刺參選育群體F5代形態(tài)性狀與體質(zhì)量相關(guān)性及通徑分析

韓莎，胡煒，李成林*，李文文，趙斌，曲紅霞，王琦，姚琳琳

（1.山東省海洋科學(xué)研究院，山東 青島 266104；2.萊陽市漁業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，山東 煙臺(tái) 265200；3.乳山市水產(chǎn)技術(shù)推廣站，山東 威海 264500）

刺參（Apostichopus japonicus）隸屬于棘皮動(dòng)物門（Echinodermata）海參綱（Holothuroidea），是溫帶區(qū)最主要的經(jīng)濟(jì)種類，且近年來刺參產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。隨著養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展和市場需求的增多，刺參養(yǎng)殖密度不斷增加，然而棲息地環(huán)境惡化、苗種混雜，使得現(xiàn)有品種種質(zhì)退化、生長緩慢、抗逆性降低。因此，種質(zhì)創(chuàng)制已成為我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)研究的重點(diǎn)之一[1]。鑒于此，國內(nèi)刺參育種科研院所與生產(chǎn)單位歷經(jīng)多年，相繼選育出具有生長速度快、疣足數(shù)量多、耐高溫、抗病等優(yōu)異生產(chǎn)性狀的刺參新品種，為國內(nèi)刺參產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展奠定了種質(zhì)基礎(chǔ)[2]。

形態(tài)性狀和體質(zhì)量性狀是水產(chǎn)動(dòng)物的重要經(jīng)濟(jì)性狀，多元回歸分析作為研究水產(chǎn)動(dòng)物形態(tài)性狀和體質(zhì)量性狀之間關(guān)系的主要方法，在水產(chǎn)動(dòng)物選擇育種中發(fā)揮了指導(dǎo)作用。已有研究表明，通過統(tǒng)計(jì)分析方法來設(shè)計(jì)和優(yōu)化選擇育種策略，可以提高水產(chǎn)動(dòng)物的養(yǎng)殖產(chǎn)量。通過形態(tài)性狀間接地指導(dǎo)品種選育，是一種有效的輔助選育手段，目前已被廣泛應(yīng)用于其他水產(chǎn)動(dòng)物的選育過程中[3-6]。刺參具有離水后身體收縮變形和吐水等特點(diǎn)，其生長性狀的測(cè)量非常困難，不同發(fā)育階段形態(tài)性狀的變化對(duì)重要經(jīng)濟(jì)性狀（體質(zhì)量）的影響尚不清楚，尤其是選育刺參形態(tài)性狀與體質(zhì)量相關(guān)關(guān)系的研究尚未見報(bào)道。

本研究中的刺參選育群體是山東省海洋科學(xué)研究院刺參遺傳育種團(tuán)隊(duì)以生長速度和耐低鹽為選育目標(biāo)，采用群體選育的方法培育的刺參新品系，至2019年已成功選育到第5代。本研究以一齡刺參選育群體為研究對(duì)象，對(duì)刺參群體的形態(tài)性狀和體質(zhì)量性狀進(jìn)行相關(guān)性分析和通徑分析，并分析形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量的通徑系數(shù)，探明影響刺參體質(zhì)量的主要形態(tài)性狀，建立刺參群體形態(tài)性狀和體質(zhì)量之間的最優(yōu)回歸方程。依據(jù)刺參表觀形態(tài)性狀指導(dǎo)選擇育種工作，對(duì)刺參優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)制及育種目標(biāo)的選擇具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料的性狀測(cè)量

