長(zhǎng)江中游湖泊翹嘴鱖、大眼鱖與其“中間類型”的形態(tài)學(xué)差異

朱書琴，趙金良，周云紅，吳紅巖

( 1.上海海洋大學(xué)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水水產(chǎn)種質(zhì)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201306； 2.上海海洋大學(xué)，水產(chǎn)動(dòng)物遺傳育種中心上海市協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306； 3.上海海洋大學(xué)，水產(chǎn)科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，上海 201306 )

翹嘴鱖(Sinipercachuatsi)和大眼鱖(S.kneri)屬鱸形目、鱖科，是東亞地區(qū)特有的淡水經(jīng)濟(jì)魚類，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值。翹嘴鱖是Basilewsky于1855年在天津鑒定的物種，主要分布在閩江以北的地區(qū)；大眼鱖是Garman于1912年在湖北宜昌描述的物種，分布于淮河以南水系[1]。翹嘴鱖與大眼鱖外形特征相似，體側(cè)扁，背部隆起；口大，下頜長(zhǎng)于上頜，頜上生有絨毛狀細(xì)齒，并有發(fā)達(dá)的犬齒，背鰭由多根利刺組成。它們的形態(tài)分類鑒定特征為：翹嘴鱖體高而側(cè)扁，眼睛小，背部隆起明顯，上頜骨伸達(dá)至眼后緣及更后；大眼鱖體較矮，眼睛較大，背部略呈弧形，不甚隆起，上頜骨不伸達(dá)至眼后緣[2-3]。鱖亞科魚類骨骼形態(tài)特征的比較研究顯示，翹嘴鱖和大眼鱖間無明顯差異[4]。細(xì)胞遺傳學(xué)研究表明，翹嘴鱖和大眼鱖均為二倍體，且核型和臂數(shù)基本一樣[5]。分子遺傳學(xué)研究表明，翹嘴鱖和大眼鱖線粒體Cytb、線粒體DNA控制區(qū)等基因序列高度相似[6-7]，親緣關(guān)系較近[8-10]；利用核基因序列構(gòu)建的鱖類系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系中，翹嘴鱖和大眼鱖是姐妹種[11-12]。

隨著鱖魚野外采樣工作的擴(kuò)大和深入，在長(zhǎng)江中游發(fā)現(xiàn)有些樣本兼具翹嘴鱖和大眼鱖的部分形態(tài)特征(口裂后緣伸達(dá)眼后緣之下，而眼睛大小、頭后及背前部隆起介于翹嘴鱖與大眼鱖之間)，暫將其稱為“中間類型”。余帆洋[13]在長(zhǎng)江水系采樣中將這種類型的鱖魚稱為“過渡類型”(又稱翹嘴鱖與大眼鱖復(fù)合種)，但未觀察到“過渡類型”與翹嘴鱖、大眼鱖間存在明顯遺傳分化。楊敏[14]在長(zhǎng)江中游陸水水庫(kù)、沅江、湘江、贛江、鄱陽湖等采集的大眼鱖樣本中，發(fā)現(xiàn)有4尾為雜交F1個(gè)體。Song等[12]利用靶基因富集與多基因測(cè)序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)部分長(zhǎng)江鱖魚樣品中存在基因交流。以上研究表明，長(zhǎng)江水系內(nèi)鱖魚可能存在種間雜交現(xiàn)象。

由于翹嘴鱖與大眼鱖為近緣物種，且形態(tài)相似，導(dǎo)致對(duì)“中間類型”鱖魚樣品的物種鑒定與分類工作十分困難。筆者以傳統(tǒng)分類鑒定無異議的翹嘴鱖和大眼鱖群體為參照，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)“中間類型”與翹嘴鱖、大眼鱖的可數(shù)性狀與可量性狀特征進(jìn)行差異性比較，探討“中間類型”與翹嘴鱖、大眼鱖間差異性，為鱖魚分類鑒定、種內(nèi)變異或種間雜交提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 樣本采集

