廣西西江干流斑點半鲿形態(tài)差異分析

高 峰，譚虹雨，張 曼，2*，王振光，汪開成，陳秀荔

(1.廣西大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西大學(xué)海洋學(xué)院，廣西 南寧 530004；3.廣西水產(chǎn)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530021)

【研究意義】廣西境內(nèi)西江水系水量充沛，漁業(yè)資源豐富，其干流包括紅水河、黔江、潯江和西江段，但沿線水利水電設(shè)施眾多[1]。斑點半鲿(Hemibagrusguttatus)曾用名斑鱯，俗稱魽魚、芝麻劍，隸屬于鲇形目(Siluriformes)鲿科(Bagridae)半鲿屬(Hemibagrus)，廣泛分布于西江水系。該魚全身無鱗，肉質(zhì)細膩，具有極高的營養(yǎng)價值，被譽為西江四大名貴魚類之一[2-3]。斑點半鲿人工繁殖技術(shù)于1994年取得突破性進展，但目前養(yǎng)殖所需苗種仍以天然采捕為主，苗種質(zhì)量良莠不齊，且管理粗放，導(dǎo)致人工養(yǎng)殖的斑點半鲿成活率較低，遠不能滿足當(dāng)前市場的需求[4-5]，亟待開展斑點半鲿良種選育工作，以推進其養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。眾所周知，優(yōu)良的種質(zhì)資源是魚類育種的關(guān)鍵，而魚類形態(tài)特征是良種鑒定與評價的有效方法。江河魚類易受地理阻隔和生境變化等因素影響，不同地理群體在形態(tài)上能產(chǎn)生穩(wěn)定變異，以選擇性適應(yīng)復(fù)雜的棲息環(huán)境[6-8]。因此，開展廣西西江干流不同地理群體斑點半鲿形態(tài)差異研究，對斑點半鲿種質(zhì)資源鑒定評價、保護和良種選育具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】已有研究表明，運用主成分分析、聚類分析和判別分析等多元統(tǒng)計方法可將大瀧六線魚(Hexagrammosotakii)和紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)等多個地理群體的形態(tài)差異有效地區(qū)分開來[9-10]。近年來，針對西江魚類群體形態(tài)分化的研究也有較多報道。趙建等[11]研究發(fā)現(xiàn)，柳江、潯江和西江3個河段的卷口魚(Ptychidiojordani)在整個魚體上存在明顯的形態(tài)差異，其中柳江群體的形態(tài)變異最大，而西江卷口魚已分化為兩個群體。楊慧榮等[12]研究指出，左江、右江和紅水河3個大眼鱖(Sinipercakneri)群體主要在頭尾部可量性狀和頭部、軀干部框架性狀上存在形態(tài)差異，且與地理分布密切相關(guān)。陳方燦[13]對西江來賓、桂平、武宣、梧州和肇慶等5個地理群體的赤眼鱒(Spualiobarbuscurriculus)進行形態(tài)多樣性分析，推測各采樣點棲息環(huán)境如水流速度的差異可能是造成其形態(tài)差異的主要原因。【本研究切入點】目前，對斑點半鲿的研究主要集中在基礎(chǔ)生物學(xué)[3，14]、遺傳學(xué)[2，15]及人工繁育[4-5]等方面，針對不同地理群體斑點半鲿形態(tài)差異的研究鮮見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以廣西西江干流10個地理群體的斑點半鲿為研究對象，基于可量性狀和框架結(jié)構(gòu)性狀，運用主成分分析、聚類分析和判別分析等多元統(tǒng)計方法，系統(tǒng)分析不同地理群體間的形態(tài)差異，并了解其野外生存狀態(tài)，旨在從形態(tài)特征上為廣西西江干流斑點半鲿群體劃分及種質(zhì)資源保護、管理和良種選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試野生斑點半鲿于2018年8月至2019年2

圖1 廣西西江干流斑點半鲿樣本采集地點分布情況Fig.1 Distribution of the sampling locations of H. guttatus in the main stream of Xijiang river in Guangxi

表1 廣西西江干流斑點半鲿樣本信息

月采自廣西西江干流的紅水河(天峨、東蘭、大化、合山和來賓，屬西江干流上游)、黔江(武宣、桂平，屬西江干流中游)、潯江(平南、藤縣，屬西江干流中游)及西江(梧州，屬西江干流下游)。樣本采集后冰鮮運回實驗室，試驗用魚均保證體表完好無破損。各采樣點地理分布及樣本信息見圖1和表1(用拼音首字母命名各采樣點，如以TE表示天峨)。