2020 年5 月，以山東省海洋科學(xué)研究院海洋種質(zhì)資源研究所選育的F5代一齡刺參為實(shí)驗(yàn)材料，將10 kg 參苗放在山東省青島市鰲山實(shí)驗(yàn)基地室內(nèi)5 m3養(yǎng)殖玻璃鋼槽中進(jìn)行暫養(yǎng)。隨機(jī)選取366頭刺參樣本，測(cè)量刺參的體長（body length, BL）、體寬（body width,BW）和體質(zhì)量（body mass,BM）3 個(gè)生物學(xué)指標(biāo)，并計(jì)算復(fù)合形態(tài)指標(biāo)長寬平方根（square root of the length-width,SLW）。參考韓莎等[7]的研究方法，將刺參放入0.2 mol/L 薄荷醇溶液中麻醉5～10 min，待其身體放松呈舒展?fàn)顟B(tài)時(shí)，以直尺為參照物，對(duì)樣本進(jìn)行逐一拍照，通過圖像軟件計(jì)算獲取刺參體長、體寬數(shù)據(jù)；體長是指從背部觸手前端到肛門的長度，體寬是指背部體壁正中的寬度，測(cè)量時(shí)均精確到0.01 cm；將刺參樣本吸干體表水分后瀝水10 min，用電子天平測(cè)量體質(zhì)量，精確到0.01 g。復(fù)合形態(tài)指標(biāo)SLW（cm）計(jì)算公式如下：

式中：BL為體長，cm；BW為體寬，cm。

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并對(duì)刺參各性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)?？ǚ綑z驗(yàn)結(jié)果顯示，P值均大于0.05，說明所分析性狀符合正態(tài)分布，可以對(duì)這些性狀做進(jìn)一步描述性統(tǒng)計(jì)，包括平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)（coefficient of variation,CV）；對(duì)各性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，計(jì)算相關(guān)系數(shù)；在相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上，以刺參外部形態(tài)性狀為自變量（x1～x3），體質(zhì)量為因變量（y），通過逐步回歸法，剔除偏回歸系數(shù)不顯著的性狀，建立最優(yōu)多元回歸方程，如下所示：

式中：y為因變量，xi為自變量，b0為常數(shù)，bi為對(duì)應(yīng)的偏回歸系數(shù)。

自變量對(duì)因變量的間接通徑系數(shù)由自變量之間的相關(guān)系數(shù)及自變量對(duì)因變量的通徑系數(shù)計(jì)算得到，計(jì)算公式為：

式中：Pxixj為間接通徑系數(shù)，rij為各性狀間的相關(guān)系數(shù)，Pj，y為通徑系數(shù)。

決定系數(shù)d由通徑系數(shù)的平方計(jì)算得到，其中：直接決定系數(shù)di=，間接決定系數(shù)dij=2rijPi，yPj，y，總決定系數(shù)R=。

為研究單個(gè)形態(tài)性狀與體質(zhì)量的回歸關(guān)系，分別以形態(tài)性狀為自變量，體質(zhì)量為因變量繪制散點(diǎn)圖，并進(jìn)行冪函數(shù)擬合，計(jì)算出參數(shù)估計(jì)值，擬合R2的大小作為判斷模型擬合度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。體質(zhì)量（y）的回歸方程為：

式中：α為常量；x為自變量；β為異速生長因子，當(dāng)β＞3時(shí)為正異速生長，β＜3時(shí)為負(fù)異速生長。

2 結(jié)果與分析

2.1 刺參各性狀的描述性統(tǒng)計(jì)

有關(guān)刺參選育群體F5代樣本的體長、體寬、SLW 3個(gè)形態(tài)性狀和體質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果見表1。從中可知：刺參體質(zhì)量范圍為0.46～88.17 g，平均值為14.95 g；各性狀的變異系數(shù)不等，在32.19%～94.85%范圍內(nèi)波動(dòng)，其中，體質(zhì)量的CV值最大，為94.85%，其次是體寬，為52.84%；體寬的峰度值和偏度值最大，分別為11.44和2.46，體長的峰度值和偏度值最小，分別為0.07和0.37。

表1 刺參各性狀的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Descriptive statistical results of traits of A.japonicus