2018年3—9月，從長(zhǎng)江中游湖泊采集鱖魚樣品，共132尾。鄱陽湖余干縣康山鄉(xiāng)(N 28°52′56.87″，E 116°25′53.54″)采集樣品99尾，體質(zhì)量15.5～477.5 g；洞庭湖岳陽市(N 29°23′49.69″，E 113°05′46.07″)采集樣品33尾，體質(zhì)量38.4～135.4 g(表1)。根據(jù)傳統(tǒng)形態(tài)分類鑒別特征對(duì)每尾魚進(jìn)行物種鑒定。翹嘴鱖：頭后及背前部隆起較高，眼較小(頭長(zhǎng)為眼徑的5.3～8.1倍)，上頜骨后端伸達(dá)眼后緣之下或更后；大眼鱖：頭后及背前部隆起較低，眼較大(頭長(zhǎng)為眼徑的4.7～5.1倍)，上頜骨后端不伸達(dá)眼后緣之下[2]。其中，翹嘴鱖40尾，大眼鱖44尾，無法確定的個(gè)體48尾歸入“中間類型”。

1.2 形態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)量

可數(shù)性狀(背鰭、胸鰭、腹鰭、臀鰭鰭條數(shù)目，第一鰓弓鰓耙數(shù))采用直觀計(jì)數(shù)?？闪啃誀畎?1項(xiàng)常規(guī)可量性狀(上頜長(zhǎng)、吻長(zhǎng)、眼徑、眼間距、吻長(zhǎng)+眼徑、頭長(zhǎng)、頭高、體長(zhǎng)、體高、體寬、全長(zhǎng))和22個(gè)框架參數(shù)(圖1)，使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺，測(cè)量數(shù)據(jù)精確到0.01 mm[15-16]。

表1 翹嘴鱖、大眼鱖及“中間類型”樣本采集信息

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

為消除個(gè)體大小對(duì)數(shù)據(jù)分析的影響，將頭部性狀除以頭長(zhǎng)，其他形態(tài)數(shù)據(jù)分別除以體長(zhǎng)。然后對(duì)校正后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行單因素方差分析、主成分分析、判別分析與STRUCTURE聚類分析。前3項(xiàng)分析運(yùn)用SPSS 20.0軟件進(jìn)行，STRUCTURE聚類分析將形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分子數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[17]。應(yīng)用STRUCTURE 2.3.4(2000)軟件進(jìn)行群體間的聚類關(guān)系分析，設(shè)置聚類數(shù)值(K)從1到3，分析參數(shù)為：burn-in=10 000，MCMC interation=50 000，根據(jù)文獻(xiàn)[18]確定最佳K值(ΔK)。

2 結(jié)果與分析

2.1 中間個(gè)體的外形特征

外形上，“中間類型”個(gè)體有些表現(xiàn)為眼睛大，頭背部隆起高，上頜骨后端位于眼睛后緣之下；有些表現(xiàn)為眼睛的大小和頭背部隆起程度處于翹嘴鱖、大眼鱖之間，上頜骨后端伸達(dá)眼后緣(表2)。由于“中間類型”兼有翹嘴鱖和大眼鱖的部分形態(tài)分類特征，因此，根據(jù)傳統(tǒng)分類鑒定特征無法判定其物種歸屬。

2.2 可數(shù)性狀

“中間類型”與翹嘴鱖、大眼鱖的5個(gè)可數(shù)性狀比較見表3。在可數(shù)性狀中，“中間類型”與翹嘴鱖、大眼鱖的鰭條數(shù)無明顯差異(P<0.05)，鰓耙數(shù)均為7。

表2 “中間類型”與翹嘴鱖、大眼鱖形態(tài)特征比較

表3 “中間類型”與翹嘴鱖、大眼鱖的5個(gè)可數(shù)性狀比較

2.3 可量性狀和框架參數(shù)

