基于通徑分析和灰色關聯(lián)分析巖原鯉形態(tài)特征與體質量的關系

閆卉果， 董智玲， 李雨， 馬婷婷，羅輝，2， 葉華，2， 何文平，2

1.西南大學 水產學院，重慶 400715；2.淡水魚類資源與生殖發(fā)育教育部重點實驗室，重慶 400715

巖原鯉Procyprisrabaudi俗稱黑鯉魚或巖鯉，隸屬于鯉形目Cypriniformes、鯉科Cyprinidae、原鯉屬Procypris，主要分布在我國長江上游和金沙江中下游.巖原鯉屬于中國特有物種[1]，其肉質細嫩鮮美、含肉率高、肌間刺少，是人們喜愛的名優(yōu)經(jīng)濟魚類[2].研究表明，由于過度捕撈和水域環(huán)境的污染，巖原鯉的野生資源量日益減少；且人工養(yǎng)殖規(guī)模有限、生長速度緩慢等原因導致巖原鯉無法滿足市場需要[3].巖原鯉野生種群在2021年被《國家重點保護野生動物名錄》列為二級保護動物，是我國重要的水產種質資源和遺傳物種基因庫，為滿足巖原鯉市場化開發(fā)、種群保護，推動其產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，良種選育迫在眉睫.

選擇性育種對改善養(yǎng)殖動物的重要經(jīng)濟性狀具有積極的推動作用，在魚類選擇性育種中通常將體質量作為定向選育的目標特征，直接反映魚類的生產性能[4-5].然而，體質量很容易受到基因連鎖、多效性、體表殘留水分和腸道飼料殘留的影響[6-7]，在實際育種過程中只以體質量為選育目標難以獲得可靠的結果，故利用魚類體質量與形態(tài)特征的數(shù)量關系，把重點特征納入選擇指數(shù)，對魚類優(yōu)良品種的選育具有重要的現(xiàn)實意義[8-11].目前，在魚類[12-14]、蝦類[15-17]、蟹類[18-19]及貝類[20-21]等水生經(jīng)濟動物中，形態(tài)特征與體質量的關系已被廣泛研究.更多的是采用統(tǒng)計學方法來估計重要經(jīng)濟特征之間的關系，如相關分析、通徑分析和回歸分析.灰色關聯(lián)分析法是一種衡量各因素之間關聯(lián)度的方法，分析方法簡單易行、準確客觀且所需樣本小[22-23]，在作物育種中被廣泛應用[24-25]，同時也應用在牙鲆[26]Paralichthysolivaceus、卵形鯧鲹[22]Trachinotusovatus、小黃魚[23]Larimichthyspolyactis和點籃子魚[27]Siganusguttatus等水產動物中，但采用灰色關聯(lián)分析方法探究巖原鯉形態(tài)特征與體質量關系的文獻還未見報道.

目前，多元分析在魚類選育中的研究多以成魚為主，在魚類不同生長時期，形態(tài)特征指標的選擇存在差異.不同生長階段形態(tài)特征對體質量的影響存在差異.在巖原鯉中僅報道了6月齡形態(tài)性狀對體質量的影響[3]，其他生長階段尚未探究.

20月齡巖原鯉是篩選分池養(yǎng)成的重要時期，在篩選時首選生長速度快且形態(tài)正常的魚.因此，本研究通過測定120尾20月齡巖原鯉體質量和11個外部形態(tài)特征，利用灰色關聯(lián)通徑分析探究巖原鯉形態(tài)特征與體質量的關系，并綜合兩種分析方法的結果，確定影響巖原鯉體質量的主要形態(tài)特征，以期為基于巖原鯉生長特征選育實踐提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年12月在四川省農業(yè)科學院水產研究所宜賓基地進行，試驗魚為基地同批次人工繁殖的20月齡巖原鯉，隨機選取120尾飼養(yǎng)條件一致的巖原鯉作為試驗群體.

1.2 巖原鯉數(shù)據(jù)采集

用100 mg/L的間氨基苯甲酸乙酯甲磺酸鹽麻醉試驗魚，用濾紙和干毛巾吸干表面水分后，使用電子天平稱量體質量(Y)，精確到 0.01 g.用量魚板、量規(guī)和游標卡尺測量11個與生長相關的特征，包括全長(X1)、體長(X2)、體高(X3)、體寬(X4)、頭長(X5)、眼后頭長(X6)、眼徑(X7)、吻長(X8)、尾柄長(X9)、尾柄高(X10)和軀干長(X11)，精確到 0.1 cm.