1.2 形態(tài)性狀指標(biāo)測量

采用電子游標(biāo)卡尺(精度為0.01 mm)測量斑點半鲿的可量性狀和框架結(jié)構(gòu)性狀。其中，可量性狀包括體長、全長、體高、體厚、頭長、吻長、口寬、上頜須長、眼徑、眼間距、軀干長、尾長、尾柄長、尾柄高、背鰭基長、脂鰭基長、胸鰭基長、腹鰭基長和臀鰭基長共19項指標(biāo)；12個框架坐標(biāo)點參照王峰[16]的方法設(shè)定，共測量24項框架數(shù)據(jù)(圖2)，每項均以大寫字母D+阿拉伯?dāng)?shù)字表示，如D1-2表示下頜骨最后端至吻前端的直線距離。

1.3 統(tǒng)計分析

為消除樣各性狀不一致對統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)的影響，除體長外，將18項可量性狀和24項框架性狀均除以體長并進行標(biāo)準(zhǔn)化處理[7]。

1.3.1 主成分分析 參考汪開成等[17]的方法，應(yīng)用SPSS 25.0對斑點半鲿各地理群體的42項標(biāo)準(zhǔn)化性狀進行主成分分析；參考陳薛偉杰等[7]的方法，通過主成分法選取特征值大于1.0的因子作為主成分，并采用最大方差法對因子矩陣進行旋轉(zhuǎn)，輸出各主成分的貢獻率和累積貢獻率，統(tǒng)計各主成分的得分系數(shù)。

1.3.2 聚類分析 參考王偉等[18]的方法，使用SPSS 25.0對斑點半鲿各地理群體的42項標(biāo)準(zhǔn)化性狀參數(shù)平均值進行聚類分析；采用歐氏最短距離系統(tǒng)聚類法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進化樹，探討斑點半鲿各地理群體間的形態(tài)距離。

1：下頜骨最后端；2：吻前端；3：腹鰭起點；4：額部上頜骨最后端；5：臀鰭起點；6：背鰭起點；7：臀鰭末端；8：背鰭末端；9：脂鰭起點；10：脂鰭末端；11：尾鰭腹部起點；12：尾鰭背部起點1：Terminus of mandible；2：Tip of snout；3：Start point of pelvic fin；4：The last end of the frontal maxilla；5：Start point of anal fin；6：Start point of dorsal fin；7：Terminus of anal fin；8：Terminus of dorsal fin；9：Start point of fat fin；10：Terminus of fat fin；11：Ventral start point of caudal fin；12：Dorsal start point of caudal fin圖2 斑點半鲿框架結(jié)構(gòu)性狀示意圖Fig.2 Frame structure diagram of H. guttatus

1.3.3 判別分析 通過剔除不相關(guān)變量對標(biāo)準(zhǔn)化性狀進行逐步判別分析，篩選出貢獻率較大的性狀，建立斑點半鲿10個地理群體的判別函數(shù)。參考劉曉慧等[19]的方法，計算判別準(zhǔn)確率和綜合判別率，并通過對斑點半鲿所有樣本進行預(yù)測分類以驗證各群體判別函數(shù)的準(zhǔn)確性。

判別準(zhǔn)確率(%)=(某斑點半鲿群體判別正確尾數(shù)/該群體實際尾數(shù))×100

式中，n為群體數(shù)，Ai為第i個群體判別正確的斑點半鲿尾數(shù)，Bi為第i個群體的實際尾數(shù)。

1.3.4 體長—體質(zhì)量回歸分析及肥滿度計算 采用冪函數(shù)關(guān)系表達式W=aLb建立斑點半鲿10個地理群體的體長—體質(zhì)量回歸方程，其中W為體質(zhì)量，L為體長，a為反映種群所處環(huán)境的條件因子，b為判斷斑點半鲿野外生長狀態(tài)的異速生長因子，當(dāng)b接近3.000時為勻速生長，表示魚體體長與體質(zhì)量以相同的速率增加；當(dāng)b接近2.000時為負異速生長，表示魚體體長的增長快于體質(zhì)量的增加；當(dāng)b接近4.000時為正異速生長，表示魚體體質(zhì)量的增加快于體長的增長[20]。同時，計算魚體肥滿度(K)，并對各地理群體的肥滿度進行單因子方差分析[17]。