2.3.1 方差分析

將各形態(tài)性狀矯正為比例性狀后，進(jìn)行群體間的單因素方差分析。由33項(xiàng)比例指標(biāo)篩選出18項(xiàng)具有顯著差異的指標(biāo)(表4)。結(jié)果顯示，“中間類型”在(吻長(zhǎng)+眼徑)/上頜長(zhǎng)、(吻長(zhǎng)+眼徑)/頭長(zhǎng)、眼徑/頭長(zhǎng)、H(3—10)/體長(zhǎng)、N(5—6)/體長(zhǎng)與翹嘴鱖、大眼鱖間存在顯著差異(P<0.05)，而(吻長(zhǎng)+眼徑)/上頜長(zhǎng)比值反映的是上頜骨與眼睛的相對(duì)位置，眼徑/頭長(zhǎng)比值反映的是眼睛的大小，H(3—10)/體長(zhǎng)反映了頭背部隆起程度的變化，N(5—6)/體長(zhǎng)反映的是尾柄長(zhǎng)的變異。另外，“中間類型”在吻長(zhǎng)/頭長(zhǎng)、眼間距/頭長(zhǎng)、頭長(zhǎng)/體長(zhǎng)、E(2—10)/體長(zhǎng)、R(6—7)/體長(zhǎng)與翹嘴鱖間有顯著差異(P<0.05)；在體高/體長(zhǎng)、體寬/體長(zhǎng)、I(3—9)/體長(zhǎng)與大眼鱖間差異顯著(P<0.05)。

表4 “中間類型”與翹嘴鱖和大眼鱖群體可量形態(tài)性狀比例比較

2.3.2 主成分分析

在主成分分析中，共提取了20個(gè)主成分，貢獻(xiàn)率較大的前6個(gè)主成分為：主成分1(32.08%)、主成分2(13.57%)、主成分3(13.02%)、主成分4(7.58%)、主成分5(6.37%)、主成分6(5.85%)，解釋了總變量的78.47%。主成分1包括A(1—2)/體長(zhǎng)、D(2—11)/體長(zhǎng)、E(2—10)/體長(zhǎng)、G(3—11)/體長(zhǎng)、H(3—10)/體長(zhǎng)、I(3—9)/體長(zhǎng)6個(gè)框架參數(shù)和體高/體長(zhǎng)，它們反映了魚體背前部隆起和體高方面的特征。主成分2包括頭長(zhǎng)/體長(zhǎng)、上頜長(zhǎng)/頭長(zhǎng)、吻長(zhǎng)/頭長(zhǎng)、(吻長(zhǎng)+眼徑)/頭長(zhǎng)、眼間距/頭長(zhǎng)，反映的是魚體頭部特征。主成分3包括(吻長(zhǎng)+眼徑)/頭長(zhǎng)、眼徑/頭長(zhǎng)、(吻長(zhǎng)+眼徑)/上頜長(zhǎng)，反映了魚體眼睛大小、眼睛與上頜相對(duì)位置的特征。以主成分1為橫坐標(biāo)，主成分2為縱坐標(biāo)作圖，翹嘴鱖與大眼鱖能明顯區(qū)分，“中間類型”位于翹嘴鱖和大眼鱖之間，且與大眼鱖重疊較多(圖2)。

2.3.3 判別分析

從方差分析有差異性的20個(gè)比例性狀特征值中，選取判別貢獻(xiàn)較大的4個(gè)形態(tài)變量，建立3個(gè)群體的判別公式，式中的x1，x2，x3以及x4分別代表體寬/體長(zhǎng)、眼徑/頭長(zhǎng)、(吻長(zhǎng)+眼徑)/上頜長(zhǎng)和A(1—2)/體長(zhǎng)。其判別公式如下：

圖2 “中間類型”與翹嘴鱖和大眼鱖的主成分散布示意Fig.2 Principle component analysis of the intermediate form, mandarinfish S. chuatsi and bigeye mandarinfish S. kneri

