚體軀干部、尾部橫向和斜向的形態(tài)差異。棘頭梅童魚（Collichthyslucidus）［27］、刀鱭［13］和紅鰭東方鲀［14］等魚類的研究也表明軀干部和尾部特征是影響不同地理種群差異性的主要因素，這與魚類游泳能力是相符合的，魚類游泳主要通過軀干和尾部肌肉強有力的活動而快速前進，其產生的動力遠遠大于鰭條劃水產生的動力。從主成分分析的散點圖來看，溫州群體分布較為特殊，與其它3個群體重疊率較小，而呂四、崇明和舟山3個群體之間重合度較高，分布較為集中，形態(tài)差異較小，由此推斷這些差異性大小與4個群體所處地理位置有關，崇明群體處于長江口海域，北靠呂四群體所處的黃海南部漁場，南靠舟山群體所處的東海舟山漁場，這3個群體生存的自然環(huán)境、氣候以及水體都極為相似，從而導致了3個群體的形態(tài)相似性，而溫州群體處于東海入海河流甌江北部，與其它3個群體相隔較遠，地理的阻礙以及棲息地環(huán)境的不同導致群體間缺乏基因交流，從而產生較大的群體差異，可單獨劃分為一個群體。

聚類分析和判別分析結果較為一致，都有效地對4個鳳鱭群體進行了判別及分類，崇明和舟山群體首先聚為一組，再與呂四聚為一大組，溫州群體獨自為一組，且崇明和舟山兩個群體組質心和歐式距離最為接近，清楚地顯示了群體間的親緣關系及關聯(lián)性，即崇明和舟山群體親緣關系較為接近，而與呂四和溫州群體親緣關系逐漸增大。通過具有篩選變量能力的逐步判別分析組合最佳因子建立了穩(wěn)定的判別函數(shù)［28］，對4個不同地理群體鳳鱭進行了判別，只有呂四和溫州群體判別準確率較高，錯判率在15%以內，說明可以有效地進行判別，根據2個群體的地理位置，推測其分別屬于黃海入河口洄游群體和甌江洄游群體。而崇明和舟山群體判別較低，2個群體個體混合程度較高，與主成分分析結果一致，崇明和舟山群體所處海域存在長江和錢塘江2個相近的入?？?，相近的水文體系使得2個群體間交流頻繁，群體內個體出現(xiàn)交叉，推測2個群體都屬于長江洄游型或錢塘江洄游型群體；值得注意的是呂四群體判別率較高，這與和其地理位置相近的崇明和舟山群體之間存在較為顯著的差異，與主成分分析結果不一致，與其地理位置分布也不相符合，分析可能是由于臺風、洋流等的輸送作用下，黃海北部黃海入河口洄游群體具浮游性的卵及幼體擴散至黃海南部，與長江型洄游群體混淆，從而造成了這種差異。

綜合以上研究結果，采用4種多元統(tǒng)計學方法從不同角度說明了4個不同地理鳳鱭群體之間既存在差異又存在密不可分的關聯(lián)性，證實了長江口鳳鱭群體組成以崇明群體及舟山群體為主，可能存在少數(shù)來自長江口以北的黃海水域遷移的呂四鳳鱭群體，因此今后對長江口鳳鱭資源保護管理單元的劃分應集中在長江以南和舟山以北的東海水域為主。本研究在前人基礎上更精確和全面分析了長江口及鄰近海域鳳鱭群體差異性，為長江口鳳鱭種質資源保護區(qū)域劃分及管理提供了有效的理論依據，然而不同地理群體鳳鱭形態(tài)差異也有可能是由遺傳因子、環(huán)境因素及自然選擇相互作用造成的［28-29］，與群體間的遺傳、生理等有關，所以今后要對鳳鱭種質資源做更全面深入的評估，并需從鳳鱭群體耳石元素指紋、微衛(wèi)星標記、生理生化及分子生物學等方面做進一步比較研究。

致謝：中國水產科學研究院東海水產研究所河口漁業(yè)實驗室紀嚴、徐超、徐靜靜和吳曉峰同學在取材與實驗方面給予了幫助，謹致謝忱。