魚體肥滿度K=W×100/L3

式中，K為肥滿度，W為體質(zhì)量，L為體長。

2 結(jié)果與分析

2.1 主成分分析結(jié)果

選取信息提取率較高的頭長(X1)、口寬(X2)、上頜須長(X3)、眼徑(X4)、軀干長(X5)、尾長(X6)、尾柄長(X7)、尾柄高(X8)、D1-2(X9)、D1-3(X10)、D1-4(X11)、D2-3(X12)、D3-6(X13)、D8-3(X14)、D8-5(X15)、D8-7(X16)、D8-10(X17)、D5-10(X18)、D7-11(X19)、D7-12(X20)、D9-11(X21)、D10-12(X22)和D11-12(X23)共23項標(biāo)準(zhǔn)化性狀進行KMO檢驗和巴特勒球度檢驗，對應(yīng)的檢驗值分別為0.684和0，表明所篩選的數(shù)據(jù)適合進行主成分分析。主成分分析結(jié)果顯示，前7個主成分(PC1～PC7)的特征值均大于1.0，貢獻率分別為23.580 %、13.588 %、10.973 %、7.775 %、6.957 %、5.246 %和4.567 %，累積貢獻率為72.686 %，即前7個主成分能解釋斑點半鲿10個地理群體間72.686 %的形態(tài)差異。其中，PC1、PC2和PC3的貢獻率較高，其標(biāo)準(zhǔn)化性狀的得分系數(shù)見圖3。PC1中得分系數(shù)較高的是D1-3(X10)、D2-3(X12)、D1-4(X11)、D3-6(X13)、軀干長(X5)和頭長(X1)，主要反映魚體軀干前部和部分頭部特征；PC2中得分系數(shù)較高的是D8-7(X16)、D8-10(X17)、D8-5(X15)和D9-11(X21)，主要反映魚體軀干后部的特征；PC3中得分系數(shù)較高的是D7-11(X19)、D7-12(X20)、尾柄長(X7)和尾柄高(X8)，主要反映魚體尾部特征。

基于PC1和PC2繪制主成分散點圖(圖4)，發(fā)現(xiàn)斑點半鲿各地理群體在PC1軸上的差異較在PC2軸上的差異更明顯。此外，位于中下游的武宣、桂平、平南、藤縣和梧州等5個群體與上游的天峨群體間存在較多的重疊區(qū)域，個體分布相對集中，形態(tài)相似度較高；而東蘭、大化、合山和來賓等4個上游群體分布較松散，但總體上能與上述群體區(qū)分開來，總體形態(tài)離散明顯。

圖3 廣西西江干流斑點半鲿形態(tài)指標(biāo)的PC1、PC2和PC3的得分系數(shù)Fig.3 Scoring coefficient of PC1，PC2 and PC3 for the morphological index of H. guttatus in the main stream of Xijiang river in Guangxi

圖4 廣西西江干流斑點半鲿各地理群體在PC1和PC2的分布情況Fig.4 Distribution of H. guttatus in the main stream of Xijiang river in Guangxi from each geographical population on PC1 and PC2

2.2 聚類分析結(jié)果

從圖5可看出，斑點半鲿10個地理群體分化為兩大類群，即中下游群體和上游群體各自的形態(tài)相似性較高，分別聚為一類。其中，處于中下游的藤縣、平南、武宣、桂平和梧州群體形態(tài)距離較近，首先聚為一支，而后與上游的天峨、來賓、東蘭、大化和合山群體聚為一大類。

2.3 判別分析結(jié)果

采用逐步判別分析法篩選出貢獻率較大的19項標(biāo)準(zhǔn)化性狀，以表2中各性狀的相關(guān)系數(shù)分別建立斑點半鲿10個地理群體的判別函數(shù)，例如：Z天峨=-76.477+1254.980Y1+181.313Y2+······-715.477Y18-535.401Y19。運用各群體判別函數(shù)對斑點半鲿所有樣本進行逐一判別，結(jié)果(表3)表明，各地理群體最多有3尾判別錯誤，判別準(zhǔn)確率均較高(92.7 %～100.0 %)，綜合判別率為95.4 %，其中合山群體的判別準(zhǔn)確率最高，達100.0 %，說明判別函數(shù)可信度較高，能對各群體斑點半鲿進行有效判別。

圖5 廣西西江干流斑點半鲿各地理群體的聚類分析Fig.5 Cluster dendrogram from each geographical population of H. guttatus in the main stream of Xijiang river in Guangxi

表2 廣西西江干流斑點半鲿各地理群體的性狀相關(guān)系數(shù)

