三種鯉表型性狀與體質(zhì)量的通徑分析

姜曉娜，任婉瑩，李池陶，葛彥龍，胡雪松，程 磊，彭宏宇，石連玉，賈智英

(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水水產(chǎn)生物技術(shù)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗室，黑龍江 哈爾濱 150076)

鯉作為世界上重要的經(jīng)濟(jì)魚類之一，在中國具有悠久的養(yǎng)殖歷史。目前，鯉在全國淡水養(yǎng)殖主要魚類中的產(chǎn)量占比為11.5%[1]，隨著生長速度快、含肉率高、耐寒性強(qiáng)等重要經(jīng)濟(jì)性狀的鯉人工培育品種的不斷增多，人工養(yǎng)殖技術(shù)的日益成熟以及繁殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，長期的地理隔離、水體生態(tài)環(huán)境的改變以及人工選育等因素使我國鯉形態(tài)學(xué)差異較為明顯，對群體的保存產(chǎn)生較大影響[2-5]，鯉良種重要經(jīng)濟(jì)性狀的保持已成為亟需解決的問題。

鯉群體的良種選育對經(jīng)濟(jì)魚類的市場化開發(fā)及種質(zhì)保護(hù)具有重要的意義。在鯉的選擇育種中，體質(zhì)量常被作為目標(biāo)性狀[6-7]，但在實(shí)際育種測量中，影響體質(zhì)量測定的因素較多，如體表殘余水分以及腸道殘存飼料等[8]，因而存在一定偏差[9]。利用通徑分析方法，明確魚類表型性狀對體質(zhì)量的影響，已經(jīng)成為一種用于研究變量間因果關(guān)系的便捷且不存在分類信息丟失等特點(diǎn)的技術(shù)手段，被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)魚類研究[10-13]。本研究利用通徑系數(shù)、多元回歸分析以及決定系數(shù)分別確定影響荷包紅鯉抗寒品系(Cyprinuscarpiovar.wananensis)、高寒鯉(CyprinuscarpioSonghe)、松浦鏡鯉(CyprinuscarpioSongpu mirror)體質(zhì)量的主要表型性狀，分析量化各表型性狀對體質(zhì)量的直接影響和間接影響，并通過逐步回歸方法，建立了表型性狀與體質(zhì)量的最優(yōu)多元線性回歸方程，篩選出最優(yōu)擬合模型，為荷包紅鯉抗寒品系、高寒鯉、松浦鏡鯉的選育及種質(zhì)資源保存提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

實(shí)驗用魚為荷包紅鯉抗寒品系、高寒鯉、松浦鏡鯉，均來自中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所寬甸水產(chǎn)試驗站。每種鯉選取體質(zhì)量接近的個體，在同一個池塘中養(yǎng)殖15個月，其中荷包紅鯉抗寒品系、高寒鯉、松浦鏡鯉的養(yǎng)殖成活率分別為95.50%、95.17%、96.50%。每種鯉隨機(jī)選取健康個體200尾，其中雌雄比均為1∶1，以消除雌雄差異的影響。

1.2 方法

1.2.1 表型性狀指標(biāo)的測量

測量前1 d停止飼喂。測量試驗魚的體質(zhì)量(Body mass，Y)、全長(Total length，X1)、體長(Body length，X2)、體高(Body height，X3)、體寬(Body width，X4)、尾柄長(Tail handle length，X5)、尾柄高(Tail handle height，X6)、頭長(Head length，X7)、吻長(Length of proboscis，X8)、眼徑(Diameter of eye，X9)、眼間距(Eye interval，X10)共11項性狀指標(biāo)[14]。體質(zhì)量精確到0.01 g；游標(biāo)卡尺精確到0.01 mm；直尺精確到0.01 cm。

注：以松浦鏡鯉為例。a(全長)：自吻端至尾鰭末端之間的距離；b(體長)：自吻端至尾鰭基部之間的距離；c(體高)：軀干最高處垂直距離；d(體寬)：左右側(cè)的最大距離；e(尾柄長)：自臀鰭基底后緣至尾鰭基部(最后一枚椎骨)之間的距離；f(尾柄高)：尾柄部最低的垂直高度；g(頭長)：自吻端至鰓蓋骨后緣之間的距離；h(吻長)：自吻端至眼前緣之間的距離；i(眼徑)：眼水平方向前后緣的最大距離；j(眼間距)：頭背部兩眼間的最大距離。Notes：Taking Cyprinus carpio Songpu mirror as an example.a(total length，X1)：the straight line distance from the snout end to the end of the tail fin；b(body length，X2)：the vertical distance from the snout end to the base of the tail fin；c(body height，X3)：the vertical distance of the highest part of the torso；d(body width，X4)：the maximum distance between the left and right sides of the common carp；e(tail handle length，X5)：the vertical distance from the rear edge of the anal fin base to the caudal fin base(the last vertebra)；f(tail handle height，X6)：the lowest vertical height of the tail shank；g(head length， X7) ：the vertical distance from the muzzle to the posterior edge of the operculum；h(length of proboscis， X8)：the vertical distance from the proboscis end to the front edge of the eye；i(diameter of eye， X9)：the maximum distance between the front and rear edges of the eye in the horizontal direction；j(eye interval， X10)：the maximum distance between the eyes on the back of the head.