翹嘴鱖:y=624.299x1+356.017x2+262.899x3-198.591x4-217.385

大眼鱖：y=673.464x1+480.517x2+316.773x3-152.594x4-289.428

中間類型：y=687.020x1+461.651x2+283.749x3-167.237x4-257.248

判別分析的判別準(zhǔn)確率達(dá)81.8%～90.0%，綜合判別準(zhǔn)確率為85.6%，能較好地區(qū)別“中間類型”與翹嘴鱖、大眼鱖(表5)。翹嘴鱖的判別準(zhǔn)確率最高，為90.0%，群體內(nèi)僅有2尾被判別為“中間類型”，大眼鱖的判別準(zhǔn)確率最低，為81.8%，有8尾個(gè)體被判別到“中間類型”中。而“中間類型”有5尾判為翹嘴鱖，2尾判為大眼鱖。

2.3.4 STRUCTURE聚類分析

對(duì)樣本進(jìn)行STRUCTURE聚類結(jié)果顯示，K=2時(shí)出現(xiàn)最高峰值(ΔK=634.27)，為最佳聚類，即翹嘴鱖為一類，大眼鱖為一類，“中間類型”未單獨(dú)聚類，而是分別聚入翹嘴鱖和大眼鱖。按后驗(yàn)概率大于80%計(jì)，“中間類型”中有58%的個(gè)體偏向大眼鱖，21%的個(gè)體偏向翹嘴鱖，而其余21%個(gè)體處于翹嘴鱖和大眼鱖之間(圖3)。

表5 “中間類型”與翹嘴鱖和大眼鱖的判別分析結(jié)果

圖3 “中間類型”與翹嘴鱖和大眼鱖的STRUCTURE聚類分析Fig.3 STRUCTURE cluster analysis of intermediate form, mandarinfish S. chuatsi and bigeye mandarinfish S. kneri紅色代表翹嘴鱖；綠色代表大眼鱖.S. chuatsi is shown in red; S. kneri is shown in green.

3 討 論

3.1 “中間類型”與翹嘴鱖和大眼鱖形態(tài)數(shù)量差異的多元分析

表型特征是生物遺傳學(xué)特性中比較直觀的外在表現(xiàn)形式，也是生物分類學(xué)上重要的理論依據(jù)[19]。“中間類型”與翹嘴鱖、大眼鱖在可數(shù)性狀(鰭條數(shù)和鰓耙數(shù))上，均無顯著差異。在可量性狀中，單因素比較分析表明，“中間類型”的(吻長(zhǎng)+眼徑)/上頜長(zhǎng)、(吻長(zhǎng)+眼徑)/頭長(zhǎng)、眼徑/頭長(zhǎng)、H(3—10)/體長(zhǎng)、N(5—6)/體長(zhǎng)與翹嘴鱖、大眼鱖間存在顯著差異，說明在可量性狀上，“中間類型”與翹嘴鱖和大眼鱖之間存在的差異基本與傳統(tǒng)形態(tài)分類鑒定指標(biāo)一致(包括眼睛大小、上頜與眼睛的相對(duì)位置、頭背部隆起)。曹曉穎[20]研究發(fā)現(xiàn)，翹嘴鱖尾柄長(zhǎng)大于大眼鱖，即尾柄長(zhǎng)也可作為翹嘴鱖與大眼鱖種間鑒定參考指標(biāo)，本研究中，翹嘴鱖的N(5—6)/體長(zhǎng)為0.156±0.016，大眼鱖的為0.132±0.019，“中間類型”的處于兩者之間(0.142±0.020)。在主成分分析中，“中間類型”與翹嘴鱖和大眼鱖的形態(tài)數(shù)量差異主要體現(xiàn)在框架結(jié)構(gòu)性狀A(yù)(1—2)、D(2—11)、E(2—10)、G(3—11)、H(3—10)、I(3—9)和體高上，即頭后及背前部的框架性狀及體高可以作為解釋其差異的主要成分，“中間類型”與翹嘴鱖和大眼鱖形態(tài)差異仍集中在傳統(tǒng)形態(tài)分類特征的區(qū)域。從可量和框架數(shù)據(jù)中挑選出4個(gè)對(duì)判別貢獻(xiàn)較大的參數(shù)分別構(gòu)建判別方程，對(duì)翹嘴鱖的判別率達(dá)到90%，對(duì)“中間類型”的判別率達(dá)到85.4%，大眼鱖的判別率為81.8%，總體上判別準(zhǔn)確率較高。判別分析中貢獻(xiàn)較大的參數(shù)是體寬/體長(zhǎng)、眼徑/頭長(zhǎng)、(吻長(zhǎng)+眼徑)/上頜長(zhǎng)和A(1—2)/體長(zhǎng)，這些判別參數(shù)與翹嘴鱖和大眼鱖傳統(tǒng)形態(tài)分類鑒定指標(biāo)基本一致。STRUCTURE聚類分析表明，“中間類型”有58%的個(gè)體偏向大眼鱖，有21%的個(gè)體偏向翹嘴鱖，而其余21%個(gè)體處于翹嘴鱖和大眼鱖之間，說明“中間類型”形態(tài)學(xué)特征介于翹嘴鱖和大眼鱖之間，偏向大眼鱖。