2.2 刺參形態(tài)性狀與體質(zhì)量間的相關(guān)性

從表2 中可以看出，刺參各性狀間呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。從形態(tài)性狀的相關(guān)性來看，體寬和SLW 的相關(guān)系數(shù)最大，為0.93；體長和體寬的相關(guān)系數(shù)最小，為0.62。從形態(tài)性狀和體質(zhì)量的相關(guān)性來看，相關(guān)系數(shù)從大到小依次為SLW＞BW＞BL，分別為0.88、0.86、0.71。

表2 刺參形態(tài)性狀及體質(zhì)量間的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficients between morphometric traits and body mass of A.japonicus

2.3 刺參形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量影響的通徑分析

不同形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量影響的通徑分析結(jié)果如表3所示。從中可知，SLW、體寬對(duì)體質(zhì)量的通徑系數(shù)達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），SLW 對(duì)體質(zhì)量的直接作用最大，通徑系數(shù)達(dá)0.62，可見SLW 是影響體質(zhì)量的主要因素，而體寬對(duì)刺參體質(zhì)量的間接作用大于直接作用，且這種間接作用主要通過SLW產(chǎn)生的影響體現(xiàn)。

表3 刺參形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量的通徑系數(shù)Table 3 Path coefficients of morphometric traits on body mass of A.japonicus

2.4 刺參形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量的決定程度

刺參各形態(tài)性狀及其協(xié)同對(duì)體質(zhì)量的決定系數(shù)如表4 所示。從中可知：形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量的總決定系數(shù)為0.78，表明本研究表4 中所列形態(tài)性狀是影響體質(zhì)量的重點(diǎn)性狀，其他形態(tài)性狀影響相對(duì)較小，為0.22。各性狀中，SLW 對(duì)體質(zhì)量的單獨(dú)決定程度最大，其決定系數(shù)為0.38，SLW 與體寬的共同決定系數(shù)為0.32。

表4 刺參形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量的決定系數(shù)Table 4 Determination coefficients of morphometric traits on body mass of A.japonicus

2.5 刺參形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量最優(yōu)回歸方程的建立

通過逐步回歸統(tǒng)計(jì)分析形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量的回歸關(guān)系，其回歸系數(shù)和通徑系數(shù)分別見表5～6。回歸模型分析結(jié)果保留了2個(gè)對(duì)體質(zhì)量影響顯著的形態(tài)性狀SLW 和體寬。隨著自變量被逐步引入回歸方程，自變量從1個(gè)增加到2個(gè)，回歸模型的相關(guān)系數(shù)從0.88 增加至0.89，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)誤從6.69 逐漸降低為6.52，表明回歸模型的準(zhǔn)確性在增加。形態(tài)性狀對(duì)刺參體質(zhì)量的多元線性回歸方程為：BM=－16.14+6.70SLW+4.31BW。從相關(guān)指數(shù)計(jì)算剩余因子e= 1－R2=0.46，該值較大，說明對(duì)體質(zhì)量產(chǎn)生影響的自變量不只2個(gè)。

表5 刺參形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量的多元回歸模型輸出結(jié)果Table 5 Output results of multiple regression models of morphometric traits to body mass in A.japonicus

2.6 刺參形態(tài)性狀與體質(zhì)量的回歸關(guān)系

以多元回歸方程中的形態(tài)性狀SLW 和體寬為自變量，體質(zhì)量為因變量，分別進(jìn)行冪函數(shù)回歸，得到刺參SLW-體質(zhì)量、體寬-體質(zhì)量關(guān)系的散點(diǎn)圖（圖1～2），這兩者的冪函數(shù)模型分別為BM=0.39SLW2.66（R2=0.86，P＜0.001）和BM=3.67BW2.03（R2=0.78，P＜0.001）。BW、SLW 和BM 模型的回歸系數(shù)均大于0.70，且達(dá)到了極顯著水平（P＜0.001），根據(jù)擬合值R2的大小判斷，SLW和體質(zhì)量擬合效果最好。采用t檢驗(yàn)回歸方程的冪指數(shù)（β）與3之間的差異性，結(jié)果為差異顯著（P＜0.05），表明刺參群體為負(fù)異速生長模式（β＜3），即形態(tài)性狀的生長明顯快于體質(zhì)量的增加。從體長-體寬關(guān)系的散點(diǎn)圖3可知，體長與體寬的回歸方程為ln BW=0.22ln BL1.02（R2=0.55，P＜0.01），說明體長的生長明顯快于體寬。