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2016初步統(tǒng)計各形態(tài)特征測定數(shù)據(jù)，相關分析采用SPSS 26.0軟件.參照杜家菊等[28]的研究方法進行通徑分析，依據(jù)相關分析結果和通徑系數(shù)計算決定系數(shù)[29-30].采用逐步多元回歸分析，構造一個最佳擬合的線性回歸方程.灰色關聯(lián)分析參考劉永新等[26]的研究方法.

2 結果與分析

2.1 生長相關特征的描述性統(tǒng)計

表1中列出了12個生長相關特征的平均值、標準差和變化系數(shù).體質量(Y)的變異系數(shù)最大(CV=30.66%)，而眼徑(X7)的變異系數(shù)最小(CV=4.79%).體質量(Y)的標準偏差最大(SD=14.192)，而眼徑(X7)的標準偏差最小(SD=0.047).

表1 巖原鯉形態(tài)特征及體質量的數(shù)據(jù)分析

2.2 生長相關特征之間的相關系數(shù)

本文通過相關性估計了12個生長相關特征之間的關系(表2)，在所有66個特征對中都檢測到顯著的正相關(p<0.01).相關系數(shù)(r)的范圍從0.394(X4和X7)到0.981(X1和X2)不等.體質量(Y)與其他11個形態(tài)特征之間觀察到顯著正相關(p<0.01)，r值從0.589(Y和X7之間)至0.970不等(Y和X2).

表2 巖原鯉形態(tài)特征與體質量間的相關分析

2.3 形態(tài)特征對體質量的通徑分析

由表3可知，在11個形態(tài)學生長相關的特征中，有3個(X2，X3和X4)直接對體質量有極顯著影響(p<0.01)，有2個(X1和X10)直接對體質量有顯著影響(p<0.05).特征X2對體質量有最大的直接影響(Pi=0.358).

表3 巖原鯉形態(tài)特征對體質量的通徑分析

2.4 全長、體長、體高、體寬、尾柄高對體質量的決定程度分析

形態(tài)特征對體質量的決定系數(shù)見表4.X2的單獨決定系數(shù)最大(0.128)，X2和X3的共同決定系數(shù)最大(0.162).形態(tài)特征與體質量的總決定系數(shù)為0.961.由此可見，經(jīng)通徑分析篩選的5個特征都是影響體質量的關鍵因素.

表4 養(yǎng)殖巖原鯉全長、體長、體高、體寬、尾柄高對體質量的決定系數(shù)

2.5 巖原鯉形態(tài)特征與體質量多元回歸方程的建立

方差分析結果顯示(表5)，回歸關系極顯著(F=571.656，p<0.01).通過以下步驟來估計體質量和其他形態(tài)特征之間的回歸關系：首先測試不同特征的部分回歸系數(shù)的顯著性，然后逐步去除非顯著的形態(tài)特征.結果表明，體質量與3個特征(X2，X3和X4)有極顯著的回歸關系(p<0.01)；與2個特征(X1和X10)有顯著的回歸關系(p<0.05).本文構造了一個最佳擬合的線性多元回歸方程，計算公式為：Y=-93.112+2.094X1+4.063X2+7.623X3+ 4.974X4+7.260X10.回歸分析結果顯示(表6)，系數(shù)檢驗顯著(p<0.05)，說明自變量能有效預測因變量的變化，即該方程可用于巖原鯉的選擇育種.

表5 多元回歸方程的方差分析

表6 養(yǎng)殖巖原鯉形態(tài)特征非標準化系數(shù)顯著性檢驗

2.6 巖原鯉形態(tài)特征與體質量的灰色關聯(lián)分析

以體質量和形態(tài)特征分別為參考序列和比較序列，所得灰色關聯(lián)系數(shù)見表7，灰色關聯(lián)度見表8.由表8可知，體長(X2)與體質量關聯(lián)度最高(0.897)，其次是全長(X1)、體高(X3)、軀干長(X11)、吻長(X8)、頭長(X5)、尾柄高(X10)、眼后頭長(X6)、尾柄長(X9)、體寬(X4)、眼徑(X7).