1.2.2 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010和SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，利用Pearson相關(guān)分析方法進(jìn)行表型性狀對體質(zhì)量的通徑分析[15]，根據(jù)通徑分析原理，計算各表型性狀指標(biāo)對體質(zhì)量的直接作用(通徑系數(shù))、間接作用以及決定系數(shù)，其中決定系數(shù)為單個性狀和兩個性狀分別對體質(zhì)量的共同決定系數(shù)之和[16]。利用逐步回歸分析方法中的逐一剔除法，剔除不顯著性狀指標(biāo)，建立表型性狀評估體質(zhì)量最優(yōu)多元線性回歸方程[17]。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種鯉的表型性狀

結(jié)果表明，各性狀的變異系數(shù)中，荷包紅鯉抗寒品系為體質(zhì)量>吻長>尾柄長>眼徑>尾柄高>頭長>眼間距>體寬>體高>體長>全長，高寒鯉為體質(zhì)量>尾柄長>吻長>頭長>眼間距>眼徑>體長>全長>體寬>體高>尾柄高，松浦鏡鯉為體質(zhì)量>尾柄長>頭長>吻長>體寬>尾柄高>體高>體長>眼徑>全長>眼間距，三種鯉體質(zhì)量的變異系數(shù)均大于其余10項表型性狀。Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗發(fā)現(xiàn)，荷包紅鯉抗寒品系、高寒鯉、松浦鏡鯉的體質(zhì)量顯著性水平P值分別為0.676、0.765、0.941，均大于0.05，服從正態(tài)分布，可進(jìn)一步進(jìn)行通徑分析及多元回歸分析。

表1 三種鯉的表型性狀Tab.1 Phenotypic traits of three varieties of common carp(Cyprinus carpio)

2.2 三種鯉各性狀間的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析結(jié)果表明，三種鯉各表型性狀與體質(zhì)量的相關(guān)程度有所不同(表2)。荷包紅鯉抗寒品系中眼徑與體質(zhì)量無相關(guān)，其余表型性狀均與體質(zhì)量呈現(xiàn)正相關(guān)(P<0.05)，其中眼間距與體質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)最高，尾柄長最低；高寒鯉中吻長與體質(zhì)量無相關(guān)，其余表型性狀均與體質(zhì)量呈現(xiàn)正相關(guān)(P<0.05)，其中體高與體質(zhì)量相關(guān)系數(shù)最高，眼徑最低；松浦鏡鯉各表型性狀與體質(zhì)量均呈正相關(guān)(P<0.05)，其中尾柄高與體質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)最高，眼徑最低。

表2 三種鯉各性狀間的相關(guān)系數(shù)Tab.2 Correlation coefficient of various traits in three varieties of common carp(Cyprinus carpio)

2.3 三種鯉各表型性狀對體質(zhì)量的通徑分析

三種鯉各表型性狀對體質(zhì)量的通徑分析結(jié)果如表3所示，荷包紅鯉抗寒品系的體長、體高、體寬、頭長、眼間距和高寒鯉的體長、體高、體寬、尾柄高以及松浦鏡鯉的體長、體高、體寬、尾柄高、眼間距均達(dá)到顯著水平(P<0.05)，予以保留。通過表型性狀間的相關(guān)系數(shù)分析，獲得三種鯉保留的表型性狀對體質(zhì)量的間接作用，三種鯉均為體長對體質(zhì)量的直接作用最大，間接作用最小。此外，表型性狀對體質(zhì)量的間接作用中，荷包紅鯉抗寒品系頭長最大；高寒鯉體高最大；松浦鏡鯉尾柄高最大，且均顯著高于直接作用。結(jié)果表明，三種鯉體長是影響體質(zhì)量的主要形態(tài)性狀，其余形態(tài)性狀主要通過間接作用對體質(zhì)量產(chǎn)生影響。

表3 三種鯉表型性狀對體質(zhì)量影響的通徑分析Tab.3 Path analysis of the influence of morphological traits on body mass in three varieties of common carp