由于翹嘴鱖與大眼鱖形態(tài)分類鑒別特征少(眼睛大小、上頜與眼睛的相對(duì)位置、頭背部隆起)，且主要表現(xiàn)在漸變性，沒有絕對(duì)的界限。盡管“中間類型”與翹嘴鱖、大眼鱖在形態(tài)數(shù)量特征上存在一定的差異，但仍難以對(duì)“中間類型”個(gè)體進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定與分類，這一工作有待于后續(xù)分子證據(jù)加以鑒定。

3.2 引起近緣物種在同域分布區(qū)內(nèi)形態(tài)交叉的原因

鄱陽湖、洞庭湖同為翹嘴鱖與大眼鱖的自然分布水域。鱖魚是兇猛性魚類，攝食強(qiáng)度的差異會(huì)導(dǎo)致鱖魚個(gè)體間生長(zhǎng)的顯著差異[21]，且種內(nèi)個(gè)體形態(tài)特征也具有一定的變異性，如鄱陽湖翹嘴鱖的肥滿度、體長(zhǎng)/眼間距、尾柄長(zhǎng)/尾柄高等變異系數(shù)在5%～21.5%[22]。由于種間差異小，而種內(nèi)變異大，這可能是在相同水域中出現(xiàn)翹嘴鱖和大眼鱖形態(tài)交叉?zhèn)€體(“中間類型”)的主要原因。由于地處中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)與日本絨螯蟹(E.japonicus)分布重疊區(qū)，圖們江水系絨螯蟹形態(tài)特征介于中華絨螯蟹與日本絨螯蟹之間，難以鑒別[23]。

近年來，由于過度捕撈、湖泊圍墾、水利工程、江湖阻隔等人類活動(dòng)影響，鄱陽湖與洞庭湖湖面大量縮減，湖區(qū)提前干涸，湖內(nèi)魚類資源均在不同程度上顯著下降[24-25]。資源衰竭、生存空間的急劇縮小和繁殖場(chǎng)所的銳減，可能引發(fā)翹嘴鱖和大眼鱖原有生活習(xí)性發(fā)生改變，導(dǎo)致原先的生殖隔離機(jī)制被打破，發(fā)生種間雜交。原產(chǎn)于我國(guó)的鰱魚(Hypophthalmichthysmolitrix)和鳙魚(Aristichthysnobilis)在本土范圍分布重疊區(qū)內(nèi)不會(huì)發(fā)生種間雜交，20世紀(jì)70年代初引種到美國(guó)后，因?yàn)樯姝h(huán)境發(fā)生巨大改變，在密西西比河和伊利諾伊河發(fā)現(xiàn)了大量的鰱魚、鳙魚自然雜交后代[26-27]。因此，今后需進(jìn)一步監(jiān)測(cè)和評(píng)估長(zhǎng)江鱖魚種質(zhì)資源變動(dòng)趨勢(shì)以及鱖魚人工繁殖生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)自然種的潛在影響。