表7 巖原鯉形態(tài)特征與體質量的灰色關聯(lián)系數(shù)

表8 巖原鯉形態(tài)特征與體質量的灰色關聯(lián)度

3 討論

3.1 影響巖原鯉體質量的主要形態(tài)特征

估計生長相關性狀之間的關系是定量遺傳學和選擇性育種的一個重要問題.本研究分析了巖原鯉12個生長相關特征之間的相關性，結果表明這些特征變化豐富，在測量的形態(tài)特征中體質量變異系數(shù)最大，為 30.66%，其他特征變異系數(shù)在 4.79%～15.57%之間，與花鱸[31]Lateolabraxmaculatus、斜帶石斑魚[32]Epinepheluscoioides、卵形鯧鲹[33]Trachinotusovatus和黃鰭金槍魚[34]Thunnusalbacores等研究結果相近.耿緒云等[8]認為魚類育種潛力會隨體質量變異系數(shù)升高而增大，說明20月齡巖原鯉的選育潛力較大，可通過選擇育種進行良種選育.在本研究中，觀察到所有12個生長相關特征均呈顯著正相關(p<0.01)，意味著在巖原鯉育種過程中，通過選擇另一個或多個特征來選擇一個靶向性狀可行.

相關分析結果表明，巖原鯉全長、體長和體高等11個形態(tài)特征與體質量極顯著相關(p<0.01)，但并非所有形態(tài)特征都是影響體質量的主要形態(tài)特征.由于相關分析得到的相關系數(shù)只能反映變量之間的綜合關系，不能真實反映變量之間的因果關系，因此本文利用通徑分析來彌補相關分析的不足，將自變量和因變量的總相關系數(shù)分為直接效應和間接效應[3]，可以準確分析與體質量相關的形態(tài)特征.通徑分析結果表明，在本研究的11個形態(tài)學特征中，有3個(體長、體高和體寬)對體質量有極顯著的直接影響(p<0.01)，有2個(全長和尾柄高)對體質量有顯著的直接影響(p<0.05).其中，體長(X2)對巖原鯉體質量的直接影響最大；尾柄高(X10)對體質量的直接影響最小；從兩兩作用來看，其他形態(tài)特征通過體長對體質量的影響最大.劉峰等[35]對小黃魚Pseudosciaenapolyactis及楊月靜等[36]對齊口裂腹魚Schizothoraxprenanti的研究結果也表明，體長對體質量的直接影響最大.

在相關分析基礎上進行通徑分析和決定系數(shù)分析時，當各自變量對因變量的單獨決定系數(shù)與及兩兩共同決定系數(shù)之和大于或等于0.85時，表明影響因變量的主要自變量已納入研究范圍[37].本研究的決定程度分析顯示，體長(X2)對體質量的決定系數(shù)最大(0.128)，體長(X2)和體高(X3)的共同決定系數(shù)最大(0.162).體長(X2)、體高(X3)、全長(X1)、體寬(X4)和尾柄高(X10)的共同決定系數(shù)為 0.961，說明這些是影響體質量的重要特征.這一結果與董義超等[31]對花鱸Lateolabraxmaculatus、周康奇等[38]對廣西禾花鯉Procypriscarpio和劉國興等[39]對翹嘴鱖Sinipercachuatsi的研究結果相似，影響體質量的特征集中在魚體的長度、寬度和高度方面.研究結果也與較大幾何空間有利于魚體營養(yǎng)物質貯存的經(jīng)驗相符[40].本文還構建了一個最佳擬合的線性多元回歸方程，計算公式為：Y=-93.112+2.094X1+4.063X2+7.623X3+ 4.974X4+7.260X10，該研究結果可為巖原鯉選擇育種提供理論支持和相關測量指標，在其良種選育工作中具有重要意義.