續(xù)表2 Continued table 2

參數(shù)Parameter性狀Character地理群體 Geographical populationTEDLDHHSLBWXGPPNTXWZY15D8-3195.411-101.822-41.249-78.837220.61972.133211.55585.247309.609247.344Y16D5-1067.576229.067192.519500.988-27.651-100.834238.569-10.151135.13250.789Y17D9-11805.611443.139831.035590.883889.609810.972757.119899.854797.137834.312Y18D10-12-715.477-1175.952-638.422-1172.959-1140.093-689.200-634.380-807.765-622.370-335.797Y19D11-12-535.401-940.069-853.935-1203.995-936.123-338.751-794.308-808.122-600.797-247.577常量Constant--76.477-61.906-74.013-79.261-79.817-70.617-77.525-79.832-69.267-73.417

表3 廣西西江干流各地理群體斑點半鲿的判別分類

2.4 體長—體質(zhì)量的相關(guān)性及肥滿度分析結(jié)果

斑點半鲿樣本的體長—體質(zhì)量回歸分析結(jié)果(表4)顯示，各地理群體及總體回歸方程的回歸系數(shù)(R2)為0.943～0.993，反映樣本體長與體質(zhì)量均呈冪函數(shù)正相關(guān)增長；各回歸方程的異速生長因子(b)在2.755～3.324，接近3.000，表明廣西西江干流斑點半鲿各地理群體在野外環(huán)境下接近勻速生長。此外，肥滿度在多數(shù)群體間差異不顯著(P>0.05)，與地理分布無明顯關(guān)聯(lián)；10個地理群體中以上游的大化和合山群體平均肥滿度最低，與其他地理群體間存在顯著差異(P<0.05)。

表4 廣西西江干流各地理群體斑點半鲿體長—體質(zhì)量的回歸方程及肥滿度差異

Table 4 Body length-body weight regression equation and difference of fatness analysis ofH.guttatusin the main stream of Xijiang river in Guangxi from each geographical population

群體Population回歸方程Regression equationR2異速生長因子(b) Allometric factor 肥滿度范圍Fatness range平均肥滿度Average fatnessTEy=0.022x2.8130.9432.8131.06～1.301.22±0.06abcDLy=0.021x2.8060.9532.8060.92～1.471.17±0.17bcDHy=0.021x2.7550.9592.7550.80～1.271.00±0.13dHSy=0.019x2.7660.9542.7660.81～1.291.06±0.12dLBy=0.017x2.8910.9712.8910.91～1.521.23±0.13abWXy=0.012x2.9910.9932.9911.04～1.371.17±0.07bcGPy=0.019x2.8540.9792.8541.06～1.611.24±0.13aPNy=0.015x2.8970.9772.8971.02～1.321.14±0.07cTXy=0.005x3.3240.9773.3240.85～1.711.23±0.14abWZy=0.019x2.8460.9542.8460.90～1.381.15±0.13abc合計Totaly=0.013x2.9700.9702.970

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters in the same column represented significant difference(P<0.05).

3 討 論

代應(yīng)貴等[21]對稀有白甲魚(Onychostomararum)、舒琥等[22]對大刺鰍(Mastacembelusarmatus)底棲魚類的研究表明，頭尾軸、軀干部和尾部特征是其群體形態(tài)變異的主要來源，且與其棲息環(huán)境、生活習(xí)性和游泳運動能力密切相關(guān)。本研究從斑點半鲿的傳統(tǒng)可量性狀和框架結(jié)構(gòu)性狀出發(fā)，首先運用主成分分析將42項形態(tài)性狀轉(zhuǎn)化為7個特征值大于1.0的主成分，其累積貢獻率為72.686 %，通過對貢獻率較高的前3個主成分分析發(fā)現(xiàn)，頭尾軸、軀干部和尾部性狀特征對斑點半鲿群體的形態(tài)差異起關(guān)鍵作用，是區(qū)分廣西西江干流不同群體斑點半鲿形態(tài)差異的重要依據(jù)；從基于PC1和PC2繪制的主成分散點圖可看出，地處上游天峨群體的斑點半鲿分布較特殊，與中下游5個群體的重合度較高，形態(tài)差異性較小，而與東蘭、大化、合山和來賓等4個上游群體發(fā)生明顯偏離，究其原因可能與PC1和PC2對總變異的貢獻率較低、不足以概括各地理群體斑點半鲿的形態(tài)分化有關(guān)。