圖1 刺參SLW-體質(zhì)量關(guān)系Fig.1 Relationship between SLW and body mass of A.japonicus

圖3 刺參體長-體寬關(guān)系Fig.3 Relationship between body length and body width of A.japonicus

表6 刺參形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量的多元回歸系數(shù)輸出結(jié)果Table 6 Output results of multiple regression coefficients of morphometric traits to body mass in A.japonicus

圖2 刺參體寬-體質(zhì)量關(guān)系Fig.2 Relationship between body width and body mass of A.japonicus

3 討論與結(jié)論

3.1 刺參形態(tài)特征和生長特性

刺參體型為紡錘形，兩頭細(xì)，中間粗，體壁中間凸出、體壁較厚，身體具有伸縮變形的特性，其形態(tài)和生理特性決定了其形態(tài)指標(biāo)少且度量性差。體質(zhì)量是最重要的經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)，在刺參中多通過測(cè)量體質(zhì)量來了解其生長規(guī)律，而刺參的生長特征不同于其他水產(chǎn)品種，個(gè)體差異大是海參的普遍特征[8]，但其生長機(jī)制尚不清楚。在育種過程中，同一批選育子代群體生長越均勻、同一性越高，其基因的純合度就越高。通常用變異系數(shù)來表示魚類等水產(chǎn)動(dòng)物群體生長規(guī)格的同一性程度[9]，變異系數(shù)作為人工選育的參考依據(jù)，其值越大說明選擇潛力也越大，這是保證選擇育種結(jié)果的前提。本研究中，刺參形態(tài)性狀的變異系數(shù)均在30%以上，其中體寬的變異系數(shù)最大，為52.84%，表明同一時(shí)間段不同個(gè)體間體寬在生長速度上存在較大差異；體質(zhì)量的變異系數(shù)高達(dá)94.85%，可見刺參體質(zhì)量具有非常大的選擇潛力。

3.2 刺參形態(tài)性狀與體質(zhì)量相關(guān)性分析及通徑分析

不同水產(chǎn)動(dòng)物生物學(xué)特征不同。體質(zhì)量受不同形態(tài)性狀的影響，與刺參種類、性別、養(yǎng)殖密度密切相關(guān)[10-11]。本研究中，通徑分析結(jié)果表明，多個(gè)形態(tài)性狀共同影響刺參體質(zhì)量，而影響體質(zhì)量的主要形態(tài)性狀為體寬和復(fù)合形態(tài)指標(biāo)SLW。其中，復(fù)合形態(tài)指標(biāo)SLW對(duì)刺參體質(zhì)量的直接作用最大，而體寬對(duì)體質(zhì)量的影響達(dá)到正向顯著水平，但通徑系數(shù)卻不高，這是兩者的直接作用和其他變量的間接作用正負(fù)影響相互抵消的結(jié)果。本研究結(jié)果顯示，復(fù)合形態(tài)指標(biāo)SLW為影響刺參體質(zhì)量的重點(diǎn)性狀，符合刺參的形態(tài)學(xué)特征，其體長和體寬的變化具有聯(lián)動(dòng)性，作為綜合體長和體寬2個(gè)性狀的指標(biāo)，在一定程度上不僅能夠減少數(shù)據(jù)的變異性，更能提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此這一復(fù)合指標(biāo)逐漸被應(yīng)用于刺參生長性狀的研究中[12-13]。在以往的研究中，多選擇體長指標(biāo)分析與刺參體質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，刺參體寬與體質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系較體長更為緊密，且體寬通過SLW對(duì)刺參體質(zhì)量產(chǎn)生的間接影響更大，這一結(jié)果與刺參選育群體F5代呈“體寬型”，中段形態(tài)“寬大”的特征相吻合。不同種類水產(chǎn)動(dòng)物影響體質(zhì)量的形態(tài)性狀是不同的[14-15]，李思發(fā)等[16]研究結(jié)果表明紅鯉的體質(zhì)量主要由全長、體長等主要長度性狀決定，何小燕等[17]分析得出大口黑鱸體寬對(duì)體質(zhì)量的直接影響最大。有研究表明，影響菲律賓蛤仔體質(zhì)量的主要性狀是體寬，體寬較大的品種，出肉率較高[18]，而刺參體寬是指身體中間凸出的最大寬度，體寬越大，刺參肉質(zhì)越厚，出皮率越高，本研究結(jié)果與此相似。