3.2 巖原鯉形態(tài)特征與體質量關系的影響因素

曲煥韜等[3]發(fā)現(xiàn)，6月齡巖原鯉的全長、體寬和尾柄高直接影響其體質量(7.53±1.88)g，其中全長對體質量的影響最大.本研究對巖原鯉首次通過灰色關聯(lián)分析并結合通徑分析顯示，體長(X2)對20月齡巖原鯉體質量影響最大，原因可能是隨著魚體的生長，尾鰭占全長的比例逐漸降低，所以體長對體質量的影響逐漸變大.在本研究中20月齡巖原鯉體高對體質量的影響較6月齡的大，通常體高增長可使魚體腹腔體積變大，利于內臟器官生長和營養(yǎng)物質積累.此外，20月齡巖原鯉體質量變異系數(shù)大于6月齡，造成這一差異的原因可能是魚類在生長中存在異速現(xiàn)象，同種魚類不同生長時期的特征對體質量的影響不同.如楊貴強[41]發(fā)現(xiàn)3月、6月、18月和36月齡哲羅鮭體長對體質量的影響最大，而12月齡對體質量影響最大的則是體寬；孫俊龍等[42]發(fā)現(xiàn)6月齡和12月齡草魚對體質量影響最大的特征分別是體高和體長；牙鲆Paralichthysolivaceus在8月齡和14月齡時有3個特征對體質量的通徑系數(shù)有顯著影響，但這3項特征在對應階段并不完全一致[6].此外，在不同養(yǎng)殖環(huán)境中，同種魚形態(tài)特征與體質量之間的關系也存在差異.李俊偉等[43]對四指馬鲅Eleutheronematetradactylum的研究發(fā)現(xiàn)，在室內循環(huán)水養(yǎng)殖中叉長、體長和頭長與體質量的相關程度較大，而在池塘養(yǎng)殖中則是尾柄高和全長.由此可見，不同遺傳背景、養(yǎng)殖環(huán)境和生長階段等因素都會導致影響體質量的主要性狀不同.因此，育種過程要參考發(fā)育時期、生長環(huán)境和養(yǎng)殖條件進行調整.

在生物進化過程中受基因遺傳和環(huán)境因子的影響，對于同樣體型的魚來說，影響它們體質量的特征往往相似.平扁型魚類，影響牙鲆Paralichthysolivaceus體質量的主要形態(tài)特征是體高、體厚和體長[44].圓筒型魚類，影響日本七鰓鰻Lampetrajaponica體質量的主要形態(tài)特征是全長、吻長和眼后頭長[45].紡錘型魚類，影響尖吻鱸Latescalcarifer體質量的主要形態(tài)特征是體長和體高[46].在本研究中，影響巖原鯉體質量的主要形態(tài)特征包括體長(X2)、體高(X3)、全長(X1)、體寬(X4)和尾柄高(X10)，與以往影響紡錘型魚體質量的研究相似.

3.3 不同分析方法的比較

通徑分析是研究動物形態(tài)特征和體質量關系最常用的方法之一.灰色關聯(lián)分析適用于小樣本數(shù)據(jù)，同時也能較好地分析特征間影響程度[23].本研究采用通徑分析和灰色關聯(lián)分析方法，研究了巖原鯉形態(tài)特征與體質量的關系，通徑分析保留了體長(X2)、體高(X3)、全長(X1)、體寬(X4)和尾柄高(X10)這5個形態(tài)特征，采用灰色關聯(lián)分析法得出與體質量關聯(lián)度較高的 5個形態(tài)特征有體長(X2)、全長(X1)、體高(X3)、軀干長(X11)和吻長(X8).不同分析方法對數(shù)據(jù)的要求及原理不同，得出的結果并不完全一致.盡管兩種方法得到的形態(tài)特征對體質量的影響順序不完全相同，但兩種方法的結果都含有體長(X2)、全長(X1)、體高(X3)這3個特征，且對體質量影響最大的特征均為體長.因此，在實際選育工作中，應根據(jù)不同目的考慮多種因子的影響，選擇合適的統(tǒng)計方法，或采用多種方法進行比較，從而分析確定影響目標特征的關鍵因素[26-27].

綜合兩種分析方法，在對20月齡巖原鯉以體質量為主進行選育時，應以體長(X2)為主要選擇特征，全長(X1)、體高(X3)為輔助選擇特征進行選育.本研究將有助于進一步研究生長相關性狀之間的關系，以及對巖原鯉和其他紡錘型魚類的選擇育種.