本研究的聚類分析結(jié)果表明，斑點半鲿10個地理群體可明顯劃分為兩大類群：藤縣、平南、武宣、桂平和梧州5個中下游群體的歐氏距離最接近，首先聚為一類；天峨、來賓、東蘭、大化和合山5個上游群體間形態(tài)差異較小，親緣關(guān)系相近，聚為另一類；兩個類群斑點半鲿在形態(tài)上表現(xiàn)出明顯差異，且聚類關(guān)系與地理分布具有較高的相關(guān)性，與楊慧榮等[12]對大眼鱖、汪開城等[17]對紅腹羅非魚(Coptodonzillii)的研究結(jié)果相似。本研究的判別分析結(jié)果與聚類分析結(jié)果較一致，均能對10個不同地理群體斑點半鲿的形態(tài)差異進行有效判別；通過逐步判別分析共篩選出19項對區(qū)分各群體斑點半鲿貢獻率較大的形態(tài)性狀，建立的判別函數(shù)對各群體的判別準(zhǔn)確率均在90.0 %以上，綜合判別率達95.4 %，可全面反映各地理群體斑點半鲿的形態(tài)差異。

本研究采用主成分分析、聚類分析和判別分析3種多元統(tǒng)計方法從不同角度揭示廣西西江干流斑點半鲿的形態(tài)特征，即各群體差異主要體現(xiàn)在頭尾軸、軀干部和尾部；斑點半鲿10個地理群體分為兩個類群，且逐步判別分析法可準(zhǔn)確地鑒別斑點半鲿的群體歸屬。本研究中10個地理群體斑點半鲿均位于西江水系，但上游群體和中下游群體間具有明顯的形態(tài)分化，與郭焱等[23]研究發(fā)現(xiàn)相同水系底棲魚類斑重唇魚(Diptychusmaculates)群體在形態(tài)上分化不明顯的結(jié)果不一致。廣西西江干流沿線地形地貌復(fù)雜多樣，上游群體的采集地紅水河為典型的喀斯特地貌，地勢陡峻，自上而下建有龍灘、巖灘、大化、百龍灘、樂灘和橋鞏水電站；中下游群體的采集地黔江、潯江和西江段地勢則趨于平緩，擁有大藤峽(在建)和長洲兩大水利樞紐[24-28]。綜合張化浩等[6]、陳薛偉杰等[7]、潘瑛子等[29]的研究結(jié)果，地理分布和生活環(huán)境的差異可能是導(dǎo)致斑點半鲿上游與中下游群體間產(chǎn)生形態(tài)變異的最直接因素。此外，有學(xué)者研究指出，紅水河干流梯級電站和大藤峽水利樞紐運行后庫區(qū)水文情勢發(fā)生改變，由急流生境向緩流或靜水生境轉(zhuǎn)化，水體流速是影響底棲動物演替的主導(dǎo)原因[24，27]，而在擁有我國最大魚道的長洲水利樞紐中，作為壩下江段優(yōu)勢種的斑點半鲿也并未發(fā)現(xiàn)其蹤跡[28]。因此，梯級水利水電設(shè)施的建設(shè)和運行造成廣西西江干流生境片段化，加劇了斑點半鲿各群體間的相互隔離，基因交流的匱乏加之對局域水體環(huán)境的適應(yīng)性不同使得各群體在形態(tài)上發(fā)生明顯分化。本研究僅從形態(tài)角度分析廣西西江干流10個地理群體斑點半鲿的變異特征，而魚類形態(tài)受外界環(huán)境和內(nèi)在遺傳因素的雙重影響[7，30-31]，因此后續(xù)還需對各群體的遺傳結(jié)構(gòu)及其遺傳分化情況作進一步探究。

體長—體質(zhì)量關(guān)系能反映魚類的生長及生存狀況，本研究中斑點半鲿各地理群體的體長與體質(zhì)量呈正相關(guān)的冪函數(shù)關(guān)系，且異速生長因子(b)均接近3.000，與Que等[32]對紅水河斑點半鲿的研究結(jié)果(b為2.980)相近，表明在廣西西江干流中斑點半鲿的體長與體質(zhì)量以相同的勻速速率增加。王德壽和楊松林[33]探究同屬大鰭半鲿(H.macropterus)肥滿度的月際變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)4月時大鰭半鲿的肥滿度(0.85)最高，而本研究所測得各地理群體樣本的平均肥滿度均在1.00左右，明顯高于大鰭半鲿，說明廣西西江干流的斑點半鲿較肥滿，生存狀況良好。

4 結(jié) 論

采用主成分分析、聚類分析和判別分析3種多元統(tǒng)計方法可判斷廣西西江干流10個地理群體斑點半鲿間存在明顯的形態(tài)分化，且野外生存狀況良好，為廣西西江干流斑點半鲿種質(zhì)資源評價、保護和合理利用提供理論依據(jù)，進而為其良種選育及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)打下堅實基礎(chǔ)。