3.3 刺參形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量的影響

本研究構(gòu)建的刺參多元回歸方程復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.79，可以得出該方程對(duì)刺參體質(zhì)量的估算具有較好的參考價(jià)值，但剩余因子（0.46）較大，而且所有形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量的總決定系數(shù)為0.78，其他影響因素對(duì)體質(zhì)量的決定系數(shù)為0.22。根據(jù)相關(guān)研究，當(dāng)各自變量對(duì)因變量決定系數(shù)或兩兩共同決定系數(shù)的總和大于或者等于0.85時(shí)，即可確定影響因變量的主要自變量[11,19]。本研究結(jié)果表明，除SLW、體寬這2 個(gè)性狀外，還有其他對(duì)刺參體質(zhì)量性狀影響較大的因素未被考慮到，在雙殼貝類研究中也得到類似的結(jié)果[20]。通過對(duì)刺參外部形態(tài)進(jìn)一步觀察分析發(fā)現(xiàn)，刺參體型比較飽滿，背部隆起，體壁較肥厚，說明刺參的形態(tài)大小同時(shí)受到體長、體寬及體壁厚度的影響，而刺參體壁厚度作為影響刺參體寬的重要因素，對(duì)決定體質(zhì)量非常重要。魚類中存在異速生長現(xiàn)象，因而不同生長階段影響體質(zhì)量的形態(tài)性狀存在明顯差異[21-22]。海參中也存在異速生長現(xiàn)象[23-25]，本研究發(fā)現(xiàn)選育刺參群體為負(fù)異速生長，即形態(tài)性狀的生長快于體質(zhì)量的增加，體長的生長快于體寬。刺參的體壁隨其生長不斷增厚，伴隨著體寬的變粗而增厚，實(shí)際上體壁厚度這一形態(tài)性狀度量非常困難，但可通過其他性狀如體寬間接地影響體質(zhì)量。因此，不同生長時(shí)期、不同發(fā)育階段影響刺參體質(zhì)量的因素有待進(jìn)一步探討。

眾所周知，體質(zhì)量等經(jīng)濟(jì)性狀是選育優(yōu)良品種的目標(biāo)性狀。在魚類等的選擇育種中，常以體質(zhì)量為主要指標(biāo)，以全長、體長等可測(cè)量的形態(tài)性狀為輔助育種選擇指標(biāo)[26-27]。目前，選育刺參新品種時(shí)多以速生、抗逆、耐高溫等為選育目標(biāo)，而形態(tài)性狀對(duì)體質(zhì)量有重要的影響，若在選育過程中能通過其他相關(guān)性較高的目標(biāo)性狀加以間接選擇，則能達(dá)到更好的選育效果。

因此，在選擇育種工作中，以刺參體質(zhì)量為主要選育目標(biāo)性狀時(shí)，應(yīng)把形態(tài)性狀納入選擇中，將體寬性狀作為直接選擇，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)體長的協(xié)同選擇，采用多性狀協(xié)同選擇將提高良種選育率。