2.4 三種鯉各表型性狀對體質(zhì)量的決定程度

三種鯉單個表型性狀和兩兩表型性狀間對體質(zhì)量的決定系數(shù)如表4所示，荷包紅鯉抗寒品系、高寒鯉和松浦鏡鯉各表型性狀的總決定系數(shù)分別為0.897、0.931、0.955。結(jié)果表明，荷包紅鯉抗寒品系、高寒鯉和松浦鏡鯉篩選出的表型性狀是影響體質(zhì)量的主要性狀。單個表型性狀中，三種鯉的體長對體質(zhì)量的決定系數(shù)均最高，分別占總決定系數(shù)的42.14%、29.54%、14.55%。在兩兩表型性狀間對體質(zhì)量的決定系數(shù)中，荷包紅鯉抗寒品系的體寬和眼間距最高，高寒鯉和松浦鏡鯉均為體長和體高最高，分別占總決定系數(shù)的25.64%、14.61%、13.82%。結(jié)果表明，荷包紅鯉抗寒品系體長、體寬、眼間距對體質(zhì)量的決定程度較大；高寒鯉和松浦鏡鯉的體長、體高對體質(zhì)量的決定程度較大。

表4 三種鯉各表型性狀對體質(zhì)量的決定系數(shù)Tab.4 The determination coefficient of morphological traits on body mass in three varieties of common carp

續(xù)表4

2.5 多元回歸方程的建立

三種鯉的11項性狀運(yùn)用逐步回歸分析，經(jīng)顯著性檢驗，剔除不顯著的性狀數(shù)據(jù)，建立以體質(zhì)量為因變量，其余達(dá)顯著水平性狀為自變量的最優(yōu)線性回歸方程。其中荷包紅鯉抗寒品系：Y=20.788X2+4.037X3+9.508X4+3.091X7-3.887X10-1 531.973；高寒鯉：Y=6.610X2+3.837X3+10.343X4+14.076X6-2 207.838；松浦鏡鯉：Y=13.87X2+6.979X3+8.254X4+3.877X6+12.544X10-2 511.522。多元回歸方差分析表、回歸系數(shù)、偏回歸系數(shù)顯著性檢驗及復(fù)相關(guān)分析結(jié)果如表5、表6所示，根據(jù)方差分析和復(fù)相關(guān)分析，三種鯉三個方程的擬合度較好，且回歸效果均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。三種鯉篩選后的表型性狀對體質(zhì)量的偏回歸系數(shù)也均達(dá)到極顯著性水平(P<0.01)(表7)。回歸預(yù)測結(jié)果表明，估計值與實(shí)際值差異不顯著(P>0.05)，回歸方程可以應(yīng)用于荷包紅鯉抗寒品系、高寒鯉、松浦鏡鯉的實(shí)際生產(chǎn)中。此外，共線性診斷表明三種鯉篩選后的自變量的方差膨脹因子均小于10，表明上述變量存在共線性的可能性較小。

表5 三種鯉表型性狀與體質(zhì)量的復(fù)相關(guān)分析Tab.5 Multi-correlation analysis of morphological traits and body mass in three varieties of common carp

表6 三種鯉的多元回歸方程的方差分析Tab.6 Analysis of variance of multiple regression equations in three varieties of common carp

表7 三種鯉的回歸系數(shù)、偏回歸系數(shù)顯著性檢驗Tab.7 Significance test of regression coefficient and partial regression coefficient of three varieties of common carp

3 討論

3.1 不同分析方法的應(yīng)用

荷包紅鯉抗寒品系、高寒鯉和松浦鏡鯉是我國優(yōu)良的選育品種，具有抗寒能力強(qiáng)、適應(yīng)性高、生長速率快等特點(diǎn)[18-24]。本研究結(jié)果表明，三種鯉體質(zhì)量的變異系數(shù)均大于其他表型性狀，說明體質(zhì)量性狀具有更大的選擇潛力，其中松浦鏡鯉體質(zhì)量的變異系數(shù)大于其余兩種鯉，因而其可能具有較大的選擇潛力，這與閔霞等[25]和姜曉娜等[26]均發(fā)現(xiàn)的松浦鏡鯉具有較高的遺傳多樣性及選擇潛力等結(jié)果相符。體質(zhì)量作為開展經(jīng)濟(jì)魚類選育的重要性狀指標(biāo)，近年來不少學(xué)者利用相關(guān)系數(shù)分析、通徑分析以及多元回歸分析等相結(jié)合的方法，全面準(zhǔn)確地確定影響體質(zhì)量的主要形態(tài)性狀的決定程度及方式，進(jìn)而提高優(yōu)良品種的選育準(zhǔn)確性及效率[27-30]。相關(guān)系數(shù)分析方法中反映了自變量對因變量的影響，但因其不能全面反映多個變量間的相關(guān)性，導(dǎo)致其結(jié)果具有一定的片面性。多元回歸分析可以進(jìn)行多個變量間的相關(guān)性分析，但因偏回歸系數(shù)單位，其對結(jié)果的效應(yīng)不能直接被比較。通徑分析通過將自變量和因變量的相關(guān)系數(shù)拆解為自變量對因變量的直接作用和間接作用，確定了影響因變量的主要因素，較相關(guān)系數(shù)分析及多元回歸分析更為準(zhǔn)確[31-32]。本研究中，三種鯉的大部分表型性狀均與體質(zhì)量的相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著水平，進(jìn)一步結(jié)合通徑分析和多元回歸分析結(jié)果確定，三種鯉對體質(zhì)量產(chǎn)生直接影響的表型性狀具有顯著性差異，且為影響體質(zhì)量的主要表型性狀。

3.2 主要影響體質(zhì)量的表型性狀的確定

多元回歸分析中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)單個決定系數(shù)和兩兩性狀共同決定系數(shù)的總和≥0.85時(數(shù)值上為R2)，該自變量才會被納入影響因變量的主要研究因素[33-34]。本研究結(jié)果中影響荷包紅鯉抗寒品系、高寒鯉以及松浦鏡鯉體質(zhì)量的主要形態(tài)性狀的總決定系數(shù)分別為0.881、0.924、0.950，均大于0.85，表明荷包紅鯉抗寒品系影響體質(zhì)量的主要表型性狀為體長、體高、體寬、頭長、眼間距；高寒鯉影響體質(zhì)量的主要表型性狀為體長、體高、體寬、尾柄高；松浦鏡鯉影響體質(zhì)量的主要表型性狀為體長、體高、體寬、尾柄高、眼間距。此外，三種鯉對體質(zhì)量的決定系數(shù)均為體長最高，表明體長是影響三種鯉體質(zhì)量最主要的表型性狀。姜曉娜等[26]研究發(fā)現(xiàn)一齡松浦鏡鯉影響體質(zhì)量的最主要形態(tài)性狀也為體長，表明松浦鏡鯉一齡和二齡對體質(zhì)量的決定程度最大的形態(tài)性狀均為體長。然而不同魚類不同生長階段影響體質(zhì)量的主要表型性狀有所不同，周康奇等[35]研究表明廣西禾花鯉(Cyprinuscarpiovar.Quanzhounensis)影響體質(zhì)量的最主要表型性狀為全長；劉曉敏等[7]發(fā)現(xiàn)野生黃河鯉(Cyprinuscarpiohaematopterus)F1體長為影響體質(zhì)量的最主要表型性狀；而黃偉卿等[36]對不同生長時期黃姑魚(Nibeaalbiflora) 影響體質(zhì)量的主要形態(tài)性狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)2月齡為全長而18月齡為體高對體質(zhì)量的直接作用最大。綜上分析發(fā)現(xiàn)，可能由于魚類的生物學(xué)特性、生存環(huán)境以及生長發(fā)育階段的不同導(dǎo)致其表型性狀對體質(zhì)量的決定程度也有所不同。

3.3 多元回歸分析的指導(dǎo)意義

我國北方寒冷時間較長，導(dǎo)致鯉的生長期較短，越冬期長，性成熟晚，因而選育具有優(yōu)良生長潛力的家系對優(yōu)良苗種的生產(chǎn)具有重要意義。多元回歸分析指的是確定多種變量間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計分析方法，當(dāng)前通過明確各性狀間的相關(guān)性，結(jié)合通徑分析及多元回歸分析，利用多性狀選擇指數(shù)法可提高選育的準(zhǔn)確率及效率。體質(zhì)量較表型性狀具有不直觀、測量操作有一定誤差等缺點(diǎn)，以較易測量的且與體質(zhì)量相關(guān)性較高的表型性狀為研究對象，可有效減少生產(chǎn)過程中單獨(dú)以體質(zhì)量為選育目標(biāo)所產(chǎn)生的誤差[37-38]。本研究通過逐步多元回歸分析，分別建立了二齡三種鯉以體質(zhì)量為因變量，其他表型性狀為自變量的擬合度較好的多元回歸方程，可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，通過確定三種鯉影響體質(zhì)量的主要表型性狀，使其能夠在實(shí)際生產(chǎn)及種質(zhì)研究中進(jìn)行輔助選擇，提高選育效率及準(zhǔn)確率。此外，研究發(fā)現(xiàn)不同發(fā)育階段的魚類影響體質(zhì)量的主要表型性狀也有所不同[9，29，37]，因此不同生長階段的魚類影響體質(zhì)量的表型性狀的多元回歸方程仍需重新建立。